[发明专利]一种空间摆轴偏心位移的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种偏心位移测量方法，特别是一种空间摆轴偏心位移的测量方法。

背景技术

目前，石油钻探已经向水平大位移井、三维多目标井以及高难度定向井等特殊工艺井方向发展，这一形势对导向钻井技术的要求越来越高，传统的滑动钻井技术已不能满足当前的钻井需求。为适应油气开发形势的需要，集机械、电子、液压的旋转导向钻井技术应运而生并逐渐得到广泛应用。与传统滑动钻井技术相比，旋转导向技术具有显著的优势，包括：轨迹控制精度和灵活性高，井身质量和井眼净化好，机械钻速高，钻井效率高，井眼光滑等。

旋转导向钻井系统实现旋转导向的核心是井下旋转导向执行机构，它决定了旋转导向钻井系统的工作特色和工作能力。目前已开发的旋转导向执行机构可分为指向式和推靠式两种，其中指向式旋转导向执行机构通过控制导向芯轴偏置点的偏心位移，使导向芯轴以预定的方向和幅值发生偏置，从而改变钻头的钻进方向，实现导向钻进，由此实现对实钻井眼轨迹的导向控制。因此，研究指向式旋转导向执行机构的性能需要首先进行芯轴偏心位移的测量研究。传统的旋转导向系统芯轴偏心位移测试平台在结构原理方面测试系统复杂，控制方式繁琐；在加工维护方面，零件精度较高，维护费用成本较大；在后期开发方面，测试系统二次开发难度较大，工程应用的扩展能力较差。专利申请号为：201210353358.3的专利申请提出了一种静态指向式旋转导向钻井工具，针对该钻井工具，专利申请号为：201310134388.X的专利申请提出了指向式旋转导向执行机构心轴位移矢量控制系统及方法，但对实际芯轴偏心位移的测量有待于进一步研究。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种操作简单、测量结果准确且便于维护的空间摆轴偏心位移测量方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种空间摆轴偏心位移测量方法，采用以下步骤：

1)选定测量点M

在摆轴上选定测量点M，测量点M与支点N所在截面不重合，在测量点M所在的铅垂面内安装水平位移传感器和竖直位移传感器，使水平位移传感器的探头水平接触摆轴的外圆，使竖直位移传感器的探头铅垂接触摆轴的外圆；

2)建立坐标系并确定初始参数

建立坐标系：

在水平位移传感器和竖直位移传感器所在的铅垂面内，以测量点M初始位置处的摆轴截面圆心为坐标原点O建立一个直角坐标系O-xy，使水平位移传感器位于x轴，竖直位移传感器位于y轴；

确定初始参数：

设摆轴在测量点M处的截面半径为r；设测量点M到支点N的水平距离为a；设摆轴在测量点M处的截面外圆与x轴的交点为A，与y轴的交点为B；设水平位移传感器的初始读数为x₁，竖直位移传感器的初始读数为y₁；

3)确定摆轴摆动后的参数

当摆轴在空间绕其支点N摆动一角度β后，测量点M处的摆轴截面圆心变为O₁(m，n)，摆轴在测量点M处的截面外圆与x轴的交点变为A₁，与y轴交点变为B₁；水平位移传感器的读数为x₂，竖直位移传感器的读数为y₂；测量点M的偏置位移矢量的大小为：

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