[发明专利]基于小量程MEMS加速度传感器的随钻测斜仪重力工具面角计算方法

说明书

本发明属于石油钻井工程领域，尤其涉及一种基于小量程MEMS加速度传感器的随钻测斜仪重力工具面角计算方法。首先确保探随钻测斜仪上的小量程MEMS加速度传感器和磁通门满足室温下，加速度传感器灵敏度小于1mg，磁通门灵敏度小于5nT；采集的保存静态工况下的井斜(INC)、方位(Az)以及磁倾角(λ)的数据；建立传感器正交校准数学模型：每隔固定时间段，将获取的加速度传感器和磁通门分量数值分别按传统算法和c步骤所提供的算法对重力工具面角进行计算，并存储到两个数组里；持续数个固定时间段后，分别计算两数组内数据的标准差，选取标准差相对小的数组末尾数据，作为真实的重力工具面角计算值。本发明大为提升小量程MEMS加速度传感器的适用范围、降低MWD系统成本。

技术领域

本发明属于石油钻井工程领域，尤其涉及一种基于小量程MEMS加速度传感器的随钻测斜仪重力工具面角计算方法。

背景技术

目前，随钻测量(MWD)系统已成为石油钻井工程领域不可或缺的一部分，井下数据的获取，更是重中之重。在地质勘探中，为了能够确定出地层侧面倾角和倾斜方位角，必须连续测量井筒的倾角和倾斜方位角以及作为参考标志的井下仪器方位角。为了使井眼轨迹与设计相符，在钻进过程中难免要进行相应的井斜或方位调整，此时，就需要在定向钻进时能够准确、实时监测重力工具面角(小井斜时为磁性工具面角)。

大井斜时(一般大于5°)，重力工具面角的计算多是由加速度计的水平分量计算而来。当前绝大多数MWD系统中的加速度计均是石英加速度计，其优点是精度高、量程大、可重复性好，但也存在抗振效果差、功耗大的缺点，且价格昂贵。随着MEMS(微机电系统，Micro-Electro-Mechanical System)加速度传感器技术的不断发展，也有越来越多的MEMS加速度传感器应用到MWD系统中。MEMS加速度传感器功耗低、抗振效果好，但存在大量程时精度差、重复性不好的致命缺点。小量程的MEMS加速度传感器虽然精度高、重复性佳、成本低廉，但不适合井底振动工况，小量程MEMS加速度传感器，无法滤除超量程的振动对真实信号的干扰。

MWD系统中随钻测斜仪的工况可大致分为三类：静态工况；定向钻进；复合钻进。静态工况下，振动极小，小量程MEMS加速度传感器符合要求；定向钻进工况下，振动较大，小量程MEMS加速度传感器应用传统算法无法测量重力工具面角；复合钻进工况下，对重力工具面角不做要求。

井底振动对加速度传感器的影响较大，而对磁通门的输出影响较小，若能建立磁通门与重力工具面的数学模型，则小量程的MEMS加速度传感器通过相应的算法调整，能适应定向钻进的工况要求，则必然有较佳的推广价值。

发明内容

本发明针对上述的现有小量程的MEMS加速度传感器在重力工具面角的计算中所存在的技术问题，提出一种设计合理、方便简单、计算方便且数据准确的基于小量程MEMS加速度传感器的随钻测斜仪重力工具面角计算方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供一种基于小量程MEMS加速度传感器的随钻测斜仪重力工具面角计算方法，包括以下有效步骤：

a、首先确保探随钻测斜仪上的小量程MEMS加速度传感器和磁通门满足室温下，加速度传感器灵敏度小于1mg，磁通门灵敏度小于5nT；

b、采集的保存静态工况下的井斜(INC)、方位(Az)以及磁倾角(λ)的数据；

c、建立传感器正交校准数学模型：

Bx＝cosλcosAzcosINCcosGTF-sinλsinINCcosGTF-cosλsinAzsinGTF

By＝cosλsinAzcosGTF+cosλcosAzcosINCsinGTF-sinλsinINCsinGTF

进而得到