[發明專利]一種用于地下磁導航的計算方法

無效

• 申請號: 201010523432.2
• 申請日: 2010-10-29
• 公開（公告）號: CN101982734A
• 公開（公告）日: 2011-03-02
• 發明（設計）人: 程強強;胡博
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本發明涉及一種導航的計算方法，尤其涉及一種用于地下磁導航的計算方法。

背景技術

我國煤層氣儲量豐富，社會需求和增長極大，利用前景廣闊。目前煤層氣單井產量低、井數少。目前開發嘗試表明：未來將形成以多分支水平井為主、直井為輔的模式。而我國多分支水平井技術基本是依賴國外公司，國內鉆井技術不配套、專用工具及裝備匱乏，用于規模性開發受到嚴重制約，所面臨的關鍵問題是如何實現水平井的主支與直井的連通，研制地下磁導航系統即可解決這一問題，可以大幅提高油氣田及煤層氣開發產量，提高開采效率。而用于地下磁導航的計算方法是地下導航系統能否成功導航鉆鋌，實現兩井的連通是重中之重。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于地下磁導航的計算方法，能為實現水平井的主支與直井的連通提供一個有效的高新技術手段。

本發明是這樣來實現的，其特征是方法步驟為：

步驟1、地下磁導航方法對采集的磁信號進行預處理：對由磁矢量傳感器采集的原始磁信號好進行FIR數字濾波，濾除信號中包含的地磁信號和噪聲，由于噪聲信號一般均為高頻信號，因此先讓信號通過一個低通濾波器濾波高頻噪聲，然后再對信號進行FIR數字濾波，濾除地磁信號后，則可得到永磁短節產生的磁信號；

步驟2、在安培分子環流假說和畢奧-薩伐爾定律兩個基本定律的基礎上建立了磁偶極子模型，建立磁源在任意空間一點產生的感應磁場強度計算模型；

步驟3、從磁偶極子模型出發，推導出距離與磁源在空間任意一點產生的x，y，z方向的磁感應強度的關系式；

步驟4、采用最小二乘線性擬合法，求出關系式中的待定系數；

步驟5，由步驟3建立的磁源在空間任意一點產生的磁感應強度的計算模型，采用取極值的方法反演出方位角，井斜角與磁源在空間任意一點產生的x，y，z方向的磁感應強度的關系式；

步驟6，利用三個磁通門式傳感器采集的三對x，y，z的磁場強度，運用多傳感器數據融合技術可進一步提高角度測量精確度；

步驟7，利用三個磁通門式傳感器采集的三對x，y，z的磁場強度，可判斷磁源相對于磁矢量傳感器的位置。

本發明的優點是：采用人工磁信標，導航距離遠，角度測量精度高。該計算方法簡單，計算機編程實現方便，運算效率高。

附圖說明

圖1是本發明磁源在空間任意一點產生的感應磁場強度。

圖2是本發明磁源偏離方向判斷示意圖。

圖3是本發明地下磁導航系統基本原理圖。

具體實施方式

本發明是這樣實現的:

步驟1、地下磁導航方法對采集的磁信號進行預處理：對由磁矢量傳感器采集的原始磁信號好進行FIR數字濾波，濾除信號中包含的地磁信號和噪聲，由于噪聲信號一般均為高頻信號，因此先讓信號通過一個低通濾波器濾波高頻噪聲，然后再對信號進行FIR數字濾波，濾除地磁信號后，則可得到永磁短節產生的磁信號；

步驟2、在安培分子環流假說和畢奧-薩伐爾定律兩個基本定律的基礎上建立了磁偶極子模型，建立磁源在任意空間一點產生的感應磁場強度計算模型；如圖1所示，計算磁源在空間任意一點產生的感應磁場強度時，把永磁短節看成一對磁偶極子，其在空間任意一點產生的磁場強度x，y，z三個方向分量????????????????????????????????????????????????，，：

其中，，，，

是永磁短節轉動的角頻率，x，y，z為永磁短節中心到空間任意點三個方向的坐標。

步驟3、從磁偶極子模型出發，推導出距離與磁源在空間任意一點產生的x，y，z方向的磁感應強度的關系式；磁源中心與磁矢量傳感器之間的距離與y方向的磁場強度的三分之一次方根之間存在一個線性的關系即

步驟4、采用最小二乘線性擬合法，求出關系式中的待定系數；采用最小二乘法對試驗數據曲線進行擬合可求得關系式中待定系數A=38.28，B=0.2192，故磁源中心與磁矢量傳感器之間的距離關系式為：。

步驟5，由步驟3建立的磁源在空間任意一點產生的磁感應強度的計算模型，采用取極值的方法反演出方位角，井斜角與磁源在空間任意一點產生的x，y，z方向的磁感應強度的關系式；采用取極值的方法反演出方位角與磁源在空間任意一點產生的x，y，z方向的磁感應強度的關系式為：

，其中，是權利3所述的磁矢量傳感器采集的磁源產生的x方向磁感應強度和z方向磁感應強度。

由對稱性可知井斜角與磁源在空間任意一點產生的x，y，z方向的磁感應強度的關系式為：