RU2349938C1 - Method of magnetic azimuth measurement while drilling - Google Patents

Abstract

FIELD: physics; mining.

SUBSTANCE: proportionality coefficient is evaluated by ratio of radial component and extraneous magnetic field angular component gradient variations in varying magnetisation of packed-hole assembly. Magnetic field components are measured twice in one well point at various magnetisation of packed-hole assembly, e.g. before and after adding. Radial component is measured with axial magnet-sensitive sensor (MS). Angular component gradient is measured with additional MS connected in gradiometer circuit and arranged within the plane perpendicular to the inclinometer axis. Corrections to axial MS reading are determined by multiplying angular component gradient by correcting factor.

EFFECT: improved correction of ferromagnetic field exposure in azimuth measurement.

Description

Изобретение относится к области инклинометрии скважин, в частности к определению пространственного положения ствола наклонно-направленных скважин в процессе бурения.The invention relates to the field of inclinometry of wells, in particular to determining the spatial position of the barrel of directional wells during drilling.

Известны способы и устройства измерения магнитного азимута в скважинных инклинометрах с помощью магниточувствительных датчиков (свидетельство на полезную модель №15585 RU, Е21В 47/02; патент на изобретение №2291294 RU, Е21В 47/022). В них для уменьшения влияния ферромагнитных масс компоновки низа бурильной колонны на точность измерения магнитного азимута используют для корпуса прибора немагнитные трубы, что приводит к увеличению расстояния между долотом и точкой замера параметров ствола и, следовательно, к уменьшению точности измерений, а также к удорожанию инклинометров из-за высокой стоимости подобных труб.Known methods and devices for measuring magnetic azimuth in borehole inclinometers using magnetically sensitive sensors (utility model certificate No. 15585 RU, ЕВВ 47/02; patent for invention No. 2291294 RU, ЕВВ 47/022). In them, to reduce the influence of the ferromagnetic masses of the bottom of the drill string assembly on the accuracy of measuring the magnetic azimuth, non-magnetic pipes are used for the instrument body, which leads to an increase in the distance between the bit and the point of measurement of the barrel parameters and, consequently, to a decrease in the accuracy of measurements, as well as an increase in the cost of inclinometers from -for the high cost of such pipes.

Известен способ измерения магнитного азимута (решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2005107601/28, G01V 3/40 - прототип), предлагающий измерение магнитного азимута в скважине производить с помощью магнитометра, состоящего из трех магниточувствительных датчиков с взаимоперпендикулярными осями и вычислительного устройства. Для компенсации магнитных помех введены дополнительно несколько групп магнитометров, идентичных основному магнитометру, с разнесением по оси корпуса на известных расстояниях. Показания дополнительных магнитометров использованы для коррекции показаний основного магнитометра. Недостатком этого способа является невозможность компенсации мешающего поля при положении инклинометра между двумя ферромагнитными массами, а также значительное увеличение длины инклинометра.A known method of measuring magnetic azimuth (the decision to grant a patent for an invention according to application No. 2005107601/28, G01V 3/40 is a prototype), which proposes to measure magnetic azimuth in a well using a magnetometer consisting of three magnetosensitive sensors with mutually perpendicular axes and a computing device. To compensate for magnetic interference, several groups of magnetometers identical to the main magnetometer were introduced, with spacing along the axis of the casing at known distances. The readings of additional magnetometers are used to correct the readings of the main magnetometer. The disadvantage of this method is the inability to compensate for the interfering field when the inclinometer is between two ferromagnetic masses, as well as a significant increase in the length of the inclinometer.

Технический результат предлагаемого решения - повышение качества корректировки влияния магнитного поля ферромагнитных масс без увеличения длины инклинометра.The technical result of the proposed solution is improving the quality of adjusting the influence of the magnetic field of ferromagnetic masses without increasing the length of the inclinometer.

