Учет влияния невыставки чувствительных элементов инклинометра при интервальном оценивании параметров скважины тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.05, кандидат технических наук Журавлев, Владимир Федорович

• Журавлев, Владимир Федорович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Журавлев, Владимир Федорович

ВВЕДЕНИЕ.

Научная новизна:.

Практическая значимость:.

1. ИНКЛИНОМЕТРЫ И ОБРАБОТКА ПОКАЗАНИЙ ИХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

1.1 Управляемое бурение скважин и задачи, решаемые инклинометрами. Типы инклинометров и особенности их использования.

1.2 Системы координат, принятые в инклинометрии.

1.3 Основные погрешности инклинометра и способы их устранения.

1.4 Алгоритмы обработки информации, снимаемой с чувствительных элементов инклинометра.

1.5 Невыставка чувствительных элементов и её влияние на оценку параметров скважины. Прямая и обратная задача интервального оценивания.

1.6 Выводы.

2. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ НЕВЫСТАВКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИНКЛИНОМЕТРА НА ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ СКВАЖИНЫ.

2.1 Определение положения чувствительного элемента с учетом невыставки.

2.2 Связь показаний чувствительных элементов с истинным значением измеряемых величин.

2.3 Вывод новых зависимостей для расчета азимутального угла по показаниям ДУС.

2.4 Влияние невыставки акселерометров и ДУС на оценки координат скважины.

2.4.1 Влияние невыставки акселерометров на координаты ствола скважины.

2.4.2 Влияние невыставки ДУС на координаты ствола скважины.

2.4.3 Параметры эталонной скважины.

2.5 Выводы.

3. ВЛИЯНИЕ НЕВЫСТАВКИ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ НА ИНТЕРВАЛЬНУЮ ОЦЕНКУ ПАРАМЕТРОВ СКВАЖИНЫ.

3.1 Влияние невыставки акселерометров по двум осям на оценку зенитного угла

3.1.1 Невыставка по осям акселерометров XY.

3.1.2 Невыставка по осям акселерометров XZ.

3.1.3 Невыставка по осям акселерометров YZ.

3.2 Влияние певыставки акселерометров по двум осям па интервальную оценку параметров скважины.

3.2.1 Невыставка акселерометров по осям XY.

3.2.2 Невыставка акселерометров по осям XZ.

3.2.3 Невыставка акселерометров по осям YZ.

3.3 Влияние невыставки акселерометров по трем осям XYZ на интервальную оценку параметров скважины.

3.4 Номограммы для оценки влияния величины угла невыставки на определения параметров скважины.

3.5 Выводы.

4. ВЛИЯНИЕ НЕВЫСТАВКИ ДАТЧИКОВ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ (ДУС) НА ИНТЕРВАЛЬНУЮ ОЦЕНКУ ПАРАМЕТРОВ СКВАЖИНЫ. ПРЯМАЯ ЗАДАЧА.

4.1 Влияние невыставки ДУС по двум осям на оценку азимутального угла.

4.1.1 Невыставка по осям ДУС XY.

4.1.2 Невыставка по осям ДУС XZ.

4.1.3 Невыставка по осям ДУС YZ.

4.2 Влияние невыставки ДУС по двум осям па интервальную оценку параметров скважины.

4.2.1 Невыставка ДУС по осям XY.

4.2.2 Невыставка ДУС по осям XZ.

4.2.3 Невыставка ДУС по осям YZ.

4.3 Влияние невыставки ДУС по трем осям XYZ па интервальную оценку параметров скважины.

4.4 Номограммы для оценки влияния величины угла невыставки на определения параметров скважины.

4.6 Выводы.

5. ВЛИЯНИЕ НЕВЫСТВАКИ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ И ДУС ПО ТРЕМ ОСЯМ НА ИНТЕРВАЛЬНУЮ ОЦЕНКУ ПАРАМЕТРОВ СКВАЖИНЫ.

5.1 Прямая задача.

5.2 Решение обратной задачи.

5.3 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Учет влияния невыставки чувствительных элементов инклинометра при интервальном оценивании параметров скважины»

Для настоящего времени характерен бурный рост объемов наклонно направленного бурения. Это связано с развитием и широким распространением кустового бурения, когда с одной подготовленной площадки бурят несколько скважин - куст [1].

