[发明专利]一种井下多传感器测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种井下多传感器测量系统，包括支撑骨架和设置在支撑骨架内的至少一个三轴加速度计、至少两个三轴磁通门，以及与三轴加速度计和三轴磁通门连接的数据采集处理模块，支撑骨架采用非磁性材料成，数据采集处理模块包括滤波电路、信号采集电路、信号处理电路，其中，至少一个三轴磁通门的Z轴与其它的三轴磁通门的Z轴方向不一致，且夹角不等于0°、90°、180°和360°，所有三轴磁通门之间保持不能产生相互干扰的间距。同时本发明还给除了井下多传感器测量方法。该发明解决目前井下仪器沿着磁力线工作的时候无法测量仪器的磁性工具面的问题，并且可在静止和旋转状态下测量仪器的磁性工具面。

技术领域：

本发明涉及随钻测斜仪器领域,具体是一种井下多传感器测量系统及方法。

背景技术：

石油定向钻探技术所需的随钻测斜仪器(也称定向测斜仪),称之为MWD(MeasureWhile Drilling)仪器,是一种集钻井、测井、自动控制、新材料等学科为一体的高新技术仪器设备。该仪器可以在使用电缆工具测井很困难甚至不可能的环境下进行测量,目前已成为大斜度井、水平井和小眼井及侧钻多分支井油藏评价的主要手段。可以说随钻测量仪能否实现精确测量已成为定向钻井成功与否的关键因素。

定向测斜仪的测量系统主要由三轴加速度计传感器、三轴磁通门传感器和数据采集处理模块电路组成,如图1所示, 三轴加速度计传感器安装在仪器骨架的X、Y、Z轴坐标方向,同样三轴磁通门传感器也分布在X、Y、Z轴坐标方向,其中X、Y、Z轴坐标方向的定义按规则为:Z轴为井眼中心线方向,X轴垂直于仪器参考面,Y轴与X、Z轴满足右手定则。随钻测斜仪的测量参数为重力工具面角(GTF)、磁性工具面角(MTF)、井斜角(INC)和方位角(AZI)。

随着定向测斜仪在钻井施工方面的大范围应用，现在又遇到了新的难题。受地球磁场（磁力线B）的影响,当钻井施工遇到特殊地层需要进行南北向或东西向施工的时候，恰巧是MWD仪器的磁通门Z轴测量值最大和最小的时候。如东西向时候由于Z轴测量值变为最小，但由于X轴、Y轴正常工作，还可测量仪器的方位和磁工具面，但方位测量不准。而南北向Z轴测量值变为最大，在一定倾角时X、Y轴会变为0。

由磁工具面的计算公式可知，这里的Hx、Hy、Hz、Gx、Gy、Gz分别表示X、Y、Z轴的磁通门和加速度计的测量分量（见图1），当沿着磁力线方向B时，而X和Y轴磁通门由于垂直于磁力线方向，所以测量值为0，使得无法得出仪器的正确磁性工具面，影响了正常钻井施工。所以施工方必须在设计和施工时尽量避免仪器沿磁力线方向，很多情况下会大大增加了施工预算和施工难度。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题,提供一种当井下仪器沿着磁力线工作的时候依然能够测量仪器的磁性工具面，并且可在静止和旋转状态下进行测量仪器的磁性工具面的井下多传感器测量系统及方法，。

为了解决上述问题，本发明提供了一种井下多传感器测量系统：

包括支撑骨架和设置在支撑骨架内的至少一个三轴加速度计、至少两个三轴磁通门，以及与三轴加速度计和三轴磁通门连接的数据采集处理模块，其中，支撑骨架采用非磁性材料成，数据采集处理模块包括滤波电路、信号采集电路、信号处理电路，其改进之处是：至少一个三轴磁通门的Z轴与其它的三轴磁通门的Z轴方向不一致，且夹角不等于0°、90°、180°和360°，所有三轴磁通门之间保持不能产生相互干扰的间距。

按照前述的井下多传感器测量系统的测量方法：

包括同时测量Z轴方向不一致的至少两个三轴磁通门的X、Y轴磁场分量；如果其中任意一个磁通门的X、Y磁场分量为0，则采用其它磁通门的X、Y磁场分量计算磁工具面。

各磁通门的X、Y轴形成的XOY平面存在一定的夹角，且夹角不等于0°、90°、180°和360°。

本发明具有如下效果：