[發明專利]一種空間擺軸偏心位移的測量方法

在審

• 申請號: 201410442754.2
• 申請日: 2014-09-02
• 公開（公告）號: CN104265271A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 牛文鐵;李帥
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: E21B47/024
• 分類號: E21B47/024
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張金亭

技術領域

本發明涉及一種偏心位移測量方法，特別是一種空間擺軸偏心位移的測量方法。

背景技術

目前，石油鉆探已經向水平大位移井、三維多目標井以及高難度定向井等特殊工藝井方向發展，這一形勢對導向鉆井技術的要求越來越高，傳統的滑動鉆井技術已不能滿足當前的鉆井需求。為適應油氣開發形勢的需要，集機械、電子、液壓的旋轉導向鉆井技術應運而生并逐漸得到廣泛應用。與傳統滑動鉆井技術相比，旋轉導向技術具有顯著的優勢，包括：軌跡控制精度和靈活性高，井身質量和井眼凈化好，機械鉆速高，鉆井效率高，井眼光滑等。

旋轉導向鉆井系統實現旋轉導向的核心是井下旋轉導向執行機構，它決定了旋轉導向鉆井系統的工作特色和工作能力。目前已開發的旋轉導向執行機構可分為指向式和推靠式兩種，其中指向式旋轉導向執行機構通過控制導向芯軸偏置點的偏心位移，使導向芯軸以預定的方向和幅值發生偏置，從而改變鉆頭的鉆進方向，實現導向鉆進，由此實現對實鉆井眼軌跡的導向控制。因此，研究指向式旋轉導向執行機構的性能需要首先進行芯軸偏心位移的測量研究。傳統的旋轉導向系統芯軸偏心位移測試平臺在結構原理方面測試系統復雜，控制方式繁瑣；在加工維護方面，零件精度較高，維護費用成本較大；在后期開發方面，測試系統二次開發難度較大，工程應用的擴展能力較差。專利申請號為：201210353358.3的專利申請提出了一種靜態指向式旋轉導向鉆井工具，針對該鉆井工具，專利申請號為：201310134388.X的專利申請提出了指向式旋轉導向執行機構心軸位移矢量控制系統及方法，但對實際芯軸偏心位移的測量有待于進一步研究。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種操作簡單、測量結果準確且便于維護的空間擺軸偏心位移測量方法。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種空間擺軸偏心位移測量方法，采用以下步驟：

1)選定測量點M

在擺軸上選定測量點M，測量點M與支點N所在截面不重合，在測量點M所在的鉛垂面內安裝水平位移傳感器和豎直位移傳感器，使水平位移傳感器的探頭水平接觸擺軸的外圓，使豎直位移傳感器的探頭鉛垂接觸擺軸的外圓；

2)建立坐標系并確定初始參數

建立坐標系：

在水平位移傳感器和豎直位移傳感器所在的鉛垂面內，以測量點M初始位置處的擺軸截面圓心為坐標原點O建立一個直角坐標系O-xy，使水平位移傳感器位于x軸，豎直位移傳感器位于y軸；

確定初始參數：

設擺軸在測量點M處的截面半徑為r；設測量點M到支點N的水平距離為a；設擺軸在測量點M處的截面外圓與x軸的交點為A，與y軸的交點為B；設水平位移傳感器的初始讀數為x₁，豎直位移傳感器的初始讀數為y₁；

3)確定擺軸擺動后的參數

當擺軸在空間繞其支點N擺動一角度β后，測量點M處的擺軸截面圓心變為O₁(m，n)，擺軸在測量點M處的截面外圓與x軸的交點變為A₁，與y軸交點變為B₁；水平位移傳感器的讀數為x₂，豎直位移傳感器的讀數為y₂；測量點M的偏置位移矢量的大小為：

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