Разработка инклинометра с непрерывным измерением азимута (стр. 2 из 7)

В практике геологоразведочных работ на нефть и газ наиболее широко применяются инклинометры с дистанционным электрическим измерением, в которых датчиками служат градуированные электрические сопротивления.

Основная часть инклинометра – вращающаяся рамка, кинематическая схема которой показана на рис. 4. Центр тяжести рамки смещён, в результате чего при положении скважинного прибора в пространстве плоскость рамки устанавливается перпендикулярно к плоскости искривления скважины. В рамке размещен указатель азимута и угла. Указатель азимута состоит из магнитной стрелки 1 и градуированного электрического сопротивления 2 (кругового реохорда).

Рис. 4 Схема конструкции измерительной части инклинометра на сопротивлениях

Круговой реохорд смонтирован на изоляционной панели и установлен под магнитной стрелкой. Магнитная стрелка выполнена из двух намагниченных стерженьков, которые закреплены в дюралюминиевом колпачке с агатовым подшипником. Подшипник насажен на острие оси 5. Стрелка снабжена изолированными от нее пружинными контактами 4.

Корпус, в котором смонтирован указатель азимута, закреплен на двух полуосях и под действием груза 5 занимает положение, при котором ось магнитной стрелки всегда ориентирована вертикально.

Датчик угла искривления состоит из отвеса 6, стрелки 7 и градуированного электрического сопротивления (углового реохорда) 8. Плоскость качания отвеса перпендикулярна к плоскости рамки и совпадает с плоскостью искривления скважины.

В инклинометре установлен электромагнит, который по команде с поверхности фиксирует или освобождает магнитную стрелку и отвес. С помощью коллектора с тремя контактными кольцами 9 и двумя парами щеток 10 к измерительной цепи подключаются с помощью переключателя П (рис. 5) либо реохорд угла наклона, либо датчик азимута.

Рис.5. Принципиальная электрическая схема инклинометра

При изменении азимута магнитная стрелка пружинными контактами 4 закорачивает часть реохорда. Сопротивление незамкнутой части

пропорционально азимуту φ. При измерении угла стрелка указателя угла отклонения, жестко скрепленная с отвесом, переместится на дугу δ и закоротит реохорд. Сопротивление незакороченного участка реохорда пропорционально углу δ.

ЦЖК – центральная жила кабеля; ОК – оплётка кабеля.

Углы отклонения измеряют при фиксированном положении всех чувствительных элементов. Для замеров

и используют мостовую схему.

Три плеча моста имеют постоянное сопротивление и установлен! на поверхности в панели управления. Сопротивления

и включаются при измерении углов, сопротивления и – при измерении азимута; – общее сопротивление моста. Четвертое плечо слагается из сопротивления жилы кабеля, переменного сопротивление , предназначенного для компенсации изменения сопротивление жилы кабеля, и сопротивлений реохорда угла наклона или магнитной буссоли .

В одну диагональ моста АВ подключен источник тока Е, в другую диагональ моста MN – гальванометр G. Переменное сопротивление

служит для компенсации моста при измерении или .

В настоящее время выпускаются инклинометры как для использования на одножильном кабеле, так и сбрасываемые в бурильную колонну (извлечение производится после подъема бурильной колонны либо с помощью овершота съёмной грунтоноски).

2. Оценка погрешностей измерения

Погрешности инклинометрических исследований обусловлены в общем случае принятой методикой расчета координат оси ствола скважины, погрешностями измерения глубины, шагом измерения для точечных и квантования для непрерывных инклинометров (методическими погрешностями), погрешностями, вызываемыми непараллельной установкой скважинного прибора относительно оси скважины и заметной кривизной ее ствола на длине прибора (установочными погрешностями), а также погрешностями, вызванными конечной точностью измерения углов искривления скважин (так называемыми инструментальными погрешностями).

Методические погрешности, независимо от принятой методики расчета координат, определяются выбранным шагом измерений, интенсивностью искривления оси скважин, характером искривления (постоянная интенсивность, меняющаяся с глубиной интенсивность и т.д.).

Установочные погрешности не зависят от шага измерений и погрешностей инклинометра и определяются, в первую очередь, геометрическими параметрами - соотношением диаметров ствола скважины и охранного кожуха прибора, его длиной, наличием и характером кавернозности ствола, местом привязки данных инклинометрии по глубине относительно скважинного прибора и т.д., а также параметрами искривления оси скважины.

В непрерывных инклинометрах установочные погрешности менее существенны, в точечных они могут быть снижены или вовсе исключены путем отбраковки замеров в точках, где установочные погрешности превышают допустимые значения.

Из практики инклинометрии скважин следует, что при малых интенсивностях искривления (до 0,02 град/м) превалирующее значение имеют инструментальные погрешности, с которыми при увеличении интенсивности искривления становятся соизмеримы погрешности установочные.

При значительных интенсивностях искривления и сложном характере искривления оси скважины преобладающими становятся методические и установочные погрешности.

Снижение погрешностей инклинометров не может однозначно обеспечить снижение суммарных погрешностей инклинометрических исследований, равно как не решает эту задачу и только усовершенствование методики расчета координат.

Существенный вклад в суммарную погрешность могут вносить также дополнительные погрешности, входящие в состав суммарной инструментальной, а именно: от температуры, влияющей на линейные размеры и электрические параметры преобразователей в скважинном приборе, нестабильности источников питания, изменения сопротивления кабеля и утечек, механических колебаний скважинного прибора после установки его на точку измерений за счет упругих свойств кабеля большой длины и т.д.

Анализ методических и установочных погрешностей результатов инклинометрических измерений должен выполняться в процессе аттестации методик измерений с целью определения их количественных значений, а также с целью установления ограничений применимости этих методик.

Ведомственная поверочная схема для инклинометров и ориентаторов, устанавливающая порядок передачи размера единицы плоского угла (азимута, зенитного и апсидального углов) приведена в приложение 1.

В качестве исходных образцовых средств измерений в поверочной схеме предусмотрено использование образцовых многогранных призм 4-го разряда и автоколлиматоров 3-го разряда из государственной поверочной схемы по ГОСТ 8.061-80 с погрешностью

10".

В качестве образцовых средств измерений используются аттестованные теодолиты и оптические квадранты с погрешностью

30", специальные средства поверки (ориентирующая приставка «Курс», установочный стол УСИ-2 и т. п.) и установки поверки инклинометров и ориентаторов (УПСП, УПН, УОП-2, УПМ и т. п.).

Образцовые средства измерений применяются для градуировки и поверки рабочих средств измерений (инклинометров и ориентаторов) методом прямых измерений.

Для обеспечения заданных критериев качества поверки (

= 0,15 и =1,1) соотношение между пределами основной погрешности исходных образцовых средств измерений, заимствованных из государственной поверочной схемы и образцовых средств измерений не должно превышать 1:3.

В качестве рабочих средств измерений применяют инклинометры (ГОСТ 24151-87 (СТ СЭВ 1460-86)) и ориентаторы.

Соотношение между пределами допускаемой основной погрешности образцовых и рабочих средств измерений не должно превышать 1:3 при обеспечении заданных критериев качества поверки

= 0,2 и =1,15.

При градуировке инклинометров выходным сигналам по каждому из измерительных каналов (зенитный угол, азимут) комплекта скважинный прибор - наземная панель ставят в соответствие значения зенитных углов и азимутов, задаваемых скважинному прибору на образцовой поверочной установке.