Новый подход к измерению угла наклона в MWD: Direct Angle Measurement (DAM)
На протяжении десятилетий акселерометры были отраслевым стандартом для измерения угла наклона в системах MWD.
Но есть один фундаментальный вопрос, который стоит задать:
Почему мы продолжаем измерять угол через ускорение?
Акселерометр не измеряет угол наклона.
Он измеряет ускорение.
Затем угол наклона вычисляется путём выделения вектора земного ускорения (1g) из полного измеренного ускорения.
Однако во время бурения инструмент постоянно подвергается воздействию:
• осевых и поперечных вибраций;
• крутильных колебаний;
• ударных нагрузок;
• динамического движения инструмента.
Для акселерометра всё это — просто ускорение.
Он не может определить, какая часть измеренного сигнала обусловлена гравитацией, а какая — динамикой бурения.
Именно поэтому любой инклинометр на основе акселерометров использует одну и ту же последовательность:
Гравитация + Вибрации + Удары + Динамика инструмента
↓
Акселерометр
↓
Цифровая обработка сигнала
↓
Угол наклона
Иными словами:
Инклинометр на основе акселерометров сначала измеряет всё, что происходит с бурильным инструментом, и только после этого пытается математически восстановить вектор гравитации.
Другая философия измерения — DAM инклинометр
Жидкостный ёмкостный датчик угла наклона решает эту задачу совершенно иначе.
Вместо того чтобы измерять ускорение и вычислять угол, он непосредственно измеряет сам угол.
Рабочая жидкость естественным образом обеспечивает:
• механическую инерцию;
• вязкостное демпфирование;
• подавление высокочастотных вибраций и кратковременных ударных воздействий.
В результате значительная часть нежелательных динамических возмущений подавляется ещё до того, как сигнал преобразуется в электрический.
Таким образом, измерительная цепочка принципиально отличается:
Гравитация
↓
Поверхность жидкости
↓
Механическая фильтрация
↓
Непосредственное измерение угла
↓
Электрический сигнал
Иными словами:
Жидкостный ёмкостный датчик угла наклона подавляет значительную часть динамических воздействий бурения ещё до того, как они становятся электрическим сигналом.
Ключевые преимущества
- Непосредственное измерение угла
- Точность до 0,005°
- Механическое подавление вибраций до преобразования сигнала
- Отсутствие необходимости выделять опорный сигнал 1g в условиях динамических возмущений
- Отсутствие температурного гистерезиса
- Нелинейность менее 0,1% во всём диапазоне рабочих температур
- Высокая ударостойкость благодаря простой конструкции чувствительного элемента
- Отсутствие долговременного дрейфа
Ключевое различие между этими двумя технологиями заключается не только в характеристиках датчиков.
Оно заключается в самой философии измерения.
Акселерометр:
Измерить всё → Восстановить гравитацию → Вычислить угол.
DAM инклинометр:
Физически подавить возмущения → Непосредственно измерить угол.