Планирование бурения
На стадии планирования, NPL предполагала, что это будет трудный проект. И это не из-за грунта, состоящего из песка и глины, которые большинство буровиков оценило бы как «хорошо», а из-за требуемой глубины и наличия экстремальных помех. Курт Эберли (Kurt Eberly), начальник участка ГНБ, планировал использовать проводную систему наведения – типичное решение для таких проектов. Решение использовать проводную систему, было также обусловлено проверкой дальности системы DigiTrak F5, которая состоялась за несколько недель до начала работ. Такая проверка крайне важна для того, чтобы иметь представление о производительности приёмника в условиях сильных помех.
NPL принесла на место самой глубокой точки бурения один из своих классических приёмников F5 и двухчастотный зонд. Для проверки, они удаляли зонд от приёмника, чтобы имитировать углубление зонда во время бурения. Были проверены обе частоты зонда (12 и 19 кГц), и на обеих частотах положение по часам и продольный угол наклона пропали с экрана приёмника при удалении на 12 футов (3,6 м). Помехи на объекте серьезно уменьшили возможности системы по сравнению с результатом в 64 футов (19,8 м), получаемым в условиях без помех. 12 футов (3,6 м) – это намного меньше, чем проектная глубина в 28 футов (8,5 м). Причинами серьезных помех явились надземные линии электропередач, подземные коммуникации и светофорный контур на перекрестке.
Основные источники сильных помех: мощные линии электропередач, различные подземные коммуникации и светофорный контур.
Помехи
В контексте локационных систем для ГНБ, помехи (интерференция) делятся на активные и пассивные. Активные помехи часто определяют, как то, что излучает или генерирует собственное магнитное поле. В то время как пассивные помехи – это то, что поглощает или искажает магнитное поле. На нашем проекте именно активные помехи оказались основным препятствием.
Источники активных помех излучают сигнал, который накладывается на сигнал зонда, и уменьшает возможности приёмника получать сигнал от зонда с достаточной точностью. Результатом воздействия активных помех также является нестабильная сила сигнала и искажение результатов определения глубины (приёмник может определять значение глубины меньше, чем оно есть на самом деле), потеря данных о продольном угле наклона и о положении по часам, и неточная калибровка приёмника (которая может привести к ошибкам определения глубины).
Имея дело с интерференцией
Существует три основных способа для борьбы с помехами. Первый способ – это постараться разделить источник помех и приёмник. Например, переместить приёмник на другую сторону буровой трассы, где, возможно, приём сигнала окажется стабильней. Данный метод не мог привести к положительным результатам на перекрестке бульвара Индианаполис и Ридж роад, так как во время проверки данные пропадали на сравнительно небольшом расстоянии в 12 футов (3,6 м).
Второй способ – это использовать различные частоты. Успешность применения альтернативной частоты зависит в первую очередь от того, на сколько близки частоты источника помех и зонда. На рассматриваемом проекте, на двух из пяти возможных частот приёмника F5, диапазон оказался значительно меньше требуемого.
Третий метод – это использовать более мощный зонд. В этом случае мы предполагаем, что сигнал более мощного зонда способен преодолеть интерференцию и достигнуть приёмника. Возможности увеличения мощности зонда ограничены размером и конструкцией зонда и источника питания (аккумулятора). В некоторых случаях, интерференция настолько сильна, что никакое увеличение мощности не помогает преодолеть её.
Помимо трех основных методов, существует «экстремальный» вариант применения проводной системы наведения, которая передает данные по кабелю. Таким образом, активные помехи не могут помешать. Но данный вариант дороже и требует больше времени, потому что необходимо выполнять прокладку и соединение провода для каждой штанги, а это дополнительное время и десятки потенциальных обрывов провода во время пилотного бурения.
Использование Falcon F5 убедило начальника участка, что пилотное бурение может быть выполнено с помощью беспроводной локационной системы.
“Экономия в тысячи долларов – система окупилась за счет того, что не требовала прокладки кабеля”
Технология Falcon
В начале 2016 года, Digital Control Incorporated представила новую технологию Falcon, предназначенную для борьбы с активными помехами. Технология Falcon позволяет пользователям измерять активные помехи на строительной площадке, определять один или несколько оптимальных диапазонов со множеством частот, и записывать диапазоны на зонд. Одним словом, Falcon адаптируется к различным параметрам интерференции на каждой строительной площадке, что не представляется возможным с системами, которые используют одну или несколько дискретных частот.
Спектр частот, используемых технологией Falcon, от 9 до 45 кГц разделен на 8 диапазонов, 4,5 кГц каждый, и охватывает большинство дискретных частот, используемых в современных беспроводных локационных системах. Каждый диапазон нумеруется округленной средней частотой диапазона: 11, 16, 20, 25, 29, 34, 38 и 43. Данный подход делает общение, связанное с частотами, более удобным.
Пользователь выбирает какие диапазоны частот использовать, основываясь на результатах оптимизатора частот на приёмнике (как правило необходимо выбирать диапазоны, на которых уровень активных помех наименьший; исключением является присутствие пассивных помех, например, арматуры). В пределах выбранного диапазона система использует несколько конкретных частот для данной строительной площадки. Локационные системы Falcon F2® и Falcon F5® позволяют оператору выбрать два оптимизированных диапазона, при этом второй диапазон может быть оптимизирован и выбран для использования на другом участке трассы с другими помехами. Оператору следует провести оптимизацию и выбрать первый диапазон, который будет использоваться на большей длине трассы, а второй в зоне с высокими помехами, чтобы успешно пройти её.
