非正交性姿态误差的特征描述

发布时间：2017-05-12 11:23

  本文关键词：非正交性姿态误差的特征描述，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：精确小角度姿态测量是石油垂直钻井的基础,而在全角度范围内进行姿态测量是对石油钻井技术的进一步提高。姿态测量系统中产生的位置误差对姿态测量输出有很大的影响,作为井下闭环实时钻进控制的主要参数,对钻机下一步钻进方向会产生很大的影响。对国内外钻井技术、垂直钻井工具以及测量方法作了简要介绍,同时重点介绍了姿态更新算法中的方向余弦法。了解姿态测量的基本原理,推导了采用三轴加速度计为传感器的输出公式,分析了加速度计输出信号规律。研究了姿态测量参数的常规计算方法。建立基于各轴独立的虚拟正交坐标系,通过多次欧拉旋转对理想坐标系进行多次变换,得到3个独立轴各3个位置误差参数的姿态测量输出,分析各位置误差参数对测量结果的敏感性及其特征,并对试验数据进行逆向拟合。通过欧拉旋转得到包含各自位置误差在内的旋转矩阵,通过公式反推,利用测量值计算各角度相对误差,拣选出最优角度,运用最优角度得到新的校正矩阵,实现对安装位置误差的校正。数据结果表明,Y、Z轴的井斜误差角和X、Y轴的工具面误差角在误差曲线中呈显性影响,而X轴方位误差角及Z轴井斜误差角呈隐性影响,Z轴工具面误差角没有影响。利用相对误差对比的方法,得到特殊角度补偿矩阵对测量数据进行校正后,得到较为理想的矫正结果。
【关键词】：姿态测量 姿态误差 非正交度 位置误差
【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】：TE24
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-15
• 1.1 现代石油钻井技术发展历程7-12
• 1.1.1 石油钻井技术的主要进展及发展趋势7-11
• 1.1.2 自动化钻井工具姿态测量的研究现状11-12
• 1.2 本课题的研究目的及意义12-13
• 1.3 本课题的来源、难点、研究内容及技术路线13-15
• 1.3.1 本文的主要内容13-14
• 1.3.2 本文的技术路线14-15
• 第二章 姿态测量基础理论分析15-28
• 2.1 惯性导航技术理论基础15
• 2.2 坐标系的旋转变换15-20
• 2.2.1 二维坐标系变换原理16-17
• 2.2.2 三维坐标系变换原理17-20
• 2.3 实验设备使用简介20-28
• 2.3.1 TX-3S型测斜仪的安装与调试20-25
• 2.3.2 JSD-II/C石英加速度计25-28
• 第三章 井下姿态测量28-30
• 3.1 井下工具姿态参数计算28-29
• 3.2 姿态测量的位置误差29-30
• 第四章 非正交性位置误差建模30-41
• 4.1 位置误差的非正交模型30-32
• 4.1.1 各轴独立的虚拟正交模型30-31
• 4.1.2 虚拟坐标系实轴模型31-32
• 4.2 参数敏感性分析32-39
• 4.2.1 单参数敏感性分析32-35
• 4.2.2 同类双参数敏感特征35-37
• 4.2.3 不同类双参数敏感特征37-39
• 4.3 实测误差曲线分析39-40
• 4.4 本章小结40-41
• 第五章 实验数据的校正41-47
• 5.1 补偿矩阵的建立41-43
• 5.2 实验数据对比与分析43-46
• 5.2.1 工具面角数据分析43-44
• 5.2.2 井斜角数据分析44-46
• 5.3 本章小结46-47
• 第六章 结论及展望47-48
• 致谢48-49
• 参考文献49-51
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文51-52

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本文编号：359660