[發(fā)明專利]基于粒子濾波和模型預(yù)測(cè)控制的垂直鉆進(jìn)糾偏控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010558687.6
• 申請(qǐng)日: 2020-06-18
• 公開（公告）號(hào): CN111810112B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳敏;張典;陸承達(dá);陳略峰;曹衛(wèi)華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號(hào): E21B44/00
• 分類號(hào): E21B44/00;E21B7/10
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時(shí)代知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 曹雄

1.一種基于粒子濾波和模型預(yù)測(cè)控制的垂直鉆進(jìn)糾偏控制方法，其特征在于：具體包括：

S101：建立三維地層坐標(biāo)系，Z軸為鉛垂線方向，X軸指向正東方向，Y軸指向正北方向，根據(jù)垂直鉆進(jìn)過程糾偏工藝和噪聲分布，建立垂直鉆進(jìn)過程中的鉆進(jìn)軌跡延伸模型；

S102：將所述鉆進(jìn)軌跡延伸模型線性化和離散化，并基于垂直鉆進(jìn)過程中噪聲分布特性，引入一個(gè)軟約束條件和可變優(yōu)化權(quán)重矩陣，構(gòu)建改進(jìn)型模型預(yù)測(cè)控制器，并給定鉆進(jìn)參考軌跡，同時(shí)將參考軌跡輸入至所述改進(jìn)型模型預(yù)測(cè)控制器；開始垂直鉆進(jìn)過程，測(cè)量并得到含有噪聲的實(shí)際鉆進(jìn)軌跡參數(shù)；所述參考軌跡，即鉆進(jìn)過程中的參考井斜角、參考方位角和參考水平位移；

S103：引入粒子濾波器，對(duì)所述含有噪聲的實(shí)際鉆進(jìn)軌跡參數(shù)進(jìn)行濾波，得到降噪聲后的實(shí)際鉆進(jìn)軌跡參數(shù)；

S104：結(jié)合最小曲率法和鉆進(jìn)軌跡延伸模型，將降噪后的實(shí)際鉆進(jìn)軌跡參數(shù)轉(zhuǎn)換為所述改進(jìn)型模型預(yù)測(cè)控制器的反饋輸入信號(hào)，并將反饋輸入信號(hào)輸入至所述改進(jìn)型模型預(yù)測(cè)控制器，形成垂直鉆進(jìn)閉環(huán)控制；

步驟S103中，所述粒子濾波器具體為基本粒子濾波器；

步驟S101中，所述鉆進(jìn)軌跡延伸模型如式(1)所示：

式(1)、(2)、(3)中，α為鉆進(jìn)軌跡的井斜角，β為鉆進(jìn)軌跡的方位角，α_x為鉆進(jìn)軌跡的井斜角在XOZ平面的投影分量，α_y為鉆井軌跡井斜角在YOZ平面的投影分量；為鉆速；為鉆進(jìn)軌跡水平X方向分量S_x的導(dǎo)數(shù)；為鉆進(jìn)軌跡水平Y(jié)方向分量S_y的導(dǎo)數(shù)；為α_x的導(dǎo)數(shù)；為α_y的導(dǎo)數(shù)；ω_SR為鉆進(jìn)系統(tǒng)導(dǎo)向率；為鉆進(jìn)系統(tǒng)磁工具面向角；r為鉆進(jìn)系統(tǒng)造斜率；μ_x為鉆進(jìn)過程中的過程噪聲在X方向的分量；μ_y為鉆進(jìn)過程中的過程噪聲在Y方向的分量。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于粒子濾波和模型預(yù)測(cè)控制的垂直鉆進(jìn)糾偏控制方法，其特征在于：步驟S102中，所述鉆進(jìn)軌跡延伸模型線性化和離散化，具體如式(4)所示：

式(4)為所述鉆進(jìn)軌跡延伸模型線性離散化狀態(tài)空間方程，其中與分別為k時(shí)刻鉆進(jìn)系統(tǒng)的鉆具相對(duì)于所述參考軌跡在X軸與Y軸的實(shí)際橫向位移的濾波器估計(jì)值，與分別為k時(shí)刻實(shí)際鉆進(jìn)軌跡相對(duì)于參考軌跡的井斜角在XOZ與YOZ平面上的投影的濾波器估計(jì)值，ω_ex(k)與ω_ey(k)為兩個(gè)平面上相對(duì)于參考導(dǎo)向率的控制增量，T為采樣周期。