[go: up one dir, main page]

RU2758931C1 - Method for increasing the inclinometry accuracy in process of drilling oil-and-gas wells and device for its implementation - Google Patents

Method for increasing the inclinometry accuracy in process of drilling oil-and-gas wells and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2758931C1
RU2758931C1 RU2021110834A RU2021110834A RU2758931C1 RU 2758931 C1 RU2758931 C1 RU 2758931C1 RU 2021110834 A RU2021110834 A RU 2021110834A RU 2021110834 A RU2021110834 A RU 2021110834A RU 2758931 C1 RU2758931 C1 RU 2758931C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic field
earth
compensation
inclinometric
borehole axis
Prior art date
Application number
RU2021110834A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сяолун ВАН
Владимир Клавдиевич Теплухин
Александр Николаевич Ратушняк
Валерий Викторович Зенков
Original Assignee
Сяолун ВАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сяолун ВАН filed Critical Сяолун ВАН
Priority to RU2021110834A priority Critical patent/RU2758931C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2758931C1 publication Critical patent/RU2758931C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • E21B47/02Determining slope or direction
    • E21B47/022Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/40Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for well-logging
    • G01V1/44Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for well-logging using generators and receivers in the same well

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas production.
SUBSTANCE: invention relates to the associated geophysical research and work in wells for oil and gas production. To implement a method for increasing compensation level of distortion created by ferromagnetic drill pipes during drilling of oil-and-gas wells, inclinometric measurements of the well bottom location are initially carried out by a sensor system. The time interval for measuring inclinometric sensors is divided into two sub-intervals. During the first sub-interval, inclinometric sensors measure preliminary values of the inclination angle of borehole axis against the Earth's magnetic field vector and azimuth of the borehole axis against horizontal component of the Earth's magnetic field vector. The measured values are sent to microprocessor, then microprocessor sends control commands to the digital potentiometers. Digital potentiometers form control packages including direction of currents and amperage and supply them to working compensation solenoids installed anywhere on ferromagnetic drill pipes of the bottom-hole above and below the packaging arrangement axis. Compensating solenoids create a compensating magnetic field, then during the second sub-interval inclinometric sensors carry out repeated measurements of the inclination angle of borehole axis against the Earth's magnetic field vector and azimuth of the borehole axis against horizontal component of the Earth's magnetic field vector, which determine the updated values of the bottom-hole point inclinometry.
EFFECT: increase in compensation level of distortion created by large ferromagnetic drill pipes.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к сопутствующим геофизическим исследованиям и работам в скважинах для добычи на нефти и газа [Е21В 47/022, G01V1/44].The invention relates to related geophysical research and work in wells for oil and gas production [E21B 47/022, G01V1 / 44].

Процесс инклинометрии - определение пространственного точного положения ствола бурящейся скважины путём непрерывного измерения отклонений направления скважины от магнитного севера (азимут) и угла её наклона с помощью инклинометров.Inclinometry process - determination of the spatial exact position of the borehole being drilled by continuous measurement of deviations of the direction of the borehole from magnetic north (azimuth) and its angle of inclination using inclinometers.

Работа основной группы скважинных инклинометров, применяемых в процессе бурения наклонно-направленных скважин, основана на принципе измерения параметров магнитной индукции измерительных соленоидов при воздействии вектора магнитного поля Земли.The work of the main group of borehole inclinometers used in the process of drilling directional wells is based on the principle of measuring the parameters of the magnetic induction of the measuring solenoids under the influence of the Earth's magnetic field vector.

На качество измерения оказывают влияние присутствие вблизи измерительного датчика массивных магнитных комплексов с высокими значениями магнитной проницаемости, вибрация бурильного инструмента и другие причины.The measurement quality is influenced by the presence of massive magnetic complexes with high values of magnetic permeability near the measuring sensor, vibration of the drilling tool and other reasons.

Из уровня техники известен СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИНКЛИНОМЕТРИИ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННЫХ СКВАЖИН НА НЕФТЬ И ГАЗ [2005121778/28, опубл. 11.07.2005 г.], заключающийся в проведении системы последовательных операций преобразования компонент гравитационного и магнитного поля Земли в пропорциональные электрические сигналы с помощью гравитационных датчиков - сигналы с помощью трехосных акселерометров и магнетометров, усиления и масштабирования сигналов датчиков, интегрирующего аналого-цифрового преобразования электрических сигналов, определения трех компонент гравитационного и магнитного полей по измеренным выходным сигналам геонавигационных датчиков, определения инклинометрических параметров забоя скважины по измеренным компонентам геофизических полей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности инклиметрических измерений в процессе бурения скважин, в условиях воздействия вибраций от работы породоразрушающего инструмента, измерении параметры вибрационной помехи, определении необходимого объема исходной выборки выходных сигналов акселерометров, произведении ограничения исходной выборки с использованием корреляционного анализа и определении истинных значений выходных сигналов акселерометров в результате итерационной процедуры обработки сформированной выборки указанных выходных сигналов.From the prior art, there is a METHOD FOR INCLINOMETRY INCLINATION ACCURACY IN THE PROCESS OF DRILLING INCLINED-DIRECTED WELLS FOR OIL AND GAS [2005121778/28, publ. July 11, 2005], which consists in carrying out a system of sequential operations of converting the components of the Earth's gravitational and magnetic field into proportional electrical signals using gravitational sensors - signals using triaxial accelerometers and magnetometers, amplifying and scaling sensor signals, integrating analog-to-digital conversion of electrical signals , determination of the three components of the gravitational and magnetic fields by the measured output signals of geosteering sensors, determination of the inclinometric parameters of the well bottom by the measured components of the geophysical fields, characterized in that, in order to increase the accuracy of inclimation measurements during the drilling of wells, under the influence of vibrations from the operation of rock cutting tools , measuring the parameters of vibration noise, determining the required volume of the initial sample of the output signals of accelerometers, limiting the initial sample using the correlation on the analysis and determination of the true values of the output signals of the accelerometers as a result of the iterative procedure for processing the generated sample of the specified output signals.

