[發(fā)明專利]一種基于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的地下導(dǎo)向定位方法有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201210359462.3 | 申請(qǐng)日: | 2012-09-24 |
| 公開(kāi)(公告)號(hào): | CN102877830A | 公開(kāi)(公告)日: | 2013-01-16 |
| 發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 王伯雄;劉濤;羅秀芝 | 申請(qǐng)(專利權(quán))人: | 清華大學(xué) |
| 主分類號(hào): | E21B47/024 | 分類號(hào): | E21B47/024 |
| 代理公司: | 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215 | 代理人: | 賈玉健 |
| 地址: | 100084 北京市海淀區(qū)1*** | 國(guó)省代碼: | 北京;11 |
| 權(quán)利要求書(shū): | 查看更多 | 說(shuō)明書(shū): | 查看更多 |
| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 一種 基于 旋轉(zhuǎn) 磁場(chǎng) 地下 導(dǎo)向 定位 方法 | ||
1.一種基于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的地下導(dǎo)向定位方法,其特征在于,在具有豎直旋轉(zhuǎn)軸的無(wú)磁轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝水平的圓柱形永磁體組成地面人工磁場(chǎng)發(fā)生裝置,在地下鉆具內(nèi)安裝由三軸加速度計(jì)和三軸磁場(chǎng)傳感器組成的測(cè)量單元,執(zhí)行如下步驟:
步驟(1),測(cè)量永磁體的參數(shù)和當(dāng)?shù)氐貙訁?shù),得到空間中一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度(Bx,By,Bz);
步驟(2),地下鉆具靜止時(shí),將轉(zhuǎn)臺(tái)安放在預(yù)計(jì)鉆具位置的上方,建立參考坐標(biāo)系XYZ和永磁體坐標(biāo)系XβYβZβ,Xβ軸沿永磁體軸向,指向N極方向,β為永磁體繞Z軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的角度,兩個(gè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)都在永磁體中心,且起始時(shí)重合,得到坐標(biāo)原點(diǎn)在大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(x~,y~,z~);
步驟(3),利用轉(zhuǎn)臺(tái)使永磁體繞Z軸旋轉(zhuǎn)一周,旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,每隔角度Δβ停止轉(zhuǎn)動(dòng),由地下鉆具測(cè)量單元記錄三個(gè)方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度值,旋轉(zhuǎn)完成后,得到一組測(cè)量數(shù)據(jù)(βi,Bxi,Byi,Bzi),i=1,...,n,n=360/Δβ,其中βi是每次記錄時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)的角度,Bxi是βi角度下磁場(chǎng)傳感器x方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度值,Byi是βi角度下磁場(chǎng)傳感器y方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度值,Bzi是βi角度下磁場(chǎng)傳感器z方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度值;
步驟(4),利用測(cè)量單元內(nèi)的加速度計(jì)測(cè)量鉆具坐標(biāo)系X'Y'Z'三個(gè)方向的重力場(chǎng)分量(gx,gy,gz),根據(jù)得到鉆具當(dāng)前的傾角θ和工具面向角
步驟(5),利用傾角θ和工具面向角對(duì)步驟(3)得到的磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)(Bxi,Byi,Bzi)進(jìn)行坐標(biāo)變換,將其轉(zhuǎn)換到與水平面平行的平面內(nèi),變換后的磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)記為(B′xi,B′yi,B′zi);
步驟(6),根據(jù)公式Bz=f(β)=k*sin(β-β*)+Bez對(duì)數(shù)據(jù)(βi,B′zi)進(jìn)行最小二乘法曲線擬合,得到如公式所描述的坐標(biāo)值約束關(guān)系,其中k*、β*、Bez是擬合參數(shù),x0是鉆具在參考坐標(biāo)系下的x坐標(biāo),y0是鉆具在參考坐標(biāo)系下的y坐標(biāo);
步驟(7),假定當(dāng)前方位角為α,利用公式
步驟(8),在滿足步驟(6)得到的坐標(biāo)值約束關(guān)系式前提下,分別利用
步驟(9),若(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)的差在誤差允許范圍內(nèi),則得到鉆具在參考坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為鉆具方位角即為此時(shí)步驟(7)中使用的方位角,否則,取α=α+Δα,重復(fù)步驟(7)~(8),Δα是方位角掃描步長(zhǎng);
步驟(10),根據(jù)得到的鉆具在參考坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(x0,y0,z0)和參考坐標(biāo)系原點(diǎn)在大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(x~,y~,z~),得到鉆具在大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo),根據(jù)鉆具坐標(biāo)和方位角,按照預(yù)設(shè)軌跡要求調(diào)整鉆具前進(jìn)方向,到達(dá)下一測(cè)量點(diǎn)時(shí)再次利用步驟(2)~(9)進(jìn)行導(dǎo)向定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的地下導(dǎo)向定位方法,其特征在于,用通電螺旋管代替所述永磁體。
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