ВЫБОР МЕСТА РАСПОЛОЖЕНИЯ МАГНИТОМЕТРИЧЕСКОГО ИНКЛИНОМЕТРА В СБОРКЕ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА

Расположение блока датчиков скважинных магнитометрических инклинометров (МИ) в телеметрической сборке на близком расстоянии от бурового инструмента увеличивает погрешности измерения углов пространственного расположения разбуриваемой скважины. Поэтому, целью данной работы являлось определение безопасного расстояния от блока датчиков МИ до бурового инструмента (БИ) при различных его пространственных положениях, когда основная допускаемая погрешность, вносимая близостью бурового инструмента, не превосходит трети основной абсолютной погрешности МИ.

Для достижения поставленной цели были разработаны 3D-модели воздействия магнитной массы бурового инструмента на погрешности измерения МИ методом визуального программирования в программной среде Comsol Multiphysics. Расчёты проводились при азимутальных углах (АУ) с шагом D_АУ=30° в диапазоне АУ=(0–360)° и зенитных углах (ЗУ) с шагом D_ЗУ=15° в диапазоне ЗУ=(0–90)° расположения БИ (72 варианта моделей).

Для возможности сравнения расчётных характеристик с экспериментальными, приведены измерения искажения МПЗ вдоль бурового инструмента, расположенного горизонтально.

При выполнении работы были разработаны методики выявления искажений естественного магнитного поля Земли буровым инструментом, методики оценки погрешности измерения азимутального угла вдоль оси расположения телеметрической системы.

Для разработки моделей были выбраны элементы моделей, соответствующие осреднённым габаритным характеристикам забойным двигателям и диамагнитной трубе с переводником MWD и LWD систем [6], соответственно, — цилиндр диаметром 216 мм и длиной 4,5 м, цилиндр диаметром 180 мм и длиной 1,5 м (Рисунок 1). Таким образом, общая длина БИ составила 6 м. Элемент, представляющий долото, был расположен на конце цилиндра диаметром 216 мм, телеметрическая система — на противоположной стороне буровой установки на конце цилиндра диаметром 180 мм.

При расчётах исходные параметры МПЗ имели следующие значения:

·     угол магнитного наклонения I=59,36°;

·     угол магнитного склонения D=12,27°;

·     плотность магнитного потока В₀=48160 nT.

Рисунок 1. Вид расчётной модели

Вокруг модели бурового оборудования была создана сфера расчётного пространства радиусом 25 м (Рисунок 2).

Рисунок 2. Сфера расчётного пространства с моделью бурового инструмента

Критерием оценки допустимого значения изменения АУ, при котором искажения магнитного поля не оказывают существенного влияния на результаты измерений азимутального угла МИ, выбрано значение:

[D_АУ] = [АУ_МИ]/3 = 0,16° = 10¢

Методика определения относительного изменения азимутального угла (D_АУxoy), измеряемого магнитометрическим инклинометром, под влиянием магнитной массы бурового инструмента заключалась в анализе пространственного распределения направления искажённых линий тока МПЗ относительно направления линий тока в невозмущённой зоне расчётного пространства в плоскости XOY — D_АУxoy для каждого варианта комбинаций АУ и ЗУ пространственного расположения бурового инструмента в скважине. Пример полученных значений D_АУxoy приведён в Таблице 1.

Примеры искажения линий тока вектора напряжённости МПЗ при АУ=0˚ с разных ракурсов возле бурового инструмента показаны на Рисунках 3—6.

Рисунок 3. Характер искажения МПЗ для варианта расположения МИ с пространственными углами АУ=0˚ и ЗУ=0˚

Рисунок 4. Искажение МПЗ в ракурсе плоскости ZOY

Рисунок 5. Искажение МПЗ в ракурсе плоскости XOY

Рисунок 6. Искажение МПЗ в ракурсе плоскости ZOX

Анализ пространственного распределения направления линий тока МПЗ вокруг бурового инструмента при всех вариантах показывает, что:

·     магнитная масса бурового инструмента во всех вариантах его расположения создаёт значительные искажения линий тока МПЗ;

·     степень искажения силовых линий магнитного поля зависит от углов расположения бурового инструмента в пространстве;

·     наиболее сильные изменения линий тока МПЗ приходятся на крайние точки габаритных размеров бурового оборудования и места изменения диаметра бурового инструмента.

