一种水平井旋转磁场定位中的滤波方法及装置.pdf

摘要
申请专利号：	CN201210159636.1	申请日：	2012.05.21
公开号：	CN102828741A	公开日：	2012.12.19
当前法律状态：	驳回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):E21B 47/092申请公布日:20121219\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):E21B 47/092申请日:20120521\|\|\|公开
IPC分类号：	E21B47/092(2012.01)I; E21B47/13(2012.01)I	主分类号：	E21B47/092
申请人：	中国石油天然气集团公司; 中国石油集团钻井工程技术研究院
发明人：	申瑞臣; 张超; 田中兰; 乔磊; 庞柯柯; 董胜伟
地址：	100007 北京市东城区东直门北大街9号
优先权：
专利代理机构：	北京三高永信知识产权代理有限责任公司 11138	代理人：	滕一斌
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内容摘要

本发明公开了一种水平井旋转磁场定位中的滤波方法及装置，所述滤波方法包括：通过设定水平井钻头的钻进标记点，采集钻头在相邻两标记点所形成的磁场信号，根据钻头测点An与各标记点间所形成的多段连续磁场信号分别计算各标记点的测量参数，对各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算，得到钻头测点滤波估计值Xn；所述装置包括：钻进标记模块、磁场信号采集模块、钻进测量模块和计算模块；通过对各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算，实现了水平井的远场定位，提高了远场定位精度，使水平井的有效测算范围扩大至70m以外距离。

权利要求书

1.一种水平井旋转磁场定位中的滤波方法，其特征在于，所述滤波方法包
括：
步骤一，设定水平井钻头的钻进标记点[A₀、A₁、…、A_n]；
步骤二，采集钻头在相邻两标记点所形成的磁场信号[S₁、S₂、…、S_n]；
步骤三，根据步骤二所采集的磁场信号测量各标记点[A₀、A₁、…、A_n]所对
应的测量参数[Z₀、Z₁、Z₂、…、Z_n]；
步骤四，对各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算，得到钻头测点滤波
估计值
2.根据权利要求1所述的水平井旋转定位中的滤波方法，其特征在于，
所述步骤三中对各标记点进行测量参数的测量，其具体测量方法是根据钻
头在所测钻进标记点A_i之前所形成的i段连续磁场信号计算所测钻进标记点A_i
所对应的测量参数Z_i，其中i=0～n。
3.根据权利要求2所述的水平井旋转定位中的滤波方法，其特征在于，
所述的对各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算，其具体步骤包括：
步骤一，对初始标记点估计值的一步预测；
其中初始标记点估计值为
步骤二，设定初始协方差阵P₀，并设定协方差阵的外推方程
P 1 / 0 = Φ 1 / 0 P 0 Φ 1 / 0 T ]]>
其中：初始协方差阵P₀取单位阵，Φ_1/0为系统转移矩阵，用于描述距离、
方位角和井斜角间的几何关系，其取为单位阵；
步骤三，通过建立迭代方程计算钻进标记点A_n的滤波估计值所设定的
迭代方程如下：

B k = P k / k - 1 ( P k / k - 1 + R k ) - 1 P k / k - 1 = φ k / k - 1 P k - 1 φ k / k - 1 T ]]>
其中k＝1、2、3…n，
R_k为噪声协方差，其为单位阵；
B_k为滤波增益矩阵；
γ_k、θ_k、为钻头第k个标记点的位置参数。
4.一种水平井旋转磁场定位中的滤波装置，其特征在于，其包括：
钻进标记模块，用于设定水平井钻头的钻进标记点[A₀、A₁、…、A_n]；
磁场信号采集模块，用于采集钻头在相邻两标记点所形成的磁场信号[S₁、
S₂、…、S_n]；
钻进测量模块，用于测量各标记点所对应的测量参数[Z₀、Z₁、Z₂、…、Z_n]；
计算模块，用于对各标记点的测量参数[Z₀、Z₁、Z₂、…、Z_n]进行卡尔曼滤
波计算，获到钻头测点滤波估计值X_n。
5.根据权利要求4所述的水平井旋转磁场定位中的滤波装置，其特征在于，
所述计算模块具体用于依据如下迭代方程计算钻进标记点A_n的滤波估计值