Цель бурения состоит в том, чтобы, во-первых, забой скважины достиг проектной точки, во-вторых, был подготовлен ствол такого профиля и такого качества, которые обеспечивали бы нормальную дальнейшую эксплуатацию скважины. Соответственно существуют и требования как к допустимому отклонению забоя от проектной точки, как и к профилю ствола скважины.

Под задачей инклинометрии понимают контроль за положением в пространстве оси ствола наклонно направленной скважины. В результате проведения инклинометрических измерений и их обработки должны быть получены данные о положении каждой точки ствола скважины в пространстве, например, в виде вертикальных и горизонтальных проекций ствола, об отклонениях фактического профиля от проектного, о положении конечного забоя и о попадании его в круг допуска.

Требования к точности контроля пространственного положения ствола наклонно-направленных скважин постоянно растут. Это однозначно связанно с ужесточением требований к соблюдению проектного профиля скважины. На многих месторождениях повторно разбуриваются площади с уплотнением сетки скважин.

Инклинометр - это прибор для определения пространственных координат ствола скважины. Существует большое разнообразие типов таких приборов. Наибольшей точностью обладают приборы, которые производят одновременное измерение угла отклонения ствола скважины от вертикали и азимута в точке замера с последующим пересчетом этих показаний в пространственные координаты ствола скважины с учетом координат предыдущей точки замера.

Погрешность расчетных значений координат ствола скважины по отношению к истинным зависит от ряда причин: вариации напряжения питания, температуры, давления; переменные магнитные и электрические поля; переменные параметры каротажного кабеля и т.д. Эти погрешности накапливаются от точки к точке замера. Одним из факторов, влияющим на точность, является невыставка чувствительных элементов инклинометра, т.е. их неортогональность, определяемая чисто конструктивными причинами при его изготовлении. Невыставку чувствительных элементов по каждой оси можно оценить при поверке прибора и учесть при обработке информации [4], но полностью устранить её влияние невозможно.

В силу этих причин, задача оценки влияния невыставки чувствительных элементов инклинометра на отклонение расчетных параметров ствола скважины является актуальной.

В работе решаются следующие вопросы.

Разрабатывается алгоритмическое и программное обеспечение для оценки влияния заданных углов невыставки чувствительных элементов инклинометра на величины предельных отклонений расчетных значений углов вертикали, азимута и пространственных координат ствола скважины от истинных.

Анализ проводим для инклинометра, у которого трехкоординатный измеритель ускорения свободного падения реализуется с помощью трех акселерометров, закрепленных вдоль трех взаимно перпендикулярных строительных осей инклинометра. Реализацию трехкоординатного измерителя угловой скорости Земли осуществляется с использованием пары двухкоординатных гироскопических датчиков угловой скорости, реализуемых на базе динамически настраиваемых гироскопов. По показаниям акселерометров определяют зенитный угол в, по показаниям датчиков угловой скорости азимутальный угол а[3, 4]. новизна:

Введена полярная система координат для учета невыставки осей чувствительности датчиков инклинометра. Введены расчетные соотношения для оценки азимута по показаниям чувствительных элементов.

Показано, что учет влияния невыставки акселерометров и датчиков угловой скорости при решении прямой задачи целесообразно вести относительно эталонной скважины, целиком расположенной в апсидальной плоскости. Показано, что при этом невыставка акселерометров влияет на оценку смещения расчетной координаты по вертикали, а невыставка датчиков угловой скорости - на смещение в горизонтальной плоскости. Показано, что максимальное значение отклонений в оценках пространственных координат пропорциональны максимальным значениям оценки отклонений зенитного угла и азимута, а те, в свою очередь, принимают максимальные значения, если оси чувствительности датчиков инклинометра располагаются на поверхностях телесных углов, определяемых заданными максимальными углами невыставки.

