Обычный гироскоп
Обычный гироскоп или свободный гироскоп существует с 1930-х годов. Он получает азимут ствола скважины от вращающегося гироскопа. Он определяет только направление ствола скважины и не определяет наклон. Угол наклона обычно определяют с помощью акселерометров. В пленочном-однокадровом-гироскопе для определения угла наклона используется маятник, подвешенный над картой компаса (прикрепленной к внешней оси подвеса). У обычного гироскопа вращающаяся масса обычно вращается со скоростью от 20 000 до 40 000 об/мин (некоторые вращаются даже быстрее). Гироскоп останется неподвижным, если на него не действуют никакие внешние силы и масса поддерживается точно в центре тяжести. К сожалению, невозможно удерживать массу точно в центре тяжести, и на гироскоп действуют внешние силы. Следовательно, гироскоп будет дрейфовать со временем.
Теоретически, если гироскоп начинает вращаться и направлен в определенном направлении, он не должен существенно менять направление с течением времени. Таким образом, его запускают в отверстие, и даже если корпус поворачивается, гироскоп может свободно двигаться и остается направленным в том же направлении. Поскольку направление, в котором указывает гироскоп, известно, направление ствола скважины можно определить по разнице между ориентацией гироскопа и ориентацией корпуса, содержащего гироскоп. Ориентация оси вращения должна быть известна до того, как гироскоп будет запущен в скважину. Это называется привязкой к гироскопу. Если гироскоп привязан неправильно, вся съемка отключается, поэтому необходимо правильно привязать инструмент перед его спуском в скважину для нефтяных и газовых скважин.
Еще одним недостатком обычного гироскопа является то, что он будет дрейфовать со временем, вызывая ошибки в измеренном азимуте. Гироскоп будет дрейфовать из-за сотрясений системы, износа подшипников и вращения Земли. Гироскоп также может дрейфовать из-за несовершенства гироскопа. Дефекты могут возникнуть во время производства или механической обработки гироскопа, поскольку точный центр массы не находится в центре оси вращения. Дрейф меньше на экваторе Земли и выше в более высоких широтах вблизи полюсов. Обычно обычные гироскопы не используются на широте или наклоне выше 70 градусов. Типичная скорость дрейфа традиционного гироскопа составляет 0,5 градуса в минуту. Очевидный дрейф, вызванный вращением Земли, корректируется путем приложения специальной силы к внутреннему кольцу подвеса. Прилагаемая сила зависит от широты, на которой будет использоваться гироскоп.
По этим причинам все обычные гироскопы будут дрейфовать на определенную величину. Снос отслеживается всякий раз, когда запускается традиционный гироскоп, и съемка корректируется с учетом этого сноса. Если привязка или дрейф не компенсированы должным образом, собранные данные съемки будут неверными.
Интеграция скорости или гироскоп-поиска севера
Гироскоп с поиском по курсу или на север-был разработан, чтобы избежать недостатков обычного гироскопа. Гироскоп курса и гироскоп-поиска на север — это, по сути, одно и то же. Это гироскоп только с одной степенью свободы. Гироскоп, интегрирующий скорость, используется для определения истинного севера. Гироскоп разделяет вектор вращения Земли на горизонтальную и вертикальную составляющие. Горизонтальная составляющая всегда указывает на истинный север. Отпадает необходимость привязки к гироскопу, что повышает точность. Широта ствола скважины должна быть известна, поскольку вектор вращения Земли будет меняться при изменении широты.
Во время настройки гироскоп скорости автоматически измеряет вращение Земли, чтобы исключить дрейф, вызванный вращением Земли. Эта конструктивная особенность снижает вероятность возникновения ошибок по сравнению с обычным гироскопом. В отличие от традиционного гироскопа, гироскопу скорости не требуется визирование контрольной точки, что исключает один потенциальный источник ошибки. Силы, действующие на гироскоп, измеряются им, а сила тяжести – акселерометрами. Совместные показания акселерометров и гироскопа позволяют рассчитать наклон и азимут ствола скважины.
Гироскоп скорости будет измерять угловую скорость посредством углового смещения. Гироскоп, интегрирующий скорость, вычисляет интеграл угловой скорости (углового смещения) через выходное угловое смещение.
