[發(fā)明專利]一種用于鉆井的動態(tài)旋轉姿態(tài)測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410277772.X
• 申請日: 2014-06-19
• 公開（公告）號: CN105180889B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設計）人: 郭秋芬;李佳;劉慶成;李梅英;李緯燕;胡雄;呂偉;岳步江
• 申請（專利權）人: 航天科工慣性技術有限公司
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00
• 代理公司: 北京君尚知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙)11200
• 代理人: 余長江

技術領域

本發(fā)明屬于油田鉆井技術領域，涉及鉆井的姿態(tài)測量，特別是在進行旋轉鉆進的特殊使用環(huán)境下的動態(tài)旋轉姿態(tài)測量裝置及測量方法。

背景技術

20世紀80年代以來，國內外大部分油田相繼進入開發(fā)后期，新探區(qū)塊大部分處于特殊環(huán)境，如海洋、灘海、沙漠等地區(qū)，這就使得勘探開發(fā)難度和成本大大增加。另一方面，老油田為實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)，面臨著大量的邊緣油氣藏、獨立小油氣藏、復雜斷塊油氣藏、超薄油氣藏等難動用儲量的開發(fā)問題。勘探開發(fā)形勢的需要推動著井型的演變與發(fā)展，大位移井、超薄油層水平井、多分枝井等復雜結構井在油氣田勘探開發(fā)中所占的比例越來越大。旋轉導向鉆井技術正是為了適應這些復雜結構井鉆井作業(yè)的需要而出現(xiàn)的一項高新鉆井技術，是現(xiàn)代導向鉆井的研究重點和發(fā)展方向。

利用旋轉導向鉆井技術進行鉆井作業(yè)時，不需要頻繁起下鉆就可以實現(xiàn)三維井眼軌跡控制，且具有井眼軌跡更光滑，延伸距離更大的優(yōu)點，對保證井眼軌跡質量，提高鉆井速度和效率，滿足鉆復雜結構井的需求都有重要意義。但這些現(xiàn)有的鉆井系統(tǒng)只能在靜態(tài)情況下計算鉆井姿態(tài)，需要等到系統(tǒng)鉆停后再進行姿態(tài)解算，不能在系統(tǒng)鉆進過程中實時給出姿態(tài)信息，從而使得系統(tǒng)的工作效率比較低。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種能夠動態(tài)情況下對鉆井姿態(tài)進行測量的裝置及方法，解決了鉆井系統(tǒng)只能在靜態(tài)情況下進行姿態(tài)結算的難題，能夠有效提高動態(tài)鉆井系統(tǒng)的工作效率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種用于鉆井的動態(tài)旋轉姿態(tài)測量裝置，包括：

懸掛漿，用于搭載鉆井裝置的旋轉導向系統(tǒng)；

抗壓筒，與懸掛漿連接，其內設有電源板、電路板、磁性傳感器、加速度計和陀螺儀；所述磁性傳感器、加速度計和陀螺儀分別測量地球磁場分量、地球重力分量和整個裝置的轉速；所述電路板實時采集所述磁性傳感器、加速度計和陀螺儀的測量數(shù)據(jù)，進而計算動態(tài)旋轉狀態(tài)中的鉆井姿態(tài)。

進一步地，還包括一機械框架，固定于所述抗壓筒內，所述電源板、電路板、磁性傳感器、加速度計和陀螺儀固定于該機械框架上。

進一步地，所述機械框架通過螺紋的方式與抗壓筒相連，電源板和電路板通過螺釘與機械框架連接，磁性傳感器采用膠封的方式固定在機械框架中的凹槽中，慣性傳感器通過螺釘與機械框架緊固相連。

進一步地，所述懸掛漿通過螺紋和連接器與所述抗壓筒連接。

進一步地，所述電路板通過連接器與所述磁性傳感器、加速度計和陀螺儀相連，電路板上設有A/D轉換芯片和單片機，其中A/D轉換芯片用于將檢測到的各個傳感器的輸出電壓并由模擬量轉換成數(shù)字量，單片機實時采集數(shù)字量的數(shù)據(jù)，以便進行下一步的姿態(tài)和物理量的計算。

進一步地，在各傳感器(磁性傳感器、加速度計和陀螺儀)、電路板和電源板與機械框架安裝的地方設有若干密封槽，其內安裝有密封圈，起到多重密封作用，防止工作過程中井下液體進入裝置中。

一種利用上述裝置的鉆井的動態(tài)旋轉姿態(tài)測量方法，其步驟包括：

1)通過磁性傳感器、加速度計和陀螺儀分別測量地球磁場分量、地球重力分量和整個裝置的轉速，將各個傳感器采集的物理輸入轉換成電壓輸出；

2)根據(jù)安裝誤差系數(shù)和陀螺儀得到的轉速，在加速度計的輸出項中去除有害加速度項，實現(xiàn)誤差補償；

3)根據(jù)加速度計和磁性傳感器采集的地球磁場和地球重力數(shù)據(jù)計算鉆井的動態(tài)旋轉姿態(tài)。

進一步地，在電路板中設置計時功能，步驟3)首先判斷系統(tǒng)時間是否大于計算時間點，如果大于計算時間點則進行姿態(tài)計算，否則繼續(xù)進行時間累計和存儲數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的動態(tài)旋轉姿態(tài)測量裝置和方法具有實時性的特點，不需等到系統(tǒng)鉆停后再進行姿態(tài)解算，可以測量動態(tài)旋轉狀態(tài)下的鉆井姿態(tài)，在系統(tǒng)鉆進過程中實時給出姿態(tài)信息，有效的提高了系統(tǒng)的工作效率，對動態(tài)鉆井具有重要作用。

附圖說明

圖1是動態(tài)姿態(tài)旋轉測量裝置的結構圖。

圖2是懸掛漿的形狀示意圖。

圖3是應用動態(tài)姿態(tài)旋轉測量裝置進行姿態(tài)測量的流程圖。

其中：1.懸掛漿；2.抗壓筒；3.電源板；4.電路板；5.磁通門(磁性傳感器)；6.機械框架；7.密封圈；8.加速度計；9.陀螺儀。

具體實施方式

下面通過具體實施例和附圖，對本發(fā)明做進一步說明。