Способ измерения магнитного азимута в процессе бурения заключается в том, что измеряют геомагнитное поле с помощью трех взаимоперпендикулярных магниточувствительных датчиков (МД), ось одного из которых совпадает с осью инклинометра, и вносят поправку, определяемую дополнительными МД. В предлагаемом способе величину поправки, вносимой в значение осевого МД, определяют через коэффициент пропорциональности, представляющий собой отношение изменения радиальной составляющей постороннего магнитного поля к изменению градиента угловой составляющей того же поля, причем измерение составляющих магнитного поля производят дважды в одной точке скважины при разной намагниченности бурильной колонны, например, до и после наращивания. При этом измерение радиальной составляющей постороннего магнитного поля производят осевым МД, а измерение градиента угловой составляющей - дополнительными МД, включенными по схеме градиентометра и расположенными в плоскости, перпендикулярной оси инклинометра. Величину поправки вычисляют путем умножения текущего значения градиента угловой составляющей постороннего магнитного поля на коэффициент пропорциональности.The method of measuring magnetic azimuth during drilling consists in measuring the geomagnetic field using three mutually perpendicular magnetosensitive sensors (MD), the axis of one of which coincides with the axis of the inclinometer, and a correction is determined by additional MDs. In the proposed method, the value of the correction introduced in the value of the axial MD is determined through the proportionality coefficient, which is the ratio of the change in the radial component of the extraneous magnetic field to the change in the gradient of the angular component of the same field, moreover, the measurement of the components of the magnetic field is performed twice at one point of the borehole with different drill magnetization columns, for example, before and after building. In this case, the radial component of the extraneous magnetic field is measured by an axial MD, and the gradient of the angular component is measured by additional MDs included in the gradiometer diagram and located in a plane perpendicular to the inclinometer axis. The correction value is calculated by multiplying the current value of the gradient of the angular component of the extraneous magnetic field by the proportionality coefficient.

Способ выполняется следующим образом. В инклинометре, измеряющем значение азимута скважины, установлены три взаимоперпендикулярных МД, ось чувствительности одного из них расположена по оси инклинометра, что позволяет упростить вычисление поправок, вносимых в показания инклинометра. В плоскости, перпендикулярной оси инклинометра, размещают дополнительные МД, включенные по схеме градиентометра. Выходы основных МД и градиентометра соединены с электронным блоком, предназначенным для записи, хранения и обработки измеряемых значений. Прибор включают в состав бурильной колонны и опускают в скважину.The method is as follows. In the inclinometer measuring the azimuth of the well, three mutually perpendicular MDs are installed, the sensitivity axis of one of them is located along the axis of the inclinometer, which allows simplifying the calculation of corrections made to the readings of the inclinometer. In the plane perpendicular to the axis of the inclinometer, additional MDs placed according to the gradiometer scheme are placed. The outputs of the main MD and gradiometer are connected to an electronic unit for recording, storing and processing the measured values. The device is included in the drill string and lowered into the well.

Постороннее магнитное поле, возникшее под действием ферромагнитных масс и искажающее результаты измерений МД инклинометра, может быть представлено в виде двух компонент: радиальной составляющей - вдоль оси прибора и угловой - перпендикулярной к оси. Обе эти составляющие прямо пропорциональны магнитному моменту постороннего магнитного поля, а соотношение между ними зависит от длины инклинометра и длины элементов бурильной компоновки, т.е. это соотношение постоянно для данной компоновки. Кроме того, градиент угловой составляющей также прямо пропорционален магнитному моменту, поэтому при изменении магнитного момента, например, за время наращивания бурильной колонны, соотношение между изменениями радиальной составляющей и градиента угловой составляющей будет равно соотношению между текущими значениями радиальной составляющей и градиента угловой составляющей, что позволяет определить коэффициент пропорциональности.An extraneous magnetic field arising under the action of ferromagnetic masses and distorting the measurement results of the MD inclinometer can be represented in the form of two components: the radial component along the axis of the device and the angular component perpendicular to the axis. Both of these components are directly proportional to the magnetic moment of the extraneous magnetic field, and the ratio between them depends on the length of the inclinometer and the length of the elements of the drill assembly, i.e. this ratio is constant for this layout. In addition, the gradient of the angular component is also directly proportional to the magnetic moment, therefore, when changing the magnetic moment, for example, during the extension of the drill string, the ratio between changes in the radial component and the gradient of the angular component will be equal to the ratio between the current values of the radial component and the gradient of the angular component, which allows determine the coefficient of proportionality.

