Бурению горизонтальных скважин

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Магнитные помехи от буровой колонны

Буровую колонну можно сравнить с длинным магнитом, нижний конец которого представляет собой один из полюсов. Даже если компоненты колонны были размагничены во время осмотра, ее стальные компоненты намагнитятся из-

за присутствия магнитного поля Земли (см. рис. 2.9). Заметьте, что на рис. 2.9 -

2.12, ось Z - соответствует опорной оси SlimT. Для другой системы (например,

M1/M3-MWD) это будет осью X. В этом обсуждении рассматривается вопрос применительно только лишь к Slim 1.

Намагниченность колонны будет источником ошибок измерений магнитометра. Это может случиться при отходе от вертикали или при отходе азимута от направления север-юг, (рис. 2.10, 2.11). Кроме этого, изменение составляющих в КНБК может изменить степень магнитного влияния колонны.

Существуют программы корректировок намагниченности колонны.

Вот почему требуются немагнитные УБТ. Они необходимы для устранения магнитных помех на магнитометрические приборы. Немагнитные УБТ служат для установки в них компаса и системы измерения наклона и направления (D&I),

чтобы устранить магнитное влияние буровой колонны.

Магнитометры измеряют результирующий вектор магнитного поля Земли и буровой колонны. Поскольку она действует подобно диполю и силовые линии магнитного поля направлены вдоль колонны, то по оси Z создается повышенная напряженность. Величина этой ошибки зависит от намагниченности компонент колонны и их удаленности от измерительной аппаратуры. Обычно ошибка в измерениях координат появляется по мере увеличения суммарной напряженности магнитного поля (суммарная напряженность магнитного поля оказывается выше,

чем напряженность только поля Земли). Это обуславливает то, что вдоль оси Z

показания магнитометра оказываются завышенными. При той же самой КНБК величина суммарной напряженности магнитного поля должна оставаться той же самой, если не меняется ни ориентация, ни глубина.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Рис. 2.10

Рис 2.11

Когда намагниченность буровой колонны является причиной ошибки измерения магнитометром Z-компоненты, то горизонтальная компонента магнитного поля Земли определяется тоже неточно. Горизонтальная компонента ошибки по оси Z равна ошибке компоненты Z, умноженной на синус угла наклона ствола. Вот почему опыт показывает, что, с увеличением угла наклона ствола, -

точность измерений ухудшается (особенно в случае намагниченности колонны).

Поскольку горизонтальная составляющая магнитного поля Земли на Аляске меньше, то ошибка, связанная с намагниченностью колонны оказывается больше,

чем на более низких широтах (см. рис. 2.12).

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Так, ошибка в 50 гамма имеет больший эффект при меньшей величине горизонтальной компоненты ( 0,53% на Аляске по сравнению с 0,20% в районе Голф Мексики). Завышенные значения Z- компоненты из-за намагниченности колонны обычно являются причиной ошибок вычислений азимута, значения которого близки к направлению на север. Это хорошо видно при гироскопическом методе определения координат.

Рис. 2.12

Уменьшение погрешностей измерений

Одним из методов уменьшения ошибок, связанных с намагниченностью колонны, является устранение магнетизма настолько, на сколько это возможно.

Это достигается изоляцией места установки магнитометра максимально возможным количеством немагнитных УБТ. Однако, на практике полностью устранить влияние магнитного поля оказывается невозможным. Каждый замок колонны, независимо от того, являются ли эти трубы магнитными или нет - на самом деле является магнетиком из-за механического эффекта приложения крутящего момента между ниппелем и муфтой. Механическое напряжение вызывает локальный сдвиг в металле в месте соединений труб, изменяет его магнитные свойства и реально может повлиять на точность измерений так, что в некоторых случаях ошибка может составлять несколько десятков градусов.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Поэтому, никогда не размещайте магнитометр там, где расстояние между замками меньше 2 футов. Кроме этого, никогда не помещайте магнитометр в центр немагнитной УБТ. В процессе изготовления полости в УБТ с двух сторон,

точно посередине образуется небольшая фаска. И это место становится намагниченным ("магнитным горячим пятном") из-за циклических нагрузок при вращении во время бурения. Обычно это можно устранить выравниванием внутренней поверхности УБТ. Из-за этой причины наблюдались ошибки в определении азимута в 40 случаях из 100.

Очевидно, что присутствие стального стабилизатора или какой-нибудь стальной части между двумя немагнитными УБТ приводит к искажению магнитных линий, (рис. 2.13). Это плохо влияет на точность. Установка стального стабилизатора допустима в районе экватора, но на широтах Аляски этого делать нельзя. На этих широтах в КНБК можно применять только немагнитные стабилизаторы, т.к. обычные стальные стабилизаторы, установленные между двумя немагнитными УБТ способны так исказить магнитное поле, что ошибка может достигать 250 гамма.

Даже немагнитные стабилизаторы в действительности - намагничиваются в области своих лопастей. Как минимум, твердосплавный материал и матрица,

применяемые в стабилизаторах могут быть сильными магнетиками. Поэтому,

никогда не устанавливайте магнитометр внутри стабилизаторов.

