Патент на изобретение №2349938

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО АЗИМУТА В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к инклинометрии скважин в процессе бурения. Технический результат: повышение качества корректировки влияния магнитного поля ферромагнитных масс при измерении азимута. Сущность: коэффициент пропорциональности определяют по соотношению изменений радиальной составляющей и градиента угловой составляющей постороннего магнитного поля в условиях изменения намагниченности бурильной компоновки. Измерение составляющих магнитного поля производят дважды в одной точке скважины при разной намагниченности бурильной колонны, например, до и после наращивания. Измерение радиальной составляющей производят осевым магниточувствительным датчиком (МД). Измерение градиента угловой составляющей производят дополнительными МД, включенными по схеме градиентометра и расположенными в плоскости, перпендикулярной оси инклинометра. Величину поправки, вносимой в показания осевого МД, определяют путем умножения градиента угловой составляющей на коэффициент поправки.

Изобретение относится к области инклинометрии скважин, в частности к определению пространственного положения ствола наклонно-направленных скважин в процессе бурения.

Известны способы и устройства измерения магнитного азимута в скважинных инклинометрах с помощью магниточувствительных датчиков (свидетельство на полезную модель №15585 RU, Е21В 47/02; патент на изобретение №2291294 RU, Е21В 47/022). В них для уменьшения влияния ферромагнитных масс компоновки низа бурильной колонны на точность измерения магнитного азимута используют для корпуса прибора немагнитные трубы, что приводит к увеличению расстояния между долотом и точкой замера параметров ствола и, следовательно, к уменьшению точности измерений, а также к удорожанию инклинометров из-за высокой стоимости подобных труб.

Известен способ измерения магнитного азимута (решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2005107601/28, G01V 3/40 – прототип), предлагающий измерение магнитного азимута в скважине производить с помощью магнитометра, состоящего из трех магниточувствительных датчиков с взаимоперпендикулярными осями и вычислительного устройства. Для компенсации магнитных помех введены дополнительно несколько групп магнитометров, идентичных основному магнитометру, с разнесением по оси корпуса на известных расстояниях. Показания дополнительных магнитометров использованы для коррекции показаний основного магнитометра. Недостатком этого способа является невозможность компенсации мешающего поля при положении инклинометра между двумя ферромагнитными массами, а также значительное увеличение длины инклинометра.

Технический результат предлагаемого решения – повышение качества корректировки влияния магнитного поля ферромагнитных масс без увеличения длины инклинометра.

Способ измерения магнитного азимута в процессе бурения заключается в том, что измеряют геомагнитное поле с помощью трех взаимоперпендикулярных магниточувствительных датчиков (МД), ось одного из которых совпадает с осью инклинометра, и вносят поправку, определяемую дополнительными МД. В предлагаемом способе величину поправки, вносимой в значение осевого МД, определяют через коэффициент пропорциональности, представляющий собой отношение изменения радиальной составляющей постороннего магнитного поля к изменению градиента угловой составляющей того же поля, причем измерение составляющих магнитного поля производят дважды в одной точке скважины при разной намагниченности бурильной колонны, например, до и после наращивания. При этом измерение радиальной составляющей постороннего магнитного поля производят осевым МД, а измерение градиента угловой составляющей – дополнительными МД, включенными по схеме градиентометра и расположенными в плоскости, перпендикулярной оси инклинометра. Величину поправки вычисляют путем умножения текущего значения градиента угловой составляющей постороннего магнитного поля на коэффициент пропорциональности.

Способ выполняется следующим образом. В инклинометре, измеряющем значение азимута скважины, установлены три взаимоперпендикулярных МД, ось чувствительности одного из них расположена по оси инклинометра, что позволяет упростить вычисление поправок, вносимых в показания инклинометра. В плоскости, перпендикулярной оси инклинометра, размещают дополнительные МД, включенные по схеме градиентометра. Выходы основных МД и градиентометра соединены с электронным блоком, предназначенным для записи, хранения и обработки измеряемых значений. Прибор включают в состав бурильной колонны и опускают в скважину.

Постороннее магнитное поле, возникшее под действием ферромагнитных масс и искажающее результаты измерений МД инклинометра, может быть представлено в виде двух компонент: радиальной составляющей – вдоль оси прибора и угловой – перпендикулярной к оси. Обе эти составляющие прямо пропорциональны магнитному моменту постороннего магнитного поля, а соотношение между ними зависит от длины инклинометра и длины элементов бурильной компоновки, т.е. это соотношение постоянно для данной компоновки. Кроме того, градиент угловой составляющей также прямо пропорционален магнитному моменту, поэтому при изменении магнитного момента, например, за время наращивания бурильной колонны, соотношение между изменениями радиальной составляющей и градиента угловой составляющей будет равно соотношению между текущими значениями радиальной составляющей и градиента угловой составляющей, что позволяет определить коэффициент пропорциональности.

Значение радиальной составляющей определяют по показаниям осевого МД, значение градиента угловой составляющей – по градиентометру, размещенному в плоскости, перпендикулярной оси инклинометра. При измерении составляющих осевой МД измеряет суммарное магнитное поле, состоящее из проекции вектора геомагнитного поля на осевой МД и радиальной составляющей постороннего магнитного поля, тогда как градиентометр измеряет значение градиента угловой составляющей, свободное от влияния геомагнитного поля. Измерения составляющих поля проводят дважды в одной и той же точке скважины при разной намагниченности бурильной колонны, например, до и после наращивания, поскольку в процессе бурения намагниченность увеличивается из-за воздействия вибраций и механических нагрузок, а при остановке бурения уменьшается, и соответственно пропорционально изменяются компоненты поля.

Следующим этапом предлагаемого способа является определение приращений компонент постороннего магнитного поля, для чего вычисляют разности первых и вторых измерений радиальной составляющей и градиента угловой составляющей. Соотношение этих разностей дает необходимый коэффициент пропорциональности, поскольку радиальная составляющая и градиент угловой составляющей прямо пропорциональны магнитному моменту постороннего магнитного поля, а разность между измерениями радиальной составляющей определяется только изменением постороннего магнитного поля. Затем текущее значение градиента угловой составляющей постороннего магнитного поля умножают на коэффициент пропорциональности и определяют таким образом величину поправки, которую вносят в показания осевого МД для получения точного значения магнитного азимута.

Формула изобретения

Способ измерения магнитного азимута в процессе бурения, заключающийся в том, что измеряют внешнее геомагнитное поле с помощью трех взаимоперпендикулярных магниточувствительных датчиков (МД), ось одного из которых совпадает с осью инклинометра, и вносят поправку, определяемую дополнительными МД, отличающийся тем, что величину поправки, вносимой в значение осевого МД, определяют через коэффициент пропорциональности, представляющий собой отношение изменения радиальной составляющей постороннего магнитного поля к изменению градиента угловой составляющей того же поля, причем измерение составляющих магнитного поля производят дважды в одной точке скважины при разной намагниченности бурильной колонны, например, до и после наращивания, измерение радиальной составляющей производят осевым МД, а измерение градиента угловой составляющей – дополнительными МД, включенными по схеме градиентометра и расположенными в плоскости, перпендикулярной оси инклинометра, величину поправки вычисляют путем умножения текущего значения градиента угловой составляющей постороннего магнитного поля на коэффициент пропорциональности.