Показано, что для решение обратной задачи, связанной с оценкой максимальных отклонений истинной траектории скважины от расчетной по текущим показаниям чувствительных элементов инклинометра требует более чем на порядок больше машинного времени, по сравнению с прямой задачей. При решении обратной задачи расположение истинной траектории оказывается внутри объемной полосы, определяемой исходя из предположений, что оси чувствительности датчиков инклинометра располагаются на поверхностях телесных углов, определяемых максимальными значениями углов невыставки.

Практическая значимость:

Разработанный алгоритм позволяет оценить влияния заданных углов невыставки чувствительных элементов инклинометра на величины предельных отклонений расчетных значений углов вертикали, азимута и пространственных координат ствола скважины от истинных.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов. Заключения и списка использованных источников.

Заключение диссертации по теме «Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления», Журавлев, Владимир Федорович

5.3 Выводы

1. Предложен алгоритм расчета прямой задачи - определение параметров по расчетным значениям показаний чувствительных элементов с учетом максимальных значений их телесных углов, характеризующих невыставку.

2. Предложенный алгоритм обеспечивает и решение обратной задачи, однако требует более чем на порядок времени на расчеты.

3. Показано, что при оценке возможного положения скважины получается расширяющаяся объемная полоса, определяющая возможные расположения внутри истинной траектории.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Получены базовые соотношения между измеряемыми и истинными значениями линейных ускорений и угловых скоростей с использованием полярной системы координат, позволяющей учитывать невыставку чувствительных элементов.

2. Показано, что максимальные значения дополнительных отклонений в оценках зенитного угла и азимута получаются при расположениях осей чувствительности датчиков на поверхностях телесных углов, характеризующих максимальную невыставку датчиков.

3. Проведено исследование влияние положений осей чувствительности чувствительных элементов на поверхности телесных углов, характеризующих невыставку на величины максимальных отклонений в оценках зенитного угла и азимута.

4. Предложено оценивать максимальные отклонения в оценках зенитного угла и азимута в каждой точке останова инклинометра заново (независимо от расчетов в предыдущих точках останова).

5. Предложена процедура расчета прямой задачи - определение параметров по расчетным значениям показаний чувствительных элементов с учетом максимальных значений их телесных углов, характеризующих невыставку.

6. Предложенная процедура обеспечивает и решение обратной задачи, однако требует более чем на порядок времени на расчеты.

7. Показано, что при оценке возможного положения скважины получается расширяющаяся объемная полоса, определяющая возможные расположения внутри истинной траектории.

8. Приводится блок-схема алгоритма для расчетов по показаниям всех чувствительных элементов и для произвольного вида траектории.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Журавлев, Владимир Федорович, 2006 год

1. Исаченко В.Х. Инклинометрия скважин. М.:Недра, 1987.

2. Ишлинский А.Ю. Ориентация, гироскопы и инерциальная навигация. М.: Наука, 1976.

3. Некоторые проблемные вопросы инклинометрии / А.В. Жилинский, О.С. Колосов, Е.А. Салов, Д.А. Федоров, Н.А. Цепляев // Вестник МЭИ. 1997. №4. С. 18-22.

4. Синтез датчика угловой скорости для инклинометра / О.С. Колосов, Н.А. Прокофьев, Н.А. Цепляев // Вестник МЭИ. 2000. №5. С.63-66.

5. Калибровка и компенсация погрешностей инклинометра от невыставки осей чувствительных элементов / О.С. Колосов, Д.А. Федоров, Н.А. Цепляев // Вестник МЭИ. 2000. №5. С.67-70.

6. Способ настройки инклинометра и контроля достоверности результататов / Н.И. Горбатенков, A.M. Дремин, А.В. Жилинский, О.С. Колосов, Е.А. Салов, А.В. Федоров, Д.А. Федоров, Н.А. Цепляев. Патент РФ, № 2085852. С1 6. G01 С 25/00,9/00. 1997.

7. Пельпор Д.С., Матвеев В.А., Арсеньев В.Д. Динамически настраиваемые гироскопы. Теория и конструкция. М.: Машиностроение. 1988.

8. Бесекерский В.А. Динамический синтез систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1970.

9. Ю.Бесекерский В. А., Фабрикант Е.А. Динамический синтез гироскопической стабилизации. Л.Судостроение, 1968.