Также из уровня техники известен МЕТОД «КОРОТКОГО УБТ – УТЯЖЕЛЕННОЙ БУРИЛЬНОЙ ТРУБЫ» - математический метод снижения азимутальных ошибок, вызванных магнитным влиянием составляющих компонент забойной компоновки низа бурильной колонны (КНБК), при котором во время снятия инклинометрического замера
в расчет принимается абсолютный азимут, который является расчетным.
Also known from the prior art is the "SHORT DRILL - HEAVY DRILL PIPE" METHOD - a mathematical method for reducing azimuthal errors caused by the magnetic effect of the components of the bottom hole assembly of the bottom hole (BHA), in which during the removal of the inclinometric measurement
the absolute azimuth is taken into account, which is the calculated one.

Основа технологии заключается «в невозможности использования достаточного количества НУБТ (немагнитных УБТ), при наличии которых возникают помехи по оси Bz, расположенной вдоль оси инструмента. Для решения этой проблемы в формулу расчета азимута вносят рассчитанные перед началом бурения Dip (угол, на который отклоняется стрелка под действием магнитного поля Земли в вертикальной плоскости) и Be (значение напряженности магнитного поля Земли в точке устья скважины) и исключают составляющую Bz».The technology is based on “the impossibility of using a sufficient number of NCCTs (non-magnetic drill collars), in the presence of which there is interference along the Bz axis located along the tool axis. To solve this problem, Dip (the angle at which the arrow deviates under the action of the Earth's magnetic field in the vertical plane) and Be (the value of the Earth's magnetic field strength at the wellhead) are introduced into the azimuth calculation formula and exclude the Bz component ”.

Применение данного способа по физической сути представляет собой полуавтоматическое введение в измеренную компоненту Вz поправки, вычисляемой в зависимости от геометрических параметров КНБК и, в частности, от расположения в составе КНБК ферромагнитных компонент. The use of this method, in physical essence, is a semi-automatic introduction into the measured component Bz of a correction calculated depending on the geometric parameters of the BHA and, in particular, on the location of the ferromagnetic components in the BHA.

Недостатком аналогов является то, что они учитывают и устраняют только один тип помех, а именно помехи, создаваемые самоиндукцией в комплексе инклинометрических датчиков при вибрации в процессе бурения.The disadvantage of analogs is that they take into account and eliminate only one type of interference, namely, interference created by self-induction in a complex of directional sensors during vibration during drilling.

Также недостатком второго аналога является то, что метод учитывает только одну ортогональную компоненту Bz, а значит допускает априорную практически не учитываемую погрешность в других составляющих, измеряемых при инклинометрии. Also, the disadvantage of the second analogue is that the method takes into account only one orthogonal component Bz, which means that it allows a priori, practically unaccounted for error in other components measured by directional survey.

Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ, ОСНОВАННЫЙ НА КОМПЕНСАЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ КОРАБЛЯ [http://www.radioland.mrezha.ru/statia/mor_electr_01/mor_electr_01.htm, опубл. 17.09.2019 г.], характеризующийся тем, что за счет распределенной по палубе корабля системы соленоидов или специального кабеля, который кладут на палубу или подвешивают с наружной стороны бортов, пропуская по нему электрический ток, создается искусственное магнитное поле, противоположное полю корабля.The closest in technical essence is the METHOD BASED ON COMPENSATION OF THE MAGNETIC FIELD OF THE SHIP [http://www.radioland.mrezha.ru/statia/mor_electr_01/mor_electr_01.htm, publ. 09/17/2019], characterized by the fact that due to a system of solenoids distributed over the deck of the ship or a special cable, which is placed on the deck or suspended from the outside of the sides, passing an electric current through it, an artificial magnetic field is created opposite to the field of the ship.

Различают обмоточное и безобмоточное размагничивание корабля. В первом случае на корабле стационарно устанавливают несколько кабельных обмоток и создают
в них магнитное поле, компенсирующее магнитное поле корабля. В случае безобмоточного размагничивания корабль подвергают воздействию внешнего магнитного поля на стационарных или подвижных станциях размагничивания.
Distinguish between winding and non-winding demagnetization of the ship. In the first case, several cable windings are permanently installed on the ship and create
they contain a magnetic field that compensates for the ship's magnetic field. In the case of winding-free demagnetization, the ship is exposed to an external magnetic field at stationary or mobile demagnetization stations.

Основной технической проблемой прототипа является низкий уровень компенсации помех, создаваемых крупными ферромагнитными массами из-за того, что
в прототипе используется сложная и не поддающаяся регулярному учету зависимость внешнего наведенного магнитного поля корабля от соотношения оси корабля и полного вектора магнитного поля Земли, из-за чего отсутствует возможность полной компенсации магнитных полей.
The main technical problem of the prototype is the low level of compensation for interference created by large ferromagnetic masses due to the fact that
The prototype uses a complex and not amenable to regular accounting dependence of the external induced magnetic field of the ship on the ratio of the axis of the ship and the total vector of the Earth's magnetic field, which makes it impossible to fully compensate for the magnetic fields.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.The objective of the invention is to eliminate the disadvantages of the prototype.

