[发明专利]单轴光纤陀螺在油井测斜中的三位置补偿算法

说明书

技术领域

本发明涉及单轴光纤陀螺测斜仪在油井测斜中的三位置补偿计算方法，属于石油测井技术应用领域。

背景技术

陀螺测斜仪是用于油井、矿山、隧道等轨迹测量的一种常用仪器。石油测井方面，随着易开采石油资源的日益枯竭，在小块零散油层和大位移井、大斜度井、丛式井和水平井的勘探与开发中需要精度更高、使用上更加可靠的井迹测试定向仪器。这类测试的意义在于重新认识区块，为注采井网重新调整提供可靠依据；帮助油藏挖掘剩余油潜力，为实施增产措施提供参考依据，如校正井位，落实剩余油分布、重新落实油砂体边界、重新认识油藏构造等；减少无效投资，降低油田开发成本。

现有的油井测斜的仪器主要有磁通门测斜仪、机械陀螺和单轴光纤陀螺测斜仪等。传统的磁通门测斜仪本身易受地质的周围铁磁物质环境的影响，只能在无磁环境中使用本身易。传统的机械陀螺抗震性差、漂移大，极容易损坏。而单轴光纤陀螺无机械活动部件，由电子元器件构成，具有抗震性高、不受磁性干扰、自动寻北、无机械磨损等优点，已成为目前油井测斜中的主流技术手段。

单轴光纤陀螺测斜仪的核心传感器是单轴光纤陀螺元件和重力加速度元件。单轴光纤陀螺测斜仪不依靠大地磁场来确定方位，这种测斜仪确定钻孔方位的原理是检测地球自转角速度在仪器坐标和钻孔方向上的分量，再经过复杂的计算得到钻孔的方位角。地球自转的角速度非常小，平时我们看到的钟的时针运动的角速度已经很小了，但时针运动的角速度比地球自转的角速度却还快两倍，可见要测量地球自转的角速度，要求单轴光纤陀螺的精度会是多么的高。

国内单轴光纤陀螺测斜仪常用的方式一种是采用双轴双单轴加速度计对转俩位置实现井迹测试，一种是采用单轴双单轴加速度计对转四位置实现井迹测试。国内外的单轴光纤陀螺最高工作温度不超过70℃，油井中温度很多超过125℃，最高可达175℃，为了满足环境温度要求，这就需要给单轴光纤陀螺增加保温瓶。同时单轴光纤陀螺的精度和灵敏阈值都需要绕制的光纤环的光纤达到一定长度，否则无法满足使用要求。石油测井由于管径的限制，仪器直径都有严格限制。双轴双单轴加速度计单轴光纤陀螺测斜仪直径达到Φ70以上，而油管的直径一般为Φ62，因此双轴双单轴加速度计单轴光纤陀螺测斜仪只能用于套管井测试而无法用于油管的轨迹测试，同时双轴单轴光纤陀螺需要双光源，其发热量也很大，对保温瓶的要求更加严格，井下高温环境下的工作时间也会受到限制。单轴双单轴加速度计单轴光纤陀螺测斜仪在国内都采用四位置对转方式测量，分别在0°、90°、180°、270°进行测量，在270°测试完成后，再与测试转位方向相反回到0°进行下次测试，单点测试时间达到5分钟以上，不仅效率低下，也对高温环境下的保温提出要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种单轴光纤陀螺在油井测斜中的三位置补偿算法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明采用单轴光纤陀螺和单轴加速度计组成单轴光纤陀螺测斜仪，单轴光纤陀螺与单轴加速度计与转位机构的机械连接采用滑环，每一个测点只需要三位置即能计算出方位和井斜，不需要回零，可以一直按照一个方向进行转位，即按0°、90°、180°、270°、360°进行周而复始的运转，而计算时所需的位置点数据只有三个，从而大大节省了仪器成本和测试时间，也意味仪器可在井下工作更长时间，其发热量也比其它两种方式要小。三位置转位能成功应用的基础是其核心算法，通过对转位误差和安装误差进行补偿来得到单轴光纤陀螺单轴加速度计的输出值。

在测井过程中，传统的点测单轴光纤陀螺测斜仪中都是在安装了一个单轴光纤陀螺和两个单轴加速度计的情况下，通过转位电机转动四个位置分别记录这四个位置单轴光纤陀螺和单轴加速度计的输出值来计算油井的斜度和方位。本发明的三位置测试每个点的转位电机仅需要带动单轴光纤陀螺单轴加速度计转动两次记录三个位置的输出值，测试两个点转位电机刚好转动四次重新回零，可循环测试。三位置测试单轴光纤陀螺单轴加速度计转位相比四位置(需要每次回零位)减少两次，单点测试时间节约一半。

测得的三位置单轴光纤陀螺单轴加速度计的输出值，采用对其值进行转位电机在转位过程中的转位误差补偿、单轴光纤陀螺和单轴加速度计之间的安装误差补偿来计算，消除单轴光纤陀螺和单轴加速度计的时间漂移。转位电机转位过程中，利用光电编码进行脉冲计数，利用PWM技术精确控制转位的角度，同时在标定过程中进行转位误差角与脉冲计数误差值的精确补偿。安装误差角通过光电脉冲信号进行初始对准，再通过转台标定进行补偿。