[發(fā)明專利]一種樁基孔井筒質量評價方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211217733.1
• 申請日: 2022-09-30
• 公開（公告）號: CN115711118A
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發(fā)明（設計）人: 廖洪波;李田林;殷坤;宋家亮;劉向陽;慕娟
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63653部隊
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B47/013;E21B47/12;E21B47/022
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 鄒大堅;胡君

1.一種樁基孔井筒質量評價方法，其特征在于，包括以下內(nèi)容：

步驟S1：在鉆頭上安裝姿態(tài)測量傳感器并進行鉆孔作業(yè)；

步驟S2：建立地理坐標系；并且利用姿態(tài)測量傳感器來測量計算建立儀器載體坐標系；

步驟S3：利用地理坐標系數(shù)據(jù)和儀器載體坐標系數(shù)據(jù)，計算出鉆頭在樁基孔井筒中的姿態(tài)傾斜角數(shù)據(jù)和姿態(tài)方位角數(shù)據(jù)；

步驟S4：利用姿態(tài)傾斜角數(shù)據(jù)和姿態(tài)方位角數(shù)據(jù)計算井心位置偏移量，以用于繪制出井心軌跡的三維曲線來評價樁基孔井筒質量。

2.根據(jù)權利要求1所述的樁基孔井筒質量評價方法，其特征在于：所述姿態(tài)測量傳感器包括重力加速度計和光纖陀螺；步驟S2、步驟S3中：

所述地理坐標系的X_n軸指向正北方向，Y_n軸指向正東方向，Z_n軸沿地垂線指向地心，三軸構成右手直角坐標系；所述儀器載體坐標系的Z_b軸沿著儀器主軸指向測量的方向，X_b軸和Y_b軸在垂直于Z_b軸的平面內(nèi)，相互垂直于Z_b軸構成右手直角坐標系；

依據(jù)捷聯(lián)系統(tǒng)姿態(tài)變換原理，儀器載體坐標系相對于地理坐標系的姿態(tài)變換矩陣為：

式(1)中，γ為井斜角，β為方位角，ω為工具面角；

當重力加速度計坐標系與鉆頭坐標系正交(重合)安裝時，即重力加速度在鉆頭坐標系上的三個分量可測，則有：

式(2)中，v_x為重力加速度計在X_b軸上的測量值，v_y為重力加速度計在Y_b軸上的測量值，v_z為重力加速度計在Z_b軸上的測量值，v_g為當?shù)刂亓铀俣戎担挥纱丝傻贸鲇嬎沣@頭在樁基孔井筒中的姿態(tài)傾斜角數(shù)據(jù)的計算公式為：

通過光纖陀螺測量儀器載體坐標系上地球自轉角速度的分量，通過計算獲取載體坐標系相對于地理坐標系正北方向的夾角；光纖陀螺在儀器載體坐標系下的測量輸出和地球自轉角速度之間的關系為：

式(4)中，ε_x為光纖陀螺在X_b軸上的測量值，ε_y為光纖陀螺在Y_b軸上的測量值，ε_z為光纖陀螺在Z_b軸上的測量值，S為地球自轉角速度，L為當?shù)鼐暥龋?/p>

依據(jù)式(4)，可得出計算鉆頭在樁基孔井筒中的姿態(tài)方位角數(shù)據(jù)的計算公式為：

通過式(3)和式(5)可獲取鉆頭在樁基孔井筒中的姿態(tài)傾斜角數(shù)據(jù)和姿態(tài)方位角數(shù)據(jù)；由于鉆頭部位在硬巖中與井壁貼合較好，相互之間間隙小，故姿態(tài)傾斜角數(shù)據(jù)反映樁基孔井筒的傾斜參數(shù)，姿態(tài)方位角數(shù)據(jù)反映樁基孔井筒的傾斜方位參數(shù)。

3.根據(jù)權利要求2所述的樁基孔井筒質量評價方法，其特征在于：所述步驟S4中：

已知鉆頭姿態(tài)傾斜角γ、姿態(tài)方位角β，利用校正平均角法對數(shù)據(jù)進行處理，計算井心位置偏移量(ΔX_n，ΔY_n，ΔZ_n)；校正平均角法計算井心偏移量的公式為：

式(6)中，Δγ為當前測段井斜角，Δβ分別和為方位角變化量；γ_c、β_c分別為當前測段前一次和當前次的平均井斜角和方位角；ΔL為當前測段的長度；ΔS為當前測段偏移量在水平面的投影，即井心偏心距增量。