Техническим результатом изобретения является повышение уровня компенсации помех, создаваемых крупными ферромагнитными массами.The technical result of the invention is to increase the level of compensation for interference caused by large ferromagnetic masses.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ повышения уровня компенсации помех, создаваемых крупными ферромагнитными массами в процессе бурения нефтегазовых скважин, характеризуется тем, что первоначально осуществляют инклинометрические измерения местоположения забоя скважины системой датчиков, при этом интервал времени проведения измерений инклинометрических датчиков делят на два подинтервала, во время первого подинтервала инклинометрические датчики измеряют предварительные значения угла наклона оси скважины по отношению к вектору магнитного поля Земли и азимута оси скважины относительно горизонтальной составляющей вектора магнитного поля Земли, далее измеренные значения поступают на микропроцессор, далее микропроцессор подает управляющие команды на цифровые потенциометры, далее цифровые потенциометры формируют управляющие сигналы и подают их на рабочие компенсационные соленоиды, в соответствии с управляющими сигналами компенсационные соленоиды создают компенсационное магнитное поле, далее во время второго подинтервала инклинометрические датчики осуществляют повторные измерения угла наклона оси скважины по отношению к вектору магнитного поля Земли и азимута оси скважины относительно горизонтальной составляющей вектора магнитного поля Земли, которые определяют уточненные значения инклинометрии точки забоя.The specified technical result is achieved due to the fact that the method for increasing the level of compensation of interference created by large ferromagnetic masses in the process of drilling oil and gas wells is characterized by the fact that the inclinometric measurements of the location of the borehole bottom are initially carried out by a system of sensors, while the time interval for measuring the inclinometric sensors is divided into two subinterval, during the first subinterval the directional sensors measure the preliminary values of the borehole axis inclination in relation to the vector of the Earth's magnetic field and the azimuth of the borehole axis relative to the horizontal component of the Earth's magnetic field vector, then the measured values are fed to the microprocessor, then the microprocessor sends control commands to the digital potentiometers, then digital potentiometers generate control signals and supply them to the working compensation solenoids, in accordance with the control signals, the compensation solenoids create compensation Then, during the second subinterval, the directional sensors perform repeated measurements of the borehole axis inclination angle with respect to the Earth's magnetic field vector and the borehole axis azimuth relative to the horizontal component of the Earth's magnetic field vector, which determine the updated values of the bottomhole inclinometry.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для повышения уровня компенсации помех, создаваемых крупными ферромагнитными массами в процессе бурения нефтегазовых скважин, состоит из инклинометрических датчиков, размещенных на немагнитных блоках, соединенных с микропроцессором, который соединен с цифровыми потенциометрами, которые соединены с рабочими компенсационными соленоидами, при этом цифровые потенциометры и рабочие компенсационные соленоиды размещаются на ферромагнитных блоках низа бурильной колонны.The specified technical result is achieved due to the fact that the device for increasing the level of compensation of interference created by large ferromagnetic masses in the process of drilling oil and gas wells, consists of inclinometric sensors placed on non-magnetic blocks connected to a microprocessor, which is connected to digital potentiometers, which are connected to workers compensation solenoids, while digital potentiometers and working compensation solenoids are placed on the ferromagnetic blocks of the bottom of the drill string.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

На фиг. 1 показано устройство для повышения уровня компенсации помех, создаваемых крупными ферромагнитными массами в процессе бурения нефтегазовых скважин.FIG. 1 shows the device for increasing the level of compensation for interference created by large ferromagnetic masses in the process of drilling oil and gas wells.

На фиг. 2 показана иллюстрация процесса измерения угла наклона оси скважины по отношению к вектору магнитного поля Земли.FIG. 2 shows an illustration of the process of measuring the angle of inclination of the axis of the borehole in relation to the vector of the earth's magnetic field.

На фиг. 3 показан пример реализации устройства управления рабочими компенсационными соленоидами.FIG. 3 shows an example of the implementation of the control device for working compensation solenoids.

На фиг. 4 показан график зависимости наведенного магнитного поля от угла между осью скважины и направлением земного магнитного поля.FIG. 4 is a plot of the induced magnetic field versus the angle between the borehole axis and the direction of the earth's magnetic field.

