Rodzaje narzędzi do pomiarów żyroskopowych w szybach naftowych i gazowych

Konwencjonalny żyroskop

Konwencjonalny żyroskop lub darmowy żyroskop istnieje od lat trzydziestych XX wieku. Uzyskuje azymut odwiertu z wirującego żyroskopu. Określa jedynie kierunek odwiertu, a nie określa jego nachylenie. Kąt nachylenia zwykle wyznacza się za pomocą akcelerometrów. Filmowy, jednostrzałowy żyroskop wykorzystuje wahadło zawieszone nad kartą kompasu (przymocowaną do zewnętrznej osi przegubu Cardana), aby uzyskać nachylenie. Konwencjonalny żyroskop ma wirującą masę, która zwykle obraca się z prędkością od 20 000 do 40 000 obr./min (niektóre obracają się nawet szybciej). Żyroskop pozostanie nieruchomy, jeśli nie działają na niego żadne siły zewnętrzne, a masa jest podtrzymywana dokładnie w jego środku ciężkości. Niestety nie jest możliwe utrzymanie masy dokładnie w jej środku ciężkości, a na żyroskop działają siły zewnętrzne. Dlatego żyroskop będzie dryfował z czasem.

Teoretycznie, jeśli żyroskop zaczyna się obracać i jest skierowany w określonym kierunku, nie powinien zasadniczo zmieniać kierunku w czasie. Dlatego prowadzony jest w otworze i mimo że obudowa się obraca, żyroskop może się swobodnie poruszać i pozostaje skierowany w tym samym kierunku. Ponieważ znany jest kierunek, w którym skierowany jest żyroskop, kierunek odwiertu można określić na podstawie różnicy między orientacją żyroskopu a orientacją obudowy zawierającej żyroskop. Przed uruchomieniem żyroskopu w otworze należy poznać orientację osi obrotu. Nazywa się to odniesieniem do żyroskopu. Jeśli żyroskop nie zostanie prawidłowo wycelowany, całe badanie zostanie wyłączone, dlatego przed wprowadzeniem narzędzia do otworu w szybach naftowych i gazowych należy odpowiednio wycelować narzędzie.

Wady

Inną wadą konwencjonalnego żyroskopu jest to, że z czasem będzie on dryfował, powodując błędy w mierzonym azymucie. Żyroskop będzie dryfował z powodu wstrząsów systemowych, zużycia łożysk i obrotu Ziemi. Żyroskop może również dryfować z powodu niedoskonałości żyroskopu. Wady mogą powstać podczas produkcji lub obróbki żyroskopu, ponieważ dokładny środek masy nie znajduje się w środku osi obrotu. Dryft jest mniejszy wRównik Ziemi i wyższe na wyższych szerokościach geograficznych w pobliżu biegunów. Ogólnie rzecz biorąc, konwencjonalne żyroskopy nie są używane na szerokościach geograficznych i nachyleniu powyżej 70°. Typowa prędkość dryfu tradycyjnego żyroskopu wynosi 0,5° na minutę. Pozorny dryf spowodowany obrotem Ziemi jest korygowany poprzez przyłożenie specjalnej siły do ​​wewnętrznego pierścienia przegubu Cardana. Przyłożona siła zależy od szerokości geograficznej, na której żyroskop będzie używany.

Z tych powodów wszystkie konwencjonalne żyroskopy będą dryfować o określone wartości. Dryf jest monitorowany za każdym razem, gdy uruchamiany jest tradycyjny żyroskop, a pomiar jest dostosowywany do tego dryfu. Jeżeli odniesienie lub dryf nie zostaną odpowiednio skompensowane, zebrane dane pomiarowe będą nieprawidłowe.

Żyroskop integrujący szybkość lub kierujący się na północ

Aby zapobiec wadom konwencjonalnego żyroskopu, opracowano żyroskop szybkościowy lub skierowany na północ. Żyroskop szybkościowy i żyroskop kierujący się na północ to w zasadzie to samo. Jest to żyroskop o tylko jednym stopniu swobody. Żyroskop integrujący prędkość służy do określania północy rzeczywistej. Żyroskop rozkłada wektor obrotu Ziemi na składową poziomą i pionową. Składowa pozioma zawsze wskazuje prawdziwą północ. Eliminuje się potrzebę odniesienia do żyroskopu, co zwiększa dokładność. Należy znać szerokość odwiertu, ponieważ wektor wirowania Ziemi będzie inny w zależności od szerokości geograficznej.

Podczas konfiguracji żyroskop prędkości automatycznie mierzy wirowanie Ziemi, aby wyeliminować dryf spowodowany obrotem Ziemi. Ta cecha konstrukcyjna zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia błędów w porównaniu z konwencjonalnym żyroskopem. W przeciwieństwie do tradycyjnego żyroskopu, żyroskop prędkości nie wymaga celowania w punkcie odniesienia, co eliminuje jedno potencjalne źródło błędu. Mierzy się za jego pomocą siły działające na żyroskop, natomiast siłę ciężkości mierzą akcelerometry. Połączone odczyty akcelerometrów i żyroskopu umożliwiają obliczenie nachylenia i azymutu odwiertu.

