Международная ассоциация буровых подрядчиков/ Общество инженеров-нефтяников

 

IADC/SPE 17212

Системы отсчета азимута для бурения наклонно-направленных скважин

Подготовил: J.W. Wright, Eastman Christensen

Член Общества инженеров-нефтяников

 

Авторские права защищены, 1988 г. Конференция по бурению Международной ассоциации буровых подрядчиков/Общества инженеров-нефтяников.

Настоящий документ подготовлен для Конференции по бурению Международной ассоциации буровых подрядчиков/Общества инженеров-нефтяников, проводимой в Далласе, Техас, с 28 февраля по 2 марта 1988 г.

Настоящий документ выбран Комитетом по разработке программ Международной ассоциации буровых подрядчиков/Общества инженеров-нефтяников для представления на Конференции после изучения информации, изложенной его автором (авторами) в аннотации. Содержание представленного документа не было согласовано с членами Общества инженеров-нефтяников и Международной ассоциации буровых подрядчиков и может изменяться его автором (авторами). Представленный материал может не отражать взгляды Международной ассоциации буровых подрядчиков или Общества инженеров-нефтяников, их официальных лиц и членов. Документы, представленные на рассмотрение на совещаниях Международной ассоциации буровых подрядчиков/Общества инженеров-нефтяников, перед публикацией должны рассматриваться редакционными комиссиями указанных организаций. Допускается распространение только аннотации объемом не более 300 слов. Запрещается распространять иллюстрации из данного документа. В аннотации должны содержаться явные указания на место представления данного документа и представившего его человека. Все вопросы по данному документу должны направляться Руководителю издательской службы по адресу: SPE. P.O. Box 833836. Richardson. TX 75083-3836. Телекс: 730989 SPEDAL.

 

 

АННОТАЦИЯ[1]

В настоящем документе рассмотрены основные системы отсчета азимута, используемые в настоящее время при операциях бурения наклонно-направленных скважин, и их взаимосвязь при проведении данных работ. К данным системам относятся географический север и магнитный север, при этом особое внимание уделено системам прямоугольных координат (системы координат в УППМ, проекции Ламберта, географические координаты и местные системы координат). В документе также описан простой, проверенный на практике метод, позволяющий избежать ошибок при переводе координат из одной системы в другую.

 

ВВЕДЕНИЕ

Ошибки в определении координат и непонимание принципов системы отсчета азимута не раз в ходе реализации многомиллионных проектов приводили к тому, что наклонно-направленные скважины не достигали продуктивного пласта. Ошибки в первую очередь связаны с необходимостью перевода координат из одной системы в другую по окончании этапа проектирования скважины, на котором составляется большая часть карт относительно местного координатного севера, и до начала этапа бурения, в ходе которого производятся измерения относительно магнитного или географического севера.

Представители компаний-операторов сталкиваются с рядом сложных задач, связанных с переводом координат из одной системы в другую, в том числе введением поправки на магнитное склонение при переводе координат из системы магнитного севера в систему географического севера, системы географического севера в систему координатного севера, системы магнитного севера в систему координатного севера или наоборот. В связи с этим возникают следующие вопросы. Необходимо прибавить или вычесть поправочный угол? Верны ли величина схождения и направление для используемой системы координат? Данные вопросы объясняют, почему простые на первый взгляд задачи зачастую решаются неверно, а ошибка обнаруживается, только когда скважина не достигает намеченной цели.

Руководитель работ на буровой установке зачастую возлагает ответственность за введение поправки на схождение меридианов на подрядчика, поставляющего и обслуживающего инклинометрические приборы, или специалиста по бурению наклонно-направленных скважин. Теоретически такой подход может показаться целесообразным, однако обычно это порождает дополнительные проблемы ввиду неполноты предоставляемой основной информации и неправильного ее толкования. Зачастую в ходе проекта для проведения различных измерений (ИПБ, одноточечный каротаж в местах уменьшения угла кривизны, многоточечный каротаж и гироскопическая инклинометрия) привлекаются различные сервисные компании, в результате чего поставщики вынуждены решать совершенно разные задачи по ведению поправок на схождение.

