Способ измерения положения снаряда в скважине

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ СНАРЯДА В СКВАЖИНЕ, включающий погружение датчиков компонентов, размещенных в корпусе снаряда, в скважиTiy , измерение с помощью их компонентов магнитного поля Земли и компонентов силы тяжести и вычисление по ним угловых координат , отличающийся тем, что, с целью повышения точности и распгирения диапазона измерений, датчика компонентов устанавливают в корпусе снаряда неподвижно так, что их оси чувствительности образуют измерительную ортогональную систему координат , в которой соответственные оси чувствительности датчиков . компонентов магнитного поля и датчиков ко.мпонентов силы тяжести параллельны, зате.м производят отсчет значений сигналов датчиков на поверхности при совмещении осей координат измерительной системы с осями определенной заранее опорной системы координат, после чего производят отсчеты датчиков в скважине , вычисляют для каждого отсчета систему углов Эйлера и определяют угловое положение снаряда относительно опорной , i системы координат. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3сдР .E 21 В 47/022

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1@1 (p

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3443563/22-03 (22) 18.05.82 (46) 28.02.84. Бюл. № 8 (72) В. Н. Овчинников (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт геофизики Уральского научного центра АН СССР (53) 622.242(088Я) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 597820, кл. E 21 В 47/02, 1978.

2. «Geophysics», 1978, February, V 43, No 1, P. А — 57 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ СНАРЯДА В СКВАЖИНЕ, включающий погружение датчиков компонентов, размещенных в корпусе снаряда, в скважину, измерение с помощью их компонентов магнитного поля Земли и компонентов силы тяжести и вычисление по ним угловых коор„„SU„„ i ОтВЛЗ A динат, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, датчика компонентов устанав- ливают в корпусе снаряда неподвижно так, что их оси чувствительности образуют измерительную ортогональную систему координат, в которой соответственные оси чувствительности датчиков .компонентов магнитного поля и датчиков компонентов силы тяжести параллельны, затем производят отсчет значений сигналов датчиков на поверхности при совмещении осей координат измерительной системы с осями определенной заранее опорной системы координат, после чего производят отсчеты датчиков в скважине, вычисляют для каждого отсчета систему углов Эйлера и определяют угловое положение снаряда относительно опорной, д системы координат.

1076573 l0

cos а cos p ..cos 7 — sin а sin У вЂ” cos а cos p sin 7 — sin Q cos 7 cos а sin p

sIfl а cos p cos 7 + cos а sIIl 7 — sffl o cos p.sifl 7 + sifl Q cos 7 sIIl а slfl p

Нх

h»

Н

sin p sin 7

cos p — s Ifl P cos 7 где а,p, y — — система углов Эйлера.

После упрощения системы линейных уравнений этого преобразования может быть получена система уравнений:

̈́.cosat+ ͻ stnat =- (hz — Hz.cosg)x

If 1/sin ä

h» sin — hz cos у = (Н вЂ” Ь cos/tt )

1/з1пу, не имеющая однозначного решения относительно углов.

Аналогичную систему уровнений можно" записать для компонентов вектора силы тяжести:

P> cosct+ Py sin at = (Р— — P cosp ) - 1/si пР

Р» з(пУ вЂ” Р„совУ= (Pz — p cosp) - 1/sinp, $5

Теперь число уравнений превышает число неизвестных. Это позволяет исключить одно из уравнений, что приводит к сокращеИзобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и предназначено для дистанционного определения положения ствола скважины в пространстве или для привязки в пространстве измерительной системы координат при векторных измерениях скважин.

Известен способ определения угла отклонения скважины, основанный на измерении компонента силы тяжести. Здесь измерительная система координат подвижна относительно корпуса снаряда и ориентируется с помощью груза-эксцентрика (1).

Известен также способ измерения положения снаряда в скважине, включающий погружение датчиков компонентов, размещенных в корпусе снаряда, в скважину, измерение с помощью их компонентов магнитного поля Земли и компонентов силы тяжести и вычисление по ним угловых координат (2).