Проверка активных помех с помощью системы Falcon F2
Как только технология Falcon стала доступна, Курт Эберли (Kurt Eberly) связался с Джулианом Перез (Julian Perez), менеджером Digital Control по Среднему Западу США, и Мэттом Линдом (Matt Lind), менеджером Вермеер в Иллинойс, чтобы выяснить, в чём же новая технология превосходит системы, которые имеются в распоряжении Курта. Завершение работы с использованием беспроводной системы означает сокращение стоимости работ и времени в сравнении с проводной системой наведения.
Мэтт привез систему Falcon F2 и, после включения оптимизатора частот, прошел со сканером оптимизатора все 1000 футов (305 м) предполагаемой трассы для выявления помех. Стало ясно, что на перекрестке с запланированной глубиной 28 футов (8,5 м) были самые сильные помехи.
Одно из требований проекта заказчика было документирование пилотной скважины, которое было необходимо предъявить до начала обратной протяжки. Это требовало использовать систему Falcon F5, так как одна из её стандартных функций – это функция LWD (журнал записи бурения), позволяющая документировать данные бурения. Хотя проверка дальности действия над землей показала хорошие результаты, NPL на всякий случай держала проводную систему наведения наготове.
Бурение пилотной скважины
На перекрестке, в месте самых сильных помех, Мэтт запустил оптимизатор частот (FO) на приёмнике Falcon F5, чтобы определить лучшие частоты для этого места. Оптимизатор показал, что лучшие частоты для преодоления интерференции находятся не рядом с 12 или 19 кГц (тестируемыми на классической системе F5), а в диапазоне 40,5 – 45 кГц (диапазон 43). Проверка дальности над землей показала результат в 42 фута (12,8 м) (в сравнении с 12 футами (3,5 м) при использовании классической системы F5). Такой тест убедил Курта, что данное пилотное бурение может быть завершено с помощью беспроводной системы.
Мэтт выполнил вторую оптимизацию в другой точке по трассе, где высокие помехи создавались высоковольтными проводами и подземными коммуникациями. Тест дальности над землей показал, что качество сигнала более чем достаточно на диапазоне 34 при проектной глубине в 21 фут (6,4 м). После оптимизации обоих диапазонов, Мэтт выполнил сопряжение приёмника и зонда по инфракрасному порту, в процессе которого, всего за несколько секунд, данные об оптимизированных диапазонах были переданы с приёмника на зонд.
Бурить пилотную скважину начали в 8 утра, 20 апреля, используя установку Vermeer D330x500 и локационную систему DigiTrak Falcon F5. Через 13 часов работа была сделана. Вероятность потери данных о продольном угле наклона и о положении по часам вызывала основное беспокойство, так как данные точного угла наклона каждой штанги были необходимы для плана бурения, но все испытания над землей были точные, и как результат – на протяжении всего пути бурения приём данных о положении зонда был стабильный.
Пилотная скважина была записана с помощью функции LWD на приёмнике Falcon F5, и в течение нескольких минут после завершения, файл LWD, содержащий профиль скважины и детали каждой штанги, был выслан заказчику для получения разрешения на выполнение обратной протяжки.
В связи с успешным завершением этого сложного бурения с помощью беспроводной локационной системы Falcon F5, NPL и дальше использовала систему Falcon для бурения трех других скважин, для которых в прошлом использование беспроводной системы даже не рассматривалось. На одной скважине NPL использовала ещё более мощный 19” зонд, производительность которого на 30% больше, чем у стандартного 15” зонда, возможности которого уже впечатляющи. Радиус действия стандартного 15” зонда – до 30 метров (100 футов).
Будущее ГНБ
Поскольку указанные в спецификации параметры по диапазону глубины определяются в идеальных условиях, и реальные возможности локационной системы по радиусу действия, могут быть меньше из-за наличия помех на рабочей площадке, возможность системы выбирать частоты, которые лучше всего работают с помехами на конкретной рабочей площадке, становится одним из важнейших преимуществ Falcon по сравнению с другими системами. Благодаря уникальному методу сканирования интерференции и выбора нескольких оптимальных частот для каждой площадки, локационная система Falcon имеет больше шансов успешно справиться с работой, чем любая другая система.
По словам Курта, компания NPL сэкономила около 5 дней, так как не нужно было устанавливать сетку для проводной системы наведения. Во время пилотного бурения было сэкономлено дополнительное время, так как не нужно было протягивать и соединять провода внутри каждой штанги. «Экономия в тысячи долларов – система окупилась за счет того, что не требовала прокладки кабеля», - сказал Курт после завершения проекта. Курт заинтригован тем, как проявит себя Falcon на предстоящих тяжелейших проектах – и правильно!
Благодарим Норсерн Пайплайн (Northern Pipeline (NPL)) за отзыв о локации Digitrak Falcon F5
Технологии не стоят на месте и мы видим уже новое поколение локаций не имеющих аналогов в мире!
Шагайте в ногу со временем и обновляйте свои системы локации до технологии Falcon по специальной программе Upgrade (обновление).
Об авторах:
Эрик Мюнч (Eric Muench) – возглавляет свою собственную писательскую компанию и написал десятки статей в различных областях за свою 24-летнюю карьеру. Сейчас, как старший технический писатель и редактор в DCI, он смакует разнообразную и изысканную смесь из стали, пульпы и печатных плат, находясь в раю для технического писателя.
Джулиан Перез (Julian Perez) – менеджер в компании Digital Control Inc. по Среднему Западу США и Латинской Америки. Начал свою деятельность в компании в 1998 году и имеет опыт в области ГНБ более 18 лет. Он проживает в Индианаполисе, откуда закрывает регион Среднего Запада последние 9 лет.