Более новые версии гироскопа можно наблюдать во время движения, но существуют ограничения. Им не обязательно оставаться на месте, чтобы пройти обследование. Общее время опроса можно сократить, что делает инструмент более экономичным-.
Кольцевой лазерный гироскоп
Кольцевой лазерный гироскоп (РЛГ) использует гироскоп другого типа для определения направления скважины. Датчик состоит из трех-кольцевых лазерных гироскопов и трёх акселерометров инерционного-класса, установленных для измерения осей X, Y и Z. Это более точный метод, чем гироскоп-поиска курса или северного направления. Для проведения опроса инструмент опроса не нужно останавливать, поэтому опросы выполняются быстрее. Однако внешний диаметр кольцевого лазерного гироскопа составляет 5 1/4 дюйма, что означает, что этот гироскоп может работать только в корпусе диаметром 7 дюймов и больше (см. наше руководство по проектированию корпуса). Его нельзя запустить через бурильную колонну, тогда как гироскоп, ориентированный на скорость или-нахождение на север, можно запустить через бурильную колонну или колонну труб меньшего диаметра.
Компоненты
В своей простейшей форме кольцевой лазерный гироскоп состоит из треугольного стеклянного блока, в котором просверлены три отверстия для гелий-неонового лазера с зеркалами в точках по 120-градусов – углах3. В этом резонаторе сосуществуют встречные-лазерные лучи – один по часовой стрелке, а другой против часовой стрелки. В какой-то момент фотодатчик отслеживает лучи в месте их пересечения. Они будут конструктивно или деструктивно мешать друг другу, в зависимости от точной фазы каждого луча.
Если RLG неподвижен (не вращается) относительно своей центральной оси, относительная фаза двух лучей постоянна и выходной сигнал детектора согласован. Если RLG вращается вокруг своей центральной оси, лучи по часовой стрелке и против-часовой стрелки будут испытывать противоположные доплеровские сдвиги; частота одного увеличится, а частота другого уменьшится. Детектор будет воспринимать разностную частоту, по которой можно определить точное угловое положение и скорость. Это известно как эффект Саньяка.
Измеряется интеграл угловой скорости или угла поворота с момента начала счета. Угловая скорость будет производной частоты биений. Для определения направления вращения можно использовать двойной (квадратурный) детектор.
Инерционный гироскоп
Самым точным инструментом для исследования нефтегазовых месторождений является гироскоп инерционного класса, часто называемый инструментом Ферранти. Это целая навигационная система, адаптированная из аэрокосмической техники. Из-за высочайшей точности этого гироскопа большинство геодезических инструментов сравниваются с ним для определения их соответствующей точности. В устройстве используются три гироскопа скорости и три акселерометра, установленные на стабилизированной платформе.
Система измеряет изменение направления платформы (оснастки платформы) и расстояние, которое она перемещает. Он не только измеряет наклон и направление скважины, но и определяет глубину. Он не использует глубину троса. Однако он имеет еще больший размер — 10⅝ дюймов по внешнему диаметру. В результате его можно использовать только с корпусами размером 13 3/8″ и больше.
Являясь ведущим-мировым производителем гироскопических приборов, компания China Vigor понимает их жизненно важную роль в скважинных операциях. С 2015 года мы постоянно инвестируем в исследования, разработки и совершенствование наших систем гироскопических инклинометров. К 2025 году инструменты Vigor будут развернуты на нефтяных месторождениях в Центральной Азии, Европе и Африке, предоставляя данные высокой-точности, что значительно сокращает не-непродуктивное время для наших клиентов.
Наша техническая команда неоднократно предоставляла услуги-ведения журналов на сайтах, получив широкое признание клиентов.
Мы также с гордостью сообщаем, что компания China Vigor успешно завершила полевые испытанияКаротаж во время бурения (LWD), гироскоп во время бурения (GWD)и системы измерения во время бурения (MWD) и в настоящее время активно представляют эти передовые решения на рынке.
Чтобы узнать больше о том, как нашиГироскопический инклинометр серии ProGuide™и другие передовые технологии бурения могут повысить эффективность вашей работы и точность данных. Не стесняйтесь обращаться к нашей специализированной команде инженеров. Мы всегда готовы предоставить Вам самую профессиональную консультацию и обслуживание.