На фигурах обозначено: 1 – ферромагнитные блоки; 2 – немагнитные блоки; 3 – инклинометрические датчики; 4 – микропроцессор; 5 – цифровой потенциометр; 6 –рабочий компенсационный соленоид.The figures indicate: 1 - ferromagnetic blocks; 2 - non-magnetic blocks; 3 - inclinometric sensors; 4 - microprocessor; 5 - digital potentiometer; 6 - working compensation solenoid.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Устройство для повышения уровня компенсации помех, создаваемых крупными ферромагнитными массами в процессе бурения нефтегазовых скважин, состоит из элементов компоновки низа бурильной колонны, которая может в себя включать ферромагнитные блоки 1 и немагнитные блоки 2. При этом на удалении от ферромагнитных блоков 1, расположенных в нижней части бурильной колонны, на немагнитных блоках 2 расположены инклинометрические датчики 3. В одном из вариантов реализации инклинометрические датчики 3 могут размещаться на немагнитных утяжелителях бурильной трубы. В составе одного устройства для повышения уровня компенсации помех, создаваемых крупными ферромагнитными массами в процессе бурения нефтегазовых скважин, может использоваться несколько инклинометрических датчиков 3. При этом инклинометрические датчики 3 выполнены с возможностью измерять угол наклона оси скважины по отношению к вектору магнитного поля Земли и азимут оси скважины относительно горизонтальной составляющей вектора магнитного поля Земли. Инклинометрические датчики 3 соединены с микропроцессором 4. В одном из вариантов реализации инклинометрические датчики 3 соединены с микропроцессором 4 посредством кабеля. Микропроцессор 4, в свою очередь, соединен с цифровыми потенциометрами 5, которые соединены с рабочими компенсационными соленоидами 6. При этом цифровые потенциометры 5 и рабочие компенсационные соленоиды 6 размещаются на ферромагнитных блоках 1 низа бурильной колонны. Device for increasing the level of compensation for interference created by large ferromagnetic masses in the process of drilling oil and gas wells, consists of elements of the bottom hole assembly, which may include ferromagnetic blocks 1 and non-magnetic blocks 2. At the same time, at a distance from the ferromagnetic blocks 1 located in the lower part of the drill strings, inclinometric sensors 3 are located on non-magnetic blocks 2. In one embodiment, inclinometric sensors 3 can be placed on non-magnetic drill pipe weights. As part of one device to increase the level of compensation of interference created by large ferromagnetic masses in the process of drilling oil and gas wells, several inclinometric sensors 3 can be used. In this inclinometric sensors 3 are made with the ability to measure the angle of inclination of the borehole axis with respect to the vector of the Earth's magnetic field and the azimuth of the axis wells with respect to the horizontal component of the Earth's magnetic field vector. The inclinometric sensors 3 are connected to the microprocessor 4. In one embodiment, the inclinometric sensors 3 are connected to the microprocessor 4 by means of a cable. Microprocessor 4, in turn, is connected to digital potentiometers 5, which are connected to working compensation solenoids 6. In this case, digital potentiometers 5 and working compensation solenoids 6 are placed on ferromagnetic blocks 1 of the bottom of the drill string.

Также дополнительно устройство для повышения уровня компенсации помех, создаваемых крупными ферромагнитными массами в процессе бурения нефтегазовых скважин, может для питания микропроцессора 4, цифровых потенциометров 5 и компенсационных соленоидов 6 быть оснащено элементом питания, в качестве которого может выступать специальная скважная батарея (на фиг. не показана).Also an optional device for increasing the level of compensation for interference created by large ferromagnetic masses in the process of drilling oil and gas wells can be equipped with a battery to power the microprocessor 4, digital potentiometers 5 and compensation solenoids 6, which can be a special downhole battery (not shown in the figure).

Способ повышения уровня компенсации помех, создаваемых крупными ферромагнитными массами в процессе бурения нефтегазовых скважин, характеризуется тем, что первоначально инклинометрические датчики 3 осуществляют процесс измерения угла наклона оси скважины по отношению к вектору магнитного поля Земли и азимута оси скважины относительно горизонтальной составляющей вектора магнитного поля Земли.The method for increasing the level of compensation for interference created by large ferromagnetic masses during the drilling of oil and gas wells is characterized by the fact that initially inclinometric sensors 3 measure the angle of inclination of the borehole axis with respect to the vector of the Earth's magnetic field and the azimuth of the borehole axis relative to the horizontal component of the Earth's magnetic field vector.

Интервал времени проведения измерений инклинометрических датчиков 3 делится на два основных подинтервала, при этом длительность основного временного интервала измерений является величиной постоянной и не меняется.The time interval of measurements of the inclinometric sensors 3 is divided into two main sub-intervals, while the duration of the main time interval of measurements is constant and does not change.

Во время первого временного подинтервала инклинометрические датчики 3 осуществляют предварительные измерения угла наклона оси скважины по отношению к вектору магнитного поля Земли и азимута оси скважины относительно горизонтальной составляющей вектора магнитного поля Земли. При этом под предварительными измерениями понимаются измерения, включающие помехи, вызванные наличием магнитного поля от ферромагнитных блоков 1. Далее предварительные измерения поступают для обработки на микропроцессор 4. После этого микропроцессор 4, получив предварительные данные от инклинометрических датчиков 3, формирует команду на управление напряжением, подаваемым на цифровой потенциометр 5, который формирует сигнал на рабочий компенсационный соленоид 6, размещенный на каждом ферромагнитном блоке 1 для создания магнитного поля с целью постоянной компенсации помехи.During the first time subinterval, directional sensors 3 perform preliminary measurements of the borehole axis inclination angle with respect to the Earth's magnetic field vector and the borehole axis azimuth relative to the horizontal component of the Earth's magnetic field vector. In this case, preliminary measurements are understood as measurements that include interference caused by the presence of a magnetic field from ferromagnetic blocks 1. Further, preliminary measurements are sent for processing to the microprocessor 4. After that, the microprocessor 4, having received preliminary data from the inclinometric sensors 3, generates a command to control the voltage supplied to a digital potentiometer 5, which generates a signal to the working compensation solenoid 6, located on each ferromagnetic block 1 to create a magnetic field in order to constantly compensate for interference.

Во время второго временного подинтервала инклинометрические датчики 3 осуществляют повторные измерения угла наклона оси скважины по отношению к вектору магнитного поля Земли и азимута оси скважины относительно горизонтальной составляющей вектора магнитного поля Земли. При этом повторные измерения характеризуются тем, что в них учитываются поправки на влияние крупных ферромагнитных масс ферромагнитных блоков 1, вычисленные во время первого подинтервала. Таким образом, данные, полученные от инклинометрических датчиков 3 во время второго подинтервала, определяют реальные значения инклинометрии точки забоя.During the second time subinterval, the directional sensors 3 perform repeated measurements of the borehole axis inclination angle with respect to the Earth's magnetic field vector and the borehole axis azimuth relative to the horizontal component of the Earth's magnetic field vector. In this case, repeated measurements are characterized by the fact that they take into account the corrections for the influence of large ferromagnetic masses of ferromagnetic blocks 1, calculated during the first subinterval. Thus, the data obtained from the directional sensors 3 during the second sub-interval determine the real values of the downhole directional survey.