Подобная ситуация возникла в ходе одного хорошо известного многомиллионного проекта по бурению наклонно-направленных скважин. В том конкретном случае известная проектная компания составила проекты скважин с использованием местной системы координат со сносками, в которых указывалось, что введение поправки на схождение меридианов и магнитное склонение должно быть произведено подрядчиком по бурению наклонно-направленных скважин. После начала работ данная компания командировала на буровую площадку инженера-конструктора, двух консультантов по бурению и специалиста по бурению наклонно-направленных скважин для обеспечения контроля за отклонением траектории скважины. Подрядчик по наклонно-направленному бурению не имел опыта ввода поправок на системы координат и магнитное склонение и обратился за помощью к представителю компании. Представитель компании предположил, что в качестве местной системы координат используется система УППМ (позднее он узнал, что это была плоская система координат для штата) и внес соответствующие поправки для УППМ. По результатам данных расчетов сотрудники подрядчика по наклонно-направленному бурению заново составили планы скважин с учетом введенных поправок. При этом также была определена величина магнитного склонения и введена соответствующая поправка. Специалист по бурению наклонно-направленных скважин не обратил на это внимание и вводил поправку на магнитное склонение по мере выполнения скважины. Ошибки были обнаружены только после того, как проект был завершен, а намеченная цель не была достигнута.

Данный проект проводился под более жестким контролем, чем обычно, тем не менее, он является типовым примером того, какие последствия имеет неточность переданной информации по взаимосвязи систем координат и ненадлежащее ее применение.

Далее в данном документе рассматриваются методы снижения вероятности подобных ошибок при определении азимута, основанные на практическом опыте, а также предлагаются процедуры обмена информации между задействованными в проекте сторонами.

 

СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА АЗИМУТА

Азимут, указания которого используются при бурении наклонно-направленных скважин, представляет собой определяемый по часовой стрелке угол между горизонтальной составляющей единичного вектора, направленного вниз по оси ствола в конкретной точке, и выбранной системой севера. Азимут выражается в градусах по компасу (от 0 до 360). Системы квадрантных указаний или указаний направления (например, С45° 20'В) имеют более удобный формат, но при этом характеризуются более высокой вероятностью ошибки при расчете поправок на схождение, чем азимутальная система указания направления. В связи с этим при вводе начальных поправок на схождение рекомендуется переводить все результаты измерений в азимутальную систему.

Существует три основных типа систем отсчета азимута, используемых при бурении наклонно-направленных скважин и инклинометрии: магнитный север (МС), истинный (географический) север (ГС) и координатный север (КС).

Магнитный север соответствует направлению горизонтальной составляющей линий магнитного поля Земли в конкретной точке на поверхности Земли в сторону магнитного севера. Магнитный компас устанавливается в соответствии с данными линиями, а его положительный полюс указывает на север. Магнитный север обычно обозначается на картах половинной стрелкой или буквами «МС» (см. рис. 1, 2, 12 и 13).

Истинный (географический) север указывает направление в горизонтальной плоскости от конкретной точки на поверхности Земли к географическому Северному полюсу, расположенному на оси вращения Земли. Направление географического севера показано на картах меридианами. Географический север обычно обозначается на картах звездочкой на конце стрелки или буквами «ГС» (см. рис. 2, 3, 12 и 13).

Система координатного севера разработана картографами для представления изогнутой поверхности Земли на плоском листе бумаги. Меридианы земного шара сходятся на Северном полюсе и поэтому не образуют прямоугольную систему координат. На карте линии сетки образуют прямоугольную систему координат, при этом северное направление для определенного участка Земли определяется одним указанным меридианом. Данное направление называется координатным севером и соответствует географическому северу только в указанном центральном меридиане. Координатный север обычно обозначается буквами «КС» на конце стрелки направления (см. рис. 3, 12 и 13).

 

СИСТЕМЫ КООРДИНАТ

Географические координаты. Один из старейших систематических методов определения положения основан на использовании системы географических координат. Ввиду общего характера приведенной информации ниже представлено краткое описание для справки. Для определения координат отдельной точки на поверхности Земли модель земного шара представлена в виде сетки линий координат, проходящих с востока на запад (параллельно экватору) и с севера на юг (пересекающими экватор под прямыми углами и сходящимися на полюсах) вокруг Земли. Расстояние до точки на север или юг от экватора называется широтой. Линии, параллельные экватору, называются параллелями. Параллели проходят с востока на запад, а расстояние между ними измеряется с севера на юг. Линии, пересекающие параллели под прямым углом и проходящие через полюса, называются меридианами. Один меридиан обозначен как нулевой. Нулевой меридиан, проходящий через Гринвич, Англия, принят к ведению отсчета большинством стран и известен как Гринвичский меридиан. Расстояние до определенной точки от нулевого меридиана на восток или запад называется долготой. Линии долготы (меридианы) проходят с севера на юг, а расстояние между ними измеряется с востока на запад.

