[发明专利]一种用于陀螺测量仪器的误差范围分析方法

说明书

本发明公开了一种用于陀螺测量仪器的误差范围分析方法，包括以下步骤：利用Allan方差法对陀螺进行随机噪声分析，得到随机噪声项和随机噪声系数；利用随机噪声项和随机噪声系数建立方位角误差分析模型；方位角误差分析模型、初始点位置误差范围模型以及井斜角误差模型构成陀螺仪器连测模式下的误差模型，误差模型按照误差叠加原理进行叠加后，进行多元正态分布得到井眼轨迹误差范围。本发明利用Allan方差法线对陀螺的随机噪声项进行分析，根据Allan方差分析的结果选择随机噪声进行误差建模，进而计算井眼轨迹位置的误差范围，为井眼防碰等领域提供更可靠的信息。

技术领域

本发明涉及石油测斜技术领域，更具体的说是涉及一种用于陀螺测量仪器的误差范围分析方法。

背景技术

自上世纪八十年代以来，国内很多油田开始进入开发中后期，勘探对象日益复杂，老油田稳产难度加大，新区油气勘探不断出现新的技术难题。为了提高薄油藏、隐蔽油藏等复杂油藏的开发效率，充分开采老油田，定向井、水平井、分支井和大位移井等复杂井结构得到了广泛应用。而精确的井眼轨迹的误差范围在实现以上目标的过程中起着关键的作用。

传统的测斜仪主要是由磁通门和加速度计组成的测斜仪。由加速度计和磁强计构成基于地磁场的捷联式姿态测量系统，这种基于地磁场的方法由于系统中没有可动部件因而具有良好的抗冲击和抗干扰性，其结构简单、体积小、重量轻、启动迅速、成本低，成为许多随钻姿态测量的首选，但其容易受地下矿物磁场的干扰，测量精度严重下降。目前惯性测量技术用于测斜领域的应用越来越多，利用机械陀螺和加速度计组合实现井眼轨迹测量。目前光纤陀螺具有测量精度高、抗振动、较强抗磁干扰能力等优点，在测斜领域逐渐发展起来。因此陀螺捷联惯导系统在井眼轨迹测量领域具有广阔的应用前景。

早期的井眼轨迹误差范围分析模型是WdW模型，是由Wolff和deWardt于1981年提出的，该模型研究的主要对象是磁性罗盘或自由陀螺的仪器。Williamson在WdW模型的基础上，针对当时钻井的发展提出了针对MWD(Measurement while drilling)新的模型框架，主要包括针对基本的MWD测量的误差模型、数学基础以及简单的数据验证。TorgeirTorkildsen等人在Williamson等人的工作的基础上，针对陀螺测斜仪建立误差模型，该模型适用于大多数陀螺测斜仪。该模型研究了新的误差项集合以及这些误差项是怎么在传感器配置和操作模式方面对误差椭球做出贡献的。但在恶劣的井下环境中，陀螺连续测量过程中，不同陀螺的主要随机噪声项不一样，不能对陀螺仪器的建模过程一概而论。

因此，如何提供一种能够对陀螺随机噪声进行分析的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于陀螺测量仪器的误差范围分析方法，该方法可有效估计在连测模式下井眼轨迹的误差范围，为井眼防碰等应用领域提供合理的分析条件。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于陀螺测量仪器的误差范围分析方法，包括以下步骤：

S1：利用Allan方差法对陀螺进行随机噪声分析，得到随机噪声项和随机噪声系数；

S2：利用随机噪声项和随机噪声系数建立方位角误差分析模型；

S3：利用方位角误差分析模型，并结合初始点位置误差范围模型以及井斜角误差模型构建陀螺仪器连测模式下的误差模型，误差模型按照误差叠加原理进行叠加后，进行多元正态分布得到井眼轨迹误差范围。

进一步，S1：利用Allan方差法对陀螺进行随机噪声分析，得到随机噪声项和随机噪声系数的具体步骤为：

S11：输入陀螺的平均角速率序列Ω，并假设采样间隔为τ_i，角速率样本个数为N_i，循环条件i＝0，通过采集陀螺输出得到原始角速率样本其中为原始角速率样本序列，N₀表示原始角速率样本个数；