Адаптивный к траектории скважины универсальный гироинклинометр на базе одноосного датчика угловой скорости

Введение. Развивается подход к построению гироскопического инклинометра (ГИ) на основе одного одноосного датчика угловой скорости (ДУС). Констатируется, что такой ГИ следует считать модификацией продольной схемы, сохраняющей известный недостаток тактико-технических характеристик – отсутствие адаптивности к траектории, т. е. соизмеримости погрешностей ГИ при различных зенитных углах. Следующий значимый шаг в развитии схемы с одним ДУС является задачей настоящей работы – это кратное повышение точности измерения азимута для вертикальных и "прилегающих к вертикали" скважин при работе ГИ в непрерывном режиме.

Цель работы. Придание ГИ на базе одноосного ДУС свойства адаптивности к траектории скважины: конструктивная модификация, сравнительный анализ ошибок.

Материалы и методы. Алгоритмы идеальной работы новой схемы в непрерывном режиме синтезируются на основе матричных преобразований координат и уравнений Эйлера. При анализе свойств ошибок ориентации используются методы линеаризации, интегральное исчисление, основы вариационного исчисления и теория линейных дифференциальных уравнений.

Результаты. Придание модифицированной схеме ГИ свойства адаптивности к траектории достигнуто за счет предусмотренного в конструкции отклонения положения оси чувствительности ДУС на некоторый угол неортогональности к продольной оси ГИ. При проектировании ГИ на базе развитого подхода удается реализовать значение этого угла 20°, что обеспечивает эффективный уровень адаптивности к траектории ствола в непрерывном режиме, а увеличение погрешности компасирования не выходит за рамки неопределенности статистических характеристик дрейфа ДУС.

Заключение. Разработанная схема ГИ позволяет в несколько раз снизить влияние дрейфа ДУС на точность выработки азимута в зоне переходных зенитных углов (от "вертикальных" стволов к наклонно направленным) по сравнению с известной точностью для "продольной" схемы, сохраняя тем самым в процессе движения в скважине повышенную точность начальной выставки в ее устье.

1. Биндер Я. И., Хазов И. А. Универсальный гидатчика угловой скорости // Изв. вузов России. Рароинклинометр на базе единственного одноосного диоэлектроника. 2023. Т. 26, № 4. С. 133–148. doi: 10.32603/1993-8985-2023-26-4-133-148

2. Об использовании различных схем гироинклинометров для непрерывной съемки скважин произвольной ориентации / Я. И. Биндер, Т. В. Падерина, А. С. Лысенко, А. Н. Федорович // Гироскопия и навигация. 2010. № 4 (71). С. 53–73. doi: 10.1134/s2075108711010020

3. Лысенко А. С. О применении гироинклинометра, построенного по продольной схеме в вертикальных скважинах // Материалы XXIX конф. памяти выдающегося конструктора гироскопических приборов Н. Н. Острякова, Санкт-Петербург, 07–09 окт. 2014 / ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор". СПб., 2014. С. 137–149.

4. Лысенко А. С. Алгоритмы работы и схема построения гироинклинометра с продольной компоновкой для вертикальных участков стволов скважин // Гироскопия и навигация. 2016. Т. 24, № 1 (92). С. 72–87. doi: 10.17285/0869-7035.2016.24.1.072-087

5. Исаченко В. Х. Инклинометрия скважин. М.: Недра, 1987. 216 с.

6. Самедов Т. А., Бинятов К. Т., Исмаилзаде К. Г. Исследование состояния работы наклонно направленных морских скважин // Наука и образование: сохраняя прошлое, создаем будущее: сб. ст. XXI Междунар. науч.-практ. конф., Пенза, 05 мая 2019 г. Пенза: Наука и просвещение, 2019. С. 54–58.

