Строительство скважин ИГС-1 и ИГС-3 на карьере «Удачный» производилось с применением ЗТС ТСГК-178 — данные ЗТС.
После достижения забоя начала керна — 1570 м на ИГС-1 и 1260 м на ИГС-3 — были произведены замеры инклинометрии гироскопом ИГН-73-100/80, то есть получены данные ГИС.
В результате сравнения траекторий, построенных по данным ЗТС и ГИС, выявлено отклонение в положении стволов скважин: по ИГС-1 отклонение в пространстве при забое 1570 м составило порядка 100 м, по ИГС-3 отклонение при забое 1260 м — порядка 3 м.
Для анализа причин расхождения данных ЗТС и ГИС был проведен статистический анализ. Исходные данные и выгрузки траекторий приведены в приложениях.
Разбиение траекторий на участки
Для анализа данных траектории скважин были разбиты на следующие участки:
- Вертикальный участок кондуктора: ИГС-1 — 0–210 м, ИГС-3 — 0–190 м.
- Участок набора зенитного угла (ЗУ) в материнском стволе до окна в обсадной колонне: ИГС-1 — 210–450 м, ИГС-3 — 200–440 м.
- Участок набора ЗУ с разворотом азимута (АЗ): ИГС-1 — 460–660 м, ИГС-3 — 450–670 м.
- Участок стабилизации: ИГС-1 — 670–1220 м, ИГС-3 — 680–970 м.
- Участок сброса ЗУ с разворотом: ИГС-1 — 1230–1500 м, ИГС-3 — 980–1200 м.
- Участок стабилизации перед отбором керна: ИГС-1 — 1510–1570 м, ИГС-3 — 1210–1260 м.
Параметры анализа траекторий
На указанных участках были определены следующие параметры траектории:
Статистические данные сведены в таблицы 1 и 2.
Для удобства сравнения значимые данные по обеим скважинам представлены в таблице 3. При этом из сравнения исключены данные по участкам 1 и 2 по следующим причинам:
- На данных участках в данных ЗТС использовались официальные данные гироскопа материнских стволов скважин №1 и №3.
- На данных участках отмечена высокая сходимость данных гироскопа в материнском стволе и данных гироскопа ИГН-73. Отклонение траекторий при выходе с окна в обсадной колонне не превышает 2,5 м.
- Участок №1 — вертикальный, поэтому на данном участке отклонение по АЗ является неинформативным и не оказывает большого влияния на отклонение траекторий.
Анализ статистических данных
Сравнительный анализ отклонений на участках 3–6 данных ГИС и ЗТС показывает, что отклонения по ЗУ всегда положительны. То есть по данным ГИС ЗУ на одинаковых глубинах всегда больше ЗУ по данным ЗТС.
Отклонение по АЗ наблюдается как в меньшую, так и в большую сторону на обеих скважинах. Если постоянное завышение ЗУ по данным ГИС еще можно объяснить техническими или технологическими причинами — неправильными калибровками, нарушением процедуры снятия замера и т.д. — то различные отклонения по АЗ такими причинами объяснить сложнее, поскольку наблюдается определенная систематичность.
Систематичность отклонений по АЗ
На обеих скважинах наблюдается похожая картина в изменении отклонений:
- На 1-м участке — вертикальном — отклонения практически отсутствуют. Широкий диапазон отклонений АЗ обусловлен тем, что при ЗУ менее 2° погрешность определения АЗ может находиться в широком диапазоне и зависеть от вращения прибора в скважине.
- На 2-м участке — набор ЗУ в материнском стволе — широкий диапазон изменения АЗ также обусловлен малыми значениями ЗУ, до 5°. При этом среднее отклонение по АЗ не превышает 1,5°, что находится в рамках суммарной погрешности приборов.
- На 3-м участке — набор ЗУ с разворотом — отклонения по АЗ изменяются в широких пределах: ИГС-1 от +1,2 до -10,2°, ИГС-3 от +2,4 до -2,5°. Наблюдается тенденция к увеличению отрицательного отклонения АЗ по данным ГИС от данных ЗТС.
- На 4-м участке — стабилизация — отклонения по АЗ изменяются в относительно небольшом диапазоне: ИГС-1 от -10,7 до -6,7°, ИГС-3 от -2,6 до -0,6°. Наблюдается стабилизация отклонения АЗ.
