III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

Целью исследования является оценка возможности использования ГЛОНАСС/GPS- технологий при поверке скважинных систем ориентации непосредственно на месторождении.

Актуальность

В нефтегазовой промышленности при бурении скважин получение достоверной и оперативной информации об ориентации направления скважин очень важно. Точность проводки нефтегазовых скважин по  заданной  траектории  и  последующий  контроль  при  геофизических исследованиях  скважин  во  многом  зависит  от  метрологических  параметров забойной и скважинной инклинометрической аппаратуры.  Эта задача решается с помощью забойных и скважинных инклинометров.

Для того чтобы показания инклинометрической аппаратурой были достоверны на протяжении всего времени эксплуатации, инклинометры подвергаются периодической поверке. Поверка скважинных инклинометров производится на метрологических установках пространственной ориентации в лабораториях и базах геофизических предприятий.

Сегодня поверка инклинометров сопровождается с продолжительным снятием прибора с процесса эксплуатации, что влечет за собой необходимость использования дополнительных инклинометров. Потребность в использовании дополнительных инклинометров была бы так актуальна, если бы поверка инклинометров производилась непосредственно на месторождении.

Достижения спутниковой навигации с использованием точных геодезических GPS/GLONASS - приемников позволяют разработать новые установки для поверки инклинометров в условиях эксплуатации скважины. Разрабатываемые модели установок позволяют реализовать эталонную систему азимутальных углов, не уступающих по точности существующим лабораторным метрологическим установкам пространственной ориентации скважинных инклинометров. Возможность применения GPS-компаса для азимутальной выставки инклинометров показана в работе [1].

Геодезические GPS приемники специально созданы для точного определения координат точечных объектов. GPS приемники бывает следующих модификаций: одночастотные, двухчастотные и много частотные. Одночастотные используют для межевания земель и проведения подсчета площади участков больших размеров. Двухчастотные для создания сетей сгущения опорных геодезических и межевых сетей, проведения съемок линейных объектов и топографических съемок. Многочастотные производят все вышеперечисленные виды работ, а также имеют возможность получения координат в реальном времени (в поле). GPS приемник состоит из следующих частей: антенна, принимающее устройство и полевой контроллер. Во всех GPS приемниках высокая степень защиты от падений (с высоты до 1.5), пыли и влаги, что дает возможность применять их практически во всех климатических условиях.

Методы решения задачи

 Сущность метода заключается в том, что на краях устройства для поверки инклинометра (рис.1)   устанавливается два геодезических GPS/GLONASS - приемника на определенной длине  друг от друга, называемой базой Б. С помощью систем спутниковой навигации определяются координаты местоположения приемников в плане. Поверяемый инклинометр скрепляется с устройством для поверки таким образом, чтобы продольные оси устройств были параллельны.

 

После определения координат местоположения приемников информация о координатах поступает на контроллер и далее на персональный компьютер, где происходит вычисление азимута и вывод информации.

В настоящий момент существуют GPS/GLONASS приемники, обладающие достаточной точностью для выполнения данной задачи (например, Topcon Hiper GDD) [2]. Наименьшая погрешность определения координат приемника в режиме работы «Статика» составляет в плане: ± 3 мм, а по высоте ± 5 мм.

Особенности применения  GPS/GLONASS приемников в статическом режиме

Статика - это классический метод измерений, хорошо подходящий для всех типов базовых линий (коротких, средних, длинных). По крайней мере, два приёмника должны быть установлены на точках, одновременно работать на обоих концах базовой линии в течение определённого периода времени. Эти два приёмника отслеживают 4 и более общих спутника, имеют один и тот же интервал в записи данных (5-30 секунд). Про­должительность сеанса измерений может быть от нескольких минут до несколь­ких часов. Оптимальная продолжительность измерений зависит от опыта геоде­зиста, а также от следующих факторов:

• длины измеряемой базовой линии;
• числа видимых спутников;
• качества спутниковой геометрии (DOP);
• местоположения антенны;
• уровня ионосферной активности;
• типа используемого приёмника;
• точностных требований заказчика;
• необходимости разрешения неоднозначности фазы несущей.

