[發明專利]姿態測量系統和方法以及油井井眼軌跡測量系統和方法

有效

• 申請號: 201110096041.1
• 申請日: 2011-04-18
• 公開（公告）號: CN102748010A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 李代甫
• 申請（專利權）人: 北京紫貝龍科技有限責任公司
• 主分類號: E21B47/024
• 分類號: E21B47/024;E21B47/022
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 肖冰濱;南毅寧

技術領域

本發明涉及慣性測量領域，并且尤其涉及利用兩軸陀螺連續測量處于重力場剛性支架姿態的方法和系統以及連續測量油井井眼軌跡的方法和系統。

背景技術

為了應對世界經濟對石油需求的日益增大，生產測井中對油井井眼軌跡的精確而且高效率的測量愈加重要，這就需要精度高而且測井效率高的儀器。通過測量處于油井井眼中儀器的姿態就可以得到油井井眼軌跡，儀器的姿態由三個參量唯一確定：傾斜角、方位角和高邊角。如圖1所示，傾斜角是指儀器的中心軸線與當地垂直方向的夾角；方位角是指由儀器頂部指向儀器底部的中心軸向射線與當地經線北向在水平面上的順時針轉角；高邊角是指從儀器頂部向底部看，儀器外殼的基準參考線與儀器在當地垂直方向上最高線的順時針夾角。目前在國內各個油田中測井井眼軌跡主要有兩種測量方位角的方法：一是利用磁通門傳感器，二是利用陀螺傳感器。前一種方法要求工作環境中不得有除地磁場外其他磁場或磁性介質，所以它的使用范圍被限制在只有地磁場的環境下。后一種方法沒有對環境的苛刻要求，所以應用范圍比較廣泛，無論裸眼井還是套管井均可以正常工作。

在現階段利用第二種方法測井時，一方面是陀螺點測的方法，該方法要求在陀螺測量時必須使其剛性支架(儀器上的剛性支架)處于靜止狀態下，由于在測井操作中要反復的讓剛性支架停止和運動，因此這種測量方法操作很繁瑣而且耗時，效率很低，而且會隨測量間距的減小，操作量和耗時會成倍增加；另一方面是采用三軸陀螺連續測量的方法，該方法要求在與剛性支架中心軸垂直的兩個正交方向上和剛性支架中心軸方向上分別設置一個陀螺傳感器的角速度敏感軸，首先在剛性支架靜止狀態下測量其初始姿態(包括方位角、傾斜角和高邊角)，然后使剛性支架連續運動，通過分列于三個軸向上的陀螺傳感器的角速度敏感軸測量三個軸向上的角速度，計算得到剛性支架在任意時刻時相對于初始時刻在三個軸向上改變的角度，從而計算剛性支架在該任意時刻時的姿態。該方法雖然解決了陀螺點測操作繁瑣而且耗時的問題，但因為必須在剛性支架的中心軸方向上設置一個陀螺傳感器的角速度敏感軸，而在現有的技術條件下這就導致三軸陀螺連續測量儀器的外徑增大，所以它只能用于測量大直徑井眼的油井，而且硬件制造成本很高。

發明內容

為克服陀螺點測操作繁瑣且耗時的弊端，同時避免三軸陀螺連續測量外徑大且硬件成本高的不足，本發明特提供一種利用兩軸陀螺連續測量處于重力場剛性支架的姿態的系統，該系統包括：陀螺傳感器，該陀螺傳感器與所述剛性支架剛性連接且陀螺傳感器的兩個角速度敏感軸與所述剛性支架中心軸正交，用于測量陀螺傳感器的兩個角速度敏感軸方向上的角速度；加速度計，與所述剛性支架剛性連接，用于測量剛性支架的傾斜角和高邊角；計算單元，用于根據剛性支架在初始時刻的傾斜角、高邊角和方位角、任意時刻的高邊角以及從初始時刻到任意時刻的時間段內陀螺傳感器所測得的兩個角速度敏感軸方向上的角速度，計算剛性支架在任意時刻的方位角，之后結合加速度計所測量的剛性支架在該任意時刻的傾斜角和高邊角，確定剛性支架在該任意時刻的姿態。

本發明另提供一種利用兩軸陀螺傳感器連續測量姿態的方法，該方法包括：確定剛性支架在初始時刻的傾斜角、高邊角和方位角；將陀螺傳感器與所述剛性支架剛性連接且陀螺傳感器的兩個角速度敏感軸與所述剛性支架中心軸正交，測量陀螺傳感器的兩個角速度敏感軸方向上的角速度；測量剛性支架在任意時刻的傾斜角和高邊角；根據剛性支架初始時刻的傾斜角、高邊角和方位角、任意時刻的高邊角以及從初始時刻到任意時刻的時間段內陀螺傳感器所測得的兩個角速度敏感軸方向上的角速度，計算剛性支架在任意時刻的方位角；以及結合剛性支架在所述任意時刻的傾斜角、高邊角和方位角，確定剛性支架在所述任意時刻的姿態。

相對應的，將本發明應用于石油測井中得到了一種利用兩軸陀螺傳感器連續測井、測井效率高的測量油井井眼軌跡的系統和方法。