2.Магнитные и немагнитные теории
Магнитные и немагнитные теории
Магнитные поля
Для объяснения магнитного поля Земли существуют несколько теорий:
Теория № 1 Предполагается, что вращение твердой внешней оболочки Земли относительно жидкого металлического ядра должно вызывать слабое магнитное поле, обусловленное наличием электрических токов, которые образуются из-за этого относительного движения земного ядра и ее коры. Предположение о том, что ядро — частично жидкое, подтверждается соответствующими данными, (см. рис. 2.1)
Теория № 2 Аналогично теории № 1. Центральная часть Земли в основном состоит из железа и имеет механические свойства жидкости. Потоки, возникающие в ядре, вызывают образование циркуляции внутренних токов, аналогичных тем, которые наблюдаются на периферии Солнца.
Внутренняя циркуляция этих потоков действует как источник магнитного поля Земли в соответствии с принципом самовозбуждающегося динамо (рис. 2.2). Полное магнитное поле является суммой двух полей, имеющих разную природу:
основное поле, которое возникает внутри жидкого ядра Земли;
наведенное поле, возникающее вне Земли. Это поле возникает из-за вращения Земли относительно Солнца и под действием циклов солнечной активности.
Рис. 2.2
Аспекты наведенного поля
Наведенное поле вызывает следующие изменения полного магнитного поля:
* Изменения столетнего цикла приблизительно 15 гамма/год — слабоменяющиеся (слабый эффект)
* Суточные изменения порядка 30-40 гамма, (слабый эффект)
* Циклические «двенадцатилетний цикл» — слабоменяющиеся, (слабый эффект)
* Магнитные бури, в результате которых магнитное поле может изменяться на несколько сотен гамма — существенные изменения.
Собственное магнитное поле Земли простирается на расстояние от поверхности, превышающее ее радиус приблизительно в восемь раз. Район космического пространства, где магнитное поле Земли подвергается действию «солнечного ветра», называется магнитопаузой. На этой «наветренной» стороне, земная магнитосфера сжимается высокоэнергетичньми частицами солнечного ветра (см. рис. 2.3).
Эти частицы, движущиеся со скоростью 640 км в секунду наталкиваются на магнитное поле и резко тормозятся до скорости 400 км в секунду. Изменения параметров солнечного ветра вызывают изменения магнитного поля Земли. Ударная волна, вызываемая облаком плазмы частиц солнечного ветра, резко сжимает геомагнитное поле на уровне Земли, (см. рис. 2.4). Это сжатие длится в течение нескольких минут и называется магнитной бурей. Затем следует понижение напряженности магнитного поля, которое может продолжаться от 30 сек. до нескольких часов. Обычно на широтах Галф оф Мексике и еще более низких это не вызывает проблем, однако, на Аляске и некоторых районах Северного моря это влияние может сильно осложнить работу.
Рис. 2.3 Рис. 2.4
Напряженность магнитного поля
Полное магнитное поле можно выразить величиной Н. Электромагнитные величины СГС, применяемые для измерения напряженности магнитного поля Земли называются «гамма». Ниже приводятся некоторые полезные соотношения:
1 гамма = 1нанотесла
1 микротесла = 1000 гамма
1 тесла = 109 гамма
1 гаусс = 105 гамма
1 гаусс = 104 тесла
1 гаусс = 1 эрстед
Напряженность магнитного поля на уровне земной поверхности намного меньше напряженности на уровне земного ядра. На границе ядра (приблизительно на расстоянии 3500 километров от центра Земли) напряженность поля достигает 800000 гамма. Самые большие величины напряженности магнитного поля на земной поверхности находятся в диапазоне от 63000 гамма на (Северном полюсе) до 27000 гамма (восточный берег Бразилии).
Рис. 2.5 Рис. 2.6
Полная напряженность магнитного поля является векторной суммой ее горизонтальной и вертикальной компонент, (см. рис. 2.5). Вертикальная компонента магнитного поля направлена к поверхности Земли и поэтому не играет роли в определении направления магнитного севера.
