Страницы94-101.
Погрешность определения положения апсидальной плоскости скважины инклинометром является следствием инструментальной ошибки последнего и положения, которое он занимает относительно оси ствола в точке измерения. Допускаемая погрешность измерения азимута апсидальной плоскости скважины существующими инклинометрами равна ±5° при зенитных' углах 5° и более.
По мере уменьшения зенитных углов 0 точность определения положения апсидальной плоскости снижается обратно пропорционально их синусу:
где К — коэффициент, зависящий от моментов трения в опорах чувствительного элемента, веса эксцентрично расположенного груза и расстояния от его центра тяжести до оси инклинометра.
Рис. IV-18. Профили желобов чувствительных элементов ориентаторов.
Инструментальная погрешность инклинометра определяется величиной застоя магнитной стрелки или дрейфа гироскопа, рассмотренных ранее. Во избежание несоосности инклинометра и скважины рекомендуется измерение кривизны производить при подъеме прибора.
Застой чувствительного элемента, выполненного в виде свободно катающегося в желобе шарика, маятника (рамки), ось вращения которого совпадает с геометрической осью прибора, описывается формулой:
где M — сумма моментов сил сопротивления, действующих на шарик; Q—сила тяжести (вес шарика); R— расстояние от центра тяжести чувствительного элемента до оси; — зенитный угол скважины.
Сумма внешних моментов определяется силой трения шарика в желобе или в опорах подвеса маятника. Сила трения качения шарика в желобе зависит от профиля последнего. На практике применяются три типа профилей: прямоугольный, треугольный и полукруглый (рис. IV-18, а, б, в).
Прямоугольный профиль желоба является частным случаем треугольного. При наклоне прибора (скважины), имеющего прямоугольный или треугольный профиль желоби, нолшилкм силы трения, являющиеся следствием двух составляющих q1 q2 веса шарика (рис. IV-19):
(IV-13)
(IV-14)где —зенитный угол прибора (скважины); — половина угла профиля желоба.
Различным в указанных профилях является характер изменения силы трения качении шарика в желобе при наклоне последнего.
Рис. IV-10. Силы трения шарика и желоба
Величина Q характеризует суммарную силу трения для данного зенитного угла прибора (скважины).
Анализируя характер изменения силы трения, можно сделать вывод, что прямоугольный профиль желоба по сравнению с треугольным более рационален. Причиной является го, что сила трения качения с уменьшением зенитного угла стремится к нулю, что весьма существенно влияет на точность ориентации.
Наибольшего внимания заслуживает профиль круглой формы. В этом случае сила веса шарика Q при любом зенитном угле направлена нормально к образующей желоба, а следовательно, сила трения является минимальной, не зависящей oт зенитного угла прибора.
Согласно формуле Кулона, сила трения качения равна:
(IV-15)
где f — коэффициент трения. r-радиус шарика, см. р-нормальное давление, кгс/см2
Для шарика из закаленной cтали f=0.001
В случае прямоугольного или треугольного желоба нормальное давление выражается формулой:
(IV-16)
Подставив выражения (IV-15) и (IV-16) в формулу (IV-12), получим для прямоугольного и треугольного желобов угол застоя:
(IV-17)
Соответственно для полукруглого желоба:
(IV-18)
В момент ориентации искусственного отклонителя шарик или головка маятника замыкаются (или размыкаются) с контактом при совмещении последнего с апсидальной плоскостью скважины. В результате возникает электрический сигнал, который по каналу связи передается на дневную поверхность. Сигнал может иметь характер «Да—Нет» или выражать значение угла, на который необходимо повернуть отклонитель для ориентации его относительно апсидальной плоскости.
В маятниковом варианте чувствительного элемента применяется точечный контакт, замыкание (или размыкание) которого с маятником происходит непосредственно и момент совмещения плоскости качания последнего с апсидальной плоскостью скважины. В шариковом вариант р. используется радиальный контакт, вследствие чего точность ориентации зависит от его ширины:
(IV-22)
где b — ширина контакта. R - расстояние от центра сечения желоба до геометрической оси прибора.
Весьма существенное влияние на точность ориентации отклопителей оказывает стабильность сигнала. Последнее при прочих равных условиях зависит от контактного давления между шариком и контактом.
Контактное давление определяется но формуле:
(IV-25)
где Rк — переходное сопротивление контакта: - сопротивление смятию материала, кг с/мм2; К — коэффициент, зависящий от свойств контактною материала и сое лишня его поверхности, определяется экспериментальным путем.
Для приборов, применяемых при ориентации искусственных отклонитслей, контактное давление может быть принято по аналогии с контактным давлением для обычных маломощных реле не менее F=20 кгс/см2
Исходя из контактного давления F и учитывая материал, из которою изготовлен шарик, можно определить его геометрические размеры:
(IV-26)
где γ—плотность материала шарика, остальные обозначения те же.
Нарушение ориентации отклонителя при постановке его на забой скважины может являться результатом кинематического закручивании бурильной колонны при спуске. Во избежание этого поворот бурильной колонны при ориентации необходимо производить медленно, приподнимая и опуская ее при помощи гидравлики станка.