400-661-5248

Резюме

Гироскопический наклономер представляет собой прибор для измерения траектории бурения, не подверженный геомагнитным помехам и окружающим магнитным полям. Он в основном используется для измерения траектории скважин в магнитных шахтах, обсадных трубах, буровых трубах и т. Д. Конечно, он также может использоваться для измерения траектории других скважин, не подверженных магнитным помехам. По сравнению с авиационным гироскопом, из - за воздействия среды использования, гироскоп кароттажа имеет следующие характеристики. Во - первых, существуют строгие требования к объему, особенно к малому диаметру. Необходимо создать прибор, способный удовлетворять требованиям диаметра ствола обсадной скважины и даже вставлять его из бурильной трубы при открытии светового люка; Во - вторых, он обладает сильными вибростойкими свойствами, которые не повреждают корпус гироскопа при бурении световых люков или укладке их на дно скважины; Еще одним требованием является ширина температурного диапазона, что означает, что прибор может нормально работать при температуре 125 °C не менее 2 часов, общая точность прибора в диапазоне температуры окружающей среды - 10 - 125 °C соответствует требованиям конструкции. С точки зрения конструкции и процесса изготовления гироскоп можно разделить на механический гироскоп, оптический гироскоп и полупроводниковый гироскоп. Среди них механические гироскопы включают рамочный гироскоп, динамически настроенный гироскоп, интегрирующий гироскоп с плавающей скоростью жидкости и электростатический гироскоп. Существует два основных типа оптических гироскопов: лазерный гироскоп и волоконно - оптический гироскоп. Наиболее распространенным полупроводниковым гироскопом является кремниевый микрогироскоп. В этих гироскопах производство электростатических гироскопов чрезвычайно сложно и дорого, и используются только самые современные системы вооружения. Эта технология доступна только в одной или двух странах мира и не будет применяться в других областях в краткосрочной перспективе. Кремниевый микрогироскоп имеет низкую точность и большой температурный дрейф. Хотя он обладает хорошей устойчивостью к вибрации и идеальным объемом, некоторые люди изучают формирование инструмента. Однако из - за ограничений собственного уровня технологического развития в настоящее время в основном используется для обнаружения контуров обратной связи, таких как динамическая визуализация. В течение длительного времени не будет идеального каротажного продукта. Существующие в настоящее время гироскопы кароттажа охватывают почти все типы механических гироскопов, включая рамочные гироскопы, гироскопы с динамической настройкой, гироскопы с интегралом скорости плавучести жидкости и т. Д.

рамочный гироскоп

Рамочный гироскоп является самым ранним, самым зрелым классическим типом гироскопа, легко изготовленным, недорогим, с хорошими вибростойкими свойствами. Теория рамочных гироскопов очень хорошо зарекомендовала себя в таких странах, как США и Россия, где некоторые иностранные бренды гироскопов наклонения, такие как « Харрис», также используют рамочные гироскопы. Его структура показана на диаграмме 1.

Рисунок 1

Поддерживающие элементы ротора динамически настроенного гироскопа используют гибкую поддержку, а не шаровую поддержку в рамном гироскопе. Основная часть гироскопа состоит из ротора, гибкого разъема, датчика, трансформатора и приводной цепи. Структура показана на диаграмме 2. Гибкий сустав, состоящий из трех колец, верхних, средних и нижних, является ключевым компонентом, определяющим качество его работы. По сравнению с рамочным гироскопом, помехи уменьшаются из - за улучшения структуры части ротора и поддержки с использованием жестких и чувствительных гибких соединений. Поэтому по сравнению с рамочным гироскопом этот гироскоп меньше по размеру, время запуска короче, точность значительно улучшена. Однако высокая стоимость и сложность изготовления динамически настроенных гироскопов являются их недостатками, особенно гибкие соединения очень хрупки и легко ломаются во время вибрации, что приводит к повреждению гироскопа; Если жесткость гибкого соединения увеличивается, точность значительно снижается. Это фатальная слабость, которая ограничивает его широкое применение в нефтяных приборах. Некоторые китайские заводы используют гироскопы с динамической настройкой для разработки гироскопических наклонений. Результаты не являются идеальными с точки зрения текущего применения, главным образом потому, что проблема уязвимости гироскопов еще не решена. Поддерживающие элементы ротора динамически настроенного гироскопа используют гибкую поддержку, а не шаровую поддержку в рамном гироскопе. Основная часть гироскопа состоит из ротора, гибкого разъема, датчика, трансформатора и приводной цепи. Структура показана на диаграмме 2. Гибкий сустав, состоящий из трех колец, верхних, средних и нижних, является ключевым компонентом, определяющим качество его работы. По сравнению с рамочным гироскопом, помехи уменьшаются из - за улучшения структуры части ротора и поддержки с использованием жестких и чувствительных гибких соединений. Поэтому по сравнению с рамочным гироскопом этот гироскоп меньше по размеру, время запуска короче, точность значительно улучшена. Однако высокая стоимость и сложность изготовления динамически настроенных гироскопов являются их недостатками, особенно гибкие соединения очень хрупки и легко ломаются во время вибрации, что приводит к повреждению гироскопа; Если жесткость гибкого соединения увеличивается, точность значительно снижается. Это фатальная слабость, которая ограничивает его широкое применение в нефтяных приборах. Некоторые китайские заводы используют гироскопы с динамической настройкой для разработки гироскопических наклонений. Результаты не являются идеальными с точки зрения текущего применения, главным образом потому, что проблема уязвимости гироскопов еще не решена.