Реализация измерений во время второго подинтервала позволяет априорно сократить количество дополнительных математических операций по введению различного рода поправок для измерения инклинометрических данных в процессе бурения нефтегазовых скважин.The implementation of measurements during the second subinterval allows a priori to reduce the number of additional mathematical operations for the introduction of various kinds of corrections for measuring directional data while drilling oil and gas wells.

Отдельно стоит отметить, что для реализации заявленного способа используют микропроцессор 4 достаточной вычислительной мощности, чтобы провести требуемое количество вычислительных операций за время интервала измерений без временной задержки поступления данных.Separately, it should be noted that for the implementation of the claimed method, a microprocessor 4 with sufficient computing power is used to carry out the required number of computational operations during the measurement interval without a time delay in the arrival of data.

Рассмотрим вариант достижения технического результата.Consider the option of achieving a technical result.

Первоначально инклинометрические датчики 3 размещают на немагнитных блоках 2 низа бурильной колонны. При этом для наглядности примера будем считать, что магнитный азимут оси скважины β равен нулю. В таком случае положение ферромагнитных блоков 1 (оси скважины) и вектора магнитного поля Земли проиллюстрировано на фиг. 2. При этом α - угол между осью скважины и вектором магнитного поля Земли. Введем еще одно приближение: пусть внутренняя намагниченность ферромагнитных блоков 1 является величиной постоянной (H = const) и равна земному магнитному полю H0 (без учета неоднородного намагничивания тела). Для приближенной оценки возьмем типовые параметры L = 10.6 м (длинна ферромагнитных блоков 1), h = 8.5 м (расстояние между ферромагнитными блоками 1 и точкой измерения (инклинометрическими датчиками 3)), угол α от 0 до 90°;Initially, inclinometric sensors 3 are placed on non-magnetic blocks 2 of the bottom of the drill string. In this case, for clarity of the example, we will assume that the magnetic azimuth of the borehole axis β is equal to zero. In this case, the position of the ferromagnetic blocks 1 (borehole axis) and the vector of the Earth's magnetic field are illustrated in FIG. 2. In this case, α is the angle between the borehole axis and the vector of the Earth's magnetic field. Let us introduce one more approximation: let the internal magnetization of ferromagnetic blocks 1 be a constant value (H = const) and equal to the earth's magnetic field H 0 (without taking into account the inhomogeneous magnetization of the body). For an approximate assessment, we take typical parameters L = 10.6 m (length of ferromagnetic blocks 1), h = 8.5 m (distance between ferromagnetic blocks 1 and the measurement point (directional sensors 3)), angle α from 0 to 90 °;

Figure 00000001
;
Figure 00000001
;

модуль Н0 = 40 А/м, S=πD/4, где D - диаметр стержня = 0.17 м, В0 х = 50 нТл (где В0 х - ортогональная компонента магнитной индукции, действующая на ферромагнитные блоки 1).modulus Н 0 = 40 A / m, S = πD / 4, where D is the diameter of the rod = 0.17 m, В 0 х = 50 nT (where В 0 х is the orthogonal component of magnetic induction acting on ferromagnetic blocks 1).

На практике зачастую используются более точные расчеты результирующего поля, например, численные методы решения системы интегральных уравнений с помощью программного обеспечения 3D-MAGNIT. Результаты расчета для схожих исходных данных: L = 10 м, h = 10 м, S = 0.01 м2, Н0 = 40 А/м приведены на фиг. 4.In practice, more accurate calculations of the resulting field are often used, for example, numerical methods for solving a system of integral equations using the 3D-MAGNIT software. The calculation results for similar initial data: L = 10 m, h = 10 m, S = 0.01 m 2 , H 0 = 40 A / m are shown in Fig. 4.

Анализ фиг. 4 позволяет сделать выводы о том, что при любом угле между осью стержня (ферромагнитными блоками 1 компоновки низа бурильной колонны (КНБК)), расположенного на оси скважины, и силовыми линиями магнитного поля Земли появляется помеха, требующая учета при фиксировании параметров инклинометрии положения забоя бурящейся скважины.Analysis of FIG. 4 allows us to conclude that at any angle between the axis of the rod (ferromagnetic blocks 1 of the bottom hole assembly (BHA)) located on the axis of the well and the magnetic field lines of the Earth, an obstacle appears, which needs to be taken into account when fixing the inclinometry parameters of the position of the bottom hole wells.

Важное значение имеет фактическое расстояние между ферромагнитными блоками 1 КНБК и точкой измерения данных инклинометрии (расположения инклинометрических датчиков 3), а также реальная длина каждого ферромагнитного блока 1. К примеру, перемещение такого блока с расстояния 10.6 метра до 3.7 метра (в три раза) приведёт к резкому повышению создаваемого магнитным блоком мешающего магнитного поля в пять раз. Вопрос определения расстояния между ферромагнитными блоками 1 КНБК и точкой измерения данных инклинометрии не относится к сути рассматриваемого технического решения, данный вопрос решается в зависимости от габаритов функциональных элементов КНБК на стадии ее проектирования.The actual distance between the ferromagnetic blocks 1 of the BHA and the measurement point of the inclinometry data (the location of the inclinometric sensors 3), as well as the actual length of each ferromagnetic block 1, is important. For example, moving such a block from a distance of 10.6 meters to 3.7 meters (three times) will to a sharp increase in the interfering magnetic field created by the magnetic block by a factor of five. The issue of determining the distance between ferromagnetic blocks 1 of the BHA and the point of measurement of the directional survey data is not related to the essence of the considered technical solution, this issue is solved depending on the dimensions of the functional elements of the BHA at the design stage.

