[发明专利]一种基于实际采集传感器数据的钻铤姿态测量方法

说明书

本发明公开了一种基于实际采集传感器数据的钻铤姿态测量方法，包括以下步骤：(a)根据钻铤的运动过程及传感器数据特性，对加速度计数据进行低通滤波；(b)使用钻铤静止时数据估计加速度计零偏；(c)根据(b)结果补偿加速计零偏，对钻铤旋转运动阶段加速度计输出进行修正；(d)计算相应时间序列下钻铤的磁工具面角MHS及重力在重力在钻铤的投影；(e)计算相应时间序列下的井斜工具面角INCMHS和井斜角INC。能够提高钻铤磁工具面角、井斜角、井斜工具面角解算稳定性。

技术领域

本发明涉及测量领域，特别涉及一种基于实际采集传感器数据的钻铤姿态测量方法。

背景技术

旋转自动导向技术是上世纪九十年代发展起来的一项高新钻井技术。该技术可以实现对 旋转钻井工具的几何导向控制，使实钻井眼轨迹与设计经验轨迹一致，可以提高钻井效率， 降低钻井成本。国外各大石油服务公司大都研制了自己的旋转导向钻井系统，国内的很多单 位也进行了相关研究，但总体和国外仍有较大差距。

旋转自动导向技术的关键在钻铤姿态的计算，钻铤工作在较为恶劣的环境下，各个传感 器的输出数据随时间而积累可能会产生无法估计的误差，，捷联系统的姿态解算原理决定了传 感器输出误差会严重影响钻铤姿态角的解算。因此提高钻铤姿态角的解算稳定性成为解决旋 转导向技术的一个重要的手段。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于实际采集传感器数据的钻铤姿态测量方法，能 够提高钻铤磁工具面角、井斜角、井斜工具面角解算稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种基于实际采集传感器数据的钻铤姿态解算方法，包括以下步骤：

(a)根据钻铤的运动过程及传感器数据特性，对加速度计数据进行低通滤波；

(b)使用钻铤静止时数据估计加速度计零偏；

(c)根据(b)结果补偿加速计零偏，对钻铤旋转运动阶段加速度计输出进行修正；

(d)计算相应时间序列下钻铤的磁工具面角MHS及重力在重力在钻铤的投影；

(e)计算相应时间序列下的井斜工具面角INCMHS和井斜角INC。

优选地，在步骤(a)中，所述加速度计的有效数据集中于低频6Hz之内。

优选地，在步骤(a)中，选用切比雪夫I型滤波器对所述数据进行滤波，其中通带上限 频率为ω_p＝15Hz，阻带下限频率为ω_s＝20Hz，通带和阻带对应的最大衰减系数分别为：a_p＝0.5dB,a_s＝20dB。

优选地，在步骤(a)中，其中所述切比雪夫I型滤波器的传递函数为

优选地，在步骤(b)中钻铤运动过程可知前20s内钻铤处于静止状态。

优选地，在步骤(b)中的零偏估算过程为：对于加速度计在钻铤运动过程中不可避免的 存在振动加速度a_v，由传感器配置，x轴和y轴上都分别反正有两个加速度计，旋转中加速 度计测量到的比力可以表示为：

其中，a_x和a_y分别是x轴和y轴真实要测量的加速度，a_v,x和a_v,y分别是x轴和y轴加速度计测得的振动加速度，和为加速计每次启动后常值零偏，随机零偏和为白噪声，联立不定方程组，并在线性空间内拟合求可对加速度计零偏进行估算。