Рисунок 2 Динамическая настройка структуры гироскопа

Ротор гироскопа с интегралом скорости плавучести жидкости заполняется высокоплотной и вязкой суспензией между ротором и корпусом, а ротор остается в подвешенном состоянии при соответствующей рабочей температуре. Ротор и корпус соединяются эластичными проволоками. Преимущество заключается в хорошей вибростойкости, небольшом объеме, но ограниченном подвеской, длительном времени подготовки и большом температурном дрейфе. Как правило, он должен работать при постоянной температуре. В то время как гироскопы с жидкостным всплытием имеют относительно отличные показатели вибростойкости, строго говоря, этот гироскоп не подходит для гироскопического наклона. Из - за наличия подвески чрезмерная разность температур в рабочей среде может привести к значительным изменениям плотности и вязкости подвески или даже потере демпфирующего эффекта, что непосредственно приводит к непредсказуемым и значительным изменениям точности гироскопа или даже к сбоям. Если установлена точная схема управления температурой, это увеличивает объем прибора и не подходит для подземной среды с высокой температурой и высоким давлением. Эти три механических гироскопа при применении к нефтяным приборам, при рассмотрении трех основных критериев отбора точности, вибростойкости и температуры окружающей среды, ограничены их принципом, каждый из которых имеет очевидные недостатки. Оптические гироскопы могут использоваться для измерения наклона гироскопа. Обычные оптические гироскопы включают волоконно - оптические гироскопы и лазерные гироскопы. Однако из - за больших размеров лазерного гироскопа его использование на данном этапе не рассматривается. Ниже основное внимание уделяется применению волоконно - оптических гироскопов в наклонных приборах. Современные волоконно - оптические гироскопы основаны на теории Сагнака. Ключевым моментом теории Сагнерка является то, что, когда луч распространяется по круговому каналу, если сам круглый канал имеет скорость вращения, время, необходимое для распространения света по направлению вращения канала, больше, чем время, необходимое для распространения по направлению вращения канала в противоположном направлении. То есть, когда оптическое кольцо вращается, световые пути оптического кольца меняются в разных направлениях по сравнению со световыми путями неподвижного кольца. Используя это изменение длины светового пути, можно создать интерферометрический волоконно - оптический гироскоп, если между светом, распространяющимся в разных направлениях, возникает интерференция для измерения скорости вращения кольца. Основные оптические компоненты волоконно - оптических гироскопов включают источники света, сцепления, поляризаторы, волоконно - оптические катушки, детекторы и т.д. Использование волоконно - оптических гироскопов в нефтяных приборах устраняет практически все недостатки механических гироскопов, такие как плохая виброустойчивость, изменения магнитного поля, различные факторы крутящего момента дрейфа и высокая чувствительность к температуре окружающей среды во время работы. Волоконно - оптический гироскоп - это датчик ориентации, который идеально подходит для гироскопа наклона. Важным недостатком волоконно - оптических гироскопов является высокая стоимость компонентов и низкая термостойкость. Для обеспечения точности используется все больше и больше волоконно - оптических витков, что приводит к относительно большому объему. Решение состоит в том, чтобы установить высокоэффективную изоляционную бутылку снаружи, чтобы обеспечить максимальную рабочую температуру волоконно - оптического гироскопа ниже 80°C, в основном для удовлетворения потребностей измерения глубины скважины до 4000 метров. При ограничении диаметра скважины ее диаметр может быть эффективно уменьшен путем изменения метода намотки волокон для удовлетворения требований к размещению в буровой трубе. Волоконно - оптические гироскопы серии AgileLightIM были разработаны компанией AgileLightIM в сотрудничестве с Пекинским университетом и специально разработаны для измерения наклонения скважин. Внешний диаметр гироскопа составляет всего 32 мм, диапазон ± 4 °, нулевое отклонение 0,5 ° / hr (0,2 ° / hr при тепловом балансе), коэффициент масштабирования 000125, ширина полосы пропускания 10 Гц. Устойчивость к ударам 100 г, рабочий температурный диапазон от - 40°C до + 75°C, срок службы 55000 часов. В процессе транспортировки и эксплуатации не существует специальных экологических требований, которые идеально подходят для наклонения.