B k = P k / k - 1 ( P k / k - 1 + R k ) - 1 P k / k - 1 = φ k / k - 1 P k - 1 φ k / k - 1 T ]]>
其中：k＝1、2、3…n，
P 1 / 0 = Φ 1 / 0 P 0 Φ 1 / 0 T , ]]>
R_k为噪声协方差，取单位阵；
B_k为滤波增益矩阵；
P₀,为初始协方差阵，取单位阵；
Φ_1/0为系统转移矩阵，取单位阵；
γ_k、θ_k、为钻头第k个钻进标记点的位置参数。

说明书

一种水平井旋转磁场定位中的滤波方法及装置

技术领域

本发明涉及水平井旋转磁场定位技术领域，特别涉及一种水平井旋转磁场
定位中的滤波方法及装置，应用数字信号处理的方法对水平井旋转磁场定位结
果进行优化。

背景技术

磁场定位技术广泛应用于导向钻井中，利用磁体随着其磁矩方向和距离的
变化会在空间中形成特定磁场分布的规律，通过检测特定磁场参数的变化，就
能够测量该磁体在空间位置的变化，并确定观测点与磁体在空间中的相对位置。
水平井旋转磁场定位在严格的近场磁场模型下，具有精确地近场定位精度。

目前，钻井院利用单点的磁场定位算法成功实现50m内的水平井定位。然
而，由于远场模型误差及各种噪声、干扰的影响，单点磁场定位算法在50m外
的远场计算误差偏大，甚至在70m外无法测量计算。

发明内容

为了实现水平井的远场定位，充分利用磁场测量数据提高远场定位精度，
本发明提供了一种水平井旋转磁场定位中的滤波方法及装置。

所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种水平井旋转磁场定位中的滤波方法，所述滤波
方法包括：

步骤一，设定水平井钻头的钻进标记点[A₀、A₁、…、A_n]；

步骤二，采集钻头在相邻两标记点所形成的磁场信号[S₁、S₂、…、S_n]；

步骤三，根据步骤二所采集的磁场信号测量各标记点[A₀、A₁、…、A_n]所对
应的测量参数[Z₀、Z₁、Z₂、…、Z_n]；

步骤四，对各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算，得到钻头测点滤波
估计值

进一步地，所述步骤三中对各标记点进行测量参数的测量，其具体测量方
法是根据钻头在所测钻进标记点A_i之前所形成的i段连续磁场信号计算所测钻
进标记点A_i所对应的测量参数Z_i，其中i=0～n。

所述的对各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算，其具体步骤包括：

步骤一，对初始标记点估计值的一步预测；

其中初始标记点估计值为

步骤二，设定初始协方差阵P₀，并设定协方差阵的外推方程

P 1 / 0 = Φ 1 / 0 P 0 Φ 1 / 0 T ]]>

其中：初始协方差阵P₀取单位阵，Φ_1/0为系统转移矩阵，用于描述距离、
方位角和井斜角间的几何关系，其取为单位阵；

步骤三，通过建立迭代方程计算钻进标记点A_n的滤波估计值所设定的
迭代方程如下：

B k = P k / k - 1 ( P k / k - 1 + R k ) - 1 P k / k - 1 = φ k / k - 1 P k - 1 φ k / k - 1 T ]]>

其中k＝1、2、3…n，

R_k为噪声协方差，其为单位阵；

B_k为滤波增益矩阵；

γ_k、θ_k、为钻头第k个标记点的位置参数。

另一方面，本发明还提供了一种水平井旋转磁场定位中的滤波装置，其包
括：

钻进标记模块，用于设定水平井钻头的钻进标记点[A₀、A₁、…、A_n]；

磁场信号采集模块，用于采集钻头在相邻两标记点所形成的磁场信号[S₁、
S₂、…、S_n]；

钻进测量模块，用于测量各标记点所对应的测量参数[Z₀、Z₁、Z₂、…、Z_n]；

计算模块，用于对各标记点的测量参数[Z₀、Z₁、Z₂、…、Z_n]进行卡尔曼滤
波计算，获到钻头测点滤波估计值X_n。

所述计算模块具体用于依据如下迭代方程计算钻进标记点A_n的滤波估计值

B k = P k / k - 1 ( P k / k - 1 + R k ) - 1 P k / k - 1 = φ k / k - 1 P k - 1 φ k / k - 1 T ]]>

