高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201010613110.7

申请日:

2010.12.30

公开号:

CN102121375A

公开日:

2011.07.13

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):E21B 47/022申请日:20101230|||公开

IPC分类号:

E21B47/022

主分类号:

E21B47/022

申请人:

中国电子科技集团公司第二十二研究所

发明人:

朱永光; 杨爱锋; 孙志远; 杨铖; 唐丽萍; 王守朋; 李阳; 陈小剑

地址:

453003 河南省新乡市牧野区荣校路195号

优先权:

专利代理机构:

郑州大通专利商标代理有限公司 41111

代理人:

陈大通

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内容摘要

本发明涉及一种高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法;该高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法为:首先,将安装有耐高温重力加速度计及磁通门传感器探棒的连续测斜仪放置在校验台上,接通连续测斜仪的电源使其输出以下信号:重力加速度Gx、重力加速度Gy、重力加速度Gz、磁向量Mx、磁向量My和磁向量Mz;接着按照一定的规则改变连续测斜仪自转角、倾斜角、方位角,进行重力加速度和磁向量的零点偏值、标量系数值的测量计算,根据计算出的零点偏值和标量系数值,在实际应用中对连续测斜仪输出的重力加速度和磁向量进行修正计算;本发明提供了一种校正简单、方便的高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法。

权利要求书

1: 一种高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法, 其特征是 : 首先, 将安装有耐高温 重力加速度计及磁通门传感器探棒的连续测斜仪放置在校验台上, 接通连续测斜仪的电源 使其输出以下信号 : 重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 重力加速度 Gz、 磁向量 Mx、 磁向量 My 和 磁向量 Mz ; 在校验台上, 连续测斜仪可绕其自身的轴顺时针自转, 连续测斜仪的倾斜角可 任意调节, 连续测斜仪的方位角可在 0 ~ 360 度范围内变化, 其中, 倾斜角为连续测斜仪的 轴与铅垂线的夹角, 方位角是指从磁北在水平面上的投影到连续测斜仪的轴在水平面上的 投影的顺时针角 ; 然后, 进行下列参数的计算 : 参数计算 a : 进行重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向量 Mx 和磁向量 My 的零点偏值 BGx、 BGy、 BMx、 BMy 的计算 ; 参数计算 b : 进行重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向量 Mx 和磁向量 My 的标量系数值 KGx、 KGy、 KMx、 KMy 的计算 ; 参数计算 c : 进行重力加速度 Gz 的零点偏值 BGz 的计算 ; 参数计算 d : 进行磁向量 Mz 的零点偏值 BMz 的计算 ; 参数计算 e : 进行重力加速度 Gz、 磁向量 Mz 的标量系数值 KGz、 KMz 的计算 ; 根据以上计算得出的参数, 在实际应用中对实际测量的重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 重力加速度 Gz、 磁向量 Mx、 磁向量 My 和磁向量 Mz 的值 GxS、 GyS、 GzS、 MxS、 MyS 和 MzS 进行修正计算, 得到修正后的重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 重力加速度 Gz、 磁向量 Mx、 磁 向量 My 和磁向量 Mz 的值 GxX、 GyX、 GzX、 MxX、 MyX 和 MzX, GxX、 GyX、 GzX、 MxX、 MyX 和 MzX 的 修正计算公式为 : GxX = KGx*GxS+BGx, GyX = KGy*GyS+BGy, GzX = KGz*GzS+BGz, MxX = KMx*MxS+BMx, MyX = KMy*MyS+BMy, MzX = KMz*MzS+BMz。
2: 根据权利要求 1 所述的高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法, 其特征是 : 所述 参数计算 a 的具体步骤如下 : 步骤 a1 : 将连续测斜仪的倾斜角调节在 10° ; 步骤 a2 : 分别记录重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向量 Mx 和磁向量 My 的输出值 Gx0、 Gy0、 Mx0、 My0 ; 步骤 a3 : 使连续测斜仪自转 90°, 分别记录重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向量 Mx 和磁向量 My 此时的输出值 Gx90、 Gy90、 Mx90、 My90 ; 步骤 a4 : 再使连续测斜仪自转 90°, 分别记录重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向量 Mx 和磁向量 My 此时的输出值 Gx180、 Gy180、 Mx180、 My180 ; 步骤 a5 : 再使连续测斜仪自转 90°, 分别记录重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向量 Mx 和磁向量 My 此时的输出值 Gx270、 Gy270、 Mx270、 My270 ; 步骤 a6 : 分别计算重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向量 Mx 和磁向量 My 的零点偏值 BGx、 BGy、 BMx、 BMy, 其中, BGx = (Gx0+Gx90+Gx180+Gx270)/4, 2 BGy = (Gy0+Gy90+Gy180+Gy270)/4, BMx = (Mx0+Mx90+Mx180+Mx270)/4, BMy = (My0+My90+My180+My270)/4。
3: 根据权利要求 1 所述的高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法, 其特征是 : 所述 参数计算 b 的具体步骤如下 : 步骤 b1 : 将连续测斜仪的倾斜角调节在 90° ; 步骤 b2 : 自转连续测斜仪, 使重力加速度 Gx 的值为 -4mV ~ 4mV 范围内的一个数值 ; 分 别记录此时重力加速度 Gy、 磁向量 My 的值 GyC、 MyC ; 步骤 b3 : 分别计算重力加速度 Gy、 磁向量 My 的标量系数值 KGy、 KMy, 其中, KGy = GyB/ GyC, KMy = MyB/MyC ; GyB 为重力加速度 Gy 的标量, MyB 为磁向量 My 的标量 ; 步骤 b4 : 自转连续测斜仪, 使重力加速度 Gy 的值为 -4mV ~ 4mV 范围内的一个数值 ; 分 别记录此时重力加速度 Gx、 磁向量 Mx 的值 GxC、 MxC ; 步骤 b5 : 分别计算重力加速度 Gx、 磁向量 Mx 的标量系数值 KGx、 KMx, 其中, KGx = GxB/ GxC, KMx = MxB/MxC ; GxB 为重力加速度 Gx 的标量, MxB 为磁向量 Mx 的标量。
4: 根据权利要求 3 所述的高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法, 其特征是 : 所述 GxB、 GyB 为 8000mV ; MxB、 MyB 为 6000mV。
5: 根据权利要求 1 所述的高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法, 其特征是 : 所述 参数计算 c 的具体步骤如下 : 步骤 c1 : 将连续测斜仪的倾斜角调节在 90° ; 步骤 c2 : 记录重力加速度 Gz 此时的输出值 Gz0 ; 步骤 c3 : 使连续测斜仪自转 90°, 记录重力加速度 Gz 此时的输出值 Gz90 ; 步骤 c4 : 再使连续测斜仪自转 90°, 记录重力加速度 Gz 此时的输出值 Gz180 ; 步骤 c5 : 再使连续测斜仪自转 90°, 记录重力加速度 Gz 此时的输出值 Gz270 ; 步骤 c6 : 计算重力加速度 Gz 的零点偏值 BGz, 其中, BGz = (Gz0+Gz90+Gz180+Gz270)/4。
6: 根据权利要求 1 所述的高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法, 其特征是 : 所述 参数计算 d 的具体步骤如下 : 步骤 d1 : 将连续测斜仪的倾斜角调节在 90°, 将连续测斜仪的方位角调节在 45° ; 记 录磁向量 Mz 此时的输出值 Mz45 ; 步骤 d2 : 将连续测斜仪的方位角调节在 135°, 记录磁向量 Mz 此时的输出值 Mz135 ; 步骤 d3 : 将连续测斜仪的方位角调节在 225°, 记录磁向量 Mz 此时的输出值 Mz225 ; 步骤 d4 : 将连续测斜仪的方位角调节在 315°, 记录磁向量 Mz 此时的输出值 Mz315 ; 步骤 d5 : 计算磁向量 Mz 的零点偏值 BMz, 其中, BMz = (Mz45+Mz135+Mz225+Mz315)/4。
7: 根据权利要求 1 所述的高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法, 其特征是 : 所述 参数计算 e 的具体步骤如下 : 步骤 e 1 : 将连续测斜仪的倾斜角调节在 0° ; 分别记录此时重力加速度 Gz、 磁向量 Mz 的值 GzC、 MzC ; 步骤 e2 : 步骤 e3 : 分别计算重力加速度 Gz、 磁向量 Mz 的标量系数值 KGz、 KMz, 其中, KGz = GzB/ 3 GzC, KMz = MzB/MzC ; GzB 为重力加速度 Gz 的标量, MzB 为磁向量 Mz 的标量。
8: 根据权利要求 7 所述的高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法, 其特征是 : 所述 GzB 为 8000mV ; MzB 为 6000mV。