Горизонтальная составляющая вычисляется из следующего уравнения:
Напряженность магнитного поля cos (угол магнитного склонения) = горизонтальная компонента.
Определение угла склонения можно найти на рис. 2.6.
На Аляске:
57,510 гамма Ч cos(80,6) = 9,392 гамма
Галф оф Мексике:
50,450 гамма Ч cos(59,7) = 25,250 гамма
Инструменты MWD измеряют три компоненты вектора магнитного поля Н. Эту величину можно получить из результатов предыдущих измерений, по результатам программы «Геомаг» или по специальной Анадрилловской программе. Разница в результатах измерений может быть обусловлена следующими факторами:
* Неопределенность намагниченности буровой колонны
* Неопределенность из-за непрерывно меняющегося уровня магнитного поля.
* Температурная чувствительность магнитометров.
* Ошибки в электронной аппаратуре.
Приемлемая точность измерений составляет ± 660 гамма. Это не должно быть причиной беспокойства при отличии в результатах измерений. (На самых последних модификациях Ml ошибка измерений уменьшена до 500 гамма).
Угол магнитного склонения.
Магнитным углом склонения называется угол между касательной к земной поверхности и вектором магнитного поля (рис. 2.8). Это так же угол, образованный между вектором магнитного поля и его горизонтальной составляющей. Диапазон его изменяется от 90~ на Северном полюсе до почти 0~ в районе экватора, (рис. 2.7). На поверхности Земли существует несколько точек, где склонение равно 90 градусам. Это обусловлено локальными аномалиями и называются они » черными дырами «. Приемлемая точность между истинным и измеренным значением угла наклона составляет ± 0, 75 град. Она оказывается достаточной для нужд измерений координат. (В самых последних модификациях Ml, эта величина составляет для горизонтальных стволов ± 0,75 и ± 0,50 для других случаев).
Таблица 2.1
|
Гольф Мексики |
Восток Канады |
Море Бофорта |
Северное море |
|
50,000 Гамма |
54,000 Гамма |
58,500 Гамма |
50,000 Гамма |
Таблица 2.2
|
Гольф Мексики |
Восток Канады |
Море Бофорта |
Северное море |
|
59 градусов |
70 градусов |
84 градусов |
70 градусов |
Рис. 2.8
Землю можно представить себе в виде магнитного диполя, ось которого проходит через ее центр. Однако ось этого диполя не совпадает с осью вращения Земли. Угол между магнитным севером и географическим севером (истинным севером) называется магнитным склонением или углом магнитного склонения (рис. 2.8). Он зависит от местоположения (как от широты, так и от долготы) и может меняться в районах высокой магнитной активности (таких как, например, Аляска).
Если магнитное склонение — известно, то направление напряженности магнитного поля Земли по отношению к северу может быть вычислено. Углы магнитного склонения к западу от географического севера — отрицательные, а углы магнитного склонения к востоку от географического севера — положительны. Например, 5~ к западу можно записать как -5~, а к востоку — +5~.
Магнитное склонение и напряженность магнитного поля может сильно меняться во время сильной солнечной активности. Также помните, что чем ближе к экватору, тем:
* ниже напряженность магнитного поля.
* больше горизонтальная компонента
* меньше угол склонения.
Магнитные помехи
Существуют два типа магнитных помех:
* Помехи от буровой колонны
* Внешние магнитные помехи, которые могут включать в себя:
* Инструмент, оставленный на дне забоя.
* Близкорасположенная соседняя обсадная колонна.
* Магнитное «горячее пятно» на УБТ.
* Флуктуации магнитного поля Земли.
* Особенности породы (красный железняк, железный колчедан и, возможно, железосодержащие добавки в буровом растворе).
Любое отклонение от ожидаемой величины магнитного поля может быть указанием на наличие магнитной интерференции. Все магнитометрическое оборудование подвержено влиянию магнитной интерференции.