其中：k＝1、2、3…n，

R_k为噪声协方差，取单位阵；

B_k为滤波增益矩阵；

P₀,为初始协方差阵，取单位阵；

Φ_1/0为系统转移矩阵，取单位阵；

γ_k、θ_k、为钻头第k个钻进标记点的位置参数。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

本发明提出了一种水平井旋转磁场定位中的滤波方法和装置，其在测取钻
进标记点测量参数时，通过对所测标记点之前所形成的多个连续所测磁场信号
进行综合分析，然后对所测得的各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算，通
过对各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算后，消除了各种噪声、干扰的影
响，使滤波输出逐渐收敛，大幅提高远场定位精度。

从图4至图6所示的卡尔曼滤波结果中可以看出，单次测量值受到噪声及
杂波的影响起伏波动较大，而经过对测点进行卡尔曼滤波后，卡尔曼滤波算法
比单点定位算法精度要高，特别是水平钻井导向中最重要的方位角精度达到小
于1°；

同时，本发明还将有效测算范围扩大至70m以外距离，如图7-图8所示，
使其在远场测量中具备连续测量的能力，其定位精度更高、定位结果方差更小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所
需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明
的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，
还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所提供的滤波方法框图；

图2是本发明所提供的滤波装置原理图；

图3是为水平井磁场定位示意图；

图4为卡尔曼滤波算法流程图；

图5为距离的卡尔曼滤波结果；

图6为方位角的卡尔曼滤波结果；

图7为井斜角的卡尔曼滤波结果；

图8为用于远场定位的距离的卡尔曼滤波结果；

图9为用于远场定位的方位角的卡尔曼滤波结果；

图10为用于远场定位的井斜角的卡尔曼滤波结果。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明
实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种水平井旋转磁场定位中的滤波方法，所述
滤波方法包括：

步骤一，设定水平井钻头的钻进标记点[A₀、A₁、…、A_n]；

步骤二，采集钻头在相邻两标记点所形成的磁场信号[S₁、S₂、…、S_n]；

步骤三，根据步骤二所采集的磁场信号测量各标记点[A₀、A₁、…、A_n]所对
应的测量参数[Z₀、Z₁、Z₂、…、Z_n]；其中对各标记点进行测量参数的测量，其
具体测量方法是根据钻头在所测钻进标记点A_i之前所形成的i段连续磁场信号
计算所测钻进标记点A_i所对应的测量参数Z_i，其中i=0～n。

步骤四，对各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算，得到钻头测点滤波
估计值

如图4所示，对各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算，其具体步骤包
括：

步骤一，对初始标记点估计值的一步预测

其中初始标记点估计值为

步骤二，设定初始协方差阵P₀，并设定协方差阵的外推方程

P 1 / 0 = Φ 1 / 0 P 0 Φ 1 / 0 T ]]>

其中：初始协方差阵P₀取单位阵，Φ_1/0为系统转移矩阵，用于描述距离、
方位角和井斜角间的几何关系，其可以取为单位阵；

步骤三，通过建立迭代方程计算测点A_n的滤波估计值所设定的迭代方
程如下：

B k = P k / k - 1 ( P k / k - 1 + R k ) - 1 P k / k - 1 = φ k / k - 1 P k - 1 φ k / k - 1 T ]]>

其中k＝1、2、3…n，

R_k为噪声协方差，其为单位阵；

B_k为滤波增益矩阵；

γ_k、θ_k、为钻头第k个标记点的位置参数。

本发明还提供了一种水平井旋转磁场定位中的滤波装置，如图2所示，其
包括：

钻进标记模块，用于设定水平井钻头的钻进标记点[A₀、A₁、…、A_n]；

磁场信号采集模块，用于采集钻头在相邻两标记点所形成的磁场信号[S₁、
S₂、…、S_n]；

钻进测量模块，用于测量各标记点所对应的测量参数[Z₀、Z₁、Z₂、…、Z_n]；

计算模块，用于对各标记点的测量参数[Z₀、Z₁、Z₂、…、Z_n]进行卡尔曼滤
波计算，获到钻头测点滤波估计值X_n。

所述计算模块具体用于依据如下迭代方程计算钻进标记点A_n的滤波估计值

B k = P k / k - 1 ( P k / k - 1 + R k ) - 1 P k / k - 1 = φ k / k - 1 P k - 1 φ k / k - 1 T ]]>