说明书


高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法

    ( 一 )、 技术领域 : 本发明涉及一种仪器输出信号的校正方法, 特别是涉及一种高 温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法。
     ( 二 )、 背景技术 : 连续测斜仪是石油钻井工程中经常使用的一种测量仪器, 它主 要用来检测井眼的倾斜角、 方位角等参数。 由于连续测斜仪输出的重力加速度 Gx、 重力加速 度 Gy、 重力加速度 Gz、 磁向量 Mx、 磁向量 My 和磁向量 Mz 的数值常会有偏差, 就需要对其进 行校正, 现有校正主要通过硬件方式对连续测斜仪的输出信号进行校正调节 ( 就是把连续 测斜仪中的 3 个重力加速度计和 3 个磁通门式传感器都用硬件的方式调整到所需角度 ), 这 种方法调整复杂、 耗时长、 维护难, 并且对维护人员的技术要求高, 不利于推广。 以往连续测 斜仪中测量重力加速度 Gx、 Gy、 Gz、 磁向量 Mx、 My、 Mz 的探棒都是不耐高温的, 所以要使用保 温瓶来对它们进行保护, 这样造成连续测斜仪的长度非常长, 对连续测斜仪的使用影响很 大。
     ( 三 )、 发明内容 :
     本发明要解决的技术问题是 : 克服现有技术的缺陷, 提供一种校正简单、 方便的高 温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法。
     本发明的技术方案 :
     首先, 选用耐温 155℃的重力加速度计及磁通门传感器探棒, 重力加速度计及磁通 门传感器探棒的型号为 LT-1, 其生产厂家为中国电子科技集团公司第二十二研究所, 使用 这种耐高温的探棒后, 可去掉保温瓶, 在保证重力加速度计及磁通门传感器的测量精度的 情况下使仪器变短, 有利于石油钻井工程中的测量使用。
     一种高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法, 首先, 将安装有耐高温重力加速 度计及磁通门传感器探棒的连续测斜仪放置在校验台上, 接通连续测斜仪的电源使其输出 以下信号 : 重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 重力加速度 Gz、 磁向量 Mx、 磁向量 My 和磁向量 Mz ; 在校验台上, 连续测斜仪可绕其自身的轴顺时针自转, 连续测斜仪的倾斜角可任意调 节, 连续测斜仪的方位角可在 0 ~ 360 度范围内变化, 其中, 倾斜角为连续测斜仪的轴与铅 垂线的夹角, 方位角是指从磁北在水平面上的投影到连续测斜仪的轴在水平面上的投影的 顺时针角 ; 然后, 进行下列参数的计算 :
     参数计算 a : 进行重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向量 Mx 和磁向量 My 的零点偏 值 BGx、 BGy、 BMx、 BMy 的计算 ;
     参数计算 b : 进行重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向量 Mx 和磁向量 My 的标量系 数值 KGx、 KGy、 KMx、 KMy 的计算 ;
     参数计算 c : 进行重力加速度 Gz 的零点偏值 BGz 的计算 ;
     参数计算 d : 进行磁向量 Mz 的零点偏值 BMz 的计算 ;
     参数计算 e : 进行重力加速度 Gz、 磁向量 Mz 的标量系数值 KGz、 KMz 的计算 ;
     根据以上计算得出的参数, 在实际应用中对实际测量的重力加速度 Gx、 重力加速 度 Gy、 重力加速度 Gz、 磁向量 Mx、 磁向量 My 和磁向量 Mz 的值 GxS、 GyS、 GzS、 MxS、 MyS 和 MzS进行修正计算, 得到修正后的重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 重力加速度 Gz、 磁向量 Mx、 磁 向量 My 和磁向量 Mz 的值 GxX、 GyX、 GzX、 MxX、 MyX 和 MzX, GxX、 GyX、 GzX、 MxX、 MyX 和 MzX 的 修正计算公式为 :
     GxX = KGx*GxS+BGx,
     GyX = KGy*GyS+BGy,
     GzX = KGz*GzS+BGz,
     MxX = KMx*MxS+BMx,
     MyX = KMy*MyS+BMy,
     MzX = KMz*MzS+BMz。
     参数计算 a 的具体步骤如下 :
     步骤 a1 : 将连续测斜仪的倾斜角调节在 10° ;
     步骤 a2 : 分别记录重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向量 Mx 和磁向量 My 的输出 值 Gx0、 Gy0、 Mx0、 My0 ;
     步骤 a3 : 使连续测斜仪自转 90°, 分别记录重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向量 Mx 和磁向量 My 此时的输出值 Gx90、 Gy90、 Mx90、 My90 ; 步骤 a4 : 再使连续测斜仪自转 90°, 分别记录重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向 量 Mx 和磁向量 My 此时的输出值 Gx180、 Gy180、 Mx180、 My180 ;
     步骤 a5 : 再使连续测斜仪自转 90°, 分别记录重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向 量 Mx 和磁向量 My 此时的输出值 Gx270、 Gy270、 Mx270、 My270 ;
     步骤 a6 : 分别计算重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向量 Mx 和磁向量 My 的零点 偏值 BGx、 BGy、 BMx、 BMy, 其中,
     BGx = (Gx0+Gx90+Gx180+Gx270)/4,
     BGy = (Gy0+Gy90+Gy180+Gy270)/4,
     BMx = (Mx0+Mx90+Mx180+Mx270)/4,
     BMy = (My0+My90+My180+My270)/4。
     参数计算 b 的具体步骤如下 :
     步骤 b1 : 将连续测斜仪的倾斜角调节在 90° ;
     步骤 b2 : 自转连续测斜仪, 使重力加速度 Gx 的值为 -4mV ~ 4mV 范围内的一个数 值; 分别记录此时重力加速度 Gy、 磁向量 My 的值 GyC、 MyC ;
     步骤 b3 : 分别计算重力加速度 Gy、 磁向量 My 的标量系数值 KGy、 KMy, 其中, KGy = GyB/GyC, KMy = MyB/MyC ; GyB 为重力加速度 Gy 的标量, MyB 为磁向量 My 的标量 ;
     步骤 b4 : 自转连续测斜仪, 使重力加速度 Gy 的值为 -4mV ~ 4mV 范围内的一个数 值; 分别记录此时重力加速度 Gx、 磁向量 Mx 的值 GxC、 MxC ;
     步骤 b5 : 分别计算重力加速度 Gx、 磁向量 Mx 的标量系数值 KGx、 KMx, 其中, KGx = GxB/GxC, KMx = MxB/MxC ; GxB 为重力加速度 Gx 的标量, MxB 为磁向量 Mx 的标量。
     GxB、 GyB 为 8000mV ; MxB、 MyB 为 6000mV。
     参数计算 c 的具体步骤如下 :
     步骤 c1 : 将连续测斜仪的倾斜角调节在 90° ;
     步骤 c2 : 记录重力加速度 Gz 此时的输出值 Gz0 ;
     步骤 c3 : 使连续测斜仪自转 90°, 记录重力加速度 Gz 此时的输出值 Gz90 ;
     步骤 c4 : 再使连续测斜仪自转 90°, 记录重力加速度 Gz 此时的输出值 Gz180 ;
     步骤 c5 : 再使连续测斜仪自转 90°, 记录重力加速度 Gz 此时的输出值 Gz270 ;
     步骤 c6 : 计算重力加速度 Gz 的零点偏值 BGz, 其中,
     BGz = (Gz0+Gz90+Gz180+Gz270)/4。