10. П.Казамаров А.А., Палатник A.M., Роднянский Л.О. Динамика двумерных систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1967.

11. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: Наука, 1986.

12. Дьяконов В. Mathcad 2001: Специальный справочник. СПб.:Питер, 2002.-832 е.: ил.

13. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Справочник по физике. 3-е изд., испр. -М.: «Наука», 1990,624с.

14. Альфельд Г., Херцбергер Ю. Введение в интервальные вычисления -М.: «Мир», 1987,356с

15. Шокин Ю.И. Интервальный анализ. Новосибирск.: «Наука», 1981, 112с.

16. Захаров А.В., Шокин Ю.И. Алгебраическое интервальное решение системы линейных интервальных уравнений Ах = Ь и Ax + d = b -Препринт. АН СССР СО ВИ, №5, 1987, Красноярск, 16с

17. Корноушенко Е.К. Интервальные покоординатные оценки для множества достижимых состояний линейной стационарной системы.

18. Автоматика и телемеханика, 1980.5, с.13-22.

19. Корноушенко Е.К. Интервальные покоординатные оценки для множества достижимых состояний линейной стационарной системы.

20. Автоматика и телемеханика, 1980.12, с. 11-17.

21. Корноушенко Е.К. Интервальные покоординатные оценки для множества достижимых состояний линейной стационарной системы.

22. Автоматика и телемеханика, 1982.10, с.47-52.

23. Корноушенко Е.К. Интервальные покоординатные оценки для множества достижимых состояний линейной стационарной системы. 4.4 Автоматика и телемеханика, 1983.2, с.81-87.

24. Андреев Ю.Н. Управление конечномерными линейными объектами. -М.: «Наука», 1976.

25. Батенко А.П. Управление конечным состоянием движущихся объектов. М.: «Советское радио», 1977.

26. Дугарова И.В., Смагина Е.М. Обеспечение устойчивости системы с неопределенными параметрами Автоматика и телемеханика, 1990, И

27. Козлов В.Н. К аналитическому решению систем линейных алгебраических неравенств Автоматика и телемеханика, 1989,4.

28. Кунцевич В.М., Лычак М.М., Никитенко А.С. Решение систем нелинейных уравнений при наличии неопределенности в ее обеих частях. Кибернетика, Киев, 1988, №4.

29. Понтрягин Л.С., Болтянскин В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Мищенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов. М.: «Наука», 1976, 392с.

30. Беллман Р. Динамическое программирование М., 1960,400с.

31. Теория автоматического управления. Ч. 1. под редакцией Воронова А.А. -М.: «Высшая школа», 1986, 504с.

32. Сю Д., Мейер А. Современная теория автоматического управления и ее применение. -М.: «Машиностроение», 1972, 550 с.

33. Zadeh L.A., Whalen В.Н. On optimal control and linear programming. -IRE Trans. Automatic Control, Ac-7,1962, p.45-46.

34. Юдин Д.Б. Математические методы управления в условиях неполной информации. -М.: «Советское радио», 1975, 280с.

35. Табак Д., Куо Б. Оптимальное управление и математическое программирование. -М.: «Наука», 1975, 280с.

36. Вошинин А.П., Сотиров Г.Р. Оптимизация в условиях неопределенности. МЭИ, 1989,224с.

37. Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации. -М.: «Наука», 1981, 224с.

38. Розенрассер Е.Н., Юсупов P.M. Чувствительность систем управления . -М.: «Наука», 1981,464с.

39. Belove К. Sensitivity snms of homogeneous functions. IEEE trans., Ct-11, March, 1964, p. 1875-1882.

40. Перевозчиков А.Г. Минимаксные методы синтеза динамических систем. Математическое моделирование. 1990, т.2, №6 с. 118-131.

41. Красовский Н.Н. Управление динамической системой: Задача о минимуме гарантированного результата.-М.: «Наука», 1985, 516с.

42. Moore R.E. Interval analysis. Englewood cliffs, N.J.: Prentice Hall, 1966, 390 p.

43. Topics in interval analysis. Ed. by E. Hansen, Oxford: Clarendon Press, 1969,460p.

44. Interval Mathematics, 1980 Ed. by Nikel K., N.Y. e.a.: Academic Press. 1980,355р.

45. Hansen E. On linear algebraic equations with interval coefficients. In: Topics in interval analysis / Ed. by E. Hansen, Oxford: Clarendon Press, 1969, p.35-46.