其中：k＝1、2、3…n，

R_k为噪声协方差，取单位阵；

B_k为滤波增益矩阵；

P₀,为初始协方差阵，取单位阵；

Φ_1/0为系统转移矩阵，取单位阵；

γ_k、θ_k、为钻头第k个钻进标记点的位置参数。

下面对具体的算法进行详细描述：

设目标点为O，钻头由A0点开始向前钻进，图3中向左每前进一定距离将
进行一次标记，由磁场单点定位算法可以依次确定标记点A1、A2、…、An的位
置。根据磁场单点定位算法，当前标记点的位置由之前采集的一段磁场信号输
入算法流程计算得到。如A1点由钻头在A0和A1点之间前进时探管采集的信号
段S1计算。依此法类推，各点采用的信号段分别为S1、S2、…、Sn。

假设目前钻头前进至An，首先采用[S_n-m S_n-m+1…S_n]段信号进行计算，得
到An点的定位参数继续采用[S_n-m+1…S_n]段信号进行计算，得到
依次类推，采用S_n段信号得到于是，对于An
点共得到m+1组位置参数，对这m+1组数据应用卡尔曼滤波算法，得到最终的
计算结果。具体算法如下：

（1）对初始的估计值的一步预测

X ^ 1 / 0 = Φ 1 / 0 X ^ 0 ]]>

其中初始估计值Φ_1/0为系统转移矩阵，描述距离、方位
角和井斜角间的几何关系，也可以取为单位阵。

（2）协方差阵的外推方程

P 1 / 0 = Φ 1 / 0 P 0 Φ 1 / 0 T ]]>

其中，初始协方差阵P₀取单位阵。

（3）第一次滤波输出

X ^ 1 = X ^ 1 / 0 + B 1 ( Z 1 - X ^ 1 / 0 ) ]]>

其中滤波增益矩阵B₁=P_1/0(P_1/0+R₁)^-1，R₁为噪声协方差，默认为单位阵，
为第一次的测量值。

同时，更新协方差阵

P₁=(I-B₁)P_1/0

（4）重复步骤（1）～（3）

X ^ 2 / 1 = Φ 2 / 1 X ^ 1 ]]>

P 2 / 1 = Φ 2 / 1 P 1 Φ 2 / 1 T ]]>

X ^ 2 = X ^ 2 / 1 + B 2 ( Z 2 - X ^ 2 / 1 ) ]]>

经过m次滤波，得到最终滤波估计

X ^ m = X ^ m / m - 1 + B m ( Z m - X ^ m / m - 1 ) ]]>

下面举例说明本发明算法较单点定位算法的优势。

钻头向目标井连续钻进过程中，在某一时刻t，钻头相对目标井的位置参数
经过实际测量为：距离40.4694m，方位角164.3437°，井斜角90.2329°。由
单点定位算法计算得到位置参数为：距离38.5746，方位角162.6619°，井斜
角88.3725°。

采用本发明进行卡尔曼滤波的结果如图5-7所示，可以看出，单次测量值
受到噪声及杂波的影响起伏波动较大，而经过卡尔曼滤波后，滤波输出逐渐收
敛。输出结果为：距离40.0561，方位角163.7679°，井斜角88.5152°。由上
述计算结果可知，卡尔曼滤波算法比单点定位算法精度要高。

在75-65m的远场定位时，如图8-10所示，单次测量误差波动十分剧烈，
距离、方位角和井斜角的均方根误差分别达到6m、8°和4°以上，此时直接根
据单次测量结果进行定位没有实际意义。而本发明提出的卡尔曼滤波方法依然
具有较好的收敛性质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的
精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的
保护范围之内。

资源描述

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1、10申请公布号CN102828741A43申请公布日20121219CN102828741ACN102828741A21申请号201210159636122申请日20120521E21B47/092201201E21B47/1320120171申请人中国石油天然气集团公司地址100007北京市东城区东直门北大街9号申请人中国石油集团钻井工程技术研究院72发明人申瑞臣张超田中兰乔磊庞柯柯董胜伟74专利代理机构北京三高永信知识产权代理有限责任公司11138代理人滕一斌54发明名称一种水平井旋转磁场定位中的滤波方法及装置57摘要本发明公开了一种水平井旋转磁场定位中的滤波方法及装置，所述滤波方法包括通。