     参数计算 d 的具体步骤如下 :
     步骤 d1 : 将连续测斜仪的倾斜角调节在 90°, 将连续测斜仪的方位角调节在 45° ; 记录磁向量 Mz 此时的输出值 Mz45 ;
     步骤 d2 : 将连续测斜仪的方位角调节在 135°, 记录磁向量 Mz 此时的输出值 Mz135 ;
     步骤 d3 : 将连续测斜仪的方位角调节在 225°, 记录磁向量 Mz 此时的输出值 Mz225 ;
     步骤 d4 : 将连续测斜仪的方位角调节在 315°, 记录磁向量 Mz 此时的输出值 Mz315 ;
     步骤 d5 : 计算磁向量 Mz 的零点偏值 BMz, 其中, BMz = (Mz45+Mz135+Mz225+Mz315)/4。
     参数计算 e 的具体步骤如下 :
     步骤 e1 : 将连续测斜仪的倾斜角调节在 0° ;
     步骤 e2 : 分别记录此时重力加速度 Gz、 磁向量 Mz 的值 GzC、 MzC ;
     步骤 e3 : 分别计算重力加速度 Gz、 磁向量 Mz 的标量系数值 KGz、 KMz, 其中, KGz = GzB/GzC, KMz = MzB/MzC ; GzB 为重力加速度 Gz 的标量, MzB 为磁向量 Mz 的标量。
     GzB 为 8000mV ; MzB 为 6000mV。
     连续测斜仪测量井眼的倾斜角、 方位角的原理如下 ( 参见图 1 ~图 5) :
     首先定义名词 :
     倾斜角 β(DEV) :
     连续测斜仪的轴 ( 井眼轴 ) 与铅垂线的夹角, 用 DEV 表示。
     倾斜方位角 α(DAZ) :
     向下看, 从磁北到井眼方向在水平面上的顺时针角, 用 DAZ 表示。
     相对方位角 γ(RB) :
     绕连续测斜仪的轴按顺时针方向转动的角, 也叫自转角, 用 RB 表示。
     磁倾角 :
     地球表面任何一点的地磁场总强度矢量和水平面间的夹角。
     磁偏角 :
     磁子午线与真子午线间的夹角, 因地球两极与地磁两极不重合所致。
     倾斜角 β 和倾斜方位角 α 的计算方法如下 :
     采用石英挠性重力加速度计和磁力计组成的连续测斜仪, 测量原理基于重力场和 地磁场, 并且以地磁场为基准建立一个参考坐标系即大地坐标系、 以三维正交安装的重力 加速度传感器和磁通门传感器建立测量坐标系即连续测斜仪坐标系。
     大地坐标系 XoYoZo, Xo 指向水平东, Yo 指向水平北, Zo 垂直地面向上 ( 如图 1 所
     示 ), 连续测斜仪坐标系 X、 Y、 Z, 由连续测斜仪轴线方向 Z, 1 号探头 Y 方向, 2 号探头 X 方向, 并且确保三轴正交 ( 如图 2 所示 )。
     前面我们已经建立了参考坐标系和测量坐标系, 连续测斜仪在井眼中静止或匀速 运动时, 利用这两个坐标系和连续测斜仪坐标轴上分别正交安装的三个重力加速度传感器 和三个磁通门传感器的测量值, 就可以计算出仪器的方位角和倾斜角。
     如果人为地将两个坐标系重合, 则 Xo 对应 X, Yo 对应 Y, Zo 对应 Z。当连续测斜仪 改变姿态时, 连续测斜仪坐标系 X、 Y、 Z 可以认为相对于大地坐标系 Xo、 Yo、 Zo 经过旋转而 得到。在计算过程中, 首先以 Z0 轴为轴心逆时针旋转 α( 方位角 ) 变换成坐标系 X1、 Y1、 Z1( 如图 3 所示 )。
     X1、 Y1、 Z1 与 X0、 Y0、 Z0 的关系如下 :
     X1 = X0cosα+Y0sinα
     Y1 = -X0sinα+Y0cosα
     Z1 = Z0
     可得关系式 :
     可记关系矩阵
     以 X1 为轴逆时针旋转 β( 倾斜角 ), 形成坐标系 X2 Y2 Z2( 如图 4 所示 )。 X2、 Y2、 Z2 与 X1、 Y1、 Z1 的关系如下 :
     X2 = X1
     Y2 = Y1cosβ+Z1sinβ
     Z2 = -Y1sinβ+Z1cosβ
     可得关系式 :
     可记关系矩阵 :
     以 Z2 为轴逆时针旋转 γ( 自转角 ), 形成坐标系 X2 Y2 Z2( 如图 5 所示 )。X、 Y、 Z 与 X2、 Y2、 Z2 的关系如下 : X = X2cosγ+Y2sinγ Y = -X2sinγ+Y2cosγ Z = Z2 可得关系式 :
     可记关系矩阵 :
     由此可得 X、 Y、 Z 与 Xo、 Yo、 Zo 关系 : 由于
     在基准状态既大地坐标系与连续测斜仪坐标系重合时对重力场有 :
     对磁力场有 :
     (I 为磁倾角 )因此, 连续测斜仪在任意状态下, 各测量轴上重力加速度传感器所测得的重力加 速度值为 :
     各测量轴上的磁通门传感器感应的地磁场值为 :
     对 (11) 式展开得 Gx = -Gsinγsinβ Gy = -Gcosγsinβ Gz = -Gcosβ(13) (14) (15) (16) (17)对 (12) 式展开得 Mx = (cosγsinα+sinγcosαcosβ)McosI+sinγsinβMsinI My = (-sinαsinγ+cosαcosβcosγ)McosI+cosγsinβMsinI Mz = -sinβcosαMcosI+cosβM sinI (18) 由 ((13)2+(14)2)÷(15)2 得倾斜角计算公式 :
     由 (13)÷(14) 得相对方位角计算公式 :
     10由 (16)·cosγ-(17)·sinγ 得 MXcosγ-Mysinγ = sinαMcosI (23) 由 (16)·cosβsinγ+(17)·cosβcosγ-(18)·sinβ 得 Mxcosβsinγ+Mycosβcosγ-Mzsinβ = cosαMcosI (24) 得倾斜方位角计算公式102121375 A CN 102121382说明书7/10 页通过以上方程的解算, 我们已经得出了利用重力场和地磁场测量井眼的倾斜角和 倾斜方位角的测量计算方法, 计算出了倾斜角 (DEV)β 和倾斜方位角 (DAZ)α。 连续测斜仪 利用重力场和地磁场测量井眼的倾斜角和倾斜方位角, 在测量过程中只要准确地测量出安 装在连续测斜仪坐标系上的三个重力分量 Gx、 Gy、 Gz 和三个地磁场分量 Mx、 My、 Mz, 通过解 算式 (20) 和式 (26) 就可以求出仪器的倾斜角和倾斜方位角, 即井眼的倾斜角和倾斜方位 角。
     以上是连续测斜的理论基础, 我们从计算方法的特点可以看出, 它主要通过六个 基础量 ( 重力加速度 Gx、 Gy、 Gz 和磁向量 Mx、 My、 Mz) 来进行计算, 针对这个特点, 我们在计 算时只要把这六个量修正准确就可以计算出准确的倾角和方位了。
     本发明的有益效果 :
     1、 本发明首先在校验台上对连续测斜仪的重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 重力加 速度 Gz、 磁向量 Mx、 磁向量 My 和磁向量 Mz 的零点偏值和标量系数值进行测定, 在实际应 用中再根据各输出信号的零点偏值和标量系数值对实际测量的数据进行修正计算。这样, 在实际使用连续测斜仪检测井眼的倾斜角、 方位角时, 只要把测定好的零点偏值和标量系 数值发到单片机里参与倾斜角、 方位角的运算就可以校正连续测斜仪的偏差, 校正简单、 快 捷、 维护方便。
     ( 四 )、 附图说明 :
     图 1 为连续测斜仪测量井眼的倾斜角、 方位角的原理示意图之一 ; 图 2 为连续测斜仪测量井眼的倾斜角、 方位角的原理示意图之二 ; 图 3 为连续测斜仪测量井眼的倾斜角、 方位角的原理示意图之三 ; 图 4 为连续测斜仪测量井眼的倾斜角、 方位角的原理示意图之四 ; 图 5 为连续测斜仪测量井眼的倾斜角、 方位角的原理示意图之五。( 五 )、 具体实施方式 :
     首先, 选用耐温 155℃的重力加速度计及磁通门传感器探棒, 重力加速度计及磁通 门传感器探棒的型号为 LT-1, 其生产厂家为中国电子科技集团公司第二十二研究所, 使用 这种耐高温的探棒后, 可去掉保温瓶, 在保证重力加速度计及磁通门传感器的测量精度的 情况下使仪器变短, 有利于石油钻井工程中的测量使用。