Недостатком известного способа является недоопределенность положения снаряда в пространстве (удается измерить только два угла из трех), а также наличие составляющей погрешности, обусловленной трением в подвесах.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерений.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения положения снаряда в скважине, включающему погружение датчиков компонентов, размещенных в корпусе снаряда, в скважину, измерение с помощью их компонентов магнитного поля Земли и компонентов силы тяжести и вычисление по ним угловых координат, устанавливают датчики компонентов в корпусе снаряда неподвижно так, что их оси чувствительности образуют измерительную ортогональную систему координат, в которой соответственные оси чувствительности датчиков компонентов магнитного поля и датчи15

35 ков компонентов силы тяжести параллельны, затем производят отсчет значений сигналов датчиков на поверхности при совмещении осей координат измерительной системы с осями определенной заранее опорной системы координат, после чего производя1 отсчеты датчиков в скважине, вычисляют для каждого отсчета систему углов Эйлера и определяют угловое положение снаряда относительно опорной системы координат.

Сущность предлагаемого способа заключается в одновременном измерении компонентов двух постоянных по величине и направлению векторов: вектора индукции магнитного поля Земли и вектора силы тяжести.

В качестве датчиков компонентов вектора индукции магнитного поля могут применяться компонентные магнитомеры, например, широко применяемые в скважинной магни-. тометрии феррозондовые.

В качестве датчиков компонентов вектора силы тяжести могут применяться компонент-. ные гравимеры или наклономерные устройства.

Измерив значения компонентов в опорной (на поверхности) и в измерительной (в скважине) системах координат, можно установить связь через посредство матрицы переходов, выраженную через систему углов Эйлера.

Пусть Н„, Н„, Н, — компоненты вектора индукции магнитного поля Земли, измеренные в опорной системе координат; h h

hz — компоненты того же вектора в измерйтельной системе координат; Р, Р,, P компоненты вектора силы тяжести в опорной системе координат; р„, р„, р — компо- . ненты вектора силы тяжести в йзмерительной системе координат.

Для вектора индукции магнитного поля можно, например, записать преобразование: нию числа измеряемых компонентов желаемым образом. Вычисляемые по трем уравнениям три угла позволяют однозначно определить положение измерительной системы координат, а, следовательно, и корпуса снаряда в пространстве.

Дополнительное упрощение системы уравнений может быть получено целесообразной ориентацией снстем координат относительно измеряемых векторов, например, верти кально-азимутальной для опорной и осе вой для измерительной.

Просмотрим решение такого варианта.

Пусть исходной будет система уравнений;

Н„.cosa+ H» sine(= (hz — Н . сов/1) 1/sin р

Ь» sinУ вЂ” Ь„созУ = (Н вЂ” - Ь cos/t) ° 1/sinф

Р„.cosa+ P» sine=- (pz — Рт.cosp) ° l/sing 1076573, Составитель И. Карбачинская

Техред И. Верес Корректор О. Тигор

Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1! 3035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская иаб, д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор П. Макаревич

Заказ 695/29

При предложенной ориентации систем координат H> = Р„= Ру = О.

Тогда система уравнений упростится:

Н„созе= {Ь вЂ” Нк. cosP) l/sing

h> ßïç — ь„созе — (нх — ь - cosP).1/ыпф р — Р cosy= О

Решение системы имеет вид:

P= arccosф;

al= arc cos ЦЬа — Н. -cosp)-1/н„з1п

Г= агс sin ((Нк — h>.cosp) 1/з1п/1 „+ .Мгс 1д@.

Использование предлагаемого способа позволяет значительно упростить конструкцию снаряда по сравнению с инклинометром

ИТ вЂ” 200, которым оснащены производственные организации Министерства геологии.

Технические преимушества, прежде всего, определяются отсутствием карданова подвеса, обладающего зоной нечувствительности вследствие трения в опорах и токосъемниках и ограничивающим скорость измерений временем успокоения измерительной сис темы. Вторым важным достоинством являет10 ся расширение функциональных возможностей.