[发明专利]一种角度位置测量方法及系统

权利要求书

1.一种钻具角度位置测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

实时采集井下工况信息，其中所述工况信息包括泥浆流量信息以及钻具所在位置的地磁场信息和重力场信息；

基于所述泥浆流量信息以及根据钻具所在位置的地磁场信息或重力场信息所确定的旋转速度来判断钻具是否处于静止的状态；

当钻具静止时，基于钻具所在位置的地磁场信息或重力场信息计算此时的井斜、钻具的静态重力工具面和静态磁工具面，并基于井斜的大小将基准工具面确定为静态重力工具面或者静态磁工具面；

当钻具运动时，基于实时采集的地磁场信息来计算磁工具面的变化量；

将所确定的基准工具面与所述磁工具面的变化量叠加计算得到钻具的动态重力工具面从而确定钻具的角度位置。

2.如权利要求1所述的钻具角度位置测量方法，其特征在于，当井斜角大于交越角时，将所述基准工具面确定为重力工具面，当井斜角小于交越角时，将所述基准工具面确定为磁工具面。

3.如权利要求1所述的钻具角度位置测量方法，其特征在于，所采集的地磁场信息和重力场信息包括相互正交的加速度模拟分量和相互正交的磁场模拟分量，其中所述加速度模拟分量包括沿钻具短节轴向的分量和径向分量，所述磁场模拟分量包括沿钻具短节轴向的分量和径向分量。

4.如权利要求3所述的钻具角度位置测量方法，其特征在于，在获取钻具的地磁场信息的同时还获取重力场信息，在一定时间范围内，如果所述重力场信息中的径向分量有变化，而所述地磁场信息中的径向分量没有变化，则不计算所述钻具的动态重力工具面，并向其他井下系统发出警告信号。

5.如权利要求3所述的钻具角度位置测量方法，其特征在于，对两个正交的磁场模拟分量进行正弦或余弦拟合，如果拟合后的结果与正弦关系或者余弦关系具有超过预定范围的偏差，则不计算所述钻具的动态重力工具面，并向其他井下系统发出有磁干扰的报警信号。

6.如权利要求1-5中任一项所述的钻具角度位置测量方法，其特征在于，实时监测钻具是否处于静止的状态，一旦静止便进行基准工具面的修正。

7.如权利要求1-5中任一项所述的钻具角度位置测量方法，其特征在于，在预定的重力工具面位置时，产生指示信号以指示钻具的工具面扇区位置或根据该指示信号向井下其他系统发出驱动控制信号。

8.一种钻具角度位置测量系统，其特征在于，包括：

流量开关传感器，安装于钻具的短节上，随钻具一同深入井下，用于获取井下泥浆流量的信息；

加速度传感器，固定安装于钻具的短节上，用于获取钻具的重力场信息；

磁通门传感器，固定安装于钻具的短节上，用于获取钻具的地磁场信息；

数据采集单元，其用于实时采集井下工况信息，其中所述工况信息包括泥浆流量信息以及钻具所在位置的地磁场信息和重力场信息；

控制器，其与所述数据采集单元连接，其中，

其用于基于所述泥浆流量信息以及根据钻具所在位置的地磁场信息或重力场信息所确定的旋转速度来判断钻具是否处于静止的状态；当钻具静止时，基于钻具所在位置的地磁场信息或重力场信息计算此时的井斜、钻具的静态重力工具面和静态磁工具面，并基于井斜的大小将基准工具面确定为静态重力工具面或者静态磁工具面；当钻具运动时，基于实时采集的地磁场信息来计算磁工具面的变化量；将所确定的基准工具面与所述磁工具面的变化量叠加计算得到钻具的动态重力工具面从而确定钻具的角度位置。

9.如权利要求8所述的钻具角度位置测量系统，其特征在于，还包括过零比较器，其用于将过零脉冲信号传送给所述控制器，并由其对旋转时的连续过零脉冲信号进行计数从而计算得到钻具的转速。

10.如权利要求8所述的钻具角度位置测量系统，其特征在于，还包括通讯单元，其用于将控制器输出的钻具角度位置或指示钻具到达预定工具面的信息实时传送给其他井下系统。

11.如权利要求8所述的钻具角度位置测量系统，其特征在于，三个轴向正交的加速度传感器和两个轴向正交的磁通门传感器均安装于钻具短节上，使得所述加速度传感器的一个轴的方向与钻具短节的纵向轴线重合或者平行，而所述磁通门传感器的两个轴向与钻具短节的纵向轴线正交。