振动环境下自动垂直导向钻井工具的姿态测量方法

发布时间：2017-05-11 18:18

  本文关键词：振动环境下自动垂直导向钻井工具的姿态测量方法，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在钻井过程中,自动垂直导向钻井工具通过控制导向块在给定方位产生导向所需的导向力,达到稳直或纠斜的目的,从而控制井眼轨迹、造成垂直井眼。因此,井下控制系统需要根据导向工具的井下姿态参数(即井斜角、工具面角)进行反馈控制,从而确保井眼轨迹的动态稳定。所以井下姿态的实时测量至关重要,是导向工具实现实时导向控制的前提条件。论文通过对垂直导向钻井工具姿态测量原理分析,研究了近垂直条件下采用重力加速度计测量工具姿态时的测不准和不可测问题,提出了重力加速度非正交测量方法。通过对典型姿态角度理论分析与计算推导,解算结果表明,与常规方法相比,非正交测量方法的姿态测量误差大大减小,改进效果显著,满足垂直导向钻井工具的测量精度要求。水力驱动装置的测试试验验证了重力加速度非正交测量方法的有效性。另外,垂直导向钻井工具在近钻头振动和工具旋转的钻井工作状态下,工具姿态参数的动态测量存在测不准问题。对此,提出了转速补偿方法以消除工具旋转对姿态测量的影响;采用LMS自适应滤波算法,可以有效滤除近钻头振动对测量的影响。数值仿真分析表明经过转速补偿和LMS自适应滤波后的井斜角测量误差可小于0.1°,工具面角测量误差小于6°,有效地提高了垂直导向钻井工具的动态测量精度。经实钻数据反演验证了该方法的有效性、可行性。导向工具在变速旋转情况下,采用转速补偿方法与LMS自适应滤波方法处理后的工具姿态仍存在较大测量误差,针对此问题,分析了磁通门姿态测量原理,及钻井条件下的姿态动态测量性能,提出了以“停钻”由加速度计测井斜、“钻进”由磁通门传感器测工具面角为特征的加速计与磁通门传感器组合测量方法。
【关键词】：姿态测量 非正交测量 转速补偿 LMS自适应滤波 组合测量
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE92
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 自动垂直钻井技术概述8-9
• 1.2 自动垂直钻井工具姿态参数动态测量的研究意义9-10
• 1.3 自动垂直钻井工具姿态参数测量技术的研究现状10-13
• 1.3.1 国外随钻测井技术研究现状10-11
• 1.3.2 国内随钻测量技术研究现状11-13
• 1.4 国内姿态动态测量研究现状13-14
• 1.5 本文的主要内容14
• 1.6 论文结构14-16
• 第二章 垂直导向工具姿态静态测量16-23
• 2.1 垂直导向钻井工具姿态静态测量原理16-17
• 2.2 近垂直时的不可测问题17-19
• 2.3 非正交测量方法19-20
• 2.4 水力驱动条件下的垂直导向钻井工具姿态测量实验20-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 垂直导向工具姿态动态测量23-40
• 3.1 姿态动态测量分析23
• 3.2 导向工具姿态参数动态测量问题分析23-25
• 3.2.1 工具旋转对姿态测量的影响23-24
• 3.2.2 近钻头振动对工具姿态测量的影响24-25
• 3.3 垂直导向工具姿态动态测量方法研究25-26
• 3.3.1 工具旋转转速补偿25-26
• 3.3.2 振动信号的滤除26
• 3.4 LMS自适应滤波基本理论26-28
• 3.4.1 自适应滤波器组成26
• 3.4.2 自适应滤波器工作原理26-28
• 3.4.3 LMS自适应算法28
• 3.5 近钻头振动信号LMS自适应滤波方法28-29
• 3.6 工具姿态动态测量数值仿真系统结构29-30
• 3.7 姿态动态测量数值仿真分析30-36
• 3.7.1 工具停钻时姿态静态测量仿真30-31
• 3.7.2 工具匀速旋转时的姿态测量仿真31-35
• 3.7.3 工具变速旋转时姿态测量仿真35-36
• 3.8 实钻数据反演分析36-38
• 3.9 本章小结38-40
• 第四章 工具姿态组合测量方案40-43
• 4.1 组合测量方案设计40
• 4.2 井斜角动态测量40-41
• 4.2.1 导向工具稳直纠斜工作模式41
• 4.3 工具面角实时测量41-42
• 4.4 本章小结42-43
• 第五章 工具姿态测量系统设计43-57
• 5.1 磁通门姿态测量原理43-44
• 5.2 姿态测量系统设计44-56
• 5.2.1 模块设计方案选择44-45
• 5.2.2 硬件电路设计45-48
• 5.2.3 模块软件设计48-53
• 5.2.4 磁通门传感器校准53-56
• 5.3 本章小结56-57
• 第六章 总结与展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-62
• 攻读硕士期间公开发表的论文62-63

【参考文献】

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本文编号：357830