Для решения поставленной задачи будут использоваться двухчастотные приемники, так как они имеют два значительных преимущества. Во-первых, двухчастотные приёмники могут оценить и ликвидировать большую долю ионо­сферного влияния на сигнал спутника, предоставив более высокую точность по отношению к одночастотным приёмникам на более длинных базовых линиях и в условиях ионосферных бурь. Во-вторых, при одинаковом уровне точности, продолжительность сеанса измерений у двухчастотных приёмников короче чем у одночастотных.

Способность приемников определять координаты местоположения в плане дает возможность реализовать по координатам азимутальный угол. Так же технические характеристики приемника позволяют эксплуатировать прибор в экстремальных условиях температуры: от -30° до +65°C [2].

Оценка погрешности метода

На рис. 2 представлена схема оценки погрешности определения азимутального угла. Рассмотрим случай максимально возможной ошибки определения азимута. Это произойдет, когда погрешность определения координат местоположения приемников I и II будет наибольшей и расхождения координат будут направлены в противоположные стороны от номинального расположения приёмников. Поля допусков на каждую координату, определенную приемником I и II представлены в форме круга.

Максимальная погрешность определения азимутального угла вычисляется по формуле:

Результаты расчетов максимальной погрешности определения истинного азимута для разных длин баз приведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты расчета максимальной погрешности определения истинного азимута

Длина базы Б, м	Погрешность приемника п, м	Погрешность определения истинного азимута α, угл.мин
1,000	0,003	20,626
2,000	0,003	10,313
3,000	0,003	6,875
4,000	0,003	5,157
5,000	0,003	4,125
6,000	0,003	3,438
6,800	0,003	3,033

 

Расчет погрешности азимутального угла вероятностным методом показал, что при длине базы 3 м она составляет » 3,2¢. Если учесть, что в большинстве случаев рассеивание значений погрешности определения координаты приемника соответствует нормальному закону распределения, то предельные значения погрешности будут лишь в незначительном количестве измерений. Так же нужно учитывать, что при одновременной работе двух приемников их ошибки, обусловленные в основном уровнем ионосферной активности, будут практически одинаковыми.  Эти результаты показывают возможность использования метода для поверки скважинных инклинометров непосредственно на месторождении.

Для перевода географических координат в угол азимута существует несколько методов[3]:

1. Сферическая теорема косинусов:

- широта и долгота двух точек в радианах

- разница координат по долготе

 -угловая разница (азимут)

2. Формула гаверсинусов :

Используется, чтобы избежать проблем с небольшими расстояниями.

3. Модификация для антиподов:

Предыдущая формула подвержена проблеме точек-антиподов, чтобы ее решить используется следующая ее модификация.

Наиболее достоверные результаты даёт расчёт по формуле (4).

Заключение

В настоящее время применение GPS/GLONASS-приемников целесообразно только для нахождения азимутальных углов. Определение зенитных углов поверяемого инклинометра данным методом невозможно из-за недопустимо больших погрешностей. Использование системы с применением геодезических GPS/GLONASS - приемников и более усовершенствованной системы навигации позволит в будущем значительно уменьшить затраты на процедуры поверки инклинометрической аппаратуры и повысить эффективность буровых работ.

Используемые источники

1. Первовский В.С,  Биндер Я.И. Азимутальная выставка гироинклинометров для скважин произвольной ориентации с использованием GPS-компаса.//Научно-технический вестник Санкт-Петербургского Государственного университета информационных технологий, механики и оптики - сентябрь-октябрь 2009.- № 57.- С. 41-46.

2. Internet - ресурс www.geo-mir.ru/MANUALS/TopconHiper.pdf

3. Internet - ресурс http://gis-lab.info/qa/great-circles.html

Код для цитирования: Скопировать