Состав и принцип гироскопического инклинометра

Инклинометр состоит в основном из наземной и подземной частей, которые, как показано на рисунке 3, соединены каротажными кабелями.

Figure 3 Structural diagram of inclinometer

Наземный сегмент в основном включает в себя схемы приема и декодирования сигналов, мониторы глубины, наземные источники питания и компьютеры.

• Функция схемы приема и декодирования сигналов заключается в приеме сигналов, отправляемых из - под земли, их декодировании и последующей передаче на наземный компьютер для обработки.

• Частично отображение глубины принимает фотоэлектрические импульсные сигналы от системы управления лебедкой, преобразует их в значения глубины и отображает.

• Функция наземного источника питания заключается в преобразовании переменного тока в постоянный для подземных датчиков и элементов цепи. Он собирается вместе с схемами приема и декодирования сигналов и мониторами глубины, образуя наземный блок управления.

• Функция наземного компьютера заключается в вычислении пространственного направления положения бурения, в котором находится прибор, включая угол вершины, азимут и угол поверхности инструмента, на основе сигналов гироскопа и акселерометра, отправленных на землю под землей. В то же время он посылает инструкции управления и выполняет различные операции с подземными приборами.

Подземный участок

Подземная часть состоит из инерционных элементов, состоящих из волоконно - оптических гироскопов и акселерометрических датчиков, электродвигателей, вторичных подземных источников питания, схем сбора и кодирования данных и вторичных схем гироскопа и акселерометра.

• Инерциальное тело является основным компонентом всего прибора, состоящим из двух кварцевых гибких акселерометров и одноосного волоконно - оптического гироскопа (также можно использовать двухосный гироскоп, но стоимость и цена удваиваются, поэтому двигатель должен вращаться только на 180° один раз. Использование одноосного гироскопа требует, чтобы двигатель вращался четыре раза, каждый раз на 90°). Гироскопы и акселерометры расположены в механической конфигурации Jet и устанавливаются непосредственно на инерционное тело с точным ориентиром позиционирования, образуя инерционные компоненты тела. Два акселерометра закреплены на двух ортогональных плоскостях инерционного тела, а выходная ось акселерометра и гироскопа перпендикулярна оси компонентов инерционного тела.

• Роль двигателя заключается в том, чтобы сделать инерционный элемент в процессе измерения четыре раза с разницей в 90 градусов, получить Омега x и Омега y, чтобы устранить фиксированную ошибку нулевого смещения инерционного элемента.

• Вторичные схемы датчика включают гироскопическую систему и вторичные схемы акселерометра.

• Схема сбора и кодирования сигналов обеспечивает сбор данных, управление и связь между подземной и наземной системами гироскопа и акселерометра. Получив команды с земли, он расшифровывает их и выполняет соответствующие функции.

• Функция подземного вторичного источника питания заключается в преобразовании высоковольтного постоянного тока, поставляемого под землей, в постоянный ток низкого напряжения, обеспечивая рабочее напряжение подземной системы.

Принцип измерения

Оптоволоконный гироскопический наклономер для бурения скважин измеряется в режиме снижения наклона до заданного положения для поддержания стабильности. Волоконно - оптические гироскопы и акселерометры наклонения измеряют гравитационное ускорение Земли и рассчитывают азимут А, верхний угол I и инструментальный угол Т бурения в этом положении на основе выходных значений гироскопа и акселерометра. Это завершает измерение одной точки, а затем перемещает наклонометр в другое положение, повторяя вышеописанные действия перед измерением точки. Угол I, азимут А и угол Т поверхности ножа рассчитываются следующим образом: система координат гироскопического наклонения скважины, то есть система координат измерительного устройства, используется в качестве системы координат, вращается против часовой стрелки в направлении вперед и фокусируется на широте, где находится гироскоп наклонения. Преобразование координат выглядит следующим образом: в северо - восточном небе географической системы 0XoYoZo угол А сначала вращается в прямом направлении вокруг 0Zo до 0XYZ, затем угол I вращается в прямом направлении вокруг OY до 0Xneneneek Yneneneek Z2 и, наконец, угол T вращается вокруг 0Z до 0XgY; 2, это система координат наклона гироскопического отверстия. Среди них угол А - азимут, угол I - вершина, угол T - угол поверхности ножа, как показано на рисунке 4.