Значение радиальной составляющей определяют по показаниям осевого МД, значение градиента угловой составляющей - по градиентометру, размещенному в плоскости, перпендикулярной оси инклинометра. При измерении составляющих осевой МД измеряет суммарное магнитное поле, состоящее из проекции вектора геомагнитного поля на осевой МД и радиальной составляющей постороннего магнитного поля, тогда как градиентометр измеряет значение градиента угловой составляющей, свободное от влияния геомагнитного поля. Измерения составляющих поля проводят дважды в одной и той же точке скважины при разной намагниченности бурильной колонны, например, до и после наращивания, поскольку в процессе бурения намагниченность увеличивается из-за воздействия вибраций и механических нагрузок, а при остановке бурения уменьшается, и соответственно пропорционально изменяются компоненты поля.The value of the radial component is determined by the readings of the axial MD; the value of the gradient of the angular component is determined by the gradiometer located in a plane perpendicular to the axis of the inclinometer. When measuring the components, the axial MD measures the total magnetic field, consisting of the projection of the geomagnetic field vector on the axial MD and the radial component of the extraneous magnetic field, while the gradiometer measures the gradient value of the angular component, free from the influence of the geomagnetic field. The field components are measured twice at the same point in the borehole with different magnetization of the drill string, for example, before and after building up, because during drilling the magnetization increases due to the effects of vibration and mechanical stress, and when drilling stops, it decreases, and accordingly proportionally change field components.

Следующим этапом предлагаемого способа является определение приращений компонент постороннего магнитного поля, для чего вычисляют разности первых и вторых измерений радиальной составляющей и градиента угловой составляющей. Соотношение этих разностей дает необходимый коэффициент пропорциональности, поскольку радиальная составляющая и градиент угловой составляющей прямо пропорциональны магнитному моменту постороннего магнитного поля, а разность между измерениями радиальной составляющей определяется только изменением постороннего магнитного поля. Затем текущее значение градиента угловой составляющей постороннего магнитного поля умножают на коэффициент пропорциональности и определяют таким образом величину поправки, которую вносят в показания осевого МД для получения точного значения магнитного азимута.The next step of the proposed method is to determine the increments of the components of the extraneous magnetic field, for which the differences of the first and second measurements of the radial component and the gradient of the angular component are calculated. The ratio of these differences gives the necessary coefficient of proportionality, since the radial component and the gradient of the angular component are directly proportional to the magnetic moment of the extraneous magnetic field, and the difference between the measurements of the radial component is determined only by a change in the extraneous magnetic field. Then, the current value of the gradient of the angular component of the extraneous magnetic field is multiplied by the proportionality coefficient, and thus the magnitude of the correction is introduced, which is introduced into the readings of the axial MD to obtain the exact value of the magnetic azimuth.

Claims (1)

Способ измерения магнитного азимута в процессе бурения, заключающийся в том, что измеряют внешнее геомагнитное поле с помощью трех взаимоперпендикулярных магниточувствительных датчиков (МД), ось одного из которых совпадает с осью инклинометра, и вносят поправку, определяемую дополнительными МД, отличающийся тем, что величину поправки, вносимой в значение осевого МД, определяют через коэффициент пропорциональности, представляющий собой отношение изменения радиальной составляющей постороннего магнитного поля к изменению градиента угловой составляющей того же поля, причем измерение составляющих магнитного поля производят дважды в одной точке скважины при разной намагниченности бурильной колонны, например, до и после наращивания, измерение радиальной составляющей производят осевым МД, а измерение градиента угловой составляющей - дополнительными МД, включенными по схеме градиентометра и расположенными в плоскости, перпендикулярной оси инклинометра, величину поправки вычисляют путем умножения текущего значения градиента угловой составляющей постороннего магнитного поля на коэффициент пропорциональности. The method of measuring magnetic azimuth during drilling, which consists in measuring the external geomagnetic field using three mutually perpendicular magnetosensitive sensors (MD), the axis of one of which coincides with the axis of the inclinometer, and make a correction determined by additional MDs, characterized in that the correction amount introduced into the value of the axial MD is determined through the proportionality coefficient, which is the ratio of the change in the radial component of the extraneous magnetic field to the change in the gradient of the angle the component of the same field, and the magnetic field components are measured twice at the same point in the well with different magnetization of the drill string, for example, before and after the buildup, the radial component is measured by axial MD, and the gradient of the angular component is measured by additional MD included according to the gradiometer scheme and located in a plane perpendicular to the inclinometer axis, the correction value is calculated by multiplying the current gradient value of the angular component of the extraneous magnetically fields of proportionality coefficient.