[发明专利]一种多传感器布局井下钻柱运行姿态测量仪

说明书

本发明公开了一种多传感器布局井下钻柱运行姿态测量仪，包括：获取钻柱位于井筒的位置以及获取所述钻柱与所述井筒内壁之间的距离；根据所述钻柱位于井筒的位置以及所述钻柱与所述井筒内壁之间的距离，确定所述钻柱轴心与井筒轴心之间的夹角a，以及垂直所述钻柱轴心的法向量与垂直所述井筒轴心的法向量之间的夹角b，根据所述夹角a和所述夹角b以及上下两组测量仪确定钻柱在井筒中的实时位置，用于实时修正随钻成像测量仪器相关距离敏感的参数。同时可以用于调整所述钻柱的运行姿态，以保证钻柱正常高效运行。

技术领域

本发明所属技术领域涉及石油钻井工艺及随钻测量仪器，具体涉及一种多传感器布局井下钻柱运行姿态测量仪。

背景技术

目前技术而言，钻井钻柱在井下的实时运动姿态是不可得知的，传统的角度，人们一般认为钻柱在井筒之间居中放置，随地面钻盘转动在井下旋转或滑动钻进。但是井下工具和钻柱在特定面经常出现偏磨，这使得人们开始关注井下钻柱运动学和动力学机理。

后期人们开展了实验装置和仿真计算发现钻柱在自转的时候，会出现沿井壁反时针方向的公转，是一种自己横向振动。其他的探明还有钻柱横振、扭振、纵振等运动现象。这些导致钻柱井下失效断裂等危险。但是无论如何，这些都证明了钻柱在井下不是居中运动的现实工况。

目前随钻成像测量传感器都是针对钻柱居中进行数据处理的。实际偏心旋转和居中旋转测量数值误差很大，仪器的中心轴线和井筒的中心轴线有一定的夹角，这些不居中严重影响了随钻成像仪器对地层真实的响应。故针对伽马成像、电阻率成像等测量仪器都需要根据测点位置距离井壁的距离和轴线的夹角进行修正。传统方式利用理论计算只能大致的判断钻柱的可能运行规律，无法知道特定时刻特定点的具体距离和偏心夹角，无法用来修正成像测量数据。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种多传感器布局井下钻柱运行姿态测量仪。根据钻柱与井筒之间的位置关系，及时调整钻柱在井筒中的位置，能够有效保证钻柱正常高效运行，以及随钻成像仪器所测量数据的准确性。

为了实现上述目的，本发明提供一种多传感器布局井下钻柱运行姿态测量仪，包括：

获取钻柱位于井筒的位置以及获取所述钻柱与所述井筒内壁之间的距离；根据所述钻柱位于井筒的位置以及所述钻柱与所述井筒内壁之间的距离，确定所述钻柱轴心的与井筒轴心的之间的夹角a，以及垂直所述钻柱轴心的法向量与垂直所述井筒轴心的法向量之间的夹角b，根据所述夹角a和所述夹角b可判断是否修正所述钻柱的运行姿态。

进一步地，若所述钻柱轴心的与井筒轴心的之间的夹角aA时，则修正所述钻柱的运行状态，直至所述钻柱轴心的与井筒轴心的之间的夹角a≤A；若所述垂直所述钻柱轴心的法向量与垂直所述井筒轴心的法向量之间的夹角bB时，则修正所述钻柱的运行状态，直至所述钻柱轴心的与井筒轴心的之间的夹角b≤B。

进一步地，所述钻柱设置有第一组传感器和第二组传感器，所述第一组传感器和所述第二组传感器分别位于所述钻柱的两端，两个传感器组之间安装随钻成像测量仪器。

进一步地，所述第一组传感器包括第一姿态传感器和第一超声传感器，所述第一姿态传感器可用于获取所述钻柱第一端位于所述井筒的位置，所述第一超声传感器可用于获取所述钻柱第一端与所述井筒内壁之间的距离信息；所述第二组传感器包括第二姿态传感器和第二超声传感器，所述第二姿态传感器可用于获取所述钻柱第二端位于所述井筒的位置，所述第二超声传感器可用于获取所述钻柱第二端与所述井筒内壁之间的距离信息。

进一步地，根据所述钻柱第一端和第二端位于所述井筒的位置信息，可确定所述钻柱的弯曲度。

进一步地，根据所述钻柱第一端垂线与所述井筒外壁之间的夹角c以及根据所述钻柱第二端垂线与所述井筒外壁之间的夹角d，确定所述钻柱的弯曲度，并根据所述钻柱的弯曲度，修正所述钻柱的运行姿态。