專利名稱：一種磁性套管中基于磁測斜儀的鉆井方位角測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鉆井方位角測量技術，具體是一種磁性套管中基于磁測斜儀的鉆井方位角測量方法。
背景技術：
石油、煤炭、地質勘探、采礦以及橋梁、地鐵等工程中，為控制鉆井前進的方向以及防止事故發(fā)生，需及時測量鉆井的姿態(tài)角。特別是石油叢式井和其它工程中的斜井、定向井、水平井，要求鉆井姿態(tài)角的測量精度非常高。由加速度計和磁傳感器組成的磁測斜儀是目前常用的鉆井測斜儀器。但鉆井的套管一般為合金鋼制成，屬鐵磁材料，易受地磁場磁化產(chǎn)生磁性，因此會對置于其中的磁測斜儀產(chǎn)生干擾，尤其對方位角的測量影響很大。因此根據(jù)現(xiàn)有鉆井方位角測量技術，要求磁測斜儀應用于未下套管或者無磁套管的鉆井或者鉆具中，不僅提高了工程的成本，而且測量精度不夠高，同時大大限制了磁測斜儀的使用范圍。 基于此，有必要發(fā)明一種全新的鉆井方位角測量技術，以解決在鉆井方位角測量中磁性套管的磁場對磁性測斜儀產(chǎn)生干擾的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決在鉆井方位角測量中磁性套管的磁場對磁性測斜儀產(chǎn)生干擾的問題，提供了一種磁性套管中基于磁測斜儀的鉆井方位角測量方法。
本發(fā)明是采用如下技術方案實現(xiàn)的一種磁性套管中基于磁測斜儀的鉆井方位角測量方法，該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的1)將參照重力與地磁場的磁測斜儀安裝于井下磁性套管中，所述磁測斜儀中包括一個三軸加速度計和一個三軸磁傳感器，三軸加速度計用于測量重力場，三軸磁傳感器用于測量地磁場；2)由磁測斜儀中的三軸加速度計對其自身受到的重力加速度信號進行測量并輸出；3)利用三軸加速度計輸出的信號求得鉆井的傾斜角和工具面角；4)由磁測斜儀中的三軸磁傳感器對井下磁性套管中的磁信號進行測量并輸出；5)利用三軸磁傳感器輸出的信號，結合利用三軸加速度計輸出的信號求得的傾斜角和工具面角，計算得到鉆井的方位角。
所述步驟1)中，套管坐標系(簡稱b系，即固連于井下磁性套管或者鉆井的坐標系，沿軸向為ζ軸，沿徑向取7軸和軸)與地理坐標系(簡稱η系，三軸為N、E、D，分別指向北、東、地，其中北向為地磁北)的關系為當鉆井無傾斜或者無偏轉的時候，套管坐標系的κ、^、z軸與分別與地理坐標系的N、 E、D軸重合；當鉆井有傾斜和偏轉的時候，套管坐標系(b系)能通過旋轉地理坐標系(η系) 得到。坐標系旋轉的順序為先將地理坐標系(NED)繞&(0)軸旋轉到坐標系；^而，旋轉角度為方位角Φ然后將坐標系^ 繞Λ軸旋轉到坐標系W1，旋轉角度為0，是傾斜角α的余角；最后將坐標系％>^繞而軸旋轉到坐標系6 ,即套管坐標系砂2，旋轉角度為工具面角r。上述旋轉關系用矩陣表示如下
權利要求
1.一種磁性套管中基于磁測斜儀的鉆井方位角測量方法，其特征在于該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的1)將參照重力與地磁場的磁測斜儀安裝于井下磁性套管中，所述磁測斜儀中包括一個三軸加速度計和一個三軸磁傳感器，三軸加速度計用于測量重力場，三軸磁傳感器用于測量地磁場；2)由磁測斜儀中的三軸加速度計對其自身受到的重力加速度信號進行測量并輸出；3)利用三軸加速度計輸出的信號求得鉆井的傾斜角和工具面角；4)由磁測斜儀中的三軸磁傳感器對井下磁性套管中的磁信號進行測量并輸出；5)利用三軸磁傳感器輸出的信號，結合利用三軸加速度計輸出的信號求得的傾斜角和工具面角，計算得到鉆井的方位角。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種磁性套管中基于磁測斜儀的鉆井方位角測量方法，其特征在于所述步驟1)中，套管坐行系(簡稱b系，即固連于井下磁性套管或者鉆井的坐標系，沿軸向為χ軸，沿徑向取》軸和r軸)與地理坐標系(簡稱η系，三軸為N、E、D，分別指向北、東、 地，其中北向為地磁北)的關手力當鉆井無傾斜或者無偏轉的時候，套管坐標系的Χ、^、z軸與分別與地理坐標系的N、 E、D軸重合；當鉆井有傾斜和偏轉的時候，套管坐標系(b系)能通過旋轉地理坐標系(η系) 得到；坐標系旋轉的順序為先將地理坐標系(NED)繞巧(D)軸旋轉到坐標系巧乃、，旋轉角度為方位角φ ；然后將坐標系Wo繞Λ軸旋轉到坐標系W1，旋轉角度為θ，是傾斜角α的余角；最后將坐標系巧少而繞而軸旋轉到坐標系巧為巧，即套管坐標系^，旋轉角度為工具面角r ；上述旋轉關系用矩陣表示如下式(1)中C；為從地理坐標系到套管坐標系的轉換矩陣，r為工具面角，e為傾斜角α的余角3為方位角；所述步驟1)中，磁測斜儀坐標系(簡稱c系，即固連于磁測斜儀的坐標系)的三軸Χ、Υ、 Z為所述三軸加速度計和三軸磁傳感器的三個敏感軸；安裝磁測斜儀時，令磁測斜儀坐標系與套管坐標系重合；所述步驟2)中，三軸加速度計測量到的加速度信號為《<了，根據(jù)套管坐標系與地理坐標系的轉換關系，由三軸加速度計測得的加速度信號為式(2)中式、略 < 為三軸加速度計各軸的加速度信號；g為當?shù)刂亓铀俣?，sin^ir Cos^ Sin^ O - ηφ Cos^所述步驟3)中，求得傾斜角《和工具面角r :
全文摘要
本發(fā)明涉及鉆井方位角測量技術，具體是一種磁性套管中基于磁測斜儀的鉆井方位角測量方法。本發(fā)明解決了在鉆井方位角測量中磁性套管的磁場對磁性測斜儀產(chǎn)生干擾的問題。一種磁性套管中基于磁測斜儀的鉆井方位角測量方法，該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的1)將參照重力與地磁場的磁測斜儀安裝于井下磁性套管中；2)由磁測斜儀中的三軸加速度計進行測量并輸出；3)求得鉆井的傾斜角和工具面角；4)由磁測斜儀中的三軸磁傳感器進行測量并輸出；5)計算得到鉆井的方位角。本發(fā)明有效解決了在鉆井方位角測量中磁性套管的磁場對磁性測斜儀產(chǎn)生干擾的問題，適用于石油、煤炭、地質勘探、采礦以及橋梁、地鐵等工程中的鉆井方位角測量。
文檔編號E21B47/02GK102536206SQ20111045459
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權日2011年12月30日
發(fā)明者劉俊, 劉喆, 尚劍宇, 崔星, 張曉明, 李 杰, 李永慧, 李貴珍, 蔣竅, 陳國彬, 黃建林, 龍達峰 申請人:中北大學