[發明專利]利用多站分析進行的實時軌跡估計

在審

• 申請號: 201680042937.2
• 申請日: 2016-09-28
• 公開（公告）號: CN108603405A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 王槊秦;L·D·索倫森;H·阮;D·張
• 申請（專利權）人: 赫爾實驗室有限公司
• 主分類號: E21B47/022
• 分類號: E21B47/022;E21B47/024;E21B47/09
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 呂俊剛;楊薇

描述了一種用于位置估計的系統。從平臺的傳感器獲取一組原始傳感器輸出。將該組原始傳感器輸出被存儲在非暫時性存儲器中。通過使用無約束優化算法推斷原始傳感器輸出中的誤差來生成一組經優化的傳感器測量結果。系統基于所述一組經優化的傳感器測量結果確定平臺的位置。

相關申請的交叉引用

這是2015年9月28日在美國提交的標題為“Real Time Trajectory EstimationwithMulti-Station Analysis,”的62/233,936非臨時專利申請，在此通過引用的方式將該申請的全文并入。

發明背景

(1)技術領域

本發明涉及一種用于實時軌跡估計的系統，并且更具體地涉及一種跨各種構造和平臺起作用的、用于實時軌跡估計的系統。

(2)背景技術

鉆孔的勘測通常由鉆柱嵌入式傳感器系統(drill-string-embedded sensorsystem)來執行，該鉆柱嵌入式傳感器系統包含多組三個正交的加速計和磁強計，以及可能的陀螺儀。理想地，這些傳感器提供從其推斷軌跡的各測量位置處的鉆柱的姿態(即，相對于框架基準(frame reference)的位置)。這些原始傳感器輸出可以具有被稱為偏差誤差(bias error)(或比例因子誤差(scale factor error))的確定性儀器誤差。對于磁強計的情況，這些誤差可以被分類為作為偏差誤差出現的殘余誤差和作為比例因子誤差出現的誘導誤差。誤差可能隨著諸如局部磁干擾的存在的工作環境而變化。另外，這些誤差促成所估計軌跡的不確定性。

存在可以用于基于該比較識別傳感器誤差的多種技術(諸如，短頸圈(shortcollar)技術和集群射擊(cluster shot)技術)。最近發展是多站分析(MSA)的使用。MSA現在是確定磁傳感器中的偏差誤差和比例因子誤差的基準方法。MSA找到各軸線的校正，并且然后使它們的不一致在一直到當前勘測點的整個勘測期間最小化。

目前，MSA采用諸如蒙特卡羅(Monte Carlo)方法的采樣技術，在該采樣技術中，對上面可以推斷各軸線的理論磁強計讀數的各軸線上的偏差和比例因子的范圍進行采樣。然后，真實偏差和比例因子可以為所推斷和所測量磁場之間的最小差。方法的精度和速度可能受制于樣本的數量和范圍。另外，當前采樣技術需要用戶介入限定采樣范圍和分辨率。MSA的描述可以在美國第8,280,638號專利中找到，其提出了在解空間中使用采樣方法實現MSA，這等效于蒙特卡羅方法。

由此，存在對比通常基于蒙特卡羅分析的傳統算法更魯棒且在計算成本上更少量的MSA的改進版本的持續需求。另外，需要對用戶輸入依賴性較小且因此更適于自主應用的系統。

發明內容

本發明涉及一種用于實時軌跡估計的系統，并且更具體地涉及一種跨各種構造和平臺起作用的、用于實時軌跡估計的系統。系統包括一個或更多個處理器和存儲器，該存儲器具有指令，使得在執行指令時，一個或更多個處理器執行多個操作。

從平臺的傳感器獲取一組原始傳感器輸出。將該組原始傳感器輸出存儲在非暫時性存儲器中。通過使用無約束優化算法推斷原始傳感器輸出中的誤差來生成一組經優化傳感器測量結果。系統基于一組經優化傳感器測量結果確定平臺的位置。

在另一個方面中，平臺是具有慣性導航系統的車輛。

在另一個方面中，平臺是井場的鉆井。

在另一個方面中，使用一組經優化傳感器測量結果確定所有鉆場處的鉆進姿態(drilling attitude)。使用所確定的鉆進姿態確定所有鉆場處的鉆進軌跡(drillingtrajectory)。

在另一個方面中，無約束優化算法用于推斷磁強計傳感器誤差、加速計傳感器誤差、以及陀螺儀傳感器誤差中的至少一個。