Выводы:

Гироскопический инклинометр использует инерциальную навигационную технологию для бурения. Он использует характеристики сильной автономности инерциального навигационного оборудования, высокой точности навигации и хорошей надежности. Он использует систему поиска севера, состоящую из волоконно - оптических гироскопов и акселерометрических датчиков. Гироскоп измеряет составляющую скорости вращения Земли, акселерометр измеряет составляющую ускорения гравитации Земли, а затем вычисляет верхний угол бурения, азимут и угол инструментальной поверхности по соответствующей формуле. Гироскоп наклона имеет следующие характеристики:

• Небольшой дрейф, высокая точность, отсутствие корреляции между точками данных, устраняет кумулятивную ошибку наклона гироскопа в прошлом, эффективно улучшает точность результатов измерения траектории бурения.

• Рабочий процесс автоматически ищет север, не требует первоначального позиционирования на земле и не требует калибровки севера до и после измерения, устраняя человеческие ошибки.

• Устойчивость к магнитным помехам, не подверженная влиянию геологии и окружающей среды, может использоваться в буровых трубах, магнитных обсадных трубах и магнитных рудниках. Волоконно - оптический гироскоп наклона преодолел все недостатки предыдущих гироскопов наклона. Гироскопы серии AgileLight IM производства Wuxi Huiyong специально сконструированы для наклонения и имеют экономичное, простое в использовании и надежное качество. После тестирования нескольких пользовательских единиц его производительность полностью соответствует требованиям и является идеальным выбором для многих производителей наклонения.

Применение волоконно - оптических гироскопов в гироскопических наклонениях

При открытии люка обсадной скважины и повторном измерении старой скважины обычно требуется гироскопический инклинометр для измерения азимута наклона скважины. В районах с аномальным магнитным полем и на участках скважин из - за большой погрешности измерения затвора магнитного потока также необходимо использовать гироскоп наклона для измерения азимута. Кроме того, гироскопические наклонения также играют уникальную роль в определенных условиях, таких как периоды высокой частоты солнечных магнитных бурь или когда требуется проверка с помощью третьего прибора.

Датчик азимута в гироскопическом инклинометре - это гироскоп, а гироскоп, используемый для измерения скважин, был перенесен из гироскопа самолета. В настоящее время большинство производителей гироскопических наклонений специализируются на производстве оборудования для космической навигации. Гироскопы не только имеют точную структуру, высокие технологические требования и сложные испытания, но, что более важно, необходимо установить матричные уравнения для выходного сигнала гироскопа для высокоспециализированных и сложных вычислений. В то же время необходимо компенсировать дрейф, вызванный расстоянием помех, температурным дрейфом и ударной вибрацией, а также провести многоступенчатую коррекцию его принципиальных ошибок. Это также практически невозможно для непрофессиональных заводов за короткий промежуток времени.

Волоконно - оптический гироскоп IM100 был разработан компанией Wuxi Huihui Union Information Technology Co., Ltd. в сотрудничестве с Пекинским университетом и специально разработан для измерения наклона скважин. Внешний диаметр гироскопа составляет всего 32 мм, диапазон ±30 ° и нулевое отклонение 0,02 ° / hr, что позволяет полностью автономно искать север. Срок службы составляет 55 000 часов без особых экологических требований во время перевозки и эксплуатации. Он является эффективным с точки зрения затрат, простым в использовании и надежным качеством. После тестирования несколькими пользовательскими блоками его производительность полностью соответствует требованиям, что делает его идеальным выбором для многих производителей наклонения.

• 

  Статический уровнемер, гидравлический осадкометр, высокоточная статическая шкала SI100, гидравлический осадитель

• 

  трехосный датчик вибрации

• 

  DGS680 Высокоточная GPS IMU Двойная антенна для определения местоположения, комбинированная инерциальная навигационная система

• 

  Датчик направления_SEC385 высокоточный чистый бытовой датчик ориентации