Совершенствование метрологического обеспечения калибровки гироинклинометров для геофизических исследований нефтегазовых скважин

Рассмотрим влияние отклонения продольной оси инклинометра по курсу на точность показаний приборов. В работе [1] показано, что уход гироскопа от вращения Земли при постоянных величинах – кинетическом моменте гироскопа, географической широте места и коэффициенте передачи системы радиальной коррекции – определяется углом ориентации оси наружной рамки гироскопа относительно географического меридиана, который не определен в случае её произвольной ориентации, поэтому гироскопический инклинометр при испытаниях нужно ориентировать так, чтобы угол был равен нулю.

Гироскопический инклинометр при проведении калибровочных испытаний необходимо ориентировать по магнитному курсу с учетом магнитного склонения. Тогда истинный курс продольной оси гироскопического инклинометра ψ ст опре- делится выражением

ψ _ист = ψ _маг +Δ µ ,          (1)

где ψ – магнитный курс, Δ µ – магнитное склонение.

Если продольная ось инклинометра вы- ставлена по магнитному меридиану, то выражение (1) будет иметь вид

ψ _ист =Δ µ .                (2)

Тогда выражения коэффициентов α и

β _уст примут вид

Ct уст

β уст

H Ω cos φ cos Δ µ

- _K

H Ω sin φ cos Δ µ

.

K

В этом случае αуст и βуст – постоян- ные величины, которые могут быть скомпенсированы в программе калибровочных

проверок.

Рассмотрим влияние угловой скорости вращения Земли на ориентирование инклинометра в горизонтальной плоскости (горизонтирование).

Инклинометр устанавливается в трехстепенный кардановый подвес, позволяющий поворачивать (ориентировать) его вокруг трех координатных осей.

В установившемся режиме влияние вращения Земли приводит к появлению ошибок [2] стабилизации инклинометра в горизонте вида (5), (6):

HΩ cosφcos X υ(0) =  30 , дY двZ aZ 2 дм1

H Ω sin φ cos X ϕ (0) =-   ³⁰

K K K KK д Y дв X a X   3 дм2

Для компенсации этих ошибок введем в каналы связи акселерометра A с дат- чиком момента ДМ и акселерометра A с датчиком момента ДМ интегри- рующие звенья.

Помимо постоянной ошибки от вращения Земли, на работу гироскопического инклинометра оказывают влияние изменения геомагнитного поля, именно

- угла магнитного склонения а^ , вариационные изменения азимута Ла не приводят к изменению проекции полного вектора напряжённости геомагнитного поля (т), т. е. при изменении угла магнитного склонения Ла угол магнитного наклонения не изменяется;

- угла магнитного наклонения 1? на величину Аг? (поворот полного вектора напряжённости поля), при повороте полного вектора напряжённости геомагнитного поля Т вокруг оси на угол магнитного наклонения Аг? его значение зависит от координат проекций полного вектора напряжённости геомагнитного поля.

Проведем моделирование ошибок стабилизации гироскопического инклинометра в горизонте и азимуте.

Для моделирования будем использовать кинематические уравнения по углам, моделирование будем проводить в среде MachCAD.

Зная широту местности и скорость вращения Земли, можем провести интегрирование уравнений с целью получения углов ориентации.

Интегрирование будем проводить методом Рунге–Кутта 4-го порядка с шагом 0,1. Составляющие геомагнитного поля задаем функциями, изменяющимися во времени: ( Tx(t)Jy(t),Tz(t) ). По заданным составляющим найдем угол магнитного склонения и магнитного наклонения. На рис.1 представлен график изменения магнитного склонения.

Как видно из рисунка, угол магнитного склонения изменяется в диапазоне

Рис.1. График изменения магнитного склонения

Время, t, c

Рис.2. График изменения азимута с учетом вариаций магнитного поля

Из рис. 2 видим, что при учете изменения вариаций магнитного поля ошибки по азимуту уменьшаются. Ошибка по азиму- ту     варьируется

в     диапазоне

Совершенствование метрологического обеспечения калибровки …

Проведем аналогичное моделирование для стабилизации гироскопического инклинометра в горизонте.

На стабилизацию инклинометра в горизонте оказывает влияние угол магнитного наклонения, представленный на рис. 3.

Время, с

Рис. 3. Изменение угла магнитного наклонения

Из рис. 3 можем определить, что угол магнитного наклонения варьирует в диапазоне . Так как угол магнитного наклонения невелик, он оказывает незначительное влияние на стабилизацию в горизонте.