     一种高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法, 首先, 将安装有耐高温重力加速 度计及磁通门传感器探棒的连续测斜仪放置在校验台上, 接通连续测斜仪的电源使其输出 以下信号 : 重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 重力加速度 Gz、 磁向量 Mx、 磁向量 My 和磁向量 Mz ; 在校验台上, 连续测斜仪可绕其自身的轴顺时针自转, 连续测斜仪的倾斜角可任意调 节, 连续测斜仪的方位角可在 0 ~ 360 度范围内变化, 其中, 倾斜角为连续测斜仪的轴与铅 垂线的夹角, 方位角是指从磁北在水平面上的投影到连续测斜仪的轴在水平面上的投影的 顺时针角 ; 然后, 进行下列参数的计算 :
     参数计算 a : 进行重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向量 Mx 和磁向量 My 的零点偏值 BGx、 BGy、 BMx、 BMy 的计算 ;
     参数计算 b : 进行重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向量 Mx 和磁向量 My 的标量系 数值 KGx、 KGy、 KMx、 KMy 的计算 ;
     参数计算 c : 进行重力加速度 Gz 的零点偏值 BGz 的计算 ;
     参数计算 d : 进行磁向量 Mz 的零点偏值 BMz 的计算 ;
     参数计算 e : 进行重力加速度 Gz、 磁向量 Mz 的标量系数值 KGz、 KMz 的计算 ;
     根据以上计算得出的参数, 在实际应用中对实际测量的重力加速度 Gx、 重力加速 度 Gy、 重力加速度 Gz、 磁向量 Mx、 磁向量 My 和磁向量 Mz 的值 GxS、 GyS、 GzS、 MxS、 MyS 和 MzS 进行修正计算, 得到修正后的重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 重力加速度 Gz、 磁向量 Mx、 磁 向量 My 和磁向量 Mz 的值 GxX、 GyX、 GzX、 MxX、 MyX 和 MzX, GxX、 GyX、 GzX、 MxX、 MyX 和 MzX 的 修正计算公式为 :
     GxX = KGx*GxS+BGx,
     GyX = KGy*GyS+BGy,
     GzX = KGz*GzS+BGz,
     MxX = KMx*MxS+BMx, MyX = KMy*MyS+BMy,
     MzX = KMz*MzS+BMz。
     参数计算 a 的具体步骤如下 :
     步骤 a1 : 将连续测斜仪的倾斜角调节在 10° ;
     步骤 a2 : 分别记录重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向量 Mx 和磁向量 My 的输出 值 Gx0、 Gy0、 Mx0、 My0 ;
     步骤 a3 : 使连续测斜仪自转 90°, 分别记录重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向量 Mx 和磁向量 My 此时的输出值 Gx90、 Gy90、 Mx90、 My90 ;
     步骤 a4 : 再使连续测斜仪自转 90°, 分别记录重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向 量 Mx 和磁向量 My 此时的输出值 Gx180、 Gy180、 Mx180、 My180 ;
     步骤 a5 : 再使连续测斜仪自转 90°, 分别记录重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向 量 Mx 和磁向量 My 此时的输出值 Gx270、 Gy270、 Mx270、 My270 ;
     步骤 a6 : 分别计算重力加速度 Gx、 重力加速度 Gy、 磁向量 Mx 和磁向量 My 的零点 偏值 BGx、 BGy、 BMx、 BMy, 其中,
     BGx = (Gx0+Gx90+Gx180+Gx270)/4,
     BGy = (Gy0+Gy90+Gy180+Gy270)/4,
     BMx = (Mx0+Mx90+Mx180+Mx270)/4,
     BMy = (My0+My90+My180+My270)/4。
     参数计算 b 的具体步骤如下 :
     步骤 b 1 : 将连续测斜仪的倾斜角调节在 90° ;
     步骤 b2 : 自转连续测斜仪, 使重力加速度 Gx 的值为 -4mV ~ 4mV 范围内的一个数 值; 分别记录此时重力加速度 Gy、 磁向量 My 的值 GyC、 MyC ;
     步骤 b3 : 分别计算重力加速度 Gy、 磁向量 My 的标量系数值 KGy、 KMy, 其中, KGy = GyB/GyC, KMy = MyB/MyC ; GyB 为重力加速度 Gy 的标量, MyB 为磁向量 My 的标量 ;
     步骤 b4 : 自转连续测斜仪, 使重力加速度 Gy 的值为 -4mV ~ 4mV 范围内的一个数 值; 分别记录此时重力加速度 Gx、 磁向量 Mx 的值 GxC、 MxC ;
     步骤 b5 : 分别计算重力加速度 Gx、 磁向量 Mx 的标量系数值 KGx、 KMx, 其中, KGx = GxB/GxC, KMx = MxB/MxC ; GxB 为重力加速度 Gx 的标量, MxB 为磁向量 Mx 的标量。
     GxB、 GyB 为 8000mV ; MxB、 MyB 为 6000mV。
     参数计算 c 的具体步骤如下 :
     步骤 c1 : 将连续测斜仪的倾斜角调节在 90° ;
     步骤 c2 : 记录重力加速度 Gz 此时的输出值 Gz0 ;
     步骤 c3 : 使连续测斜仪自转 90°, 记录重力加速度 Gz 此时的输出值 Gz90 ;
     步骤 c4 : 再使连续测斜仪自转 90°, 记录重力加速度 Gz 此时的输出值 Gz180 ;
     步骤 c5 : 再使连续测斜仪自转 90°, 记录重力加速度 Gz 此时的输出值 Gz270 ;
     步骤 c6 : 计算重力加速度 Gz 的零点偏值 BGz, 其中,
     BGz = (Gz0+Gz90+Gz180+Gz270)/4。
     参数计算 d 的具体步骤如下 :
     步骤 d1 : 将连续测斜仪的倾斜角调节在 90°, 将连续测斜仪的方位角调节在 45° ; 记录磁向量 Mz 此时的输出值 Mz45 ;
     步骤 d2 : 将连续测斜仪的方位角调节在 135°, 记录磁向量 Mz 此时的输出值 Mz135 ;
     步骤 d3 : 将连续测斜仪的方位角调节在 225°, 记录磁向量 Mz 此时的输出值 Mz225 ;
     步骤 d4 : 将连续测斜仪的方位角调节在 315°, 记录磁向量 Mz 此时的输出值 Mz315 ;
     步骤 d5 : 计算磁向量 Mz 的零点偏值 BMz, 其中,
     BMz = (Mz45+Mz135+Mz225+Mz315)/4。
     参数计算 e 的具体步骤如下 :
     步骤 e1 : 将连续测斜仪的倾斜角调节在 0° ;
     步骤 e2 : 分别记录此时重力加速度 Gz、 磁向量 Mz 的值 GzC、 MzC ;
     步骤 e3 : 分别计算重力加速度 Gz、 磁向量 Mz 的标量系数值 KGz、 KMz, 其中, KGz = GzB/GzC, KMz = MzB/MzC ; GzB 为重力加速度 Gz 的标量, MzB 为磁向量 Mz 的标量。
     GzB 为 8000mV ; MzB 为 6000mV。
     采用本发明的方法对连续测斜仪的输出信号进行校正后测得的井眼的倾斜角、 方 位角的数据如表 1、 表 2 所示, 采用硬件方式对连续测斜仪的输出信号进行校正调节后测得 的井眼的倾斜角、 方位角的数据如表 3、 表 4 所示。 从中可以看出, 采用本发明的校正方法时 倾斜角的误差≤ ±0.2 度, 方位角 ( 倾斜角 3 度时 ) 的误差≤ ±2 度, 而采用硬件校正方式 时测得的倾斜角、 方位角的误差要大于采用本发明的校正方法时的误差。
     表1: 采用本发明的校正方法时倾斜角的测试记录
     表2: 采用本发明的校正方法时方位角的测试记录 ( 倾斜角 3 度时 )
     表3: 采用硬件校正方法时倾斜角的测试记录
     表4: 采用硬件校正方法时方位角的测试记录 ( 倾斜角 3 度时 )