Ниже приводится несколько примеров, когда необходимо использовать как можно больше немагнитных УБТ, чтобы устранить влияние намагниченности буровой колонны. Это так же - случаи, когда, по-видимому, точность определения азимута уменьшается.

•Сильный наклон ствола

•Сильная удаленность от экватора

•Направление азимута, сильно отличающиеся от направления север-юг.

Заметьте, что длина в 120 футов немагнитного материала над магнитометром в таких местах как Аляска не устраняет полностью влияние намагниченности колонны и это влияние еще заметно. Анадрилл, работая на Аляске, в КНБК включал 165 футов немагнитных элементов.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Помните:

*Если колонна создает магнитные помехи, то полная напряженность магнитного поля останется постоянной, независимо от ориентации, глубины и азимута.

*Горизонтальная составляющая по оси Z равняется (ошибка по Z) (синус наклона). Вот почему точность магнитометрии ухудшается при увеличении наклона (особенно при магнитных помехах со стороны колонны).

""Помните, что магнитные помехи от колонны более сильно выражены в районах с большим наклонением.

""Наилучшие результаты получаются при использовании алгоритма Shell.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Рис. 2.14

Внешние магнитные помехи.

При интерференции магнитного поля от внешних источников (таких как оставленный в забое инструмент или находящаяся вблизи обсадная колонна)

помехи действуют по всем трем осям магнитометра. Поэтому суммарное

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

магнитное поле будет изменяться. Если на немагнитных УБТ есть "горячие пятна", то полное магнитное поле будет меняться в зависимости от ориентировки,

но всякий раз в одном и том же положении КНБК оно будет тем же самым (см.

рис. 2.13).

*Не следует ошибочно интерпретировать изменение полного магнитного поля как неисправность датчика магнитометра. Это может быть вызвано магнитной интерференцией.

*Не следует ошибочно интерпретировать изменения показаний координат как неисправность магнитометра или инклинометра. Это может быть обусловлено их пространственной зависимостью.

Размещение измерительной аппаратуры

Для устранения магнитной интерференции необходимо использовать немагнитные УБТ. В прошлом, для оценки необходимой длины немагнитных элементов, применялись диаграммы, полученные эмпирическим путем. Тогда их можно было применять, т.к. в большинстве скважин зарезку делали с углом,

меньшим чем 10° и часто без забойного двигателя. Эксперименты показали, что забойный двигатель генерирует магнитное поле, превышающее поле от таких элементов как стабилизаторы и короткие УБТ в 3- 10 раз. При использовании забойного двигателя, в качестве основного правила, необходимо устанавливать между двигателем и магнитометрической аппаратурой короткую (10-15 футов)

немагнитную УБТ. В некоторых районах может даже возникнуть необходимость применения немагнитного ориентирующего переводника. И в настоящее время еще можно применять эти эмпирические диаграммы для грубой оценки количества немагнитного материала, необходимого для устранения магнитных помех, но для точного расчета они непригодны.

Формулы на рис. 2-15 можно использовать для точной оценки ошибки

азимута из-за магнитной интерференции буровой колонны.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Существуют еще и другие формулы, но эта, по-видимому, самая точная.

Ее легко применять и интерпретировать. Абсолютная погрешность величины азимута должна быть меньше, чем 0, 5 град. Если она оказывается больше, то необходимо увеличивать длины немагнитных УБТ как снизу, так и сверху корпуса MWD до тех пор, пока погрешность не станет меньше 0,5 град.

На горизонтальных участках, и особенно на участках со средним радиусом закривления, может оказаться практически не достижимым выдержать азимутальную ошибку с точностью, меньшей чем 0,5 град. В некоторых случаях может оказаться более предпочтительным бурить участок с набором угла с точностью в 1 град. с последующей корректировкой. Если для корректировки азимута применяется забойный двигатель (на прямонаклонном участке ствола) и

при этом наблюдается изменение магнитного поля из-за интерференции от двигателя, то это обычно не создает проблем, если буровой мастер учитывает это обстоятельство. Самым простым способом проверки правильности координатных данных, - произвести повторные замеры с другим расположением измерительной аппаратуры или другой КНБК.

Рис. 2.15

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Гравитационное поле Земли

Рис. 2.16

Ньютоновский закон гравитации:

Любая материальная частица притягивает любую другую с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.

Гравитационная сила является функцией расстояния от центра тел в выражении 2-16.

Гравитационное поле G в первую очередь зависит от:

•Широты (основной фактор).

•Глубины/высоты: в зависимости от среднего уровня моря земной коры.

•Местных флуктуации плотности земной коры.

Некоторые изменения в измеренных значениях G в районах связаны с вращением Земли. Поэтому радиус на экваторе больше чем радиус на любом из полюсов. Величины G изменяются от 0,997 (на экваторе), до приблизительно

1,003 на широтах в 90 град. (изменение на 0,006).