К вопросу построения математической модели компонентов системы ориентации на основе карданных рамок

Abstract

RU: Цель. Важнейшим компонентом системы пространственной ориентации бурового инструмента является инклинометрический преобразователь, воспринимающий изменение измеряемого параметра. Конструкции инклинометрических преобразователей, предназначенные для измерения азимута a, зенитного угла q и угла установки отклонителя φ наклонно-направленных, горизонтальных, вертикальных скважин очень разнообразны. Целью данной работы является построение математической модели инклинометрического преобразователя на основе карданных рамок, как компонента системы пространственной ориентации, с учетом инструментальных погрешностей. Методика. Улучшение технических характеристик инклинометров (повышение их точности, возможности контроля при движении снаряда по скважине и в процессе бурения, уменьшения диаметра снаряда, расширение диапазона рабочих температур) возможно на основе применения в них феррозондов в качестве чувствительных элементов магнитного поля Земли. Распространенной кинематической схемой преобразователя азимута инклинометра с линейными феррозондами является схема на основании карданных подвесов. Решается задача построения математической модели инклинометрического преобразователя на основе карданных рамок, как компонента системы пространственной ориентации, с учетом инструментальных погрешностей. Результаты. Установлено, что погрешность измерения азимута при использовании инклинометрического преобразователя на основе карданных подвесов не превышает , если инструментальные погрешности не выходят за пределы: Доказано, что на точность измерения азимута существенное влияние оказывает магнитное наклонение. Разработана математическая модель инклинометрического преобразователя с карданными рамками, как компонента системы ориентации, в которой использованы новые формулы для нахождения функциональных зависимостей между углами наклона относительно вертикали и поворота относительно магнитного меридиана в диапазоне изменения углов ориентации. Научная новизна. Получил развитие метод определения углов ориентации бурового инструмента, в котором использованы новые формулы расчета погрешности от неидентичности технических характеристик первичных преобразователей, что позволило повысить точность измерений за счет ее предварительного определения и компенсации. Практическая значимость. Проведенные теоретические исследования позволяют разработать методику определения погрешностей первичных преобразователей, которая приводит к улучшению метрологических характеристик инклинометрических приборов и повышению точности измерений углов пространственной ориентации.

UK: Мета. Найважливішим компонентом системи просторової орієнтації бурового інструмента є інклінометричний перетворювач, що сприймає зміну вимірюваного параметра. Конструкції інклінометричних перетворювачів, призначених для вимірювання азимута a, зенітного кута q і кута установки відхилювача φ похило-спрямованих, горизонтальних, вертикальних свердловин дуже різноманітні. Метою даної роботи є побудова математичної моделі інклінометричного перетворювача на основі карданних рамок, як компонента системи просторової орієнтації, з урахуванням інструментальних похибок. Методика. Поліпшення технічних характеристик інклінометрів (підвищення їх точності, можливості контролю при русі снаряда по свердловини й у процесі буріння, зменшення діаметра снаряда, розширення діапазону робочих температур) можливо на основі застосування в них ферозондів як чутливих елементів магнітного поля Землі. Розповсюдженою кінематичною схемою перетворювача азимута інклінометра з лінійними ферозондами є схема на підставі карданних підвісів. Вирішується завдання побудови математичної моделі інклінометричного перетворювача на основі карданних рамок, як компонента системи просторової орієнтації, з урахуванням інструментальних похибок. Результати. Встановлено, що похибка вимірювання азимута при використанні інклінометричного перетворювача на основі карданних підвісів не перевищує, якщо інструментальні похибки не виходять за межі: Доведено, що на точність вимірювання азимута істотний вплив виявляє магнітне нахилення. Розроблена математична модель інклінометричного перетворювача з карданними рамками, як компонента системи орієнтації, у якій використані нові формули для знаходження функціональних залежностей між кутами нахилу щодо вертикалі й повороту щодо магнітного меридіана у діапазоні зміни кутів орієнтації. Наукова новизна. Одержав розвиток метод визначення кутів орієнтації бурового інструмента, у якому використані нові формули розрахунків похибки від неідентичності технічних характеристик первинних перетворювачів, що дозволило підвищити точність вимірювань за рахунок її попереднього визначення й компенсації. Практична значимість. Проведені теоретичні дослідження дозволяють розробити методику визначення похибок первинних перетворювачів, яка приводить до поліпшення метрологічних характеристик інклінометричних приладів і підвищенню точності вимірювань кутів просторової орієнтації.

EN: Purpose. An important component of the system of spatial orientation of the drilling tool is the inclinometer, which senses the change in the measured parameter. The designs of the inclinometer sensors designed to measure the azimuth a, the zenith angle q and the angle of installation of the deflector φ of the directional, horizontal, vertical wells are very diverse. The aim of this work is to construct a mathematical model of an inclinometer sensor based on cardanic suspension, as a component of the system of spatial orientation, taking into account instrumental errors. Methodology. Improving the technical characteristics of inclinometers (increasing their accuracy, controlling the movement of the projectile through the well and during drilling, reducing the diameter of the projectile, expanding the operating temperature range) is possible on the basis of the use of ferroprobs in them as sensitive elements of the Earth's magnetic field. A widespread kinematic scheme of the azimuth sensors of the inclinometer with linear ferro-probes is a circuit based on cardanic suspension. The problem of constructing a mathematical model of an inclinometer sensor based on cardanic suspension is solved, as a component of the system of spatial orientation, taking into account instrumental errors. Findings. It is established that the error in measuring azimuth when using an inclinometer sensor based on cardanic suspension does not exceed if the instrumental errors do not exceed the limits: It is proved that the magnetic inclination has a significant influence on the accuracy of the azimuth measurement. A mathematical model of an inclinometer with a cardanic suspension is developed as a component of the orientation system in which new formulas are used to find the functional dependencies between the angles of inclination relative to the vertical and the rotation relative to the magnetic meridian in the range of orientation angles. Originality. A method for determining the angles of the orientation of the drilling tool has been developed, in which new formulas for calculating the error from the non-identity of the technical characteristics of primary converters have been used, which has made it possible to increase the accuracy of measurements by means of its preliminary determination and compensation. Practical value. The carried out theoretical researches allow to develop a technique for determining the errors of primary converters, which leads to improved metrological characteristics of inclinometer instruments and to an increase in the accuracy of measurements of the angles of spatial orientation.