Внешние магнитные помехи могут появляться при прохождении обсаженного участка или при близком соседстве обсадной колонны соседней скважины. В этом случае должны применяться гироскопические системы измерения; особенно в случае реальной опасности столкновения с соседними скважинами.
Магнитные помехи от буровой колонны
Буровую колонну можно сравнить с длинным магнитом, нижний конец которого представляет собой один из полюсов. Даже если компоненты колонны были размагничены во время осмотра, ее стальные компоненты намагнитятся из-за присутствия магнитного поля Земли (см. рис. 2.9). Заметьте, что на рис. 2.9 — 2.12, ось Z — соответствует опорной оси SlimT. Для другой системы (например, M1/M3-MWD) это будет осью X. В этом обсуждении рассматривается вопрос применительно только лишь к Slim 1.
Намагниченность колонны будет источником ошибок измерений магнитометра. Это может случиться при отходе от вертикали или при отходе азимута от направления север-юг, (рис. 2.10, 2.11). Кроме этого, изменение составляющих в КНБК может изменить степень магнитного влияния колонны. Существуют программы корректировок намагниченности колонны.
Вот почему требуются немагнитные УБТ. Они необходимы для устранения магнитных помех на магнитометрические приборы. Немагнитные УБТ служат для установки в них компаса и системы измерения наклона и направления (D&I), чтобы устранить магнитное влияние буровой колонны.
Магнитометры измеряют результирующий вектор магнитного поля Земли и буровой колонны. Поскольку она действует подобно диполю и силовые линии магнитного поля направлены вдоль колонны, то по оси Z создается повышенная напряженность. Величина этой ошибки зависит от намагниченности компонент колонны и их удаленности от измерительной аппаратуры. Обычно ошибка в измерениях координат появляется по мере увеличения суммарной напряженности магнитного поля (суммарная напряженность магнитного поля оказывается выше, чем напряженность только поля Земли). Это обуславливает то, что вдоль оси Z показания магнитометра оказываются завышенными. При той же самой КНБК величина суммарной напряженности магнитного поля должна оставаться той же самой, если не меняется ни ориентация, ни глубина.
Рис 2.11
Когда намагниченность буровой колонны является причиной ошибки измерения магнитометром Z-компоненты, то горизонтальная компонента магнитного поля Земли определяется тоже неточно. Горизонтальная компонента ошибки по оси Z равна ошибке компоненты Z, умноженной на синус угла наклона ствола. Вот почему опыт показывает, что, с увеличением угла наклона ствола, — точность измерений ухудшается (особенно в случае намагниченности колонны). Поскольку горизонтальная составляющая магнитного поля Земли на Аляске меньше, то ошибка, связанная с намагниченностью колонны оказывается больше, чем на более низких широтах (см. рис. 2.12).
Так, ошибка в 50 гамма имеет больший эффект при меньшей величине горизонтальной компоненты ( 0,53% на Аляске по сравнению с 0,20% в районе Голф Мексики). Завышенные значения Z- компоненты из-за намагниченности колонны обычно являются причиной ошибок вычислений азимута, значения которого близки к направлению на север. Это хорошо видно при гироскопическом методе определения координат.
Уменьшение погрешностей измерений
Одним из методов уменьшения ошибок, связанных с намагниченностью колонны, является устранение магнетизма настолько, на сколько это возможно. Это достигается изоляцией места установки магнитометра максимально возможным количеством немагнитных УБТ. Однако, на практике полностью устранить влияние магнитного поля оказывается невозможным. Каждый замок колонны, независимо от того, являются ли эти трубы магнитными или нет — на самом деле является магнетиком из-за механического эффекта приложения крутящего момента между ниппелем и муфтой. Механическое напряжение вызывает локальный сдвиг в металле в месте соединений труб, изменяет его магнитные свойства и реально может повлиять на точность измерений так, что в некоторых случаях ошибка может составлять несколько десятков градусов.
