[发明专利]利用陀螺测斜仪点测井眼的方法

摘要

本发明公开了一种利用陀螺测斜仪点测井眼的方法，将装有两个双自由度挠性陀螺仪和双石英加速度计的陀螺测斜仪固定在载体上，并随载体伸入井眼内；将陀螺仪和石英加速度计采集的数据带入求出方位角γ、倾斜角α和横滚角β。本发明通过陀螺仪采集井下数据，并经滤波、姿态解算以及转位测量井眼中某一点的方位角、倾斜角和横滚角，可靠性好，精度高，测量速度快；本方法通过嵌入式计算机来实现，达到在井下数据采集和解算的目的，利用测量数据绘制出井眼轨迹图，便于获得所钻井眼的轨迹；本发明采用的陀螺仪是一种灵敏度高，稳定性好，不受磁场干扰，使用方便，且依靠测量地球的自转角速度来完成测斜点测。

主权项

1.一种利用陀螺测斜仪点测井眼的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)、将装有两个双自由度挠性陀螺仪和双石英加速度计的陀螺测斜仪固定在载体上，并随载体伸入井眼内；(2)、建立地理坐标系和载体坐标系：地理坐标系OX₀Y₀Z₀：根据陀螺测斜仪所在地球的位置，X₀轴和Y₀轴在地理水平面内，X₀轴指向东，Y₀轴指向北，Z₀轴垂直朝天指向，并构成右手坐标系；载体坐标系OX₃Y₃Z₃：陀螺测斜仪的X₃轴指右，陀螺测斜仪的Y₃轴指前，陀螺测斜仪的Z₃轴垂直朝天指向，并构成右手坐标系；所述载体坐标系与地理坐标系存在一方位角γ，方位角γ为载体坐标系中的Y₃轴在水平面的投影与地理坐标系中的Y₀轴的夹角；(3)、陀螺测斜仪检测的地球自转角速度在X轴和Y轴的分量：上式中：为载体所在地纬度；为地球自转角速度的北向分量；ω_xg为地球自转角速度在X轴上的分量；ω_yg为地球自转角速度在Y轴上的分量；g表示载体坐标系；(4)、对陀螺的两力矩器敏感轴施加一定的电流，使陀螺主轴进动跟踪地球自转，当陀螺进动角速度和地球自转角速度分量相等时，由力矩器电流与进动角速度的关系：算出方位角γ：γ=arctanIxKyIyKx]]>上式中：I_x为一个力矩器敏感轴施加的电流；I_y为另一个力矩器敏感轴施加的电流；K_x为X轴的标度因数；K_y为Y轴的标度因数；(5)、将地理坐标系OX₀Y₀Z₀绕Z₀轴旋转一方位角γ后得到坐标系OX₁Y₁Z₁，再将坐标系OX₁Y₁Z₁绕X₁轴旋转一倾斜角α后得到坐标系OX₂Y₂Z₂，最后将坐标系OX₂Y₂Z₂绕Y₂轴旋转一横滚角β得到载体坐标系OX₃Y₃Z₃；由地理坐标系OX₀Y₀Z₀三次旋转到载体坐标系OX₃Y₃Z₃的姿态矩阵方程：C03=cosβcosγ-sinαsinβsinγcosβsinγ+sinαsinβcosγ-cosαsinβ-cosαsinγcosαcosγsinαsinβcosγ+sinαcosβsinγsinβsinγ-sinαcosβcosγcosαcosβ;]]>陀螺仪敏感轴敏感到的地球自转角速度为：上式中：ω_x3为第三次旋转后的地球自转角速度在X₃轴上的分量；ω_y3为第三次旋转后的地球自转角速度在Y₃轴上的分量；ω_z3为第三次旋转后的地球自转角速度在Z₃轴上的分量；将陀螺敏感信号分解到水平方向上，则地球自转水平分量信号表示为：ωx1ωy1ωz1=1000cosα-sinα0sinαcosαcosβ0sinβ010-sinβ0cosβωx3ωy3ωz3]]>=ωx3cosβ+ωz3sinβωx3sinαsinβ+ωy3cosα-ωz3sinαcosβ-ωx3cosαsinβ+ωy3sinα+ωz3cosαcosβ;]]>上式中：ω_x1为第一次旋转后的地球自转角速度在X₁轴上的分量；ω_y1为第一次旋转后的地球自转角速度在Y₁轴上的分量；ω_z1为第一次旋转后的地球自转角速度在Z₁轴上的分量；由石英加速度计检测的加表信号解析式为：Ag=C03A0=-gcosαsinβgsinαgcosαcosβ]]>上式中：A_g为三次旋转后重力加速度在三个轴上的分量；A₀为未旋转时重力加速度在三个轴的分量；A0=00-g]]>将上述各参数带入下式，计算出井眼的方位角γ、倾斜角α和横滚角β：γ=arctanwx1wy1,]]>α=arcsin(Aygg),]]>β=arcsin(-Axggcosα);]]>上述中：A_yg为Y轴加速度计测量值；A_xg为X轴加速度计测量值；(6)将方位角γ、倾斜角α和横滚角β保存在计算机内，并由计算机绘制出井眼轨迹图；通过井眼轨迹图便可获得所钻井眼的轨迹。