Географические координаты выражаются в виде величин измеренных углов. Окружность поделена на 360 градусов, каждый градус поделен на 60 минут, а каждая минута — на 60 секунд. Градусы обозначаются символом (°), минуты — ('), а секунды — (²). Широта определяется, начиная с 0° (экватор) и заканчивая 90°С и 90°Ю. Крайними точками являются Северный полюс на 90° северной широты и Южный полюс на 90° южной широты. Линиям широты, расположенным к северу и югу от экватора, присваиваются одинаковые численные значения координат с обязательным указанием северного или южного направления. Также широты могут обозначаться как географические/геодезические или геоцентрические. Геодезическая широта указывает на угол между линией, проходящей перпендикулярно поверхности Земли, и плоскостью экватора. Данная величина несколько больше величины геоцентрической широты. Данное правило не распространяется на экватор и полюса, где данные величины равны ввиду того, что Земля имеет форму эллипсоида. Геоцентрическая широта указывает на угол между линией, проходящей к центру Земли, и плоскостью экватора.

Долгота определяется как к востоку, так и к западу вокруг земного шара от нулевого меридиана (0°). Линиям к востоку от нулевого меридиана присваиваются координаты до 180° восточной долготы, а линиям к западу — до 180° западной долготы. При этом всегда должно указываться направление (В или З). Координаты линии, противоположной нулевому меридиану (180°), могут указываться как с восточной, так и западной долготой. Линии широты и долготы показаны на рис. 4.

Географический нуль. При составлении карт атласа и карт наклонно-направленного бурения Земля может приниматься в форме сферы. В действительности земной шар больше напоминает эллипсоид, сжатый у полюсов с коэффициентом около 1/300, что обусловлено его вращением (рис. 5). На мелкомасштабных картах сплющенность не принимается в расчет. Однако в зависимости от эллипсоида координаты конкретной точки могут слегка отличаться.

За последние двести лет было построено более десятка основных эллипсоидов, которые до сих пор используются отдельными странами. Общепринятая форма Земли была определена в 1924 г. Международным геодезическим и геофизическим союзом (МГГС) с коэффициентом сплющенности 1/297. Данная модель, рассчитанная Хейфордом в 1909 г. с экваториальной полуосью длиной 6 378 388 м и полярным радиусом длиной 6 356 911,9 м, была названа Международным эллипсоидом. Данный эллипсоид не был принят рядом стран, в частности, странами Северной Америки. Отличие размеров прочих принятых эллипсоидов связано не только с погрешностями выполненных геодезических измерений, но также и неравномерностью кривизны поверхности Земли, вызванной неоднородностью гравитационного поля. Отсюда вытекает, что эллипсоид, построенный для конкретного района, является более точным, чем общая модель всего земного шара. Также существуют модели Земли, построенные по снимкам со спутников, как, например, WGS72. На рис. 1 показаны общепринятые модели Земли, используемые в настоящее время¹.

Картографические проекции. Картографическая проекция представляет собой метод представления части или всего круглого тела на плоскости. Ввиду того, что поверхность сферы невозможно представить на плоскости без искажений (неразвертываемая поверхность), картограф должен определить характеристики, которые должны быть точно отображены на карте в ущерб остальным. В целом оптимального метода проецирования для составления карт не существует. Выбор проекции зависит от преследуемой цели.

При выборе проекции, как правило, учитываются следующие характеристики: истинная форма физических объектов, соответствующая площадь, истинный масштаб и размеры, ортодромия в виде прямых линий, локсодромия в виде прямых линий и точные углы между объектами. На картах относительно небольшого размера, как, например, карты траекторий наклонно-направленных скважин, значительно легче отобразить большую часть указанных характеристик независимо от проекции.

Картографические проекции обычно подразделяются по способу их построения для разложения развертываемой поверхности. Наиболее распространенными являются цилиндрические, конические и плоскостные проекции (рис. 6, 7 и 8 соответственно).

Из данных проекций видно, что большинство линий широты и долготы не являются прямыми. Четырехугольники, образуемые пересечением данных параллелей и меридианов, отличаются по размерам и форме, что усложняет процесс определения положения точек и направлений. Для упрощения данных основных задач на проекцию может накладываться прямоугольная сетка.