Поэтому, никогда не размещайте магнитометр там, где расстояние между замками меньше 2 футов. Кроме этого, никогда не помещайте магнитометр в центр немагнитной УБТ. В процессе изготовления полости в УБТ с двух сторон, точно посередине образуется небольшая фаска. И это место становится намагниченным («магнитным горячим пятном») из-за циклических нагрузок при вращении во время бурения. Обычно это можно устранить выравниванием внутренней поверхности УБТ. Из-за этой причины наблюдались ошибки в определении азимута в 40 случаях из 100.
Очевидно, что присутствие стального стабилизатора или какой-нибудь стальной части между двумя немагнитными УБТ приводит к искажению магнитных линий, (рис. 2.13). Это плохо влияет на точность. Установка стального стабилизатора допустима в районе экватора, но на широтах Аляски этого делать нельзя. На этих широтах в КНБК можно применять только немагнитные стабилизаторы, т.к. обычные стальные стабилизаторы, установленные между двумя немагнитными УБТ способны так исказить магнитное поле, что ошибка может достигать 250 гамма.
Даже немагнитные стабилизаторы в действительности — намагничиваются в области своих лопастей. Как минимум, твердосплавный материал и матрица, применяемые в стабилизаторах могут быть сильными магнетиками. Поэтому, никогда не устанавливайте магнитометр внутри стабилизаторов.
Ниже приводится несколько примеров, когда необходимо использовать как можно больше немагнитных УБТ, чтобы устранить влияние намагниченности буровой колонны. Это так же — случаи, когда, по-видимому, точность определения азимута уменьшается.
Сильный наклон ствола
Сильная удаленность от экватора
Направление азимута, сильно отличающиеся от направления север-юг.
Заметьте, что длина в 120 футов немагнитного материала над магнитометром в таких местах как Аляска не устраняет полностью влияние намагниченности колонны и это влияние еще заметно. Анадрилл, работая на Аляске, в КНБК включал 165 футов немагнитных элементов.
Помните:
* Если колонна создает магнитные помехи, то полная напряженность магнитного поля останется постоянной, независимо от ориентации, глубины и азимута.
* Горизонтальная составляющая по оси Z равняется (ошибка по Z) Ч (синус наклона). Вот почему точность магнитометрии ухудшается при увеличении наклона (особенно при магнитных помехах со стороны колонны).
«»Помните, что магнитные помехи от колонны более сильно выражены в районах с большим наклонением.
«»Наилучшие результаты получаются при использовании алгоритма Shell.
Рис. 2.13
Рис. 2.14
Внешние магнитные помехи.
При интерференции магнитного поля от внешних источников (таких как оставленный в забое инструмент или находящаяся вблизи обсадная колонна) помехи действуют по всем трем осям магнитометра. Поэтому суммарное магнитное поле будет изменяться. Если на немагнитных УБТ есть «горячие пятна», то полное магнитное поле будет меняться в зависимости от ориентировки, но всякий раз в одном и том же положении КНБК оно будет тем же самым (см. рис. 2.13).
*Не следует ошибочно интерпретировать изменение полного магнитного поля как неисправность датчика магнитометра. Это может быть вызвано магнитной интерференцией.
*Не следует ошибочно интерпретировать изменения показаний координат как неисправность магнитометра или инклинометра. Это может быть обусловлено их пространственной зависимостью.
Размещение измерительной аппаратуры
Для устранения магнитной интерференции необходимо использовать немагнитные УБТ. В прошлом, для оценки необходимой длины немагнитных элементов, применялись диаграммы, полученные эмпирическим путем. Тогда их можно было применять, т.к. в большинстве скважин зарезку делали с углом, меньшим чем 10~ и часто без забойного двигателя. Эксперименты показали, что забойный двигатель генерирует магнитное поле, превышающее поле от таких элементов как стабилизаторы и короткие УБТ в 3- 10 раз. При использовании забойного двигателя, в качестве основного правила, необходимо устанавливать между двигателем и магнитометрической аппаратурой короткую (10-15 футов) немагнитную УБТ. В некоторых районах может даже возникнуть необходимость применения немагнитного ориентирующего переводника. И в настоящее время еще можно применять эти эмпирические диаграммы для грубой оценки количества немагнитного материала, необходимого для устранения магнитных помех, но для точного расчета они непригодны.