7. Быков И. Ю., Борейко Д. А., Блохин П. А. Компьютерное моделирование экспериментальных стендов для исследования прочности захвата насосно-компрессорных труб элеваторов при капитальном ремонте вертикальных и наклонно направленных скважин // Автоматизация и информатизация ТЭК. 2022. № 8 (589). С. 28–34. doi: 10.33285/2782-604X-2022-8(589)-28-34

8. Ma T., Chen P., Zhao J. Overview on vertical and directional drilling technologies for the exploration and exploitation of deep petroleum resources // Geomechanics and Geophysics for Geo-Energy and GeoResources. 2016. Vol. 2, № 4. P. 365–395. doi: 10.1007/s40948-016-0038-y

9. Non-pumping reactive wells filled with mixing nano and micro zero-valent iron for nitrate removal from groundwater: Vertical, horizontal, and slanted wells / S. M. Hosseini, T. Tosco, B. Ataie-Ashtiani, C. T. Simmons // J. of Contaminant Hydrology. 2018. Vol. 210. P. 50–64. doi: 10.1016/j.jconhyd.2018.02.006

10. Studies on Construction Pre-control of a Connection Aisle Between Two Neighbouring Tunnels in Shanghai by Means of 3D FEM, Neural Networks and Fuzzy Logic / Y-L. Chen, R. Azzam, T. M. Fernandez-Steeger, L. Li // Geotech. and Geol. Eng. 2009. Vol. 27, № 1. P. 155–167. doi: 10.1007/s10706-008-9220-5

11. Papakonstantinou S., Anagnostou G., Pimentel E. Evaluation of ground freezing data from the Naples subway // Proc. of the Institution of Civil Engineers: Geotechnical Eng. 2013. Vol. 166, iss. 3. P. 280–298. doi: 10.1680/geng.10.00099

12. Чагинов А. В., Суппес И. В., Дорн Э. А. Проходка и строительство стволов № 1 и 2 Усольского калийного комбината компании ОАО "ЕвроХим" // Горный журн. 2013. № 5. С. 51–56.

13. Accuracy Check and Comparative Analysis of Horizontal Fiber-Optic Gyro Inclinometer in Freezing Hole / G. Jiang, F. Li, X. Zhou, W. Gao. // E3S Web Conf. 2020. Vol. 218. Art. № 03025. 5 p. doi: 10.1051/e3sconf/202021803025

14. Малюга А. Г. Инклинометры для исследования глубоких и сверхглубоких скважин / НТП "Фактор". Тверь, 2002. 519 с.

15. Биндер Я. И. Аналитическое компасирование в инклинометрии скважин малого диаметра // Гироскопия и навигация. 2003. Т. 41, № 2. С. 38–46.

16. Гайбуллаев П. М. Добыча остаточных запасов углеводородов при помощи зарезки бокового ствола из бездействующего фонда скважин // Молодой ученый. 2022. № 47(442). С. 35–39.

17. Проектирование схем разбуривания месторождений горизонтальными и многоствольными скважинами / К. Н. Харламов, Г. Н. Шешукова, Т. В. Нестерова, И. Поздеев // Бурение и нефть. 2005. № 10. С. 18–20.

18. Абдуллин А. Ф., Баранников Я. И., Розбаев Д. А. Вовлечение в разработку остаточных запасов углеводородов методом зарезки бокового ствола из неработающего фонда скважин // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. 2021. № 9 (357). С. 44–48. doi: 10.33285/2413-5011-2021-9(357)-44-48.

19. Непрерывные гироскопические инклинометры – особенности построения и результаты эксплуатации / А. А. Гуськов, В. В. Кожин, С. В. Кривошеев, Э. В. Фрейман // Каротажник. 2009. № 4 (181). С. 12–30.

20. Фрейман Э. В., Кривошеев С. В., Лосев В. В. Особенности построения алгоритмов ориентации гироскопических инклинометров на базе одноосного гиростабилизатора // Гироскопия и навигация. 2001. № 1 (32). С. 36–46.