[发明专利]一种陀螺随钻测量系统及方法

权利要求书

1.一种陀螺随钻测量系统，所述系统用于石油钻井测量，其特征在于，所述随钻测量系统包括：

捷联惯性组合，包括固联在探管中的高温陀螺仪与高温加速度计；

滤波与电平转换模块，对捷联惯性组合的输出信号进行滤波、电平转换，并将结果输出给数据采集与数据通信模块；

数据采集与数据通信模块，采集所述滤波与电平转换模块的输出数据，并根据接收到的来自导航计算机的工作模式指令输出处理后的相关数据给导航计算机；

驱动机构，接收来自驱动控制模块的控制指令，驱动所述捷联惯性组合进行转动；

驱动控制模块，所述模块用于响应所述数据采集与数据通信模块的控制模式，发出控制指令用于驱动所述驱动机构；

导航计算机，根据接收到控制指令，输出工作模式指令给数据采集与数据通信模块，对相关数据进行计算与处理，并输出处理结果；

所述陀螺仪为哥氏振动陀螺仪；

所述捷联惯性组合的输出信号包含陀螺仪的内部参数信号输出，所述内部参数信号包括但不限于：惯性仪表的温度、电路的温度、陀螺仪的振动幅度、陀螺仪的谐振频率、陀螺仪的正交耦合输出信号。

2.根据权利要求1所述的陀螺随钻测量系统，其特征在于，所述哥氏振动陀螺仪为全对称型。

3.根据权利要求1所述的陀螺随钻测量系统，其特征在于，所述随钻测量系统还包含测角单元，用于对所述捷联惯性组合的转角进行测量。

4.根据权利要求1所述的陀螺随钻测量系统，其特征在于，所述随钻测量系统还包括振动与冲击采集单元，实时采集所述随钻测量系统工作过程中的振动与冲击信号，对所述测量系统的工作状态进行监控。

5.根据权利要求1所述的陀螺随钻测量系统，其特征在于，在所述导航计算机中进行的相关数据计算与处理包括全参数变量补偿模块、初始对准模块以及连续随钻测量模块。

6.根据权利要求5所述的陀螺随钻测量系统，其特征在于，所述全参数变量补偿模块，是指通过采集陀螺仪与加速度计内部多个观测点，通过误差建模与相关算法，实现补偿温度、振动带来的陀螺仪或者加速度计漂移误差。

7.根据权利要求5所述的陀螺随钻测量系统，其特征在于，所述初始对准模块是在测量系统的静基座下，通过陀螺仪与加速度计分别敏感地球自转角速率信息与重力加速度信息，通过粗对准算法，计算出方位角、井斜角、工具面角的初值，然后结合外部辅助信息，采用最优估计算法计算出GMD的方位角、井斜角与工具面角。

8.根据权利要求5所述的陀螺随钻测量系统，其特征在于，所述连续随钻测量模块是指在初始对准模块计算得到的初始方位角、井斜角与工具面角的基础上，通过相关算法，实时输出随钻测量系统连续工作时的方位信息、井斜角信息与工具面信息。

9.一种陀螺随钻测量方法，所述方法用于权利要求1-8任一项所述的随钻测量系统，其特征在于，所述方法包括以下几种方法的一种或几种组合：

1)全参数变量补偿方法；

2)初始对准算法；

3)连续随钻测量方法。

10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，所述全参数变量补偿具体为：建立陀螺仪零偏与温度相关的综合模型如下式所示：

则得到陀螺仪的零偏估计值为：

B₀是与温度相关的综合零偏误差的拟合建模计算值，B_r是指陀螺仪的原始输出，是指剔除建模误差后的估计值，谐振子的锁相控制电压P，正交耦合的解调值Q，T是指谐振子的温度，A是指谐振子的振动幅度，是线性回归拟合系数。

11.根据权利要求10所述的测量方法，其特征在于，所述初始对准算法包括双位置解析对准算法。