Формулы на рис. 2-15 можно использовать для точной оценки ошибки азимута из-за магнитной интерференции буровой колонны.
Существуют еще и другие формулы, но эта, по-видимому, самая точная. Ее легко применять и интерпретировать. Абсолютная погрешность величины азимута должна быть меньше, чем 0, 5 град. Если она оказывается больше, то необходимо увеличивать длины немагнитных УБТ как снизу, так и сверху корпуса MWD до тех пор, пока погрешность не станет меньше 0,5 град.
На горизонтальных участках, и особенно на участках со средним радиусом закривления, может оказаться практически не достижимым выдержать азимутальную ошибку с точностью, меньшей чем 0,5 град. В некоторых случаях может оказаться более предпочтительным бурить участок с набором угла с точностью в 1 град. с последующей корректировкой. Если для корректировки азимута применяется забойный двигатель (на прямонаклонном участке ствола) и при этом наблюдается изменение магнитного поля из-за интерференции от двигателя, то это обычно не создает проблем, если буровой мастер учитывает это обстоятельство. Самым простым способом проверки правильности координатных данных, — произвести повторные замеры с другим расположением измерительной аппаратуры или другой КНБК.
Гравитационное поле Земли
Рис. 2.16
Ньютоновский закон гравитации:
Любая материальная частица притягивает любую другую с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.
Гравитационная сила является функцией расстояния от центра тел в выражении 2-16.
Гравитационное поле G в первую очередь зависит от:
Широты (основной фактор).
Глубины/высоты: в зависимости от среднего уровня моря земной коры.
Местных флуктуации плотности земной коры.
Некоторые изменения в измеренных значениях G в районах связаны с вращением Земли. Поэтому радиус на экваторе больше чем радиус на любом из полюсов. Величины G изменяются от 0,997 (на экваторе), до приблизительно 1,003 на широтах в 90 град. (изменение на 0,006).
Уменьшение G тоже видно при увеличении глубины скважины. Скорость изменения составляет приблизительно 0,0005 на 10000 футов. Вам понадобилось бы спуститься на глубину в 20000 футов, чтобы заметить изменение G на 0,001. Другими словами, если бы величина G на поверхности была бы точно равна 1000, то на глубине в20000 футов она равнялась бы 0,999. Местные флуктуации плотности Земной коры практически можно не учитывать. Другие расхождения в измеренных значениях G связаны с инструментальными погрешностями инклинометра. Они могут быть из-за:
* Температурной чувствительности
* Ошибками из-за неправильной установки осей
* Погрешностями в электронной цепи.
* Шоковых нагрузок на инклинометр из-за вибрации, связанной с бурением.
Магнитная интерференция
Во время процесса бурения ствола скважины стальные компоненты бурильной колонны намагничиваются. Магнитные устройства для измерения искривления ствола, помещенные в бурильной колонне, будут подвержены воздействию намагниченных компонентов бурильной колонны: поэтому устройства для измерения искривления ствола скважины всегда помещаются в немагнитные секции бурильной колонны для изоляции их от намагниченных стальных компонентов. Длина немагнитного промежутка, необходимого для защиты от интерференции, зависит от различных факторов:
1) Сила поля магнитного полюса намагниченной стальной бурильной колонны выше и ниже датчика.
2) Направления ствола скважины по отношению к магнитному северу или югу.
3) Наклон ствола скважины.
4) Географическое положение (которое относится к углу падения)
Сила магнитного полюса
Ввиду того, что бурильная колонна (а возможно лишь долото) вращается в пределах природного магнитного поля Земли, сама бурильная колонна становится магнитом. Поскольку бурильная колонная чрезвычайно длинная по сравнению с ее диаметром, магнитные полюса колонны могут считаться изолированными дискретно-точечными источниками магнетизма. Эти точечные источники располагаются в самом конце секции бурильной колонны: обычно принимается, что интерференция будет увеличиваться в 4 раза при расстоянии до б футов и в 9 раз при расположении на расстоянии лишь в 4 фута.
