Konwencjonalny żyroskop
Konwencjonalny żyroskop lub darmowy żyroskop istnieje od lat trzydziestych XX wieku. Uzyskuje azymut odwiertu z wirującego żyroskopu. Określa jedynie kierunek odwiertu, a nie określa jego nachylenie. Kąt nachylenia zwykle wyznacza się za pomocą akcelerometrów. Filmowy-żyroskop z pojedynczym-strzałem wykorzystuje wahadło zawieszone nad kartą kompasu (przymocowaną do zewnętrznej osi przegubu Cardana), aby uzyskać nachylenie. Konwencjonalny żyroskop ma wirującą masę, która zwykle obraca się z prędkością od 20 000 do 40 000 obr./min (niektóre obracają się nawet szybciej). Żyroskop pozostanie nieruchomy, jeśli nie działają na niego żadne siły zewnętrzne, a masa jest podtrzymywana dokładnie w jego środku ciężkości. Niestety nie jest możliwe utrzymanie masy dokładnie w jej środku ciężkości, a na żyroskop działają siły zewnętrzne. Dlatego żyroskop będzie dryfował z czasem.
Teoretycznie, jeśli żyroskop zaczyna się obracać i jest skierowany w określonym kierunku, nie powinien zasadniczo zmieniać kierunku w czasie. Dlatego prowadzony jest w otworze i mimo że obudowa się obraca, żyroskop może się swobodnie poruszać i pozostaje skierowany w tym samym kierunku. Ponieważ znany jest kierunek, w którym skierowany jest żyroskop, kierunek odwiertu można określić na podstawie różnicy między orientacją żyroskopu a orientacją obudowy zawierającej żyroskop. Przed uruchomieniem żyroskopu w otworze należy poznać orientację osi obrotu. Nazywa się to odniesieniem do żyroskopu. Jeśli żyroskop nie zostanie prawidłowo wycelowany, całe badanie zostanie wyłączone, dlatego przed wprowadzeniem narzędzia do otworu w szybach naftowych i gazowych należy odpowiednio wycelować narzędzie.
Inną wadą konwencjonalnego żyroskopu jest to, że z czasem będzie on dryfował, powodując błędy w mierzonym azymucie. Żyroskop będzie dryfował z powodu wstrząsów systemowych, zużycia łożysk i obrotu Ziemi. Żyroskop może również dryfować z powodu niedoskonałości żyroskopu. Wady mogą powstać podczas produkcji lub obróbki żyroskopu, ponieważ dokładny środek masy nie znajduje się w środku osi obrotu. Dryf jest mniejszy na równiku ziemskim i większy na wyższych szerokościach geograficznych w pobliżu biegunów. Ogólnie rzecz biorąc, konwencjonalne żyroskopy nie są używane na szerokościach geograficznych i nachyleniu powyżej 70 stopni. Typowa prędkość dryfu tradycyjnego żyroskopu wynosi 0,5 stopnia na minutę. Pozorny dryf spowodowany obrotem Ziemi jest korygowany poprzez przyłożenie specjalnej siły do wewnętrznego pierścienia przegubu Cardana. Przyłożona siła zależy od szerokości geograficznej, na której żyroskop będzie używany.
Z tych powodów wszystkie konwencjonalne żyroskopy będą dryfować o określone wartości. Dryf jest monitorowany za każdym razem, gdy uruchamiany jest tradycyjny żyroskop, a pomiar jest dostosowywany do tego dryfu. Jeżeli odniesienie lub dryf nie zostaną odpowiednio skompensowane, zebrane dane pomiarowe będą nieprawidłowe.
Integracja szybkości lub-poszukiwanie żyroskopu
Aby zapobiec wadom konwencjonalnego żyroskopu, opracowano żyroskop-orientujący prędkość lub północ. Żyroskop prędkości i żyroskop-północny to w zasadzie to samo. Jest to żyroskop mający tylko jeden stopień swobody. Żyroskop integrujący prędkość służy do określania północy rzeczywistej. Żyroskop rozkłada wektor obrotu Ziemi na składową poziomą i pionową. Składowa pozioma zawsze wskazuje prawdziwą północ. Eliminuje się potrzebę odniesienia do żyroskopu, co zwiększa dokładność. Należy znać szerokość odwiertu, ponieważ wektor wirowania Ziemi będzie inny w zależności od szerokości geograficznej.
Podczas konfiguracji żyroskop prędkości automatycznie mierzy wirowanie Ziemi, aby wyeliminować dryf spowodowany obrotem Ziemi. Ta cecha konstrukcyjna zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia błędów w porównaniu z konwencjonalnym żyroskopem. W przeciwieństwie do tradycyjnego żyroskopu, żyroskop prędkości nie wymaga celowania w punkcie odniesienia, co eliminuje jedno potencjalne źródło błędu. Mierzy się za jego pomocą siły działające na żyroskop, natomiast siłę ciężkości mierzą akcelerometry. Połączone odczyty akcelerometrów i żyroskopu umożliwiają obliczenie nachylenia i azymutu odwiertu.
Żyroskop prędkości będzie mierzyć prędkość kątową poprzez przemieszczenie kątowe. Żyroskop integrujący prędkość oblicza całkę prędkości kątowej (przemieszczenia kątowego) poprzez wyjściowe przemieszczenie kątowe.