Система координат в Универсальной поперечной проекции Меркатора (УППМ). Наиболее широко при бурении наклонно-направленных скважин используется система координат УППМ. Данная система была принята к применению Армией США в 1947 г. для обозначения прямоугольных координат на крупномасштабных военно-топографических картах земного шара. УППМ построена на основе равноугольной цилиндрической поперечной проекции Меркатора, разработанной Йоханом Ламбертом в 1772 г., с добавлением отдельных параметров, как, например, центральные меридианы (рис. 6 и 9).

УППМ делит земной шар на 60 равных зон (шириной 6°), начиная с 84°С и заканчивая 80°Ю. Полюса отражены в отдельной системе плоской проекции (Универсальная полярная стереографическая проекция). Точка отсчета каждой зоны располагается в пересечении центрального меридиана зоны с экватором. Сетка координат охватывает все 60 зон. Все зоны пронумерованы, начиная с зоны 1 на 180‑м меридиане (Международная линия смены дат) и далее на восток. Большая часть США расположена в зонах с 10 по 19. Все зоны разложены на плоскости с нанесенной на них сеткой прямоугольных координат.

Для обозначения каждой точки используется номер зоны, ее расстояние в метрах от экватора (северное указание) и расстояние в метрах от исходной линии, проходящей с севера на юг (восточное указание). Данные три числа (номер зоны, восточное и северное указания) образуют полные уникальные координаты точки по Системе координат УППМ. На рис. 10 в укрупненном виде показана одна из зон со всеми ее основными чертами. Следует отметить, что при разложении на плоской поверхности зона имеет округлые края (поскольку они образованы меридианами земного шара), причем расстояние между ними на экваторе больше, чем у полюсов.

Зоны УППМ зачастую делятся на секторы, что, однако, не является необходимым для определения координат точки. Данные секторы образованы четырехугольниками через каждые 8° северной и южной широты и обозначаются буквами, начиная с C на 80° южной широты и заканчивая X на 72° северной широты (буквы I и O не используются). К примеру, Даллас расположен в зоне 14S, в четырехугольнике с 96°З по 102°З и с 32°С по 40°С. Секторы могут разделяться на квадраты со стороной 100 000 м, которым присваивается обозначение из двух букв, а также неполные квадраты со стороной 100 000 м, 1 000 м и 100 м, обозначаемые цифрами и буквами.

Все зоны имеют две общие черты: экватор, пересекающий их в центральной части с востока на запад, и центральный меридиан. Восточные и северные указания определяются относительно этих двух линий. Восточное указание конкретной точки указывает на ее расстояние в метрах от центрального меридиана зоны, в которой она располагается. Северное указание точки показывает ее расстояние в метрах от экватора.

По общей договоренности в восточных указаниях точек, расположенных к западу от центрального меридиана, используются только положительные числа. Для обозначения центрального меридиана зоны принята условная величина 500 000 м с увеличением значения координаты при движении на восток.

На экваторе (в широчайшем месте) ширина зоны составляет чуть более 600 000 м с запада на восток. Таким образом, диапазон восточных указаний зоны на экваторе составляет приблизительно от 200 000 до 800 000 м (только положительные числа). Диапазон восточных указаний уменьшается по мере сужения зоны к полюсам. Северные указания для точек, расположенных к северу от экватора, определяются в метрах, начиная с 0 м на экваторе, и увеличиваются при движении на север. Во избежание использования отрицательных чисел в координатах точек, расположенных к югу от экватора, линии экватора условно присвоена координата 10 млн. м, а значения координат точек уменьшаются к югу и остаются положительными. На некоторых картах, в частности, в США, координаты УППМ переведены из метров в футы.

Центральный меридиан УППМ уменьшен в масштабе по сравнению с фактической величиной на коэффициент 0,9996 для снижения степени искажения расстояний в данной зоне. Данный масштабный коэффициент (расстояние по сетке координат/истинное расстояние) слегка изменяется по мере движения от центрального меридиана и должен учитываться при необходимости выполнения высокоточных измерений. Впрочем, данная погрешность на картах наклонно-направленных скважин весьма незначительна и, как правило, не учитывается.

Более 60 стран используют УППМ в качестве основной и считают ее наиболее надежной из существующих. Тем не менее, некоторые страны также используют производные местные проекции и системы начала отсчета. СССР, Китай и другие страны восточного блока используют поперечную проекцию Меркатора (Гаусса-Крюгера), включающую 6 зон. Около 50 стран используют иные проекции.