Сила магнитных полюсов бурильной колонны зависит от отдельных стальных компонентов, составляющих ее. Гриндрод и Вольф (Конференция по бурению в Новом Орлеане, 1983 г.) представили магнитные величины силы полюса для четырех различных забойных компоновок. Обобщенные значения для выбранных конфигураций бурильной колонны:
|
Компонент
|
Микровеберы |
Электромагнитные единицы |
|
Верхняя бурильная колонна |
800 мкВб |
6360 ЭМЕ |
|
Долото, Навидрил или изогнутый переводник |
300 мкВб |
2400 ЭМЕ |
|
Долото, наддолотный стабилизатор, короткая муфта (герметичная сборка) |
200 мкВб |
1600 ЭМЕ |
|
Долото и наддолотный стабилизатор |
120 мкВб |
100 ЭМЕ |
Следует отметить, что магнитные значения были определены Гринродом и Вольфом при работе с лабораторией Шел Ойл Эксплорэйшн в начале 1980 годов. Принимается, что эти магнитные значения вероятно более точные чем цифры
И. Дж. Блайзе (период 1971 г.), которые отражают магнитные силы в виде гораздо меньших величин. Инженеры должны изменить свои существующие программы, чтобы они отражали эти более современные значения.
Географическое положение
Географическое положение должно также приниматься во внимание при уяснении эффекта магнитной интерференции, вызванной намагниченными компонентами колонны. Как указано ранее, нивелированное магнитное чувствительное устройство воспринимает горизонтальную компоненту магнитного поля Земли. Амплитуда горизонтальной компоненты магнитного поля Земли изменяется с изменением географического положения.
Горизонтальная компонента магнитного поля Земли является максимальной вблизи (магнитного) экватора, и минимальной вблизи Северного и Южного Полюсов. Только горизонтальная компонента этого магнитного поля воздействует на нивелированный магнитный датчик, служащий для индикации азимута (например, компас или датчик). По мере увеличения широты к северу или к югу от экватора, угол падения магнитного поля Земли увеличивается. Это увеличивает эффект вертикальной компоненты магнитного поля Земли и уменьшает эффект горизонтальной компоненты. Таким образом, любой магнитный датчик должен реагировать на уменьшающуюся горизонтальную компоненту, по мере перемещения на север или на юг от экватора, и поэтому более вероятна его подверженность интерференции от других эффектов горизонтальных полей. Следовательно, магнитный датчик может воспринимать Магнитный Север легче у экватора, чем вблизи Полюсов, ввиду сильной естественной горизонтальной силы, воздействующей на датчик. При наличии силы интерференции, она оказывает более ощутимый эффект на показания направления, взятые вблизи Полюсов, чем на показания, взятые вблизи экватора.
Следует уяснить, что увеличение или уменьшение магнитных интерференции у различных географических положений не является следствием увеличения или уменьшения интерферирующей силы намагниченной бурильной колонны, а обусловлено увеличением или уменьшением горизонтальной компоненты магнитного поля Земли. Любое уменьшение природного поля Земли позволяет полю бурильной колонны оказывать большее воздействие.
Чувствительные устройства измеряют НАКЛОН И НАПРАВЛЕНИЕ скважины, а также ВЫСОКУЮ СТОРОНУ И МАГНИТНУЮ ОРИЕНТАЦИЮ МАРКИРОВОЧНОЙ МЕТКИ забойной компоновки. При наличии магнитной интерференции некоторые из этих датчиков подвергаются воздействию. Поскольку ОРИЕНТАЦИЯ МАРКИРОВОЧНОЙ МЕТКИ ВЫСОКОЙ СТОРОНЫ И НАКЛОН измеряются акселерометрами и весьма независимы от Магнитного Севера, они воздействию не подвергаются. Однако МАГНИТНАЯ ОРИЕНТАЦИЯ МАРКИРОВОЧНОЙ МЕТКИ И НАПРАВЛЕНИЕ скважины связаны с Магнитным Севером и любая погрешность в определении Магнитного Севера приводит к их ошибочным значениям.