2、过设定水平井钻头的钻进标记点，采集钻头在相邻两标记点所形成的磁场信号，根据钻头测点AN与各标记点间所形成的多段连续磁场信号分别计算各标记点的测量参数，对各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算，得到钻头测点滤波估计值XN；所述装置包括钻进标记模块、磁场信号采集模块、钻进测量模块和计算模块；通过对各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算，实现了水平井的远场定位，提高了远场定位精度，使水平井的有效测算范围扩大至70M以外距离。51INTCL权利要求书2页说明书6页附图5页19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2页说明书6页附图5页1/2页21一种水平井旋转磁场定位中的滤波方法，其特征在。

3、于，所述滤波方法包括步骤一，设定水平井钻头的钻进标记点A0、A1、AN；步骤二，采集钻头在相邻两标记点所形成的磁场信号S1、S2、SN；步骤三，根据步骤二所采集的磁场信号测量各标记点A0、A1、AN所对应的测量参数Z0、Z1、Z2、ZN；步骤四，对各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算，得到钻头测点滤波估计值2根据权利要求1所述的水平井旋转定位中的滤波方法，其特征在于，所述步骤三中对各标记点进行测量参数的测量，其具体测量方法是根据钻头在所测钻进标记点AI之前所形成的I段连续磁场信号计算所测钻进标记点AI所对应的测量参数ZI，其中I0N。3根据权利要求2所述的水平井旋转定位中的滤波方法，其特征在于。

4、，所述的对各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算，其具体步骤包括步骤一，对初始标记点估计值的一步预测；其中初始标记点估计值为步骤二，设定初始协方差阵P0，并设定协方差阵的外推方程其中初始协方差阵P0取单位阵，1/0为系统转移矩阵，用于描述距离、方位角和井斜角间的几何关系，其取为单位阵；步骤三，通过建立迭代方程计算钻进标记点AN的滤波估计值所设定的迭代方程如下其中K1、2、3N，RK为噪声协方差，其为单位阵；BK为滤波增益矩阵；K、K、为钻头第K个标记点的位置参数。4一种水平井旋转磁场定位中的滤波装置，其特征在于，其包括钻进标记模块，用于设定水平井钻头的钻进标记点A0、A1、AN；磁场信号采集模块。

5、，用于采集钻头在相邻两标记点所形成的磁场信号S1、S2、SN；钻进测量模块，用于测量各标记点所对应的测量参数Z0、Z1、Z2、ZN；计算模块，用于对各标记点的测量参数Z0、Z1、Z2、ZN进行卡尔曼滤波计算，获到钻头测点滤波估计值XN。5根据权利要求4所述的水平井旋转磁场定位中的滤波装置，其特征在于，所述计算模块具体用于依据如下迭代方程计算钻进标记点AN的滤波估计值权利要求书CN102828741A2/2页3其中K1、2、3N，RK为噪声协方差，取单位阵；BK为滤波增益矩阵；P0,为初始协方差阵，取单位阵；1/0为系统转移矩阵，取单位阵；K、K、为钻头第K个钻进标记点的位置参数。权利要求书CN。

6、102828741A1/6页4一种水平井旋转磁场定位中的滤波方法及装置技术领域0001本发明涉及水平井旋转磁场定位技术领域，特别涉及一种水平井旋转磁场定位中的滤波方法及装置，应用数字信号处理的方法对水平井旋转磁场定位结果进行优化。背景技术0002磁场定位技术广泛应用于导向钻井中，利用磁体随着其磁矩方向和距离的变化会在空间中形成特定磁场分布的规律，通过检测特定磁场参数的变化，就能够测量该磁体在空间位置的变化，并确定观测点与磁体在空间中的相对位置。水平井旋转磁场定位在严格的近场磁场模型下，具有精确地近场定位精度。0003目前，钻井院利用单点的磁场定位算法成功实现50M内的水平井定位。然而，由于远场。

7、模型误差及各种噪声、干扰的影响，单点磁场定位算法在50M外的远场计算误差偏大，甚至在70M外无法测量计算。发明内容0004为了实现水平井的远场定位，充分利用磁场测量数据提高远场定位精度，本发明提供了一种水平井旋转磁场定位中的滤波方法及装置。0005所述技术方案如下0006一方面，本发明提供了一种水平井旋转磁场定位中的滤波方法，所述滤波方法包括0007步骤一，设定水平井钻头的钻进标记点A0、A1、AN；0008步骤二，采集钻头在相邻两标记点所形成的磁场信号S1、S2、SN；0009步骤三，根据步骤二所采集的磁场信号测量各标记点A0、A1、AN所对应的测量参数Z0、Z1、Z2、ZN；0010步骤四。

