[发明专利]一种全向静磁场救援井随钻定位方法及定位系统

摘要

本发明涉及一种全向静磁场救援井随钻定位方法及定位系统，其特征在于包括以下装置和步骤：1)井下测量探管前端设置有三轴高精度磁通门传感器、三轴加速度传感器和三轴陀螺仪；2)下井前测量受钻头影响的地磁场矢量；3)当救援井倾斜阶段任务开始后，MWD的探管根据高精度磁通门传感器获得的磁场测量数据，结合MWD自身的姿态信息，对获得的每一组被救援井套管磁场测量值分别进行空间投影运算获得被救援井套管磁场在水平面沿钻进方向和垂直于钻进方向的磁场分量强度数据；4)将获得多次空间投影后的被救援井套管的磁场分量强度数据进行最小二乘运算，得到此时钻进探管相对于被救援井套管的空间位置；5)通过Kalman滤波器进行滤波运算，得到救援井探管相对于被救援井的精确空间位置。

主权项

1.一种全向静磁场救援井随钻定位方法，其特征在于包括以下步骤：1)井下测量探管前端设置有三轴高精度磁通门传感器、三轴加速度传感器和三轴陀螺仪；2)下井前利用三轴高精度磁通门传感器测量受钻头影响下的地磁场场强矢量；3)当救援井倾斜阶段任务开始后，MWD探管根据三轴高精度磁通门传感器获得的磁场测量数据，结合三轴陀螺仪和三轴加速度传感器姿态传感器得到的探管自身的加速度和姿态信息，对倾斜阶段获得的每一组被救援井套管磁场测量值分别进行空间投影运算，获得被救援井套管磁场在水平面沿救援井钻进方向和垂直于钻进方向的磁场分量强度数据，对倾斜阶段获得的每一组被救援井套管磁场测量值分别进行空间投影运算获得被救援井套管磁场在水平面沿救援井钻进方向和垂直于钻进方向的磁场分量强度数据：B_t＝B_zcosα+B_ysinαB_r＝B_x式中，B_t为被救援井套管磁场在水平面沿钻进方向的磁场分量强度投影，B_r为被救援井套管磁场在水平面垂直于钻进方向的磁场分量强度投影,α为井斜角，B_x、B_y和B_z为任意时刻磁通门传感器测量得到的x、y和z方向的磁场矢量值；4)MWD的探管逐渐向前进近，重复步骤3)进行多次测量，将获得多次空间投影后的被救援井套管的磁场分量强度数据进行最小二乘运算，得到此时钻进探管相对于被救援井套管的空间位置，具体过程为：假设以钻进方向为t轴正方向，垂直钻进方向为r轴正方向，投影平面上被救援井套管位置为(t₀,R)，R表示场源和测量点之间的距离，轨迹上一点i的坐标为(t_i,0)，减去地磁后，在点i处测得的磁场分量为B_t,i，B_r,i，由于在该平面内去掉地磁场后，投影平面上被救援井套管磁场均指向或者背离套管所在位置(t₀,R)，则：B_r,it₀‑B_t,iR＝B_r,it_i对于钻进轨迹上一系列的点i＝1,...,N，有超定方程组：根据上式通过被救援井套管坐标的最小二乘解进而求得二维平面内套管端部相对于钻进轨迹的方位坐标，即确定了此时钻进探管相对于被救援井套管的空间位置；5)将MWD的探管相对于被救援井套管的每一组位置坐标均作为测量值，结合已知由钻头运动状态得到的估计值，通过Kalman滤波器进行滤波，得到救援井钻井过程中相对于被救援井的精确空间位置。