Таблица 1.

Зависимость отклонения D_АУ на поверхности буровой колонны по расстоянию L от долота при АУ=0° и ЗУ=0°

По результатам моделирования определялись зависимости угла отклонения АУ от направления вектора напряжённости МПЗ в невозмущённой области по длине бурового инструмента (БИ). На рисунках 7—9 показаны примеры этих зависимостей. По этим зависимостям можно определить максимальное расстояние от долота, при выполнении условия [D_АУ] <= 0,16°.

На рисунке 10 показана экспериментальная зависимость измерения АУ по длине бурового инструмента. Можно видеть, что характер распределения МПЗ по длине бурового инструмента аналогичен картинам, полученным расчётным путём.

Рисунок 7. Зависимость изменения АУ по длине БИ при АУ =0°

Рисунок 8. Зависимость изменения АУ по длине БИ при АУ =30°

Рисунок 9. Зависимость изменения АУ по длине БИ при АУ =240°

Рисунок 10. Экспериментальная зависимость изменения АУ по длине БИ

В сводной Таблице 2 представлены результаты анализа зависимостей изменения АУ от расстояния до долота при различных значениях ЗУ по следующим параметрам:

·     «DАУ_ЗУ при L=-0,5…-1,5 м» — искажения АУ при различных ЗУ в характерном интервале расстояний (-0,5…-1,5) м;

·     «DАУ_ЗУ при L=0,5… 5,5 м» — искажения АУ при различных ЗУ в характерном интервале расстояний (0,5…+5,5) м;

·     «L_на, м» — расстояние на буровом оборудовании, при котором значение [D_АУ] <= 0,16°;

·     «L_перед, м» — расстояние перед буровым оборудованием, при котором значение [D_АУ] <= 0,16°.

Таблица 2.

Сводная таблица искажения АУ

По проведённому анализу зависимостей изменения АУ по длине бурового инструмента на его поверхности и Таблиц 1 и 2 можно заключить, что для выбранной модели бурового инструмента наибольшие изменения искажений линий тока МПЗ приходятся на крайние точки бурового оборудования и наибольшее расстояние от бурового инструмента для расположения блока датчиков МИ в составе телеметрической системы составляет 11—12 м. Искажение МПЗ буровым инструментом требует более детальных исследований по различным типам БИ для возможности проведения коррекции по АУ для блоков датчиков МИ в зависимости от их расположения.

Список литературы:
1.    Бутарев И.Ю., Потапов Л.А. Comsol multiphysics: Моделирование электромеханических устройств: учебное пособие / Брянск: Издательство Брянского государственного технического университета, 2011.
2.    Гарейшин З.Г., Газизов М.Н. Исследования влияния магнитной массы каротажного подъёмника на погрешности калибровки скважинных инклинометров // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2012. № 6. С. 313—332. URL: http://www.ogbus.ru/authors/Gareyshin/Gareyshin_2.pdf.
3.    Григулецкий В.Г. Оптимальное управление при бурении скважин / — М.: Недра. — 1988. — 229 с.
4.    Исаченко В.Х. Инклинометрия скважин. 1987.
5.    Кейн С.А., Мищенко Р.Н. Инженерные задачи бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин: учеб. Пособие / — Ухта: УГТУ, 2011. — 80 с.
6.    Молчанов А.А., Лукьянов Э.Е., Рапин В.А. Геофизические исследования горизонтальных нефтегазовых скважин: учебное пособие. — С.-Петербург: Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы (МАНЭБ), 2001, 298 с.