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1、10申请公布号CN102121375A43申请公布日20110713CN102121375ACN102121375A21申请号201010613110722申请日20101230E21B47/02220060171申请人中国电子科技集团公司第二十二研究所地址453003河南省新乡市牧野区荣校路195号72发明人朱永光杨爱锋孙志远杨铖唐丽萍王守朋李阳陈小剑74专利代理机构郑州大通专利商标代理有限公司41111代理人陈大通54发明名称高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法57摘要本发明涉及一种高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法;该高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法为首先,将安装有耐高温重力加速度。

2、计及磁通门传感器探棒的连续测斜仪放置在校验台上,接通连续测斜仪的电源使其输出以下信号重力加速度GX、重力加速度GY、重力加速度GZ、磁向量MX、磁向量MY和磁向量MZ;接着按照一定的规则改变连续测斜仪自转角、倾斜角、方位角,进行重力加速度和磁向量的零点偏值、标量系数值的测量计算,根据计算出的零点偏值和标量系数值,在实际应用中对连续测斜仪输出的重力加速度和磁向量进行修正计算;本发明提供了一种校正简单、方便的高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书10页附图1页CN102121382A1/3页21一种高温连续测斜仪探棒。

3、数字信号的处理方法,其特征是首先,将安装有耐高温重力加速度计及磁通门传感器探棒的连续测斜仪放置在校验台上,接通连续测斜仪的电源使其输出以下信号重力加速度GX、重力加速度GY、重力加速度GZ、磁向量MX、磁向量MY和磁向量MZ;在校验台上,连续测斜仪可绕其自身的轴顺时针自转,连续测斜仪的倾斜角可任意调节,连续测斜仪的方位角可在0360度范围内变化,其中,倾斜角为连续测斜仪的轴与铅垂线的夹角,方位角是指从磁北在水平面上的投影到连续测斜仪的轴在水平面上的投影的顺时针角;然后,进行下列参数的计算参数计算A进行重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY的零点偏值BGX、BGY、BMX、BMY。

4、的计算;参数计算B进行重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY的标量系数值KGX、KGY、KMX、KMY的计算;参数计算C进行重力加速度GZ的零点偏值BGZ的计算;参数计算D进行磁向量MZ的零点偏值BMZ的计算;参数计算E进行重力加速度GZ、磁向量MZ的标量系数值KGZ、KMZ的计算;根据以上计算得出的参数,在实际应用中对实际测量的重力加速度GX、重力加速度GY、重力加速度GZ、磁向量MX、磁向量MY和磁向量MZ的值GXS、GYS、GZS、MXS、MYS和MZS进行修正计算,得到修正后的重力加速度GX、重力加速度GY、重力加速度GZ、磁向量MX、磁向量MY和磁向量MZ的值GXX、。

5、GYX、GZX、MXX、MYX和MZX,GXX、GYX、GZX、MXX、MYX和MZX的修正计算公式为GXXKGXGXSBGX,GYXKGYGYSBGY,GZXKGZGZSBGZ,MXXKMXMXSBMX,MYXKMYMYSBMY,MZXKMZMZSBMZ。2根据权利要求1所述的高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法,其特征是所述参数计算A的具体步骤如下步骤A1将连续测斜仪的倾斜角调节在10;步骤A2分别记录重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY的输出值GX0、GY0、MX0、MY0;步骤A3使连续测斜仪自转90,分别记录重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY此时。

6、的输出值GX90、GY90、MX90、MY90;步骤A4再使连续测斜仪自转90,分别记录重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY此时的输出值GX180、GY180、MX180、MY180;步骤A5再使连续测斜仪自转90,分别记录重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY此时的输出值GX270、GY270、MX270、MY270;步骤A6分别计算重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY的零点偏值BGX、BGY、BMX、BMY,其中,BGXGX0GX90GX180GX270/4,权利要求书CN102121375ACN102121382A2/3页3BGYGY0。

7、GY90GY180GY270/4,BMXMX0MX90MX180MX270/4,BMYMY0MY90MY180MY270/4。3根据权利要求1所述的高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法,其特征是所述参数计算B的具体步骤如下步骤B1将连续测斜仪的倾斜角调节在90;步骤B2自转连续测斜仪,使重力加速度GX的值为4MV4MV范围内的一个数值;分别记录此时重力加速度GY、磁向量MY的值GYC、MYC;步骤B3分别计算重力加速度GY、磁向量MY的标量系数值KGY、KMY,其中,KGYGYB/GYC,KMYMYB/MYC;GYB为重力加速度GY的标量,MYB为磁向量MY的标量;步骤B4自转连续测斜仪,使重。