8、，对各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算，得到钻头测点滤波估计值0011进一步地，所述步骤三中对各标记点进行测量参数的测量，其具体测量方法是根据钻头在所测钻进标记点AI之前所形成的I段连续磁场信号计算所测钻进标记点AI所对应的测量参数ZI，其中I0N。0012所述的对各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算，其具体步骤包括0013步骤一，对初始标记点估计值的一步预测；0014其中初始标记点估计值为0015步骤二，设定初始协方差阵P0，并设定协方差阵的外推方程00160017其中初始协方差阵P0取单位阵，1/0为系统转移矩阵，用于描述距离、方位角和井斜角间的几何关系，其取为单位阵；说明书CN1028。

9、28741A2/6页50018步骤三，通过建立迭代方程计算钻进标记点AN的滤波估计值所设定的迭代方程如下001900200021其中K1、2、3N，0022RK为噪声协方差，其为单位阵；0023BK为滤波增益矩阵；0024K、K、为钻头第K个标记点的位置参数。0025另一方面，本发明还提供了一种水平井旋转磁场定位中的滤波装置，其包括0026钻进标记模块，用于设定水平井钻头的钻进标记点A0、A1、AN；0027磁场信号采集模块，用于采集钻头在相邻两标记点所形成的磁场信号S1、S2、SN；0028钻进测量模块，用于测量各标记点所对应的测量参数Z0、Z1、Z2、ZN；0029计算模块，用于对各标记点。

10、的测量参数Z0、Z1、Z2、ZN进行卡尔曼滤波计算，获到钻头测点滤波估计值XN。0030所述计算模块具体用于依据如下迭代方程计算钻进标记点AN的滤波估计值003100320033其中K1、2、3N，00340035RK为噪声协方差，取单位阵；0036BK为滤波增益矩阵；0037P0,为初始协方差阵，取单位阵；00381/0为系统转移矩阵，取单位阵；0039K、K、为钻头第K个钻进标记点的位置参数。0040本发明实施例提供的技术方案的有益效果是0041本发明提出了一种水平井旋转磁场定位中的滤波方法和装置，其在测取钻进标记点测量参数时，通过对所测标记点之前所形成的多个连续所测磁场信号进行综合分析，。

11、然后对所测得的各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算，通过对各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算后，消除了各种噪声、干扰的影响，使滤波输出逐渐收敛，大幅提高远场定位精度。0042从图4至图6所示的卡尔曼滤波结果中可以看出，单次测量值受到噪声及杂波的影响起伏波动较大，而经过对测点进行卡尔曼滤波后，卡尔曼滤波算法比单点定位算法精说明书CN102828741A3/6页6度要高，特别是水平钻井导向中最重要的方位角精度达到小于1；0043同时，本发明还将有效测算范围扩大至70M以外距离，如图7图8所示，使其在远场测量中具备连续测量的能力，其定位精度更高、定位结果方差更小。附图说明0044为了更清楚地说明本。

12、发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。0045图1是本发明所提供的滤波方法框图；0046图2是本发明所提供的滤波装置原理图；0047图3是为水平井磁场定位示意图；0048图4为卡尔曼滤波算法流程图；0049图5为距离的卡尔曼滤波结果；0050图6为方位角的卡尔曼滤波结果；0051图7为井斜角的卡尔曼滤波结果；0052图8为用于远场定位的距离的卡尔曼滤波结果；0053图9为用于远场定位的方位角的卡尔曼滤波结果；0054。

13、图10为用于远场定位的井斜角的卡尔曼滤波结果。具体实施方式0055为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。0056如图1所示，本发明提供了一种水平井旋转磁场定位中的滤波方法，所述滤波方法包括0057步骤一，设定水平井钻头的钻进标记点A0、A1、AN；0058步骤二，采集钻头在相邻两标记点所形成的磁场信号S1、S2、SN；0059步骤三，根据步骤二所采集的磁场信号测量各标记点A0、A1、AN所对应的测量参数Z0、Z1、Z2、ZN；其中对各标记点进行测量参数的测量，其具体测量方法是根据钻头在所测钻进标记点AI之前所形成的I段连续磁场信号计算所测钻。