Материал для немагнитных УБТ
В принципе, могут применяться все немагнитные материалы, обладающие необ-ходимой прочностью, включая алюминиевые или бронзовые материалы.
Однако, ввиду коррозии, алюминий и большинство специальных бронз исключаются. Для алюминия, во избежание коррозии, значения рН бурового раствора должно находиться в узких пределах от 8 до 11. Поэтому, в принципе, для немагнитных УБТ применяются следующие материалы:
а) Аустенитные стали на хромо-марганцевой основе, с содержанием марганца свыше 17%.
б) Хромо-никелевые стали с содержанием хрома около 18% и содержанием никеля свыше 13%. Эти стали полностью пассивированы (обработаны для создания защитного поверхностного покрытия и уменьшения химической активности)
в). К-Монель 500, чистый сплав, состоящий из примерно 30% меди и примерно 65% алюминия.
г) Медно-бериллиевые бронзы.
В настоящее время, наиболее часто применяемый материал более 80% для немагнитных УБТ основан на хромо-марганцевых сталях. Он также наиболее приемлемый с точки зрения стоимости. Когда УБТ, изготовленные из этого материала, используются в коррозионных буровых растворах, содержащих ионы хлора, например, хлорид магния, хромо-магниевые стали отличаются тенденцией преждевременного выхода из строя ввиду коррозии от межкристаллического напряжения. В типовых случаях такого выхода из строя, трещины, проходящие наружу, появляются в некоторых точках внутри ствола скважины. Такие трещины могут возникнуть после сравнительно короткого времени эксплуатации (после примерно 200часов)
Следовательно, при использовании такого бурового раствора должен применяться только полностью пассивированный материал. В этой связи, преимущество за хромо-никелевьми сталями, потому что они хорошо себя зарекомендовали в южной части Северного моря в течение ряда лет.
К сожалению, хромо-никелевые стали отличаются более высоким истиранием чем хромо-марганцевые стали, что вызывает преждевременное повреждение резьбы, в частности на УБТ с диаметрами более чем 8 дюймов. Поэтому необходима специальная обработка резьбовых заплечиков и профилей с целью сведения к минимуму истирания. Хотя эти меры частично успешны, проблему не удается полностью решить для диаметров более 8 дюймов.
Материалы К-Монель 500 или медь-бериллий удовлетворяют всем требованиям, даже в таких экстремальных случаях. Этому материалу можно придать необходимую прочность, он обладает замечательными немагнитными свойствами и не подвержен коррозии. Однако ввиду высокой стоимости применение этого материала для немагнитных УБТ ограничено случаями абсолютной необходимости.
Поведение медно-бериллиевых УБТ примерно такое же, как и УБТ из
К-Монеля 500. Однако, этот материал включен в список веществ, вызывающие рак, и, по этой причине, может применяться лишь в случае крайней необходимости с принятием соответствующих мер безопасности при изготовлении.
Прочность на ударную нагрузку всех вышеупомянутых материалов, наряду с требуемыми значениями прочности (пробник DVM), чрезвычайно высока. Поэтому, нет необходимости опасаться погрешностей резьбы, вызванных постоянными трещинами, т.к. значения прочности на удар выше таковых для термообработанных сталей, согласно SAE4145, которые преимущественно используются для глубокого бурения.
Длина немагнитных УБТ
После обсуждения силы поля магнитного полюса бурильной колонны, наклона ствола скважины, направления ствола скважины и географического положения могут быть выведены уравнения для определения соответствующей длины немагнитных УБТ и расстояния.
Азимут от Магнитного Севера может быть установлен с помощью магнитных приборов, например, компаса. Наклон ствола скважины может быть точно измерен оборудованием с датчиком ускорения. Угол падения (горизонтальная сила магнитного поля) может быть определен с помощью карт магнитного наклона, графиков или таблиц.