Żyroskop prędkości będzie mierzyć prędkość kątową poprzez przemieszczenie kątowe. Żyroskop integrujący prędkość oblicza całkę prędkości kątowej (przemieszczenia kątowego) poprzez wyjściowe przemieszczenie kątowe.

Nowsze wersje żyroskopu można przeglądać podczas ruchu, ale istnieją ograniczenia. Aby otrzymać ankietę, nie muszą stać w miejscu. Całkowity czas badania można skrócić, czyniąc narzędzie bardziej opłacalnym.

Pierścieniowy żyroskop laserowy

Żyroskop laserowy pierścieniowy (RLG) wykorzystuje inny typ żyroskopu do określenia kierunku odwiertu. Czujnik składa się z trójpierścieniowych żyroskopów laserowych i trzech akcelerometrów bezwładnościowych zamontowanych w celu pomiaru osi X, Y i Z. Jest dokładniejszy niż wskaźnik prędkości lub żyroskop północny. Aby wypełnić ankietę, nie trzeba zatrzymywać narzędzia ankietowego, dzięki czemu ankiety są szybsze. Jednakże zewnętrzna średnica pierścieniowego żyroskopu laserowego wynosi 5 1/4 cala, co oznacza, że ​​ten żyroskop może pracować tylko w obudowie o średnicy 7 cali i większej (sprawdź naszeprojekt obudowyprzewodnik). Nie da się tego przebiec przezsznurek wiertniczy, podczas gdy żyroskop szybkościowy lub żyroskop skierowany na północ można przepuścić przez przewód wiertniczy lub przewody rurowe o mniejszej średnicy.

Komponenty

W najprostszej formie pierścieniowy żyroskop laserowy składa się z trójkątnego bloku szkła wywierconego w trzech otworach lasera helowo-neonowego z lustrami w punktach 120 stopni – w rogach3. W rezonatorze współistnieją przeciwbieżne wiązki lasera – jedna skierowana w prawo, druga w lewo. W pewnym momencie fotosensor monitoruje wiązki w miejscu ich przecięcia. Będą one konstruktywnie lub destrukcyjnie kolidować ze sobą, w zależności od dokładnej fazy każdej wiązki.

Jeśli RLG jest nieruchomy (nie obraca się) względem swojej osi środkowej, względna faza obu wiązek jest stała, a sygnał wyjściowy detektora jest spójny. Jeśli RLG zostanie obrócony wokół swojej osi środkowej, wiązki zgodne z ruchem wskazówek zegara i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara doświadczą przeciwstawnych przesunięć Dopplera; jeden zwiększy częstotliwość, a drugi zmniejszy częstotliwość. Detektor wykryje różnicę częstotliwości, na podstawie której można określić dokładne położenie kątowe i prędkość. Jest to tzwEfekt Sagnaca.

Mierzona jest całka prędkości kątowej lub kąta obrotu od rozpoczęcia liczenia. Prędkość kątowa będzie pochodną częstotliwości dudnień. Do wyznaczenia kierunku obrotu można zastosować detektor podwójny (kwadraturowy).

Żyroskop bezwładnościowy

Najdokładniejszym instrumentem badawczym w branży naftowo-gazowej jest żyroskop bezwładnościowy, często nazywany narzędziem Ferrantiego. Jest to cały system nawigacji zaadaptowany z technologii lotniczej. Ze względu na najwyższą dokładność tego żyroskopu, większość narzędzi pomiarowych jest z nim porównywana w celu określenia ich dokładności. W urządzeniu zastosowano trzy żyroskopy i trzy akcelerometry zamontowane na stabilizowanej platformie.

System mierzy zmianę kierunku platformy (platformy platformowe) i odległość, na jaką się porusza. Mierzy nie tylko nachylenie i kierunek studni, ale także określa głębokość. Nie wykorzystuje głębokości linii przewodowej. Ma jednak jeszcze większy wymiar OD 10⅝ cala. W rezultacie można go używać tylko w obudowach o rozmiarach 13 3/8″ i większych.

Inklinometr żyroskopowy firmy Vigor jest testowany w najprostszej i łatwej w użyciu formie, a klient musi go jedynie zainstalować i debugować zgodnie z filmem Vigor po otrzymaniu towaru. Jeśli potrzebujesz naszej pomocy, dział posprzedażny Vigor również odpowie w ciągu 24 godzin, aby pomóc Ci pilnie uporać się z problemem. Jeśli jesteś zainteresowany inklinometrem żyroskopowym Vigor, nie wahaj się skontaktować z zespołem inżynierów Vigor, aby uzyskać jak najwięcej profesjonalna technologia i najwyższej jakości, bezproblemowa, wysoka jakość usług.

Aby uzyskać więcej informacji, możesz napisać na naszą skrzynkę pocztowąinfo@vigorpetroleum.com&marketing@vigordrilling.com