46. Базара M. Шетти К. Нелинейное программирование: Теория и алгоритм. -М.: «Мир», 1982, 583с.

47. Иванов В.А. Фалдин Н.В. Теория оптимальных систем автоматического управления. М.: «Наука», 1981, 336с.

48. Скибицкий Н.В., Тянь ЮйПин. Анализ задачи управления одним классом линейных объектов по интервальной модели. М.: 1989. Деп. в ВИНИТИ №3563-В89. 23с.

49. Скибицкий Н.В., Тянь ЮйПин. Управление линейным стационарным объектом в условиях интервальной неопределенности. М.: 1991. Деп. в ВИНИТИ № 1752-В91.7с.

50. Скибицкий Н.В., Тянь ЮйПин. Устойчивость и управляемость одного класса линейных динамических объектов с интервально заданными параметрами.-М.: 1991. Деп. в ВИНИТИ №1754-В91. 5с.

51. Скибицкий Н.В., Тянь ЮйПин. К решению системы линейных интервальных уравнений при «жесткой» связи между коэффициентами. -М.: 1991. Деп. в ВИНИТИ №1753-В91. 25с.

52. Чичинадзе М.В., Попов Г.В., Люсин Ю.Б. Подземная навигация: проблемы и пути решения // VII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2000. - С. 97-99.

53. Фрейман Э.В., Кривошеев С.В., Лосев В.В. Особенности построения алгоритмов ориентации гироскопических инклинометров на базе одноосного гиростабилизатора. // Гироскопия и навигация. 2001. -№1.- С. 36-46.

54. Ковшов Г.Н., Жибер А.В. Принципы построения датчиков скважинной навигации. // Гироскопия и навигация. 1999. - №3. - С. 121-122.

55. Молчанов А.А., Абрамов Г.С. Навигация для изучения подземного пространства при поиске, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых // Сборник статей и докладов под ред. академика

56. РАН В.Г.Пешехонова «Применение гравиинерционных технологий в геофизике». СПб.: ЦНИИ «Электроприбор» - 2002. - С. 136-145.

57. Ковшов Г.Н., Коловертнов Г.Ю. / Приборы контроля пространственной ориентации скважин при бурении. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2001.-228с.

58. Ковшов Г.Н., Алимбеков Р.И., Жибер А.В. Инклинометры (основы теории и проектирования). Уфа: ГИЛЕМ, 1998. - 380с.

59. Ковшов Г.Н., Коловертнов Г.Ю. Компенсация температурных погрешностей датчиков инклинометров // Материалы XIII научно-технической конференции «Датчики и преобразователи информации контроля и управления». М.:МГИЭМ, 2001. - С.225-226.

60. Ковшов Г.Н., Коловертнов Г.Ю. Алгоритмический метод компенсации температурных погрешностей инклинометров // Материалы III Международного конгресса нефтегазопромышленников России «Проблемы нефти и газа». Уфа, 2001.

61. Ковшов Г.Н. Об инструментальных погрешностях инклинометра // Изв. вузов, нефть и газ. 1975. - №2. С. 91-94.

62. Ковшов Г.Н. Погрешности инклинометра от вибраций при бурении // Изв. вузов, нефть и газ. 1980. - №4. С. 74-80.

63. Ковшов Г.Н., Коловертнов Г.Ю. Инклинометрические датчики для автоматизации бурения скважин // Материалы НТК «Датчик-2000», Тез. докл. Судак, 2000. - С. 98-99.

64. Бурение и исследование скважин малого диаметра на нефть и газ за рубежом. Сер. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. -М.: ВНИИОЭНГ, 1995.-Вып. 11-12.-С.1-12.

65. Учет влияния невыставки чувствительных элементов инклинометра при интервальном оценивании параметров скважины / В.Ф. Журавлев, О.С. Колосов, Н.А. Цепляев // Вестник МЭИ. 2006. № 3. С. 99-108.