[发明专利]近钻头动态井斜测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明主要属于钻井测量领域，具体涉及近钻头动态井斜测量方法及装置。

背景技术

随钻测井和钻井作业中，需要实时测量钻进的轨迹信息，以便于地面操作工程师实时调整钻井速度和方向，按照设定的井眼轨迹完成钻井作业。尤其是在大斜度井、水平井和多分支井等定向作业过程中,井斜角、工具面角和方位角的测量尤其重要。

常规井斜测量系统测点平均长度大于20米，离钻头较远，测量的地层信息相对滞后，对薄油层开发尤其不利，不能及时判断钻具在油层中发生的变化。现阶段发展的方向是将更多的传感器安装在靠近钻头的地方，离钻头越近，获得的地层信息越准确和及时。

井斜测量原理是根据井斜不同而造成重力沿井轴及其垂向方向的分量发生变化来计算得到。通过沿钻具三个轴向X、Y、Z安装三个正交的加速度传感器，根据重力加速度在X、Y、Z轴向的分量Ax、Ay、Az可以计算出井斜角θ：

常规随钻测量技术(Measure While Drilling，MWD)采用静态测量方式，测量时停钻以减少振动、冲击等对测量精度的影响，加速度传感器的输出只是该测点的重力加速度信号。

S_static＝S_g(2)

近钻头动态测量时，加速度传感器输出不仅是重力加速度，还包括仪器转动产生的离心加速度，钻进过程中产生的振动和冲击加速度。动态测量时加速度传感器的输出可表示为：

S_dynamic＝S_g+S_v+S_e+S_s(3)

式中Sg为重力加速度，Sv为振动加速度，Se为离心加速度,Ss为冲击加速度。

为提高动态测量井斜的精度，要求去除振动、冲击和离心加速度的叠加分量，提取出真实反映井斜角的重力加速度分量。

存在的问题在于，常规随钻测量技术MWD采用静态测量方式，测量的时候需要停钻，不能够实时测量钻井的井斜信息，只能采用多点测量值拟合的方式获得井眼轨迹，井场作业效率较低，且拟合后的井眼轨迹与实际钻进轨迹有差别。同时MWD安装于螺杆之上的无磁钻铤内，距离钻头在20米左右，不能够及时获取钻井轨迹信息。近钻头动态测量时，不能有效消除振动、冲击和离心加速度对重力加速度的影响。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种近钻头动态井斜测量方法和装置，实现随钻过程中的动态井斜测量，滤除离心加速度、振动和冲击等对于测量值的影响，满足随钻测井中高精度地质导向的需求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

近钻头动态井斜测量装置，所述装置包括电路板和2n+1个加速度计，其中一个加速度计安装在钻具轴向上并与其他2n个加速度计的安装构成n组三轴正交安装；所述在轴向上安装的加速度计测量Az’，其余加速度计分别测量Ax1，Ax2…Axn和Ay1，Ay2…Ayn；通过叠加Ax1，Ax2…Axn数据以消除X轴径向分量得到Ax’，通过叠加Ay1，Ay2…Ayn以消除Y轴径向分量得到Ay’；所述电路板上集成有滤波器及数据处理单元，所述电路板实时采集所述加速度计消除分量后的信号进而用滤波器滤除信号中的高频振动和冲击干扰得到无干扰重力加速度分量Ax、Ay、Az，所述数据处理单元根据算法计算得到井斜角；

所述n为大于1的正整数；

所述Ax’、Ay’、Az’分别代表带有高频振动和冲击干扰的重力加速度在X、Y、Z轴向的分量；

所述Ax、Ay、Az分别代表无干扰重力加速度在X、Y、Z轴向的分量；

x1、x2、。。。xn代表不同方向上的X轴；

y1、y2、。。yn代表与x1、x2、。。。xn对应的Y轴。

进一步地，所述数据处理单元包括ADC模数转换器、现场可编门阵列、处理器和存储器；所述ADC模数转换器连接滤波器和所述现场可编门阵列，所述现场可编门阵列连接所述处理器，所述处理器连接所述存储器；所述ADC模数转换器用于转换Ax、Ay、Az；随后将转换数据传输与现场可编门阵列进行数据采集；所述现场可编门阵列控制数据采集时序同时将采集的数据进行数字滤波后传至处理器；所述处理器将接收的数据存储到存储器并根据算法计算井斜参数。

进一步地，所述2n+1个加速度计集成于单支独立短节上，采用紧凑型四仓室设计，其中两个舱室内安装电池，其余两个舱室内安装所述2n+1个加速度计和所述电路板。