振動(dòng)環(huán)境下自動(dòng)垂直導(dǎo)向鉆井工具的姿態(tài)測(cè)量方法.pdf

1、在鉆井過(guò)程中，自動(dòng)垂直導(dǎo)向鉆井工具通過(guò)控制導(dǎo)向塊在給定方位產(chǎn)生導(dǎo)向所需的導(dǎo)向力，達(dá)到穩(wěn)直或糾斜的目的，從而控制井眼軌跡、造成垂直井眼。因此，井下控制系統(tǒng)需要根據(jù)導(dǎo)向工具的井下姿態(tài)參數(shù)（即井斜角、工具面角）進(jìn)行反饋控制，從而確保井眼軌跡的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。所以井下姿態(tài)的實(shí)時(shí)測(cè)量至關(guān)重要，是導(dǎo)向工具實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)導(dǎo)向控制的前提條件。
　　論文通過(guò)對(duì)垂直導(dǎo)向鉆井工具姿態(tài)測(cè)量原理分析，研究了近垂直條件下采用重力加速度計(jì)測(cè)量工具姿態(tài)時(shí)的測(cè)不準(zhǔn)和不可測(cè)問(wèn)題

2、，提出了重力加速度非正交測(cè)量方法。通過(guò)對(duì)典型姿態(tài)角度理論分析與計(jì)算推導(dǎo)，解算結(jié)果表明，與常規(guī)方法相比，非正交測(cè)量方法的姿態(tài)測(cè)量誤差大大減小，改進(jìn)效果顯著，滿足垂直導(dǎo)向鉆井工具的測(cè)量精度要求。水力驅(qū)動(dòng)裝置的測(cè)試試驗(yàn)驗(yàn)證了重力加速度非正交測(cè)量方法的有效性。
　　另外，垂直導(dǎo)向鉆井工具在近鉆頭振動(dòng)和工具旋轉(zhuǎn)的鉆井工作狀態(tài)下，工具姿態(tài)參數(shù)的動(dòng)態(tài)測(cè)量存在測(cè)不準(zhǔn)問(wèn)題。對(duì)此，提出了轉(zhuǎn)速補(bǔ)償方法以消除工具旋轉(zhuǎn)對(duì)姿態(tài)測(cè)量的影響；采用LMS自適應(yīng)濾波

3、算法，可以有效濾除近鉆頭振動(dòng)對(duì)測(cè)量的影響。數(shù)值仿真分析表明經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)速補(bǔ)償和LMS自適應(yīng)濾波后的井斜角測(cè)量誤差可小于0.1°，工具面角測(cè)量誤差小于6°，有效地提高了垂直導(dǎo)向鉆井工具的動(dòng)態(tài)測(cè)量精度。經(jīng)實(shí)鉆數(shù)據(jù)反演驗(yàn)證了該方法的有效性、可行性。
　　導(dǎo)向工具在變速旋轉(zhuǎn)情況下，采用轉(zhuǎn)速補(bǔ)償方法與LMS自適應(yīng)濾波方法處理后的工具姿態(tài)仍存在較大測(cè)量誤差，針對(duì)此問(wèn)題，分析了磁通門姿態(tài)測(cè)量原理，及鉆井條件下的姿態(tài)動(dòng)態(tài)測(cè)量性能，提出了以“停鉆”由加速