- На 5-м участке — сброс ЗУ с разворотом — отклонения по АЗ снова изменяются в широких пределах: ИГС-1 от -9,3 до +7,7°, ИГС-3 от -2,1 до +3,0°. Наблюдается тенденция к увеличению положительного отклонения АЗ.
- На участке стабилизации перед отбором керна отклонения по АЗ изменяются в относительно небольшом диапазоне: ИГС-1 от +8,7 до +11,4°, ИГС-3 от +2 до +3,2°. Среднее отклонение близко к максимальному значению.
Таким образом, можно кратко обозначить явную тенденцию, характерную для обеих скважин: на участках искривления ствола скважины отклонение по АЗ увеличивается в ту или иную сторону, а на участках стабилизации отклонение по АЗ стабилизируется, как правило в верхнем пределе накопленной погрешности.
Данная тенденция визуально представлена в таблице 3: наблюдается хорошая корреляция между пространственными интенсивностями участков и шириной диапазонов отклонения АЗ. Ширина диапазонов отклонения ЗУ также хорошо коррелирует с величиной пространственной интенсивности.
Анализ причин отклонений
Выявленная тенденция изменения отклонений по АЗ в зависимости от пространственной интенсивности свидетельствует о наличии системного влияния в процессе измерений. Для объяснения причин необходимо рассмотреть принципы замеров параметров траектории ЗТС и ГИС.
В случае ЗТС замеры производятся в каждой точке независимо друг от друга: прибор неподвижен, производится замер ЗУ и АЗ в точке, данные передаются на поверхность. Погрешность измерения в одной точке не зависит от погрешности измерения в других точках.
В случае ГИС, гироскопа, замеры производятся последовательно, начиная от устья скважины. При этом непосредственно замеряются не ЗУ и АЗ, а смещение от предыдущего замера. То есть погрешность, полученная в одной точке, дублируется в каждой последующей точке.
ЗУ и АЗ при этом получаются обратным преобразованием полученных локальных координат в полярные. Обязательным условием точности замеров является плавное и равномерное движение прибора в скважине.
Обеспечить плавное движение прибора на кабеле технически возможно в скважине с относительно небольшими ЗУ и пространственными интенсивностями, когда вес прибора достаточно компенсирует возникающую силу трения.
При увеличении ЗУ увеличивается сила трения на прибор, соответственно его движение сильнее отклоняется от равномерного, что приводит к снижению точности измерений. Кроме того, при увеличении ЗУ либо в интервалах с большими пространственными интенсивностями увеличивается погрешность измерения глубины при работах на кабеле.
Другими словами, подача кабеля на устье скважины не соответствует изменению глубины скважинного прибора. В скважинах с прямолинейным профилем такое отклонение можно компенсировать аналитически. В скважинах со сложным профилем, где изменяются и ЗУ, и АЗ, спрогнозировать и компенсировать неравномерность подачи практически невозможно.
При непрерывном способе измерений погрешность накапливается. Это подтверждается небольшими отклонениями по АЗ в ИГС-3, где максимальный ЗУ составляет 56°, и большими отклонениями по АЗ в ИГС-1, где максимальный ЗУ составляет 70°.
Необходимо отметить, что подобное влияние на замеры ГИС практически невозможно смоделировать на стенде: при больших ЗУ показания гироскопа будут находиться в пределах погрешности прибора, потому что на стенде движение прибора осуществляется равномерно.
Выводы
- Основная причина погрешностей измерений при использовании гироскопа непрерывного действия — невозможность обеспечить необходимые условия измерений, а именно равномерное движение прибора в стволе скважины со сложным профилем.
- Суммарная погрешность при измерении с применением гироскопа непрерывного действия накапливается с глубиной скважины.
- При изменении направления траектории по азимуту суммарная погрешность гироскопа может компенсироваться на определенном участке, а затем возрастать в противоположном направлении. Этот эффект проявляется в интервалах с большими пространственными интенсивностями.
- Применение гироскопов непрерывного действия в скважинах со сложным профилем нецелесообразно в связи с большой неопределенностью итоговой пространственной ориентации ствола скважины.
- В скважинах сложного профиля приборы с дискретным принципом замеров параметров траектории, в которых результаты измерений не зависят друг от друга, дают более точный результат, поскольку суммарная погрешность не накапливается.
Итог анализа
Проведенный анализ показывает, что при сложном профиле скважины и значительных пространственных интенсивностях дискретные измерения ЗТС позволяют снизить влияние накопленной погрешности и получить более устойчивую оценку траектории по сравнению с непрерывными гироскопическими измерениями.