8、力加速度GY的值为4MV4MV范围内的一个数值;分别记录此时重力加速度GX、磁向量MX的值GXC、MXC;步骤B5分别计算重力加速度GX、磁向量MX的标量系数值KGX、KMX,其中,KGXGXB/GXC,KMXMXB/MXC;GXB为重力加速度GX的标量,MXB为磁向量MX的标量。4根据权利要求3所述的高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法,其特征是所述GXB、GYB为8000MV;MXB、MYB为6000MV。5根据权利要求1所述的高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法,其特征是所述参数计算C的具体步骤如下步骤C1将连续测斜仪的倾斜角调节在90;步骤C2记录重力加速度GZ此时的输出值GZ0;步骤。

9、C3使连续测斜仪自转90,记录重力加速度GZ此时的输出值GZ90;步骤C4再使连续测斜仪自转90,记录重力加速度GZ此时的输出值GZ180;步骤C5再使连续测斜仪自转90,记录重力加速度GZ此时的输出值GZ270;步骤C6计算重力加速度GZ的零点偏值BGZ,其中,BGZGZ0GZ90GZ180GZ270/4。6根据权利要求1所述的高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法,其特征是所述参数计算D的具体步骤如下步骤D1将连续测斜仪的倾斜角调节在90,将连续测斜仪的方位角调节在45;记录磁向量MZ此时的输出值MZ45;步骤D2将连续测斜仪的方位角调节在135,记录磁向量MZ此时的输出值MZ135;步骤D。

10、3将连续测斜仪的方位角调节在225,记录磁向量MZ此时的输出值MZ225;步骤D4将连续测斜仪的方位角调节在315,记录磁向量MZ此时的输出值MZ315;步骤D5计算磁向量MZ的零点偏值BMZ,其中,BMZMZ45MZ135MZ225MZ315/4。7根据权利要求1所述的高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法,其特征是所述参数计算E的具体步骤如下步骤E1将连续测斜仪的倾斜角调节在0;步骤E2分别记录此时重力加速度GZ、磁向量MZ的值GZC、MZC;步骤E3分别计算重力加速度GZ、磁向量MZ的标量系数值KGZ、KMZ,其中,KGZGZB/权利要求书CN102121375ACN102121382A3。

11、/3页4GZC,KMZMZB/MZC;GZB为重力加速度GZ的标量,MZB为磁向量MZ的标量。8根据权利要求7所述的高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法,其特征是所述GZB为8000MV;MZB为6000MV。权利要求书CN102121375ACN102121382A1/10页5高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法0001一、技术领域本发明涉及一种仪器输出信号的校正方法,特别是涉及一种高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法。0002二、背景技术连续测斜仪是石油钻井工程中经常使用的一种测量仪器,它主要用来检测井眼的倾斜角、方位角等参数。由于连续测斜仪输出的重力加速度GX、重力加速度GY、重力加速度。

12、GZ、磁向量MX、磁向量MY和磁向量MZ的数值常会有偏差,就需要对其进行校正,现有校正主要通过硬件方式对连续测斜仪的输出信号进行校正调节就是把连续测斜仪中的3个重力加速度计和3个磁通门式传感器都用硬件的方式调整到所需角度,这种方法调整复杂、耗时长、维护难,并且对维护人员的技术要求高,不利于推广。以往连续测斜仪中测量重力加速度GX、GY、GZ、磁向量MX、MY、MZ的探棒都是不耐高温的,所以要使用保温瓶来对它们进行保护,这样造成连续测斜仪的长度非常长,对连续测斜仪的使用影响很大。三、发明内容0003本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷,提供一种校正简单、方便的高温连续测斜仪探棒数字信号的处。

13、理方法。0004本发明的技术方案0005首先,选用耐温155的重力加速度计及磁通门传感器探棒,重力加速度计及磁通门传感器探棒的型号为LT1,其生产厂家为中国电子科技集团公司第二十二研究所,使用这种耐高温的探棒后,可去掉保温瓶,在保证重力加速度计及磁通门传感器的测量精度的情况下使仪器变短,有利于石油钻井工程中的测量使用。0006一种高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法,首先,将安装有耐高温重力加速度计及磁通门传感器探棒的连续测斜仪放置在校验台上,接通连续测斜仪的电源使其输出以下信号重力加速度GX、重力加速度GY、重力加速度GZ、磁向量MX、磁向量MY和磁向量MZ;在校验台上,连续测斜仪可绕其自身。

14、的轴顺时针自转,连续测斜仪的倾斜角可任意调节,连续测斜仪的方位角可在0360度范围内变化,其中,倾斜角为连续测斜仪的轴与铅垂线的夹角,方位角是指从磁北在水平面上的投影到连续测斜仪的轴在水平面上的投影的顺时针角;然后,进行下列参数的计算0007参数计算A进行重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY的零点偏值BGX、BGY、BMX、BMY的计算;0008参数计算B进行重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY的标量系数值KGX、KGY、KMX、KMY的计算;0009参数计算C进行重力加速度GZ的零点偏值BGZ的计算;0010参数计算D进行磁向量MZ的零点偏值BMZ的计算;。

15、0011参数计算E进行重力加速度GZ、磁向量MZ的标量系数值KGZ、KMZ的计算;0012根据以上计算得出的参数,在实际应用中对实际测量的重力加速度GX、重力加速度GY、重力加速度GZ、磁向量MX、磁向量MY和磁向量MZ的值GXS、GYS、GZS、MXS、MYS和MZS说明书CN102121375ACN102121382A2/10页6进行修正计算,得到修正后的重力加速度GX、重力加速度GY、重力加速度GZ、磁向量MX、磁向量MY和磁向量MZ的值GXX、GYX、GZX、MXX、MYX和MZX,GXX、GYX、GZX、MXX、MYX和MZX的修正计算公式为0013GXXKGXGXSBGX,0014。

16、GYXKGYGYSBGY,0015GZXKGZGZSBGZ,0016MXXKMXMXSBMX,0017MYXKMYMYSBMY,0018MZXKMZMZSBMZ。0019参数计算A的具体步骤如下0020步骤A1将连续测斜仪的倾斜角调节在10;0021步骤A2分别记录重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY的输出值GX0、GY0、MX0、MY0;0022步骤A3使连续测斜仪自转90,分别记录重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY此时的输出值GX90、GY90、MX90、MY90;0023步骤A4再使连续测斜仪自转90,分别记录重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量M。

17、X和磁向量MY此时的输出值GX180、GY180、MX180、MY180;0024步骤A5再使连续测斜仪自转90,分别记录重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY此时的输出值GX270、GY270、MX270、MY270;0025步骤A6分别计算重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY的零点偏值BGX、BGY、BMX、BMY,其中,0026BGXGX0GX90GX180GX270/4,0027BGYGY0GY90GY180GY270/4,0028BMXMX0MX90MX180MX270/4,0029BMYMY0MY90MY180MY270/4。0030参数计算B的具。

18、体步骤如下0031步骤B1将连续测斜仪的倾斜角调节在90;0032步骤B2自转连续测斜仪,使重力加速度GX的值为4MV4MV范围内的一个数值;分别记录此时重力加速度GY、磁向量MY的值GYC、MYC;0033步骤B3分别计算重力加速度GY、磁向量MY的标量系数值KGY、KMY,其中,KGYGYB/GYC,KMYMYB/MYC;GYB为重力加速度GY的标量,MYB为磁向量MY的标量;0034步骤B4自转连续测斜仪,使重力加速度GY的值为4MV4MV范围内的一个数值;分别记录此时重力加速度GX、磁向量MX的值GXC、MXC;0035步骤B5分别计算重力加速度GX、磁向量MX的标量系数值KGX、KM。