После размещения инклинометрических датчиков 3 на немагнитных блоках 2 низа бурильной колонны реализуются измерения на первом временном подинтервале. Микропроцессор 4 получает данные по углу наклона оси скважины по отношению к вектору магнитного поля Земли (α) и азимуту оси скважины относительно горизонтальной составляющей вектора магнитного поля Земли (β). Далее микропроцессор 4 реализует следующие операции: вычисляет ортогональные компоненты магнитной индукции, действующие на ферромагнитные блоки 1, по следующим соотношениям:After placing the inclinometric sensors 3 on the non-magnetic blocks 2 of the bottom of the drill string, measurements are taken on the first time interval. Microprocessor 4 receives data on the angle of inclination of the borehole axis in relation to the vector of the Earth's magnetic field (α) and the azimuth of the borehole axis relative to the horizontal component of the Earth's magnetic field vector (β). Further, the microprocessor 4 implements the following operations: calculates the orthogonal components of the magnetic induction acting on the ferromagnetic blocks 1, according to the following relations:

В0 х = В0 cos β cos α; В 0 х = В 0 cos β cos α;

В0 y = В0 cos β sin α,В 0 y = В 0 cos β sin α,

где α и β – значения, поступающие с инклинометрических датчиков 3, where α and β are the values coming from the inclinometric sensors 3,

В0 – индукция магнитного поля Земли (является величиной постоянной).В 0 - induction of the Earth's magnetic field (is a constant value).

Известно следующее соотношение для наведенного магнитного поля ферромагнитного блока 1: The following relation is known for the induced magnetic field of the ferromagnetic block 1:

В = µ µ0 N (I/L), В = µ µ 0 N (I / L),

где µ – относительная магнитная проницаемость среды рабочего компенсационного соленоида 6 (зависит от типа рабочего компенсационного соленоида 6, к примеру 50), where μ is the relative magnetic permeability of the medium of the working compensation solenoid 6 (depends on the type of working compensation solenoid 6, for example 50),

µ0 – магнитная постоянная – является величиной постоянной 4 π 10 -7 (Гн/м), µ 0 - magnetic constant - is a constant value 4 π 10 -7 (H / m),

L – длина рабочего компенсационного соленоида 6, м,L is the length of the working compensation solenoid 6, m,

N – число витков рабочего компенсационного соленоида 6. N is the number of turns of the working compensation solenoid 6.

Используя приведенное соотношение, микропроцессор 4 рассчитывает значение рабочего тока: Using the given ratio, microprocessor 4 calculates the value of the operating current:

I = В / µ µ0 n, I = B / µ µ 0 n,

где n – число витков на единицу длины рабочего компенсационного соленоида 6.where n is the number of turns per unit length of the working compensation solenoid 6.

Рассчитав направление и амплитуда рабочего тока I (к примеру, «+» или «-»), формируют направление и амплитуду наведенного магнитного поля, равного создаваемому составляющей наведенного магнитного поля ферромагнитного блока 1 под воздействием эффективной составляющей магнитного поля Земли, тем самым практически компенсируя его. By calculating the direction and amplitude of the operating current I (for example, "+" or "-"), form the direction and amplitude of the induced magnetic field equal to the generated component of the induced magnetic field of the ferromagnetic block 1 under the influence of the effective component of the Earth's magnetic field, thereby practically compensating it ...

Далее реализуются измерения на втором временном подинтервале: инклинометрические датчики 3 осуществляют повторные измерения параметров α и β, которые определяют реальные значения инклинометрии точки забоя.Further, measurements are carried out on the second time sub-interval: the inclinometric sensors 3 carry out repeated measurements of the parameters α and β, which determine the real values of the inclinometry of the bottomhole point.