Nowsze wersje żyroskopu można przeglądać podczas ruchu, ale istnieją ograniczenia. Aby otrzymać ankietę, nie muszą stać w miejscu. Całkowity czas ankiety można skrócić, dzięki czemu narzędzie jest-opłacalne.
Pierścieniowy żyroskop laserowy
Żyroskop laserowy pierścieniowy (RLG) wykorzystuje inny typ żyroskopu do określenia kierunku odwiertu. Czujnik składa się z trzech-pierścieniowych żyroskopów laserowych i trzech akcelerometrów-inercyjnych zamontowanych do pomiaru osi X, Y i Z. Jest dokładniejszy niż żyroskop-wskazujący prędkość lub północ. Aby wypełnić ankietę, nie trzeba zatrzymywać narzędzia ankietowego, dzięki czemu ankiety są szybsze. Jednakże zewnętrzna średnica pierścieniowego żyroskopu laserowego wynosi 5 1/4 cale, co oznacza, że żyroskop ten może pracować tylko w obudowie o średnicy 7″ i większej (sprawdź nasz przewodnik po projektowaniu obudowy). Nie można go przeprowadzić przez przewód wiertniczy, podczas gdy żyroskop-naprowadzający na północ lub żyroskop naprowadzający na północ można przeprowadzić przez przewód wiertniczy lub przewody rurowe o mniejszej średnicy.
Komponenty
W najprostszej formie pierścieniowy żyroskop laserowy składa się z trójkątnego bloku szkła wywierconego w trzech otworach lasera helowego-neonowego z lustrami w punktach 120-stopni – w rogach3. Przeciwnie-obracające się promienie lasera – w tym rezonatorze współistnieją jedna, zgodna z ruchem wskazówek zegara, a druga przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. W pewnym momencie fotosensor monitoruje wiązki w miejscu ich przecięcia. Będą one konstruktywnie lub destrukcyjnie kolidować ze sobą, w zależności od dokładnej fazy każdej wiązki.
Jeśli RLG jest nieruchomy (nie obraca się) względem swojej osi środkowej, względna faza obu wiązek jest stała, a sygnał wyjściowy detektora jest spójny. Jeśli RLG zostanie obrócony wokół swojej osi środkowej, wiązki zgodne z ruchem wskazówek zegara i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara-odczują przeciwne przesunięcia Dopplera; jeden zwiększy częstotliwość, a drugi zmniejszy częstotliwość. Detektor wykryje różnicę częstotliwości, na podstawie której można określić dokładne położenie kątowe i prędkość. Nazywa się to efektem Sagnaca.
Mierzona jest całka prędkości kątowej lub kąta obrotu od rozpoczęcia liczenia. Prędkość kątowa będzie pochodną częstotliwości dudnień. Do wyznaczenia kierunku obrotu można zastosować detektor podwójny (kwadraturowy).
Żyroskop bezwładnościowy
Najdokładniejszym instrumentem badawczym w branży naftowo-gazowej jest żyroskop bezwładnościowy, często nazywany narzędziem Ferrantiego. Jest to cały system nawigacji zaadaptowany z technologii lotniczej. Ze względu na najwyższą dokładność tego żyroskopu, większość narzędzi pomiarowych jest z nim porównywana w celu określenia ich dokładności. W urządzeniu zastosowano trzy żyroskopy i trzy akcelerometry zamontowane na stabilizowanej platformie.
System mierzy zmianę kierunku platformy (platformy wiertniczej) i odległość, jaką się porusza. Mierzy nie tylko nachylenie i kierunek studni, ale także określa głębokość. Nie wykorzystuje głębokości linii przewodowej. Ma jednak jeszcze większy wymiar OD 10⅝ cala. W rezultacie można go używać tylko w obudowach o rozmiarach 13 3/8″ i większych.
Jako czołowy-światowy producent przyrządów do pomiarów żyroskopowych, firma China Vigor rozumie ich kluczową rolę w operacjach odwiertowych. Od 2015 roku konsekwentnie inwestujemy w badania i rozwój oraz udoskonalanie naszych systemów inklinometrów żyroskopowych. Do 2025 roku narzędzia Vigor zostaną wdrożone na polach naftowych w Azji Środkowej, Europie i Afryce, dostarczając-dane o wysokiej dokładności, co znacznie skraca-nieprodukcyjny czas naszych klientów.
Nasz zespół techniczny wielokrotnie świadczył-usługi rejestrowania danych w witrynie, zyskując szerokie uznanie klientów.
Z dumą ogłaszamy również, że China Vigor pomyślnie ukończył próby terenowe dlaRejestrowanie podczas wiercenia (LWD), żyroskop podczas wiercenia (GWD)oraz systemy pomiarowe podczas wiercenia (MWD), a obecnie aktywnie wprowadzają te zaawansowane rozwiązania na rynek.
Aby dowiedzieć się więcej o tym, jak działa naszInklinometr żyroskopowy serii ProGuide™i inne zaawansowane technologie wiertnicze mogą zwiększyć wydajność operacyjną i dokładność danych, nie wahaj się skontaktować z naszym wyspecjalizowanym zespołem inżynierów. Zawsze jesteśmy gotowi zapewnić Państwu najbardziej profesjonalną poradę i obsługę.