14、进标记点AI所对应的测量参数ZI，其中I0N。0060步骤四，对各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算，得到钻头测点滤波估计值0061如图4所示，对各标记点的测量参数进行卡尔曼滤波计算，其具体步骤包括0062步骤一，对初始标记点估计值的一步预测0063其中初始标记点估计值为0064步骤二，设定初始协方差阵P0，并设定协方差阵的外推方程0065说明书CN102828741A4/6页70066其中初始协方差阵P0取单位阵，1/0为系统转移矩阵，用于描述距离、方位角和井斜角间的几何关系，其可以取为单位阵；0067步骤三，通过建立迭代方程计算测点AN的滤波估计值所设定的迭代方程如下00680069007。

15、0其中K1、2、3N，0071RK为噪声协方差，其为单位阵；0072BK为滤波增益矩阵；0073K、K、为钻头第K个标记点的位置参数。0074本发明还提供了一种水平井旋转磁场定位中的滤波装置，如图2所示，其包括0075钻进标记模块，用于设定水平井钻头的钻进标记点A0、A1、AN；0076磁场信号采集模块，用于采集钻头在相邻两标记点所形成的磁场信号S1、S2、SN；0077钻进测量模块，用于测量各标记点所对应的测量参数Z0、Z1、Z2、ZN；0078计算模块，用于对各标记点的测量参数Z0、Z1、Z2、ZN进行卡尔曼滤波计算，获到钻头测点滤波估计值XN。0079所述计算模块具体用于依据如下迭代方程。

16、计算钻进标记点AN的滤波估计值008000810082其中K1、2、3N，00830084RK为噪声协方差，取单位阵；0085BK为滤波增益矩阵；0086P0,为初始协方差阵，取单位阵；00871/0为系统转移矩阵，取单位阵；0088K、K、为钻头第K个钻进标记点的位置参数。0089下面对具体的算法进行详细描述0090设目标点为O，钻头由A0点开始向前钻进，图3中向左每前进一定距离将进行一次标记，由磁场单点定位算法可以依次确定标记点A1、A2、AN的位置。根据磁场单点定位算法，当前标记点的位置由之前采集的一段磁场信号输入算法流程计算得到。如A1点由钻头在A0和A1点之间前进时探管采集的信号段S。

17、1计算。依此法类推，各点采用的信号段分别为S1、S2、SN。说明书CN102828741A5/6页80091假设目前钻头前进至AN，首先采用SNMSNM1SN段信号进行计算，得到AN点的定位参数继续采用SNM1SN段信号进行计算，得到依次类推，采用SN段信号得到于是，对于AN点共得到M1组位置参数，对这M1组数据应用卡尔曼滤波算法，得到最终的计算结果。具体算法如下0092（1）对初始的估计值的一步预测00930094其中初始估计值1/0为系统转移矩阵，描述距离、方位角和井斜角间的几何关系，也可以取为单位阵。0095（2）协方差阵的外推方程00960097其中，初始协方差阵P0取单位阵。0098。

18、（3）第一次滤波输出00990100其中滤波增益矩阵B1P1/0P1/0R11，R1为噪声协方差，默认为单位阵，为第一次的测量值。0101同时，更新协方差阵0102P1IB1P1/00103（4）重复步骤（1）（3）0104010501060107经过M次滤波，得到最终滤波估计01080109下面举例说明本发明算法较单点定位算法的优势。0110钻头向目标井连续钻进过程中，在某一时刻T，钻头相对目标井的位置参数经过实际测量为距离404694M，方位角1643437，井斜角902329。由单点定位算法计算得到位置参数为距离385746，方位角1626619，井斜角883725。0111采用本发明进。

19、行卡尔曼滤波的结果如图57所示，可以看出，单次测量值受到噪声及杂波的影响起伏波动较大，而经过卡尔曼滤波后，滤波输出逐渐收敛。输出结果为距离400561，方位角1637679，井斜角885152。由上述计算结果可知，卡尔曼滤波算法比单点定位算法精度要高。0112在7565M的远场定位时，如图810所示，单次测量误差波动十分剧烈，距离、方位角和井斜角的均方根误差分别达到6M、8和4以上，此时直接根据单次测量结果进行定位没有实际意义。而本发明提出的卡尔曼滤波方法依然具有较好的收敛性质。说明书CN102828741A6/6页90113以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。说明书CN102828741A1/5页10图1图2图3说明书附图CN102828741A102/5页11图4图5说明书附图CN102828741A113/5页12图6图7说明书附图CN102828741A124/5页13图8图9说明书附图CN102828741A135/5页14图10说明书附图CN102828741A14。

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