Равноугольная коническая проекция Ламберта. Система Ламберта основана на равноугольной конической проекции и особенно удобна для картирования регионов, растянутых с востока на запад. Данная система широко используется в США и является официальной системой прямоугольных координат, принятой для картирования штатов США и применяемой в более чем половине штатов континентальной части США, в том числе в большинстве штатов, где ведется освоение нефтяных месторождений (Техас, Луизиана, Оклахома, Калифорния, Колорадо, Канзас, Юта и Мичиган). В остальных штатах используется система УППМ, а на Аляске используются обе системы.

Данная проекция была впервые описана Ламбертом в 1772 г. Она получила широкое распространение только в Первую мировую войну, когда использовалась французскими войсками для составления карт военных действий. Характеристики конической проекции (рис. 11):

¡ Параллели представляют собой дуги концентрических окружностей, расположенные через неравные промежутки.

¡ Меридианы представляют собой равномерно расположенные линии радиуса, пересекающие параллели под прямым углом.

¡ Масштаб, как правило, действителен для района, проходящего вдоль двух указанных параллелей, но может быть действителен и только вдоль одной параллели.

¡ Полюс соответствующего полушария указан точкой, а другой полюс уходит в бесконечность.

Поскольку параллели не искажены, для работы с другой парой параллелей необходимо изменить соответствующим образом масштаб карты и пересчитать параметры в соответствии с новым масштабом. Для уменьшения искажения в центре карты для всех штатов и районов определены стандартные параллели или набор таких параллелей в зависимости от площади их территорий. К примеру, штат Луизиана разделен на три района (см. Таблицу 2).

В большинстве штатов координаты указываются в футах с началом горизонтальной оси, соответствующим 2 000 000 футам, и началом вертикальной оси — 0 футам².

Местные системы координат. В настоящее время в мире используется большое количество местных систем координат. Данные системы имеют различные исходные координаты и используют иные проекции, покрывающие различные территории земной поверхности, но при этом они используются для той же цели, что и системы Меркатора и Ламберта. В США в качестве линий отсчета координат зачастую используются границы арендуемых участков, при этом также используются прочие неофициальные системы, используемые для топографической съемки. Помимо США, местные системы также используются в Нидерландах, Великобритании, Брунее, Австралии и других странах. Некоторые страны также изменили точки отсчета координат зон УППМ, чтобы они попадали в пределы их территорий.

В некоторых случаях при использовании стандартных прямоугольных координат местоположение проектного забоя скважины может оказаться в другой зоне по отношению к ее устью. В таких случаях, как правило, разрабатывается местная сетка с нестандартной зоной. С этой целью зона устья скважины либо удлиняется на несколько километров для охвата местоположения проектного забоя, либо ее центр смещается на 3° к границе, что порой выполняется в системе УППМ.

 

ПЕРЕВОД УКАЗАНИЙ АЗИМУТА ИЗ ОДНОЙ СИСТЕМЫ В ДРУГУЮ

Большинство проектов скважин разрабатываются с использованием систем прямоугольных координат, определяемых по УППМ или местной системе координат. Таким образом, направление от устья к проектному забою определяется относительного координатного севера. Поскольку инклинометрия производится с использованием датчиков, показывающих направление магнитного или географического севера, требуется перевод координат из одной системы в другую.

Поправка на магнитное склонение. Для перевода указаний азимута из системы магнитного севера в систему географического севера и наоборот вводится поправка на магнитное склонение. Величина поправки на магнитное склонение представляет собой угол между горизонтальной составляющей линий магнитного поля Земли и линиями долготы. Если магнитный север смещен к западу относительно географического севера, то магнитное склонение является западным, а если на восток, то восточным (см. рис. 2, 12 и 13).

Величина магнитного отклонения зависит от времени и места. Данные величины должны ежегодно пересчитываться. Эти величины и коэффициенты их изменения можно найти в «Картах изменения магнитного склонения для земного шара» или «Картах изогон», выпускаемых ведущими мировыми гидрографическими учреждениями раз в пять лет (1970 г., 1975 г., 1980 г. и т. д.). Для определения фактических величин местного магнитного склонения также выпускается соответствующее программное обеспечение. Для получения сверхточных результатов величина магнитного склонения должна подтверждаться топографическим органом или измеряться с учетом магнитного перехода.

