Использование магнитного градиентометра в скважинном инклинометре с целью компенсации внешних помех

   Введение. В процессе измерений магнитного азимута оси ствола скважины расчеты проводятся на основе компонент суперпозиции магнитного поля Земли и паразитных полей остаточной намагниченности сборки геофизических приборов и бурильной колонны. В условиях высоких широт горизонтальная составляющая геомагнитного поля критически мала. Это приводит к тому, что даже слабые по величине, около 1 % от величины геомагнитного поля, паразитные поля приводят к погрешностям измерения магнитного азимута оси скважины в 4° и более. В известных исследованиях представлено большое количество методов борьбы с данным влиянием. Однако, почти все они требуют либо дополнительного оборудования и предварительных измерений, либо знания точных величин модуля и наклонения геомагнитного поля для места измерений. В результате возникает проблема создания метода компенсации, который бы не требовал предварительных замеров параметров паразитного поля или модуля и наклонения геомагнитного поля.

   Метод. Предложен метод использования в инклинометре дополнительного магнитометра для измерения градиента суперпозиционного магнитного поля. На основе имитационного моделирования по величине полученного градиента подбирается эквивалентный по влиянию источник магнитного поля в виде кругового витка с током. Далее из показаний опорного магнитометра вычитается влияние от подобранного витка. В лабораторных экспериментах в качестве источников паразитных полей использовались кольцевые неодимовые магниты (три варианта источников с разной магнитной индукцией), располагающиеся на оси инклинометра. В качестве магнитного градиентометра применены два магнитометрических датчика с расстоянием между магнитометрами 0,307 м.

   Основные результаты. В экспериментах, при помощи разработанного алгоритма, были подобраны параметры витков с током, эквивалентных источникам по магнитному влиянию. Это позволило компенсировать показания опорного магнитнометра и повысить точность измерений магнитного азимута с: –1°15′36″ (источник 1), –3°9′36″ (источник 2) и 12°30′36″ (источник 3) до ±0°39′ для случая использования всех источников. В эксперименте величины магнитной индукции источников в месте расположения опорного магнитометра были равны: 0,42 %, 1,59 % и
5,60 % от величины геомагнитного поля соответственно.

   Обсуждение. Предложенный метод позволяет повысить точность измерений азимута без замера на скважине параметров паразитного и геомагнитного полей. Кроме того, использование метода дает возможность уменьшить длины охранного кожуха и немагнитных вставок по обе стороны от инклинометра в случае бурения. Таким образом, метод может быть реализован в составе датчика, осуществляющего вычисление и компенсацию паразитных полей непосредственно во время каротажа или бурения.

1. Jamieson A. Introduction to Wellbore Positioning. University of the Highlands & Islands, 2012. 164 р.

2. Бармаков Ю.Н., Герасимчук О.А., Козырев П.В., Неуструев В.В., Филатов М.М., Юрков Д.И. Исследование и разработка методов для устранения намагниченности оборудования буровой установки // Каротажник. 2019. № 1 (295). С. 98–104.

3. Шафигуллин Р.И., Еромасов В.Г., Андиряков В.Ф., Никулин О.В. Устройство для размагничивания бурового инструмента. Патент RU № 2591056C1. Бюл. 2016. № 19.

4. Сидоров А.А., Харбаш В.Я., Шурыгин С.В. Способ определения и компенсации магнитной девиации инклинометра. Патент RU № 2186966C2. Бюл. 2002. № 16.

5. Рыжков И.В., Ковшов Г.Н. Расчет магнитной девиации инклинометра в условиях буровой // Вестник Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры. 2011. № 11-12 (164-165). С. 86–91.

6. Чупров В.П., Васильев А.В., Кудряшов А.А. Коррекция влияния намагниченности компоновки низа бурильной колонны на измерения азимута при навигации скважин с помощью телесистем // Каротажник. 2016. № 7 (265). С. 131–135.

7. Дмитрюков Ю.Ю., Исмагилов М.А. Способ измерения магнитного азимута в процессе бурения. Патент RU № 2349938C1. Бюл. 2009. № 8.

8. Горичка М.В., Кузнецов А.Б., Абзалов З.З., Бевзенко В.А. Замеры высокого разрешения // Бурение и нефть. 2018. № 9. С. 24–30.

9. Кейн С.А., Трохов В.В. Разработка технико-технологических рекомендаций по повышению качества выполнения проектной траектории наклонно-направленных скважин // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2015. № 1. С. 4–7.

10. Priest J., Quinn T., Frost E.Jr. Magnetic interference effects on accelerometer and magnetometer data: detection, quality control and correction // Proc. of the 55^th Annual Logging Symposium SPWLA. 2014. P. 1–13.

11. Гринев И.В., Королев А.Б., Ситников В.Н. Контроль качества инклинометрических измерений. Учет суточных вариаций магнитного поля // Каротажник. 2015. № 12 (258). С. 99–108.

12. Buchanan A., Finn C., Love J., Worthington W., Lawson F., Maus S., Okewunmi S., Poedjono B. Geomagnetic referencing - the real-time compass for directional drillers // Oilfield Review. 2013. V. 25. N 3. P. 32–47.

13. Гринев И.В., Королев А.Б., Ситников В.Н., Гасанов О.В. Влияние радиальной составляющей поля остаточной намагниченности на показания инклинометра // Каротажник. 2025. № 1 (333). С. 147–153.

14. Li Z., Geng Y., Yang Y., Wang W., Hang S. Estimation of geomagnetic components under unknown interferences for drilling tools // Measurement Science and Technology. 2024. V. 35. N 5. P. 056310. doi: 10.1088/1361-6501/ad2b47

15. El Gizawy M., Lowdon R., Aklestad D.L. Combining magnetic and gyroscopic surveys provides the best possible accuracy // SPE Drilling and Completion. 2023. V. 38. N 4. P. 586–593. doi: 10.2118/212547-PA

16. Zhang Q., Pang H., Wan C. Magnetic interference compensation method for geomagnetic field vector measurement // Measurement. 2016. V. 91. P. 628–633. doi: 10.1016/j.measurement.2016.05.081

17. Гринев И.В., Королев А.Б., Ситников В.Н. Компенсация влияния поля остаточной намагниченности бурильной колонны и сборки геофизических приборов на показания инклинометра // Каротажник. 2020. № 1 (301). С. 104–111.

18. Биндер Я.И., Вольфсон Г.Б., Гаспаров П.М., Клюшкин П.А., Розенцвейн В.Г. Компенсация магнитных помех в феррозондовом инклинометре // Гироскопия и навигация. 2005. № 1 (48). С. 68–75.

19. Биндер Я.И., Клюшкин П.А., Тихонов А.Г. Экспериментальное исследование магнитометрической системы ориентации ствола скважины с компенсацией магнитных помех // Каротажник. 2010. № 1 (190). С. 63–69.

20. Гринев И.В., Королев А.Б., Ситников В.Н. Влияние остаточной намагниченности бурильной колонны и сборки геофизических приборов на показания инклинометра // Каротажник. 2019. № 4 (298). С. 87–95.