Пример реализации управления рабочими компенсационными соленоидами 6 показан на фиг. 3. Согласно данной схемы, микропроцессор 4 вычисляет напряжение, которое необходимо подать между точками W и C для создания условий протекания компенсационного тока через сопротивление R1 рабочего компенсационного соленоида длиной L. Для установки цифрового потенциометра в нужное положение для создания заданного напряжения необходимо с микропроцессора 4 отправить последовательность импульсов по цифровому интерфейсу (SPI или I2C). В период отсутствия такой последовательности потенциометр установлен в среднее положение (спящий режим). В период создания рабочего напряжения 5 V необходимо отправить последовательность импульсов для установки потенциометра в крайнее верхнее положение (фиг. 4): например, для установки в верхнее положение потенциометра с 256 ступенями необходимо отправить значение 255.An example of the implementation of the control of the working compensation solenoids 6 is shown in FIG. 3. According to this scheme, the microprocessor 4 calculates the voltage that must be applied between points W and C to create conditions for the flow of compensation current through the resistance R 1 of the working compensation solenoid of length L. To set the digital potentiometer to the desired position to create a given voltage, it is necessary from the microprocessor 4 send a sequence of pulses over a digital interface (SPI or I2C). In the absence of such a sequence, the potentiometer is set to the middle position (sleep mode). During the creation of an operating voltage of 5 V, it is necessary to send a sequence of pulses to set the potentiometer to the uppermost position (Fig. 4): for example, to set the potentiometer with 256 steps to the upper position, it is necessary to send the value 255.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что на немагнитных блоках 2 расположены инклинометрические датчики 3, выполненные с возможностью измерять угол наклона оси скважины по отношению к вектору магнитного поля Земли и азимут оси скважины относительно горизонтальной составляющей вектора магнитного поля Земли. Инклинометрические датчики 3 соединены с микропроцессором 4. Микропроцессор 4, в свою очередь, соединен с цифровыми потенциометрами 5, которые соединены с рабочими компенсационными соленоидами 6. При этом цифровые потенциометры 5 и рабочие компенсационные соленоиды 6 размещаются на нижних ферромагнитных блоках 1 низа бурильной колонны. Благодаря наличию микропроцессора 4 реализуется возможность управления компенсационными соленоидами 6, которые создают магнитное поле с целью постоянной компенсации помехи. При этом постоянная компенсация помех реализуется благодаря тому, что интервал времени проведения измерений инклинометрических датчиков 3 делится на два подинтервала. Во время первого подинтервала реализуют предварительные измерения угла наклона оси скважины по отношению к вектору магнитного поля Земли и азимута оси скважины относительно горизонтальной составляющей вектора магнитного поля Земли, после чего рабочие компенсационные соленоиды 6 создают магнитное поле с целью постоянной компенсации помехи. Во время второго подинтервала после компенсации помехи определяют уточненные значения инклинометрии точки забоя. При этом за счет того, что во время второго подинтервала учитываются поправки на влияние крупных ферромагнитных масс ферромагнитных блоков 1, существенно повышается уровень компенсации помех, создаваемых этими массами.The technical result of the invention is achieved due to the fact that inclinometric sensors 3 are located on the non-magnetic blocks 2, made with the ability to measure the angle of inclination of the borehole axis with respect to the vector of the Earth's magnetic field and the azimuth of the borehole axis relative to the horizontal component of the Earth's magnetic field vector. Inclinometric sensors 3 are connected to microprocessor 4. Microprocessor 4, in turn, is connected to digital potentiometers 5, which are connected to working compensation solenoids 6. In this case, digital potentiometers 5 and working compensation solenoids 6 are placed on the lower ferromagnetic blocks 1 of the bottom of the drill string. Due to the presence of the microprocessor 4, it is possible to control the compensation solenoids 6, which create a magnetic field in order to constantly compensate for the interference. In this case, constant compensation of interference is realized due to the fact that the time interval for making measurements of the inclinometric sensors 3 is divided into two subintervals. During the first subinterval, preliminary measurements of the borehole axis tilt angle with respect to the Earth's magnetic field vector and the borehole axis azimuth relative to the horizontal component of the Earth's magnetic field vector are carried out, after which the working compensation solenoids 6 create a magnetic field in order to permanently compensate for the interference. During the second subinterval after the interference compensation, the updated values of the bottom hole inclinometry are determined. At the same time, due to the fact that during the second subinterval, corrections for the influence of large ferromagnetic masses of ferromagnetic blocks 1 are taken into account, the level of compensation for interference caused by these masses is significantly increased.

Заявителем было разработано устройство и реализован заявленный способ, апробация и тестирование которого подтвердили достижение заявленного технического результата. Повышение уровня компенсации помех, создаваемых крупными ферромагнитными массами, составило порядка 30 %.The applicant has developed a device and implemented the claimed method, the approbation and testing of which confirmed the achievement of the claimed technical result. The increase in the level of compensation for interference caused by large ferromagnetic masses was about 30%.

Claims (2)

1. Способ повышения уровня компенсации помех, создаваемых ферромагнитными бурильными трубами в процессе бурения нефтегазовых скважин, отличающийся тем, что первоначально осуществляют инклинометрические измерения местоположения забоя скважины системой датчиков, при этом интервал времени проведения измерений инклинометрических датчиков делят на два под-интервала, во время первого под-интервала инклинометрические датчики измеряют предварительные значения угла наклона оси скважины по отношению к вектору магнитного поля Земли и азимута оси скважины относительно горизонтальной составляющей вектора магнитного поля Земли, далее измеренные значения поступают на микропроцессор, далее микропроцессор подает управляющие команды на цифровые потенциометры, далее цифровые потенциометры формируют управляющие пакеты, включающие направление токов и силы тока, и подают их на рабочие компенсационные соленоиды, установленные в любом месте на ферромагнитных бурильных трубах компоновки низа бурильной колонны выше и ниже по оси компоновки, в соответствии с которыми компенсационные соленоиды создают компенсационное магнитное поле, далее в период второго временного под-интервала инклинометрические датчики осуществляют повторные измерения угла наклона оси скважины по отношению к вектору магнитного поля Земли и азимута оси скважины относительно горизонтальной составляющей вектора магнитного поля Земли, которые определяют уточненные значения инклинометрии точки забоя.1. A method of increasing the level of compensation of interference created by ferromagnetic drill pipes during drilling of oil and gas wells, characterized in that the inclinometric measurements of the location of the borehole are initially carried out by a system of sensors, while the time interval for making measurements of the inclinometric sensors is divided into two sub-intervals, during the first sub-interval directional sensors measure preliminary values of the borehole axis inclination in relation to the Earth's magnetic field vector and the borehole axis azimuth relative to the horizontal component of the Earth's magnetic field vector, then the measured values are fed to the microprocessor, then the microprocessor sends control commands to digital potentiometers, then digital potentiometers form control packages, including the direction of currents and amperages, and feed them to the working compensation solenoids installed anywhere on the ferromagnetic drill pipes of the BHA above and below along the axis of the assembly, in accordance with which the compensation solenoids create a compensation magnetic field, then, during the second time sub-interval, the directional sensors perform repeated measurements of the borehole axis inclination angle with respect to the Earth's magnetic field vector and the azimuth of the borehole axis relative to the horizontal component of the vector of the Earth's magnetic field, which determine the updated values of the bottomhole inclinometry. 2. Устройство для повышения уровня компенсации помех, создаваемых ферромагнитными бурильными трубами в процессе бурения скважин, состоящее из инклинометрических датчиков, размещенных на немагнитных блоках компоновки низа бурильной колонны и соединенных с микропроцессором, производящим формирование пакета управляющих команд для цифровых потенциометров, который соединен с цифровыми потенциометрами, формирующими данные для рабочих компенсационных соленоидов, при этом рабочие компенсационные соленоиды установлены в произвольном месте на ферромагнитных бурильных трубах компоновки низа бурильной колонны. 2. A device for increasing the level of compensation of interference created by ferromagnetic drill pipes during well drilling, consisting of inclinometric sensors located on non-magnetic blocks of the bottom drill string assembly and connected to a microprocessor that generates a package of control commands for digital potentiometers, which is connected to digital potentiometers generating data for the working compensation solenoids, while the working compensation solenoids are installed in an arbitrary place on the ferromagnetic drill pipes of the BHA.
RU2021110834A 2021-04-18 2021-04-18 Method for increasing the inclinometry accuracy in process of drilling oil-and-gas wells and device for its implementation RU2758931C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021110834A RU2758931C1 (en) 2021-04-18 2021-04-18 Method for increasing the inclinometry accuracy in process of drilling oil-and-gas wells and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021110834A RU2758931C1 (en) 2021-04-18 2021-04-18 Method for increasing the inclinometry accuracy in process of drilling oil-and-gas wells and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2758931C1 true RU2758931C1 (en) 2021-11-03