Результаты измерения магнитного склонения должны регистрироваться с указанием даты измерений. Величины магнитного склонения, измеренные по месту, должны вноситься в проект строительства скважины с точностью ±0,1°.

Угол поправки на систему координат. Угол поправки на систему координат позволяет преобразовывать величину азимута системы географического севера в величину для указанной системы координат. Угол поправки представляет собой угол между меридианами и северными указаниями системы координат в конкретной точке. Величина угла поправки зависит от местоположения точки в системе прямоугольных координат и ее широты. Чем ближе точка к центральному меридиану системы сетки и экватору, тем меньше угол поправки.

Определение угла поправки на прямоугольные координаты или угла схождения требует проведения специальных математических расчетов в зависимости от типа проекции изогнутой поверхности Земли на плоскую поверхность системы прямоугольных координат. В настоящее время для введения поправки в равноугольные проекции Меркатора и Ламберта используется пакет ПО Eastman Christensen. Согласно выбранному правилу знаков координатный север определяется в х градусах восточного или западного смещения относительно географического севера. Например, при переводе географических координат 30° 00' 00” северной широты 95° 00' 00” западной долготы в координаты УППМ (с использованием Международного эллипсоида Хейфорда (1924)) компьютерная программа выдаст следующие результаты:

Координаты УППМ:

Полушарие = северное

Зона = 15

Северное указание = 3320517,348

Восточное указание = 307077,096

Схождение меридианов — 1° 0' 0”З

В данном списке указана величина схождения меридианов 1° 00” 00”З. Величина схождения меридианов, определенная ПО расчета наклонно-направленных скважин Eastman Christensen³, показывает угол в градусах между географическим севером и координатным севером УППМ. Как сказано выше, координатный север УППМ определяется в х градусах восточного или западного смещения относительно географического севера. При работе с УППМ направление между двумя координатами УППМ рассчитывается относительно координатного севера. Для перевода указания направления координатного севера по УППМ в систему географического севера данное указание должно быть скорректировано поправкой на схождение меридианов. Данное правило знаков не всегда одинаково в различных ситуациях, поэтому оно должно быть разъяснено и понято до начало операций бурения (рис. 3, 12 и 13).

Перевод величин из одной системы в другую. Для перевода значений из одной системы в другую необходимо прибавить к ним или вычесть точно рассчитанные углы магнитного склонения и схождения меридианов. Несмотря на кажущуюся простоту, непонимание связи данных двух систем может привести к ошибкам в расчетах проектного забоя. Для исключения таких ошибок в состав всех карт и таблиц результатов инклинометрии должны входить полярные диаграммы магнитного склонения/схождения меридианов. Для этого необходимо выполнить следующее:

1. Перевести квадрантные указания/указания направления по компасу, включая величины магнитного склонения и схождения меридианов, в азимутальную систему (0-360 град.).

2. Построить полярную диаграмму с географическим севером в азимуте 0 град. (12 часов).

3. Нарисовать стрелку указания направления на магнитный север с произвольным углом смещения на восток или запад относительно географического севера и указанием угла магнитного склонения (восточное склонение — смещение к востоку от ГС, западное склонение — смещение к западу).

4. Нарисовать стрелку указания направления координатного севера с произвольным смещением на восток или запад относительно географического севера и указанием угла схождения меридианов (при этом необходимо уточнить правило знаков для используемой величины схождения меридианов — например, введение угла западного схождения приводит к смещению координатного севера к западу или востоку относительно географического севера).

5. Нарисовать стрелку восточного направления (азимут 90 град.) для точки отсчета азимута произвольного ствола.

6. Указать величины азимута для каждой системы.

Азимут географического севера — 90°, магнитный азимут — 90° +/- магнитное склонение, координатный азимут — 90° +/- схождение меридианов. При наличии вышеуказанной информации гораздо проще определить, что нужно сделать (прибавить или вычесть) с углом магнитного склонения и (или) схождения меридианов при переводе указаний из одной системы в другую.