Магнитное поле земли, погрешности магнитной интерференции и длина немагнитных УБТ
Введение
При ненарушенной магнитной среде магнитный компас будет центрировать себя относительно горизонтальной компоненты магнитного поля Земли. Если магнитное поле Земли нарушено каким-либо посторонним магнитным полем, то это сказывается на показании азимута у магнитных компасов.
По мере уменьшения горизонтальной компоненты магнитного поля Земли (например, в сторону Северного и Южного Полюсов), компас будет становиться более чувствительным к любому постороннему магнитному полю.
Посторонние магнитные поля могут вызываться, например, магнитными бурями, отложениями магнитных минералов, намагничиванием бурильной колонны, талевыми канатами и обсадными трубами в соседних скважинах.
Магнитная интерференция воздействует на показания азимута магнитных приборов для измерения искривления скважины. Следовательно, погрешности азимута, вызванные магнитной интерференцией, должны уменьшаться до приемлемого значения обычно, менее 0,25~.
Для достижения приемлемой погрешности азимута, магнитные приборы для измерения искривления скважины спускаются в немагнитных УБТ. Количество немагнитных УБТ, подлежащих использованию, и положение прибора в них должны тщательно продумываться. Неправильный выбор может привести к ошибочным результатам измерения.
Магнитное поле земли
Земля может считаться магнитом, окруженным магнитным полем. По определению, вектор силы поля направлен внутрь Земли у магнитного Северного Полюса и из Земли у магнитного Южного Полюса.
Близко к экватору линии поля параллельны поверхности Земли, а у магнитных полюсов они почти вертикальны.
Для практических целей магнитное поле Земли разлагается на горизонтальную и вертикальную компоненту.
Падение
Угол между линиями магнитного поля Земли и горизонталью называется падением. Падение находится в диапазоне от 90~ у Южного Полюса, равно нулю у экватора, и до +90~ у Северного Полюса.
Сила магнитного поля
Общая сила магнитного поля Земли (Вт) выражается в микроТеслах (мкТ) изменяется от 40 мкТ у магнитного экватора для 60 мкТ у магнитных полюсов. Горизонтальная компонента (ВN) вектора магнитного поля находится в диапазоне от 40 мкТ у экватора (ВN = ВТ) до 0 мкТ у магнитных полюсов. Данные по силе магнитного поля могут быть получены в местном департаменте топографии.
Определения и термины, используемые при измерении.
Ось х — ось, перпендикулярная бурильной колонне в направлении изогнутого переводника (ориентация маркировочной метки)
Ось у — ось, перпендикулярная бурильной колонне и оси х.
Ось z — Ось, параллельная бурильной колонне (х, у и z образуют ортогональную систему правостороннего вращения).
Гравитационный угол ориентации маркировочной метки (высокой стороны) — угол между высокой стороной ствола и осью х.
В — вектор магнитного поля Земли.
Вx — скалярный компонент вектора магнитного поля Земли вдоль оси х.
By — скалярный компонент вектора магнитного поля Земли вдоль оси у
Bz — скалярный компонент вектора магнитного поля Земли вдоль оси z.
Boxy — скалярный компонент В в плоскости, перпендикулярной стволу скважины.
Вт — общая сила магнитного поля
BN-горизонтальная компонента магнитного поля Земли.
Магнитный угол ориентации маркировочной метки (m) — угол между векторной компонентой В в плоскости ху (Boxy) и осью х
Угол наклона (I) -угол между бурильной колонной и вертикалью.
Азимут (А) -угол между горизонтальной векторной компонентой В и проекцией оси z на горизонтальную плоскость.
g — местный вектор силы тяжести.
gx — скалярная компонента гравитационного вектора Земли вдоль оси х
gy — скалярная компонента гравитационного вектора Земли вдоль оси у
gz — скалярная компонента гравитационного вектора Земли вдоль оси
goxy— компонента g в плоскости, перпендикулярной стволу скважины.