19、X,其中,KGXGXB/GXC,KMXMXB/MXC;GXB为重力加速度GX的标量,MXB为磁向量MX的标量。0036GXB、GYB为8000MV;MXB、MYB为6000MV。0037参数计算C的具体步骤如下0038步骤C1将连续测斜仪的倾斜角调节在90;0039步骤C2记录重力加速度GZ此时的输出值GZ0;说明书CN102121375ACN102121382A3/10页70040步骤C3使连续测斜仪自转90,记录重力加速度GZ此时的输出值GZ90;0041步骤C4再使连续测斜仪自转90,记录重力加速度GZ此时的输出值GZ180;0042步骤C5再使连续测斜仪自转90,记录重力加速度GZ此时。

20、的输出值GZ270;0043步骤C6计算重力加速度GZ的零点偏值BGZ,其中,0044BGZGZ0GZ90GZ180GZ270/4。0045参数计算D的具体步骤如下0046步骤D1将连续测斜仪的倾斜角调节在90,将连续测斜仪的方位角调节在45;记录磁向量MZ此时的输出值MZ45;0047步骤D2将连续测斜仪的方位角调节在135,记录磁向量MZ此时的输出值MZ135;0048步骤D3将连续测斜仪的方位角调节在225,记录磁向量MZ此时的输出值MZ225;0049步骤D4将连续测斜仪的方位角调节在315,记录磁向量MZ此时的输出值MZ315;0050步骤D5计算磁向量MZ的零点偏值BMZ,其中,0。

21、051BMZMZ45MZ135MZ225MZ315/4。0052参数计算E的具体步骤如下0053步骤E1将连续测斜仪的倾斜角调节在0;0054步骤E2分别记录此时重力加速度GZ、磁向量MZ的值GZC、MZC;0055步骤E3分别计算重力加速度GZ、磁向量MZ的标量系数值KGZ、KMZ,其中,KGZGZB/GZC,KMZMZB/MZC;GZB为重力加速度GZ的标量,MZB为磁向量MZ的标量。0056GZB为8000MV;MZB为6000MV。0057连续测斜仪测量井眼的倾斜角、方位角的原理如下参见图1图50058首先定义名词0059倾斜角DEV0060连续测斜仪的轴井眼轴与铅垂线的夹角,用DEV。

22、表示。0061倾斜方位角DAZ0062向下看,从磁北到井眼方向在水平面上的顺时针角,用DAZ表示。0063相对方位角RB0064绕连续测斜仪的轴按顺时针方向转动的角,也叫自转角,用RB表示。0065磁倾角0066地球表面任何一点的地磁场总强度矢量和水平面间的夹角。0067磁偏角0068磁子午线与真子午线间的夹角,因地球两极与地磁两极不重合所致。0069倾斜角和倾斜方位角的计算方法如下0070采用石英挠性重力加速度计和磁力计组成的连续测斜仪,测量原理基于重力场和地磁场,并且以地磁场为基准建立一个参考坐标系即大地坐标系、以三维正交安装的重力加速度传感器和磁通门传感器建立测量坐标系即连续测斜仪坐标系。

23、。0071大地坐标系XOYOZO,XO指向水平东,YO指向水平北,ZO垂直地面向上如图1所说明书CN102121375ACN102121382A4/10页8示,0072连续测斜仪坐标系X、Y、Z,由连续测斜仪轴线方向Z,1号探头Y方向,2号探头X方向,并且确保三轴正交如图2所示。0073前面我们已经建立了参考坐标系和测量坐标系,连续测斜仪在井眼中静止或匀速运动时,利用这两个坐标系和连续测斜仪坐标轴上分别正交安装的三个重力加速度传感器和三个磁通门传感器的测量值,就可以计算出仪器的方位角和倾斜角。0074如果人为地将两个坐标系重合,则XO对应X,YO对应Y,ZO对应Z。当连续测斜仪改变姿态时,连续。

24、测斜仪坐标系X、Y、Z可以认为相对于大地坐标系XO、YO、ZO经过旋转而得到。在计算过程中,首先以Z0轴为轴心逆时针旋转方位角变换成坐标系X1、Y1、Z1如图3所示。0075X1、Y1、Z1与X0、Y0、Z0的关系如下0076X1X0COSY0SIN0077Y1X0SINY0COS0078Z1Z00079可得关系式00800081可记关系矩阵00820083以X1为轴逆时针旋转倾斜角,形成坐标系X2Y2Z2如图4所示。X2、Y2、Z2与X1、Y1、Z1的关系如下0084X2X10085Y2Y1COSZ1SIN0086Z2Y1SINZ1COS0087可得关系式00880089可记关系矩阵0090。

25、0091以Z2为轴逆时针旋转自转角,形成坐标系X2Y2Z2如图5所示。说明书CN102121375ACN102121382A5/10页90092X、Y、Z与X2、Y2、Z2的关系如下0093XX2COSY2SIN0094YX2SINY2COS0095ZZ20096可得关系式00970098可记关系矩阵00990100由此可得X、Y、Z与XO、YO、ZO关系0101由于0102010301040105在基准状态既大地坐标系与连续测斜仪坐标系重合时对重力场有01060107对磁力场有01080109I为磁倾角说明书CN102121375ACN102121382A6/10页100110因此,连续测斜。

26、仪在任意状态下,各测量轴上重力加速度传感器所测得的重力加速度值为01110112各测量轴上的磁通门传感器感应的地磁场值为01130114对11式展开得0115GXGSINSIN130116GYGCOSSIN140117GZGCOS150118对12式展开得0119MXCOSSINSINCOSCOSMCOSISINSINMSINI160120MYSINSINCOSCOSCOSMCOSICOSSINMSINI170121MZSINCOSMCOSICOSMSINI180122由132142152得倾斜角计算公式012301240125由1314得相对方位角计算公式012601270128由16COS。

27、17SIN得0129MXCOSMYSINSINMCOSI230130由16COSSIN17COSCOS18SIN得0131MXCOSSINMYCOSCOSMZSINCOSMCOSI240132得倾斜方位角计算公式01330134说明书CN102121375ACN102121382A7/10页110135通过以上方程的解算,我们已经得出了利用重力场和地磁场测量井眼的倾斜角和倾斜方位角的测量计算方法,计算出了倾斜角DEV和倾斜方位角DAZ。连续测斜仪利用重力场和地磁场测量井眼的倾斜角和倾斜方位角,在测量过程中只要准确地测量出安装在连续测斜仪坐标系上的三个重力分量GX、GY、GZ和三个地磁场分量MX。

28、、MY、MZ,通过解算式20和式26就可以求出仪器的倾斜角和倾斜方位角,即井眼的倾斜角和倾斜方位角。0136以上是连续测斜的理论基础,我们从计算方法的特点可以看出,它主要通过六个基础量重力加速度GX、GY、GZ和磁向量MX、MY、MZ来进行计算,针对这个特点,我们在计算时只要把这六个量修正准确就可以计算出准确的倾角和方位了。0137本发明的有益效果01381、本发明首先在校验台上对连续测斜仪的重力加速度GX、重力加速度GY、重力加速度GZ、磁向量MX、磁向量MY和磁向量MZ的零点偏值和标量系数值进行测定,在实际应用中再根据各输出信号的零点偏值和标量系数值对实际测量的数据进行修正计算。这样,在实。