В примере 1 (рис. 12) показан график взаимного расположения систем при угле схождения меридианов 3,0°З и угле магнитного склонения 5,0°В. На графике произвольно выбранный азимут для системы географического севера составляет 90,0°, что соответствует 93,0° для координатного севера и 85,0° для магнитного севера. Для перевода азимута МС в азимут ГС к указанию азимута МС необходимо добавить угол 5,0°. В таблице рядом с графиком показаны все возможные варианты полярных диаграмм для перевода указаний из одной системы в другую. В этом случае в таблице результатов инклинометрии в разделе по системе отсчета азимута должны указываться следующие величины: 1) Координатный север — 3,0° (против часовой стрелки) на запад от ГС; 2) магнитный север — 5,0° (по часовой стрелке) на восток от ГС и 8,0°(по часовой стрелке) на восток от КС (декабрь 1987 г.); и 3) результаты указаны для координатного севера. В примере 2 (рис. 13) показан график взаимного расположения систем при угле схождения меридианов 3,0°В и угле магнитного склонения 8,0°В.

ОБМЕН ИНФОРМАЦИЕЙ

Для исключения ошибок при переводе величин из одной системы в другую необходимо обеспечить точность информации, передаваемой в письменной и устной форме. Ответственность за точность информации может, как правило, возлагаться на 2‑3 группы персонала в зависимости от организационной структуры и сложности проекта.

Первая группа, как правило, включает сейсморазведочные партии, геофизические и геологические службы, ответственные за разработку структурных карт и выбор проектных забоев с использованием общей системы координат. Вторая группа может включать геодезические/гидрографические партии, сервисные компании по геологоразведке, технологиям бурения и наклонно-направленному бурению, которые могут нести ответственности за разработку планов скважин от выбранных точек на поверхности к намечаемым проектным горизонтам. На данном этапе должны определяться и сверяться углы схождения меридианов и магнитного склонения с их последующим внесением в карты прогнозирования и бурения наклонно-направленных скважин в виде полярной диаграммы схождения меридианов. Перед началом работ все группы должны ознакомиться и согласиться с расчетами.

Последняя группа может включать руководителей групп технологии бурения, бурового персонала и специалистов по бурению наклонно-направленных скважин, ответственных за бурение скважины к намеченному проектному забою. Большинство ошибок и неточное понимание информации наиболее характерны для данного этапа. Не следует быть полностью уверенным, что рабочий на буровой точно поймет полученную письменную информацию. При необходимости на буровой площадке должны проводиться совещания для обеспечения понимания всеми сторонами систем отсчета азимута, а также величин и направлений необходимых поправок, указанных на картах.

 

ВЫВОДЫ

Выполнение скважины по ошибочной траектории по какой-либо причине может привести к существенным невозвратимым финансовым потерям, что особенно непростительно, если это вызвано ошибками в определении поправки на систему отсчета азимута. Подобных ошибок можно избежать за счет организации следующих мероприятий:

¡ ОБУЧЕНИЕ ответственного персонала по основным системам координат, методам расчета и применения углов поправки на магнитное склонение и схождение меридианов и применению полярных диаграмм схождения меридианов.

¡ ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ, как письменной, так и устной, по системам отсчета азимута и поправочным углам для перевода указаний из одной системы в другую геофизической службой всем ответственным сторонам (геологическим партиям, службам технологии бурения, буровым бригадам, подрядчикам по бурению наклонно-направленных скважин).

¡ УПРАВЛЕНИЕ РАБОТАМИ НА ВЫСОКОМ ПРОФЕССИОНАЛЬНОМ УРОВНЕ руководством службы технологии бурения, буровых операций, начальниками буровых установок и подрядчиками по бурению наклонно-направленных скважин.

 

СОКРАЩЕНИЯ

КС Координатный север

МС Магнитный север

ГС Географический север

УППМ Система координат в Универсальной поперечной проекции Меркатора

x, y Экваториальная полуось Земли

z Полярная полуось Земли

СПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1. Синдер, Джон П.: Картографические проекции, используемые Геологическим комитетом США, Правительственная типография США, Вашингтон, округ Колумбия, 1982 г., стр. 15

2. Синдер, Джон П.: Картографические проекции, используемые Геологическим комитетом США, Правительственная типография США, Вашингтон, округ Колумбия, 1982 г., стр. 60

3. Джиллан, К. и Водсворт, Д.: Данные систем автоматизации бурения как источник информации о сложных проблемах, «American Oil and Gas Reporter»

 

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Джадсон, Шелдон и Лефт, Дон Л.: Физическая геология, Prentice-Hall Inc., Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси, 1965 г.

2. Малоуни, Элберт С.: Справочник по навигации и пилотированию Даттона, Naval Institue Press, Аннаполис, Мериленд, 1985 г.

