О создании российского акселерометра для скважинной инклинометрии

UDK: 622.241
DOI: 10.24887/0028-2448-2021-8-30-35
Ключевые слова: инклинометр, акселерометр, маятник, ударные нагрузки, вибрации, температура, чувствительный элемент, российский производитель
Авт.: О.В. Жданеев (Российское энергетическое агентство Минэнерго России), к.ф.-м.н., А.В. Зайцев (Российское энергетическое агентство Минэнерго России), С.Ф. Коновалов (МГТУ им. Н.Э. Баумана), д.т.н. А.Е. Семенов (МГТУ им. Н.Э. Баумана; АО «Серпуховский завод «Металлист»)

В статье приводены сведения о разработках акселерометров для инклинометрии нефтяных и газовых скважин, способных работать при динамических воздействиях (удары, вибрации и температура), возникающих в процессе бурения. Проанализированы требования к скважинному телеметрическому оборудованию, которое применяется в процессе бурения, в контексте особенностей работы скважинных инклинометров. Рассмотрены конструкции акселерометров для инклинометрических измерений, выпускаемые за рубежом, а также конструкции аналогичных приборов отечественных разработок. Проведен анализ мировых трендов развития акселерометров для применения в инклинометрах скважинной аппаратуры. Кратко изложена история создания российских акселерометров компенсационного типа. Рассмотрены конструктивные особенности акселерометров, предназначенных для работы в условиях одновременного воздействия ударов до 1000g при длительности импульса 5 мс, вибраций до 30g и температуры выше 150 °С, которые находят применение в скважинной аппаратуре в процессе бурения нефтяных и газовых скважин. Обоснована необходимость организации серийного выпуска акселерометров российскими приборостроительными заводами. Даны рекомендации по организации выпуска отечественных акселерометров, пригодных для использования в качестве замены вышедших из строя акселерометров иностранного производства, которые эксплуатируются на российских месторождениях нефти и газа как в российской скважинной аппаратуре, так и в импортной. Освещена текущая ситуация по вопросам создания российских акселерометров для скважинной аппаратуры, работающей в жестких эксплуатационных условиях, обозначены направления создания российских акселерометров, имеющих классическую архитектуру и акселерометров (также компенсационного типа) изготовленных с использованием микроэлектромеханических систем - МЭМС технологии, которым в настоящее время нет аналогов в мире.

Список литературы:

1. Innovative Technology to Extend EM-M/LWD Drilling Depth / A. Rodriguez, C. MacMillan, C Maranuk., &. Watson // SPE-166190-MS. – 2013. –  DOI:10.2118/166190-MS.

2. Вопросы технической политики отраслей ТЭК Российской Федерации / Под ред. О.В. Жданеева. – М.: Наука,  2020. – 304 с. – DOI:10.7868 / 9785020408241.

3. Жданеев О.В., Фролов К.Н. О приоритетных направлениях развития буровых технологий в России // Нефтяное хозяйство. – 2020. – № 5. – С. 42–48. – DOI:10.24887/0028-2448-2020-5-42-48/

4. Lesso W. G., Rezmer-Cooper I. M., Chau M.  Continuous Direction and Inclination Measurements Revolutionize Real-Time Directional Drilling Decision-Making //

SPE-67752-MS. – 2001. – DOI:10.2118/67752-MS.

5. Заляев М.Ф. Исследование вибрации при бурении скважин на термокарстовом газоконденсатном месторождении // Нефтегазовое дело. – 2015. –  Т.  3. – № 4. – С. 36–40.

6. Real-Time Drillstring Vibration Characterization Using Machine Learning / E. Millan, M. Ringer, R. Boualleg, D. Li // SPE-194061-MS. – 2019. – DOI:10.2118/194061-MS.

7. Mabile C., Desplans J.P., Pavone D. A New Way of Using Surface Measurements to Detect Down Hole Vibrations //SPE-36883-MS. – 1996. – DOI:10.2118/36883-MS.

8. Honywell. http://www.inertialsensor.com/qatl60.shml.

9. Chao D., Zhuang Y., El-Sheimy N.  An Innovative MEMS-Based MWD Method for Directional Drilling // SPE-175898-MS. – 2015. – DOI:10.2118/175898-MS.

10. Palagin V.A., Frizuk A.E.  Nanoimprinting – Nanolithography // The International Workshop on Optoelectronic Physics and Technology. – 2004. – June 20. – P. 63–67.

11. MEMS Accelerometer Performance Comes Of Age. – https://www.analog.com/ en/technical-articles/mems-accelerometer-performance-comes-of-age.html.

12. Особенности и сравнительные характеристики технологий изготовления твердотельных акселерометров. – https://avi-solutions.com/library/statyi/osobennosti/

13. Lu C., Jiang G., Wang Z. The development of and experiments on electromagnetic measurement while a drilling system is used for deep exploration // J Geophys Eng. – 2016. – V. 13. – No. 5. – P. 824–831.

14. Research of operability of accelerometers at high-G linear acceleration, vibrating and shock effects without using test centrifuges, vibration and shock test tables / S.F. Konovalov, A.V. Polynkov, J.B. Seo [et al.] // Proceedings of XIV Saint-Petersburg international conference on integrated navigation systems. – Saint Petersburg, 2007. – P. 125–132.

15. Пат. 2731652 РФ. Маятниковый компенсационный акселерометр / С.Ф. Коновалов, Д.В. Майоров, Ю.А. Пономарев, В.Е. Чулков, А.Е. Семенов, М.С. Харламов; № 2019107342; заявитель и патентообладатель С.Ф. Коновалов. – № 2019107343; заявл. 15.03.19; опубл. 07.09.20.

16. House D., Li D. Anisotropic Etching. In: Li D. (eds) Encyclopedia of Microfluidics and Nanofluidics. – Boston: Springer, 2008. – https://doi.org/10.1007/978-0-387-48998-8_35.

17. Silicon etching using only Oxygen at high temperature / Chai J., Walker G., Wang L. [et al.] // An alternative approach to Si micro-machining on 150 mm Si wafers. – 2016. – Sci Rep 5, 17811. – https://doi.org/10.1038/srep17811.

18. Гибридные микроэлектромеханические гироскопы и акселерометры / C.Ф. Коновалов, Ю.А. Пономарев, Д.В. Майоров [и др.] // Машиностроение и компьютерные технологии. – 2011. – № 10. – https://cyberleninka.ru/article/n/gibridnye-mikroelektromehanicheskie-giroskopy-i-akselerometry.

19. Two-axis MEMS angular rate sensor with magnetoelectric feedback torques in excitation and measurement channels / S.F. Konovalov, V.P. Podchezertsev, D.V. Mayorov [et al.] // Gyroscopy Navig. – 2010. – No. 1. – P. 321–329. – https://doi.org/10.1134/S2075108710040140


Внимание!
Купить полный текст статьи (формат - PDF) могут только авторизованные посетители сайта.