29、际使用连续测斜仪检测井眼的倾斜角、方位角时,只要把测定好的零点偏值和标量系数值发到单片机里参与倾斜角、方位角的运算就可以校正连续测斜仪的偏差,校正简单、快捷、维护方便。四、附图说明0139图1为连续测斜仪测量井眼的倾斜角、方位角的原理示意图之一;0140图2为连续测斜仪测量井眼的倾斜角、方位角的原理示意图之二;0141图3为连续测斜仪测量井眼的倾斜角、方位角的原理示意图之三;0142图4为连续测斜仪测量井眼的倾斜角、方位角的原理示意图之四;0143图5为连续测斜仪测量井眼的倾斜角、方位角的原理示意图之五。五、具体实施方式0144首先,选用耐温155的重力加速度计及磁通门传感器探棒,重力加速度计。

30、及磁通门传感器探棒的型号为LT1,其生产厂家为中国电子科技集团公司第二十二研究所,使用这种耐高温的探棒后,可去掉保温瓶,在保证重力加速度计及磁通门传感器的测量精度的情况下使仪器变短,有利于石油钻井工程中的测量使用。0145一种高温连续测斜仪探棒数字信号的处理方法,首先,将安装有耐高温重力加速度计及磁通门传感器探棒的连续测斜仪放置在校验台上,接通连续测斜仪的电源使其输出以下信号重力加速度GX、重力加速度GY、重力加速度GZ、磁向量MX、磁向量MY和磁向量MZ;在校验台上,连续测斜仪可绕其自身的轴顺时针自转,连续测斜仪的倾斜角可任意调节,连续测斜仪的方位角可在0360度范围内变化,其中,倾斜角为连。

31、续测斜仪的轴与铅垂线的夹角,方位角是指从磁北在水平面上的投影到连续测斜仪的轴在水平面上的投影的顺时针角;然后,进行下列参数的计算0146参数计算A进行重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY的零点偏说明书CN102121375ACN102121382A8/10页12值BGX、BGY、BMX、BMY的计算;0147参数计算B进行重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY的标量系数值KGX、KGY、KMX、KMY的计算;0148参数计算C进行重力加速度GZ的零点偏值BGZ的计算;0149参数计算D进行磁向量MZ的零点偏值BMZ的计算;0150参数计算E进行重力加速度GZ、。

32、磁向量MZ的标量系数值KGZ、KMZ的计算;0151根据以上计算得出的参数,在实际应用中对实际测量的重力加速度GX、重力加速度GY、重力加速度GZ、磁向量MX、磁向量MY和磁向量MZ的值GXS、GYS、GZS、MXS、MYS和MZS进行修正计算,得到修正后的重力加速度GX、重力加速度GY、重力加速度GZ、磁向量MX、磁向量MY和磁向量MZ的值GXX、GYX、GZX、MXX、MYX和MZX,GXX、GYX、GZX、MXX、MYX和MZX的修正计算公式为0152GXXKGXGXSBGX,0153GYXKGYGYSBGY,0154GZXKGZGZSBGZ,0155MXXKMXMXSBMX,0156M。

33、YXKMYMYSBMY,0157MZXKMZMZSBMZ。0158参数计算A的具体步骤如下0159步骤A1将连续测斜仪的倾斜角调节在10;0160步骤A2分别记录重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY的输出值GX0、GY0、MX0、MY0;0161步骤A3使连续测斜仪自转90,分别记录重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY此时的输出值GX90、GY90、MX90、MY90;0162步骤A4再使连续测斜仪自转90,分别记录重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY此时的输出值GX180、GY180、MX180、MY180;0163步骤A5再使连续测斜仪。

34、自转90,分别记录重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY此时的输出值GX270、GY270、MX270、MY270;0164步骤A6分别计算重力加速度GX、重力加速度GY、磁向量MX和磁向量MY的零点偏值BGX、BGY、BMX、BMY,其中,0165BGXGX0GX90GX180GX270/4,0166BGYGY0GY90GY180GY270/4,0167BMXMX0MX90MX180MX270/4,0168BMYMY0MY90MY180MY270/4。0169参数计算B的具体步骤如下0170步骤B1将连续测斜仪的倾斜角调节在90;0171步骤B2自转连续测斜仪,使重力加速度G。

35、X的值为4MV4MV范围内的一个数值;分别记录此时重力加速度GY、磁向量MY的值GYC、MYC;0172步骤B3分别计算重力加速度GY、磁向量MY的标量系数值KGY、KMY,其中,KGYGYB/GYC,KMYMYB/MYC;GYB为重力加速度GY的标量,MYB为磁向量MY的标量;说明书CN102121375ACN102121382A9/10页130173步骤B4自转连续测斜仪,使重力加速度GY的值为4MV4MV范围内的一个数值;分别记录此时重力加速度GX、磁向量MX的值GXC、MXC;0174步骤B5分别计算重力加速度GX、磁向量MX的标量系数值KGX、KMX,其中,KGXGXB/GXC,KM。

36、XMXB/MXC;GXB为重力加速度GX的标量,MXB为磁向量MX的标量。0175GXB、GYB为8000MV;MXB、MYB为6000MV。0176参数计算C的具体步骤如下0177步骤C1将连续测斜仪的倾斜角调节在90;0178步骤C2记录重力加速度GZ此时的输出值GZ0;0179步骤C3使连续测斜仪自转90,记录重力加速度GZ此时的输出值GZ90;0180步骤C4再使连续测斜仪自转90,记录重力加速度GZ此时的输出值GZ180;0181步骤C5再使连续测斜仪自转90,记录重力加速度GZ此时的输出值GZ270;0182步骤C6计算重力加速度GZ的零点偏值BGZ,其中,0183BGZGZ0GZ。

37、90GZ180GZ270/4。0184参数计算D的具体步骤如下0185步骤D1将连续测斜仪的倾斜角调节在90,将连续测斜仪的方位角调节在45;记录磁向量MZ此时的输出值MZ45;0186步骤D2将连续测斜仪的方位角调节在135,记录磁向量MZ此时的输出值MZ135;0187步骤D3将连续测斜仪的方位角调节在225,记录磁向量MZ此时的输出值MZ225;0188步骤D4将连续测斜仪的方位角调节在315,记录磁向量MZ此时的输出值MZ315;0189步骤D5计算磁向量MZ的零点偏值BMZ,其中,0190BMZMZ45MZ135MZ225MZ315/4。0191参数计算E的具体步骤如下0192步骤E。

38、1将连续测斜仪的倾斜角调节在0;0193步骤E2分别记录此时重力加速度GZ、磁向量MZ的值GZC、MZC;0194步骤E3分别计算重力加速度GZ、磁向量MZ的标量系数值KGZ、KMZ,其中,KGZGZB/GZC,KMZMZB/MZC;GZB为重力加速度GZ的标量,MZB为磁向量MZ的标量。0195GZB为8000MV;MZB为6000MV。0196采用本发明的方法对连续测斜仪的输出信号进行校正后测得的井眼的倾斜角、方位角的数据如表1、表2所示,采用硬件方式对连续测斜仪的输出信号进行校正调节后测得的井眼的倾斜角、方位角的数据如表3、表4所示。从中可以看出,采用本发明的校正方法时倾斜角的误差02度,方位角倾斜角3度时的误差2度,而采用硬件校正方式时测得的倾斜角、方位角的误差要大于采用本发明的校正方法时的误差。0197表1采用本发明的校正方法时倾斜角的测试记录0198说明书CN102121375ACN102121382A10/10页140199表2采用本发明的校正方法时方位角的测试记录倾斜角3度时02000201表3采用硬件校正方法时倾斜角的测试记录02020203表4采用硬件校正方法时方位角的测试记录倾斜角3度时0204说明书CN102121375ACN102121382A1/1页15图1图2图3图4图5说明书附图CN102121375A。

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