3. Синдер, Джон П.: Картографические проекции, используемые Геологическим комитетом США, Правительственная типография США, Вашингтон, округ Колумбия, 1982 г.

 

 

 

Название		Год		Экваториальная полуось Земли (а), м		Полярная полуось Земли (b), м		Коэффициент сплющенности		Применение
GRS 19802				6 378 137		6 356 752,3		1/298,257		Недавно принят
WCS 723				6 378 135		6 356 750,5		1/298,26		НАСА
Австралийский				6 378 160		6 356 774,7		1/298,25		Австралия
Красовского				6 378 245		6 356 863,0		1/298,25		СССР
Международный				6 378 388		6 356 911,9		1/297		Остальные страны
Хейфорда				6 378 388		6 356 911,9		1/297		Остальные страны
Кларка				6 378 249,1		6 356 514,9		1/293,46		Большая часть Африки, Франция
Кларка				6 378 206,4		6 356 583,8		1/294,98		Северная Америка, Филиппины
Эйри				6 377 563,4		6 356 256,9		1/299,32		Великобритания
Басселя				6 377 397,2		6 356 079,0		1/299,15		Центральная Европа, Чили, Индонезия
Эверест				6 377 276,3		6 356 075,4		1/300,80		Индия, Мьянма, Пакистан, Афганистан, Таиланд и пр.

 

ТАБЛИЦА 1
Некоторые официально принятые эллипсоиды, используемые в мире

 

Наименование	СТАНДАРТНЫЕ ПАРАЛЛЕЛИ	ТОЧКА НАЧАЛА ОТСЧЕТА
			Долгота	Широта
Север	31° 10'С	32° 40'С	92° 30'З	30° 40'С
Юг	29° 18'	30° 42'	91° 20'	28° 40'
Открытое море	26° 10'	27° 50'	91° 20'	25° 40'

 

ТАБЛИЦА 2
Зоны штата Луизиана, США, по равноугольной конической проекции Ламберта

 

 

 

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
РИС. 1

 

 

 

УГОЛ МАГНИТНОГО СКЛОНЕНИЯ РИС. 2

КООРДИНАТНЫЙ СЕВЕР И ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ СЕВЕР РИС. 3

 

С

Ю

 

ШИРОТА И ДОЛГОТА
РИС. 4

 

СПЛЮЩЕННОСТЬ ЗЕМЛИ В РЕЗУЛЬТАТЕ ВРАЩЕНИЯ РИС. 5	ПОПЕРЕЧНАЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ КАРТОГРАФИЧЕСКАЯ ПРОЕКЦИЯ РИС. 6

 

 

НОРМАЛЬНАЯ КОНИЧЕСКАЯ КАРТОГРАФИЧЕСКАЯ ПРОЕКЦИЯ РИС. 7	ПОЛЯРНАЯ АЗИМУТАЛЬНАЯ КАРТОГРАФИЧЕСКАЯ ПРОЕКЦИЯ РИС. 8

 

ПОПЕРЕЧНАЯ ПРОЕКЦИЯ МЕРКАТОРА
РИС. 9

 

(приблизительно 600 000 м по экватору) ЗОНА УППМ РИС. 10
	РАВНОУГОЛЬНАЯ КОНИЧЕСКАЯ КАРТОГРАФИЧЕСКАЯ ПРОЕКЦИЯ ЛАМБЕРТА РИС. 11

 

		Схождение меридианов 3°З Магнитное склонение 5°В
	Азимут ствола скважины
В Из	ГС	КС	МС
ГС			-5
КС	-3		-8
МС

ПРИМЕР 1
ПОЛЯРНАЯ ДИАГРАММА ДЛЯ ПЕРЕВОДА ВЕЛИЧИН СХОЖДЕНИЯ МЕРИДИАНОВ/МАГНИТНОГО СКЛОНЕНИЯ
РИС. 12

 

		Схождение меридианов 3°В Магнитное склонение 8°В
	Азимут ствола скважины
В Из	ГС	КС	МС
ГС		-3	-8
КС			-5
МС

ПРИМЕР 2
ПОЛЯРНАЯ ДИАГРАММА ДЛЯ ПЕРЕВОДА ВЕЛИЧИН СХОЖДЕНИЯ МЕРИДИАНОВ/МАГНИТНОГО СКЛОНЕНИЯ
РИС. 13

^[1] Список справочной литературы и иллюстрации приведены в конце документа.