Совершенствование метрологического обеспечения калибровки гироинклинометров для геофизических исследований нефтегазовых скважин Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2012 Геология Вып. 2 (15)

ГЕОФИЗИКА, ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОИСКОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

УДК 550.832

Совершенствование метрологического обеспечения калибровки гироинклинометров для геофизических исследований нефтегазовых скважин

Г.А.Цветков, Н.Ю.Балуева, О.И.Вяткин, С.А.Крюков

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 614990, Пермь, Комсомольский пр., 29 E-mail: Zvetkov71043@mail.ru

(Статья поступила в редакцию 24 апреля 2012 г.)

Рассматривается проблема создания автоматизированной управляемой прецизионной установки пространственной ориентации гироинклинометров, в которой в качестве чувствительных элементов используются инерциальные элементы (акселерометры, датчики углов, датчики моментов, гировертикаль, интеграторы). Ключевые слова: гироинклинометр, ориентация.

Рассмотрим влияние отклонения продольной оси инклинометра по курсу на точность показаний приборов. В работе [1] показано, что уход гироскопа от вращения Земли при постоянных величинах -кинетическом моменте гироскопа, географической широте места и коэффициенте передачи системы радиальной коррекции - определяется углом ориентации оси наружной рамки гироскопа относительно географического меридиана, который не определен в случае её произвольной ориентации, поэтому гироскопический инклинометр при испытаниях нужно ориентировать так, чтобы угол был равен нулю.

Гироскопический инклинометр при проведении калибровочных испытаний необходимо ориентировать по магнитному курсу с учетом магнитного склонения.

Тогда истинный курс продольной оси гироскопического инклинометра ф опре-

делится выражением

¥ист = ¥маг + AU , (1)

где - магнитный курс,

Au - магнитное склонение.

Если продольная ось инклинометра выставлена по магнитному меридиану, то выражение (1) будет иметь вид

Уист = AU • (2)

Тогда выражения коэффициентов & и

Руст примут вид

H Q3 cos ф cos Aju K

&уст =------------- ------------------- , (3)

H Q sin ф cos Au Руст =-----------U • (4)

K

В этом случае аутг и (Зуст - постоянные величины, которые могут быть скомпенсированы в программе калибровочных

© Цветков Г.А., Балуева Н.Ю., Вяткин О.И., Крюков С. А., 2012

35

проверок.

Рассмотрим влияние угловой скорости вращения Земли на ориентирование инклинометра в горизонтальной плоскости (горизонтирование).

Инклинометр устанавливается в трехстепенный кардановый подвес, позволяющий поворачивать (ориентировать) его вокруг трех координатных осей.

В установившемся режиме влияние вращения Земли приводит к появлению ошибок [2] стабилизации инклинометра в горизонте вида (5), (6):

и(РУ

Нпз СОБ^СОБX

КА КЛ„ К КК

2 дм^

^(0) = -

НБІИ^СОБ Х0

КдГ[ Кдв хКах К3Кдм2

(5)

(6)

Для компенсации этих ошибок введем в каналы связи акселерометра А с датчиком момента ДМ2 и акселерометра А с датчиком момента ДМ1 интегрирующие звенья.

Помимо постоянной ошибки от вращения Земли, на работу гироскопического инклинометра оказывают влияние изменения геомагнитного поля, именно

- угла магнитного склонения ва_ риационные изменения азимута Дй1’ не приводят к изменению проекции полного вектора напряжённости геомагнитного поля (Т), т. е. при изменении угла магнитного склонения Д а угол магнитного наклонения не изменяется;

- угла магнитного наклонения 'д на величину Ад (поворот полного вектора напряжённости поля), при повороте полного вектора напряжённости геомагнитного поля Т вокруг оси на угол магнитного наклонения А'д его значение зависит от координат проекций полного вектора напряжённости геомагнитного поля.

Проведем моделирование ошибок стабилизации гироскопического инклинометра в горизонте и азимуте.

Для моделирования будем использовать кинематические уравнения по углам, моделирование будем проводить в среде МасЬСЛБ.

Зная широту местности и скорость вращения Земли, можем провести интегрирование уравнений с целью получения углов ориентации.

Интегрирование будем проводить методом Рунге-Кутта 4-го порядка с шагом

0,1. Составляющие геомагнитного поля задаем функциями, изменяющимися во времени: (7х(0Ту(0,7X0). По заданным составляющим найдем угол магнитного склонения и магнитного наклонения. На рис.1 представлен график изменения магнитного склонения.

Как видно из рисунка, угол магнитного склонения изменяется в диапазоне

Я

Н

К

я

сЗ

2

ц

о

Время, с

Рис.1. График изменения магнитного склонения

я

а

о

М1ІІД

М1і,с Время, X, с

Рис.2. График изменения азимута с учетом вариаций магнитного поля

Из рис. 2 видим, что при учете изменения вариаций магнитного поля ошибки по азимуту уменьшаются. Ошибка по азимуту варьируется в диапазоне

Z

Z

X

Проведем аналогичное моделирование для стабилизации гироскопического инклинометра в горизонте.

На стабилизацию инклинометра в горизонте оказывает влияние угол магнитного наклонения, представленный на рис. 3.

de(t)

г

Время, с

Рис. 3. Изменение угла магнитного наклонения

Из рис. 3 можем определить, что угол магнитного наклонения варьирует в диапазоне (—13' -г- 13 ). Так как угол магнитного наклонения невелик, он оказывает незначительное влияние на стабилизацию в горизонте.

Библиографический список

1. Цветков Г.А., Балуева Н.Ю., Костицин В.И. Снижение инструментальных погрешностей гироинклинометров за счет улучшения их пространственной ориентации при калибровках // Каротажник: на-

значения угла магнитного наклонения 1? и <Х не зависят от удлинения (Т + ДТ)полного вектора напряжённости геомагнитного поля Т .

Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие выводы:

1. Вариации геомагнитного поля оказывают влияние на показания гироскопического инклинометра, с появлением более высоких отклонений по углу склонения и наклонения будут возрастать ошибки инклинометрической аппаратуры.

2. Для обеспечения требуемой точности необходимо при калибровке учитывать изменения вариаций магнитного поля Земли и вводить поправки с целью уменьшения ошибок гироскопического инклинометра.

Моделирование проводилось при учете, что инклинометр выставлен по магнитному меридиану.

уч.-техн. вестн. Тверь: Изд-во АИС, 2010. Вып.8 (197). С. 111-117.

2. Цветков Г.А., Балуева Н.Ю. Повышение точности гироинклинометров при калибровке на установках пространственной ориентации // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. 2010. № 12. С. 28-30.

Improvement of Metrological Support of Gyroinclinometre Calibration for Geophysical Research of Oil and Gas Wells

G.A. Tsvetkov, N.J. Balueva, O.I. Vyatkin, S.A. Krjukov

Perm State National Researching Polytechnic University, 614990, Perm, Komsomolski av., 29. E-mail: Zvetkov71043@mail.ru

The problem concerns an automated fine adjustment development of spatial orientation of gyroinclinometres where inertial elements are used as responsive components (acce-lerometres, angle-data transmitters, moment detector, vertical gyroscope, integrating units).

Key words: gyroinclinometre, orientation.

Рецензент - доктор технических наук Ю.П. Петров