Полная версия

Главная arrow Строительство

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Технические средства измерения и контроля искривления скважин

Положение забоя и точек оси ствола скважины определяют периодическими, по мере углубления скважины, измерениями зенитного и азимутального углов на заданной глубине.

Датчики для измерения зенитного угла разделяются на следующие основные группы:

  • • использующие принцип горизонтального уровня жидкости;
  • • использующие принцип отвеса;
  • • акселерометры.

В качестве других вариантов использования вышеуказанных датчиков в соответствии с законом гравитации могут применяться устройства в виде пузырька воздуха в жидкости или подвижного шарика в полусферической чаше.

Схема работы акселерометра

Рис. 3.1. Схема работы акселерометра: 1 - пружина; 2 - груз; 3 - демпфер

Акселерометр (от лат. accelero - ускоряю и от греч. metric - измеряю) - прибор, измеряющий проекцию кажущегося ускорения (разности между истинным ускорением объекта и гравитационным ускорением). Как правило, акселерометр представляет собой чувствительный груз 2, закреплённый в упругом подвесе - пружине 1 (рис. 3.1). Отклонение груза 2 от его первоначального положения при наличии кажущегося ускорения несёт информацию о величине этого ускорения. Демпфер 3 служит для гашения амплитуды колебаний груза 2.

По конструктивному исполнению акселерометры подразделяются на одно- (рис. 3.1), двух- и трёхкомпонентные. Соответственно, они позволяют измерять ускорение вдоль одной, двух и трёх осей.

Акселерометр может применяться как для измерения проекций абсолютного линейного ускорения, так и для косвенных измерений проекции гравитационного ускорения. Первое свойство используется для создания инерциальных навигационных систем, где полученные с помощью акселерометров измерения интегрируют, получая инерциальную скорость и координаты носителя. Таким образом, акселерометры наравне с гироскопами являются неотъемлемыми компонентами систем навигации и управления летательных аппаратов, кораблей и подводных лодок. Второе свойство позволяет использовать акселерометры для измерения уклонов, т. е. в качестве инклинометров.

Датчиками для измерения азимута скважины служат магнитная стрелка; механические и оптические гироскопы; магнитометр.

Магнитная стрелка показывает направление по странам света, ориентируясь горизонтально в направлении глобального магнитного полюса Земли, гироскопы и магнитометр функционируют иначе, существенно повышая надежность и точность измерений, особенно в условиях наличия электромагнитных полей.

Гироскоп - устройство, способное реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором оно установлено, относительно инерциальной системы отсчета. Простейший пример гироскопа - юла (волчок).

Главной частью гироскопа Боненбергера, впервые создавшего его в 1817 г., был вращающийся массивный шар в кардановом подвесе. В 1832 г. американец Уолтер Р. Джонсон придумал гироскоп с вращающимся диском (рис. 3.2). В 1852 г. французский учёный Фуко усовершенствовал гироскоп и впервые использовал его как прибор, показывающий изменение направления. Преимуществом гироскопа перед более древними приборами являлось то, что он правильно работал в сложных условиях (плохая видимость, тряска, электромагнитные помехи).

Схема гироскопа

Рис. 3.2. Схема гироскопа: 1 - ось ротора; 2 - внешняя рама; 3 - ротор; 4 - внутренняя рама; 5 - корпус

Во второй половине XIX в. было предложено использовать электродвигатель для разгона и поддержания вращения гироскопа, что позволило на практике применить гироскоп для стабилизации курса торпеды.

В XX в. гироскопы стали использоваться в самолётах, ракетах и подводных лодках вместо компаса или совместно с ним, впоследствии и в качестве датчиков направления в инклинометрах.

Наряду с механическими известны и оптические гироскопы, которые делятся на волоконно-оптические и лазерные гироскопы. Принцип действия основан на эффекте Саньяка и теоретически объясняется с помощью специальной теории относительности. Согласно этой теории скорость света постоянна в любой инерциальной системе отсчёта. В то время как в неинерциальной системе она может отличаться от скорости света. При посылке луча света в направлении вращения прибора и против направления вращения разница во времени прихода лучей (определяемая интерферометром) позволяет найти разницу оптических путей лучей в инерциальной системе отсчёта и, следовательно, величину углового поворота прибора за время прохождения луча.

Магнитометр- прибор для измерения характеристик магнитного поля, что, в частности, позволяет определять направление магнитного поля по его интенсивности.

Приборы для полного измерения искривления скважины, называемые инклинометрами, можно разделить на ряд основных групп:

  • 1. Приборы, использующие принцип горизонтального уровня жидкости, спускаемые в скважину ориентированно. В этом случае результат одного измерения может быть получен только после извлечения прибора из скважины. Такие приборы называются апсидоскопами, которые в настоящее время чаще всего используются в керноскопах - устройствах для отбора ориентированного керна.
  • 2. Приборы, использующие магнитное поле Земли для определения азимутального направления по магнитной стрелке и гравитационное поле Земли для определения зенитного угла по отвесу. В этом случае чаще всего положение датчиков преобразуется в электрический сигнал, число измерений в принципе не ограничено, а их результаты по электрическому кабелю оперативно поступают на пульт инклинометра на поверхность.

Для оперативного контроля указанные датчики используются в упрощенных приборах для определения зенита и азимута только в одной, двух или нескольких точках. Результат измерения в этом случае становится доступен только после извлечения прибора из скважины.

3. Приборы, использующие для определения азимута гироскопический эффект вращающейся с высокой частотой (10-20 тыс. мин-1) сосредоточенной массы - тяжелого диска-маховика. Такой датчик называется гироскопом - быстро вращающийся диск-маховик, ось которого имеет три степени свободы и может свободно менять своё направление в пространстве (см. рис. 3.2). В результате под влиянием кориолисовой силы инерции, появляющейся вследствие вращения Земли и воздействующей на вращающийся диск, ось последнего ориентируется в направлении географического меридиана, что служит верным ориентиром в пространстве независимо от локальных магнитных полей (например, магнитное поле железорудных месторождений или статическое магнитное поле бурильной колонны) и глобального магнитного поля Земли.

Для измерения зенитного угла в гироскопических инклинометрах применяют отвес в том или ином исполнении.

4. Для измерения зенитного и азимутального угла используют инклинометры, работающие по принципу копирования траектории ствола скважины. В этом случае при перемещении такого инклинометра по стволу из точки, в которой уже определены зенит и азимут, в другую точку, в которой требуется замерить эти угловые параметры, датчик-копир инклинометра фиксирует приращение зенитного и азимутального углов по отношению к известным значениям этих углов. Таким образом поинтер- вально определяются все требуемые значения параметров пространственного положения ствола скважины.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>