[發(fā)明專利]一種小井斜下井斜和工具面角動態(tài)測量方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410602826.5
• 申請日: 2014-11-02
• 公開（公告）號: CN104453857B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張洪濤;盛利民;管康;彭浩;范錦輝;高學(xué)之;鄧樂
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院
• 主分類號: E21B47/022
• 分類號: E21B47/022;E21B47/024
• 代理公司: 北京天奇智新知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11340
• 代理人: 劉黎明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油、天然氣鉆井領(lǐng)域，更具體地講，本發(fā)明涉及一種小井斜下井斜和工具面角動態(tài)測量方法及裝置。

背景技術(shù)

隨著東部地區(qū)的油田開采逐漸進(jìn)入中后期，必須尋找新的儲量用以接替，西部地區(qū)是當(dāng)前石油的主要接替區(qū)。我國西部石油產(chǎn)量的主要接替區(qū)是新疆的塔里木、準(zhǔn)噶爾和吐哈，青海的柴達(dá)木盆地和四川川東等地區(qū)。但這些地區(qū)2/3以上的油氣儲量埋藏在復(fù)雜的深部地層，在這些地方鉆井時井身質(zhì)量很難保證，其中上部井段的井斜問題是主要困難之一。隨著石油開采的不斷深入，地層結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，加之井下的高壓、高溫環(huán)境影響，使井眼軌跡控制難度增加。為解決深井上部井段的井斜控制難題，引入了自動垂直鉆井系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中需要精確測量小井斜角狀態(tài)下的井斜和工具面角，以達(dá)到對控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精確定向。

現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用于井下的自動垂直鉆井系統(tǒng)，能夠在一定程度上解決鉆井中“防斜打直”問題。但是在現(xiàn)有的自動垂直鉆井系統(tǒng)中對加速度計測量信號的處理是基于傳統(tǒng)的數(shù)字信號處理方式，這種數(shù)字信號處理方式的精度較差，同時在井下開鉆狀態(tài)下系統(tǒng)會受到振動和沖擊信號的干擾，尤其是在小井斜條件下干擾對系統(tǒng)工具軸垂直面上加速度計的輸出會造成較大的影響，從而導(dǎo)致系統(tǒng)無法準(zhǔn)確測量井斜和工具面角。

為了解決該技術(shù)問題，現(xiàn)有技術(shù)中提出了各種各樣的技術(shù)方案。

例如在對比文件1(CN102425409A)中,提供了一種井斜和工具面測量裝置及垂直鉆井設(shè)備，通過將開鉆狀態(tài)下測量到的加速度信號進(jìn)行小波均值濾波處理，濾除三軸加速度計在隨鉆測量不停鉆的情況下測量得到的各種各樣的震動動力源造成的干擾信號，能夠準(zhǔn)確的采集到加速度信號進(jìn)而確定出井斜和工具面以及井斜傾角，為垂直鉆井設(shè)備能夠準(zhǔn)確糾斜控制提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。但是該專利提供的測量設(shè)備所使用的小波均值濾波處理方法，需要進(jìn)行一次小波變換和多個子信號的重構(gòu)及多個均值濾波處理，運(yùn)算量較大，計算處理時間較長，不利于信號的實時去噪處理。

還例如，在專利文獻(xiàn)2(CN102108856A)中公開了一種小角度井斜姿態(tài)測量方法及裝置，將常規(guī)的正交測量坐標(biāo)系OXYZ繞Y軸旋轉(zhuǎn)θ角得到新的測量儀器坐標(biāo)系OX0Y0Z0，即將X加速度計繞Y軸旋轉(zhuǎn)θ角，Z加速度計同時也繞Y軸旋轉(zhuǎn)θ角，X加速度計與Z加速度計仍然保持正交，Y加速度計方位不變，然后根據(jù)新的測量儀器坐標(biāo)系下加速度計輸出的值，通過坐標(biāo)變換公式得到常規(guī)的正交測量坐標(biāo)系OXYZ下加速度計輸出的值，其采用非正交坐標(biāo)系，使垂直小角度井斜時測量傳感器工作在線性度最好的區(qū)域，其輸出有較大的輸出幅度，可避免信號淹沒，減小傳感器的非線性失真，提高信號的精確度，得出精確的小角度井斜姿態(tài)測量結(jié)果。但是該專利所提供的方法僅在靜態(tài)條件下能正常工作，在井下有強(qiáng)振動沖擊干擾的環(huán)境中依然無法提供精確的井斜姿態(tài)測量結(jié)果，不能實現(xiàn)井斜工具面角的動態(tài)測量。

因此，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，現(xiàn)有的技術(shù)方案中，隨鉆井斜和工具面角測量裝置仍然不能準(zhǔn)確完美真實反映井斜和工具面的實時情況，不能為自動垂直鉆井系統(tǒng)井下控制閉環(huán)提供可靠地執(zhí)行導(dǎo)向依據(jù)，從而影響系統(tǒng)進(jìn)一步的工作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種用于小井斜下井斜和工具面角動態(tài)測量的方法和裝置，以解決井下振動和沖擊干擾環(huán)境中無法準(zhǔn)確真實反映井斜和工具面實時情況的問題。

本發(fā)明主要提供一種小井斜下井斜和工具面角動態(tài)測量方法及裝置，通過相敏檢測手段采集開鉆狀態(tài)下加速度計的輸出，將其存儲后通過濾波等后續(xù)信號處理方式，去除振動和沖擊信號帶來的干擾，從而得到準(zhǔn)確的加速度計輸出并求取出相應(yīng)的井斜和工具面角，為垂直鉆井系統(tǒng)的糾斜提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

具體的，本發(fā)明提供一種小井斜下井斜和工具面角動態(tài)測量裝置，其特征在于，該裝置主要包括：信號采集單元，用于采集加速度信號，并將所述加速度信號通過相敏檢波和濾波等方式進(jìn)行處理；數(shù)字信號處理單元，用于將所述信號采集單元輸入的信號進(jìn)行處理，根據(jù)所述加速度信號輸出井斜和工具面的參數(shù)。

進(jìn)一步，如上述所述的小井斜下井斜和工具面角動態(tài)測量裝置，其特征在于，所述的信號采集單元包括：傳感器模塊，用于采集所述3軸加速度信號；帶通放大器模塊，用于放大調(diào)制到高頻的加速度信號；相敏檢波模塊，用于從調(diào)制信號中提取所述頻率和相位的加速度值；激勵電源模塊，用于為所述傳感器模塊和所述相敏檢波模塊提供一定頻率的電源；低通濾波模塊，用于濾除噪聲并得到高信噪比的所述加速度計放大信號。