Андрей Владимирович Воробьев, д-р техн. наук, доцент, профессор Академии наук Республики Башкортостан, старший научный сотрудник
119296, Москва, ул. Молодежная, д. 3
Andrei V. Vorobev, D. Sc. (Engineering), Associate Professor, Professor of the Academy of Sciences of the Republic of Bashkortostan, Senior Researcher
119296, Moscow, Molodezhnaya st., 3
Гульнара Равилевна Воробьева, д-р техн. наук, доцент, профессор кафедры вычислительной математики и кибернетики
450076, Уфа, ул. К. Маркса, д. 12
Gulnara R. Vorobeva, D. Sc. (Engineering), Associate Professor, Professor of Computational Mathematics and Cybernetics Department
450076, Ufa, K. Marx st., 12
Эффективность наклонно-направленного бурения в Арктической зоне Российской Федерации критически зависит от точности магнитных инклинометров. Помимо колебаний напряжения и температуры, значительное влияние на метрологические характеристики магнитных инклинометров во время геомагнитных суббурь оказывают ионосферные токи, вызванные взаимодействием солнечного ветра с магнитосферой Земли. Суперпозиция этих факторов существенно увеличивает дополнительные погрешности магнитных инклинометров и, соответственно, погрешности определения траектории скважины. Показано, что существующие методы компенсации дополнительных погрешностей магнитных инклинометров носят реактивный характер, а проактивные подходы к оценке рисков возникновения данных погрешностей разработаны недостаточно. Предложен статистический подход к вероятностной оценке рисков возникновения экстремальных значений дополнительных погрешностей магнитных инклинометров в высокоширотных регионах. На основе анализа данных магнитных обсерваторий за периодмаксимума 24-го солнечного цикла установлено, что распределения дополнительных погрешностей измерения магнитного склонения и наклонения с помощью магнитных инклинометров подчиняются логнормальному закону. Выявлено, что тяжёлые хвосты этих распределений (до 19 % выборки) достоверно описываются обобщённым распределением Парето, что свидетельствует о высоком риске экстремальных событий. Вероятности превышения допустимых погрешностей измерения магнитными инклинометрами азимутальных и зенитных углов составляют около 6,3 % и 0,81 % соответственно. Такие вероятности указывают на высокий риск возникновения экстремальных значений погрешностей магнитных инклинометров, неприемлемый при проведении дорогостоящих буровых работ. Полученные результаты позволяют создавать карты рисков с возможностью их последующей интеграции в системы поддержки принятия решений при планировании буровых работ. Это минимизирует экономические потери и аварийные риски за счёт заблаговременного прогнозирования периодов, когда использование магнитных инклинометров сопряжено с повышенной вероятностью возникновения неприемлемых погрешностей. Предложенный статистический подход позволяет оценить риски возникновения экстремальных погрешностей магнитных инклинометров без необходимости развёртывания дорогостоящей сети вариационных станций в непосредственной близости от буровых объектов, что особенно актуально для удалённых регионов Арктики.
The efficiency of directional drilling in the Russian Arctic critically depends on the accuracy of magnetic inclinometers. In addition to voltage fluctuations and temperature variations, the metrological characteristics are significantly affected by ionospheric currents during geomagnetic substorms. The superposition of these factors leads to substantial errors in wellbore trajectory determination. Existing compensation methods are predominantly reactive, while proactive risk assessment approaches remain underdeveloped. This paper proposes a statistical framework for the probabilistic assessment of extreme error risks in magnetic inclinometers operating in high-latitude regions. Based on the analysis of magnetic observatory data from the maximum of the 24th solar cycle, it was established that the distributions of magnetic declination and inclination measurement errors follow a lognormal law. It was revealed that the heavy tails of the distributions (up to 19 % of the sample) are accurately described by a Generalized Pareto Distribution, indicating a high risk of extreme events. The probability of exceeding the permissible error threshold is ~6.3 % for azimuthal and ~0.81 % for zenith angles, which is unacceptable for managing the costly drilling process. The obtained results enable the creation of risk maps for integration into decision-support systems when planning drilling operations. This will minimize economic losses and mitigate emergency risks by enabling the advance prediction of periods when the use of magnetic inclinometers is associated with an increased probability of unacceptable errors.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.