振動環(huán)境下自動垂直導向鉆井工具的姿態(tài)測量方法.pdf

1、在鉆井過程中，自動垂直導向鉆井工具通過控制導向塊在給定方位產(chǎn)生導向所需的導向力，達到穩(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)導向工具的井下姿態(tài)參數(shù)（即井斜角、工具面角）進行反饋控制，從而確保井眼軌跡的動態(tài)穩(wěn)定。所以井下姿態(tài)的實時測量至關重要，是導向工具實現(xiàn)實時導向控制的前提條件。
　　論文通過對垂直導向鉆井工具姿態(tài)測量原理分析，研究了近垂直條件下采用重力加速度計測量工具姿態(tài)時的測不準和不可測問題

2、，提出了重力加速度非正交測量方法。通過對典型姿態(tài)角度理論分析與計算推導，解算結果表明，與常規(guī)方法相比，非正交測量方法的姿態(tài)測量誤差大大減小，改進效果顯著，滿足垂直導向鉆井工具的測量精度要求。水力驅(qū)動裝置的測試試驗驗證了重力加速度非正交測量方法的有效性。
　　另外，垂直導向鉆井工具在近鉆頭振動和工具旋轉的鉆井工作狀態(tài)下，工具姿態(tài)參數(shù)的動態(tài)測量存在測不準問題。對此，提出了轉速補償方法以消除工具旋轉對姿態(tài)測量的影響；采用LMS自適應濾波

3、算法，可以有效濾除近鉆頭振動對測量的影響。數(shù)值仿真分析表明經(jīng)過轉速補償和LMS自適應濾波后的井斜角測量誤差可小于0.1°，工具面角測量誤差小于6°，有效地提高了垂直導向鉆井工具的動態(tài)測量精度。經(jīng)實鉆數(shù)據(jù)反演驗證了該方法的有效性、可行性。
　　導向工具在變速旋轉情況下，采用轉速補償方法與LMS自適應濾波方法處理后的工具姿態(tài)仍存在較大測量誤差，針對此問題，分析了磁通門姿態(tài)測量原理，及鉆井條件下的姿態(tài)動態(tài)測量性能，提出了以“停鉆”由加速