[發明專利]一種井下多傳感器測量系統及方法

有效

• 申請號: 201410501701.3
• 申請日: 2014-09-27
• 公開（公告）號: CN105507884B
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 肖紅兵;葛鵬;張?；?/a>;李閃;丁露陽;范澤欣
• 申請（專利權）人: 中國石油化工集團公司;中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
• 主分類號: E21B47/022
• 分類號: E21B47/022;E21B47/00
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司 37107
• 代理人: 侯華頌

本發明公開了一種井下多傳感器測量系統，包括支撐骨架和設置在支撐骨架內的至少一個三軸加速度計、至少兩個三軸磁通門，以及與三軸加速度計和三軸磁通門連接的數據采集處理模塊，支撐骨架采用非磁性材料成，數據采集處理模塊包括濾波電路、信號采集電路、信號處理電路，其中，至少一個三軸磁通門的Z軸與其它的三軸磁通門的Z軸方向不一致，且夾角不等于0°、90°、180°和360°，所有三軸磁通門之間保持不能產生相互干擾的間距。同時本發明還給除了井下多傳感器測量方法。該發明解決目前井下儀器沿著磁力線工作的時候無法測量儀器的磁性工具面的問題，并且可在靜止和旋轉狀態下測量儀器的磁性工具面。

技術領域：

本發明涉及隨鉆測斜儀器領域,具體是一種井下多傳感器測量系統及方法。

背景技術：

石油定向鉆探技術所需的隨鉆測斜儀器(也稱定向測斜儀),稱之為MWD(MeasureWhile Drilling)儀器,是一種集鉆井、測井、自動控制、新材料等學科為一體的高新技術儀器設備。該儀器可以在使用電纜工具測井很困難甚至不可能的環境下進行測量,目前已成為大斜度井、水平井和小眼井及側鉆多分支井油藏評價的主要手段?？梢哉f隨鉆測量儀能否實現精確測量已成為定向鉆井成功與否的關鍵因素。

定向測斜儀的測量系統主要由三軸加速度計傳感器、三軸磁通門傳感器和數據采集處理模塊電路組成,如圖1所示, 三軸加速度計傳感器安裝在儀器骨架的X、Y、Z軸坐標方向,同樣三軸磁通門傳感器也分布在X、Y、Z軸坐標方向,其中X、Y、Z軸坐標方向的定義按規則為:Z軸為井眼中心線方向,X軸垂直于儀器參考面,Y軸與X、Z軸滿足右手定則。隨鉆測斜儀的測量參數為重力工具面角(GTF)、磁性工具面角(MTF)、井斜角(INC)和方位角(AZI)。

隨著定向測斜儀在鉆井施工方面的大范圍應用，現在又遇到了新的難題。受地球磁場（磁力線B）的影響,當鉆井施工遇到特殊地層需要進行南北向或東西向施工的時候，恰巧是MWD儀器的磁通門Z軸測量值最大和最小的時候。如東西向時候由于Z軸測量值變為最小，但由于X軸、Y軸正常工作，還可測量儀器的方位和磁工具面，但方位測量不準。而南北向Z軸測量值變為最大，在一定傾角時X、Y軸會變為0。

由磁工具面的計算公式可知，這里的Hx、Hy、Hz、Gx、Gy、Gz分別表示X、Y、Z軸的磁通門和加速度計的測量分量（見圖1），當沿著磁力線方向B時，而X和Y軸磁通門由于垂直于磁力線方向，所以測量值為0，使得無法得出儀器的正確磁性工具面，影響了正常鉆井施工。所以施工方必須在設計和施工時盡量避免儀器沿磁力線方向，很多情況下會大大增加了施工預算和施工難度。

發明內容：

本發明的目的是針對現有技術存在的問題,提供一種當井下儀器沿著磁力線工作的時候依然能夠測量儀器的磁性工具面，并且可在靜止和旋轉狀態下進行測量儀器的磁性工具面的井下多傳感器測量系統及方法，。

為了解決上述問題，本發明提供了一種井下多傳感器測量系統：

包括支撐骨架和設置在支撐骨架內的至少一個三軸加速度計、至少兩個三軸磁通門，以及與三軸加速度計和三軸磁通門連接的數據采集處理模塊，其中，支撐骨架采用非磁性材料成，數據采集處理模塊包括濾波電路、信號采集電路、信號處理電路，其改進之處是：至少一個三軸磁通門的Z軸與其它的三軸磁通門的Z軸方向不一致，且夾角不等于0°、90°、180°和360°，所有三軸磁通門之間保持不能產生相互干擾的間距。

按照前述的井下多傳感器測量系統的測量方法：

包括同時測量Z軸方向不一致的至少兩個三軸磁通門的X、Y軸磁場分量；如果其中任意一個磁通門的X、Y磁場分量為0，則采用其它磁通門的X、Y磁場分量計算磁工具面。

各磁通門的X、Y軸形成的XOY平面存在一定的夾角，且夾角不等于0°、90°、180°和360°。

本發明具有如下效果：