Family

ID=78466643

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021110834A RU2758931C1 (en) 2021-04-18 2021-04-18 Method for increasing the inclinometry accuracy in process of drilling oil-and-gas wells and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2758931C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1340043A2 (en) * 2000-12-06 2003-09-03 Honeywell International Inc. Electronic compass and compensation of large magnetic errors for operation over all orientations
RU2250993C1 (en) * 2003-09-23 2005-04-27 Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") Method for determining azimuth and zenith angle of well
RU2253838C2 (en) * 2003-07-18 2005-06-10 Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") Method for determining angles of well direction and inclinometer
RU2005121778A (en) * 2005-07-11 2007-01-20 Закрытое акционерное общество Научно-производственное предпри тие "Самарские Горизонты" (RU) METHOD FOR INCREASING INCLINOMETRY PRECISION DURING DRILLING OIL AND GAS WELLS
RU111890U1 (en) * 2011-08-17 2011-12-27 Открытое акционерное общество "Омское специальное конструкторское бюро приборов" INCLINOMETER
US10202841B2 (en) * 2016-08-29 2019-02-12 Institute Of Geology And Geophysics, Chinese Academy Of Sciences Near-bit tool attitude measurement while drilling apparatus and method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1340043A2 (en) * 2000-12-06 2003-09-03 Honeywell International Inc. Electronic compass and compensation of large magnetic errors for operation over all orientations
RU2253838C2 (en) * 2003-07-18 2005-06-10 Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") Method for determining angles of well direction and inclinometer
RU2250993C1 (en) * 2003-09-23 2005-04-27 Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") Method for determining azimuth and zenith angle of well
RU2005121778A (en) * 2005-07-11 2007-01-20 Закрытое акционерное общество Научно-производственное предпри тие "Самарские Горизонты" (RU) METHOD FOR INCREASING INCLINOMETRY PRECISION DURING DRILLING OIL AND GAS WELLS
RU111890U1 (en) * 2011-08-17 2011-12-27 Открытое акционерное общество "Омское специальное конструкторское бюро приборов" INCLINOMETER
US10202841B2 (en) * 2016-08-29 2019-02-12 Institute Of Geology And Geophysics, Chinese Academy Of Sciences Near-bit tool attitude measurement while drilling apparatus and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7617049B2 (en) Distance determination from a magnetically patterned target well
US5589775A (en) Rotating magnet for distance and direction measurements from a first borehole to a second borehole
CA2509562C (en) Determining a borehole azimuth from tool face measurements
US10895143B2 (en) In-situ downhole measurement correction and control
JP3459646B2 (en) How to drill holes in the formation
US5305212A (en) Alternating and static magnetic field gradient measurements for distance and direction determination
EP0793000B1 (en) Method for correcting directional surveys
US20120139530A1 (en) Electromagnetic array for subterranean magnetic ranging operations
US20130314092A1 (en) Sensing The Magnetic Field of The Earth
GB2328513A (en) A method for surveying a bore hole
CN113227536A (en) System and method for determining axial magnetic interference in a downhole orientation sensor
US11299979B2 (en) Magnetic distance and direction measurements from a first borehole to a second borehole
RU2758931C1 (en) Method for increasing the inclinometry accuracy in process of drilling oil-and-gas wells and device for its implementation
CA2370009C (en) Surveying of boreholes
CA2570080C (en) Wellbore surveying
US6854192B2 (en) Surveying of boreholes
CN108291438A (en) The method measured for inverting electromagnetic logging
US10677955B2 (en) Two part magnetic field gradient sensor calibration
AU2016393815A1 (en) Signal cancellation in pipe inspection
US12123297B1 (en) Magnetometer bias and eddy current compensation for dynamic surveying preliminary
AU2015202092A1 (en) Electromagnetic array for subterranean magnetic ranging operations
van Brakel The effect of magnetometer and accelerometer errors on the predicted trajectories of boreholes surveyed by EMS instruments
Topolski et al. Analysis of inaccuracy of determining a directional borehole axis
EP3298237A1 (en) Assessment of formation true dip, true azimuth, and data quality with multicomponent induction and directional logging