一种降低不规则振动影响连续陀螺测斜仪精度的方法技术

本发明专利技术公开了一种降低不规则振动影响连续陀螺测斜仪精度的方法，该方法利用三轴加速度信息并结合光纤陀螺Z轴的角速度信息，剔除仪器姿态测量外的干扰，从而全面提高连续陀螺测斜仪的测量精度。该方法能够解决连续陀螺测斜仪在上下井过程中与油套管发生不规则碰撞造成仪器精度下降的问题。

A Method for Reducing the Effect of Irregular Vibration on the Accuracy of Continuous Gyro Inclinometer

The invention discloses a method for reducing the influence of irregular vibration on the accuracy of continuous gyroscope inclinometer. The method uses three-axis acceleration information and Z-axis angular velocity information of fiber optic gyroscope to eliminate the interference of instrument attitude measurement, thereby improving the measurement accuracy of continuous gyroscope inclinometer in an all-round way. This method can solve the problem that the precision of continuous gyroscope inclinometer decreases due to the irregular collision between the inclinometer and the casing in the process of going up and down wells.

【技术实现步骤摘要】
一种降低不规则振动影响连续陀螺测斜仪精度的方法
本专利技术涉及一种石油测井行业中应用陀螺测斜仪进行连续动态测试轨迹的应用。
技术介绍
由于油套管井破损、变形、结蜡等原因造成陀螺测斜仪在上下井运动过程中与管壁发生不规则碰撞，对光纤陀螺与加速度计组成的敏感仪器在惯性空间的角运动和线性运动造成干扰，连续运动过程中导航结算的井眼轨迹会引入误差，从而导致仪器精度下降。常见的陀螺测斜仪只是简单的对三轴加速度信息进行低通滤波平滑得到新的加速度信息，滤波器的带通频率固定、衰减系数和滤波器阶数固定无法根据井况改变，方法简单粗暴。实际仪器工作过程中上下井的速度是不可能真正匀速不变，同时还会与油套管壁发生随机变化的冲击力，必然会对加速度信息带来随机变化的干扰，从而导致结算出的方位角和工具面角误差很大，精度也比定点陀螺测斜仪差很多。
技术实现思路
本专利技术的目在于为解决仪器在油井中无法实现匀速运动和管壁结垢变形不规则造成的随机姿态振动冲击的影响，提供一种降低不规则振动影响连续陀螺测斜仪精度的方法。本专利技术的方法是该方法是利用三轴加速度信息并结合光纤陀螺Z轴的角速度信息，剔除仪器姿态测量外的干扰。而且，该方法是使用双轴光纤陀螺和三轴石英加速度计构成测斜仪，采用捷联惯导方法实现仪器姿态和速度的实时测量，从而得出井斜角、方位角和工具面角；并且利用油井轨迹在一定距离之内不可能发生突变，建立数据模型剔除随机干扰，从而有效提高仪器测试精度。其中，对加速度计信号和陀螺信号不是简单地低通滤波处理，而是根据外界环境变化建立自适应滤波器。本专利技术具体包括标定建模和修正方法；所述标定建模包括位置标定、角速度标定和随机振动标定。其中，前述的位置标定是利用静态8位置标定的方法确定加表的标定因素、安装误差及陀螺与加表的安装误差，完成对整个系统的标定。前述的角速度标定是根据连续陀螺测斜仪在上下井过程中角速率的变化范围分别设定高精度电动转台的速度，再将陀螺的两个轴分别水平固定，记录两个轴陀螺的输出；根据陀螺误差输出方程求出误差系数，从而得出陀螺的常值漂移、标度因素和陀螺安装误差。前述的随机振动标定是将连续陀螺测斜仪用夹具固定在三轴电动振动台上，模拟仪器在油套管井的移动情况，设置成随机振动模式，按照最小采样时间间隔连续采样数据；电动振动台间隔振动、间隔静止交替循环；通过采集的数据分析陀螺仪和加速度计在不同振动条件下的输入噪声特性，根据采集的数据模型确定所设计滤波器的通带频率系数范围与振动频率的标度因子。前述的修正方法是在滤波算法的选择上采用强制消噪处理，连续陀螺测斜仪在选定的上下井速率变化范围内按时域评估判断误差特性；连续陀螺测斜仪在油套管井发生的姿态变化范围在单位时间内被约定在特定信号幅度范围，结合随机振动标定模型调整进行模糊相似性识别，从而达到剔除加速度计和陀螺仪的外界振动干扰的作用。本专利技术的创新点在于：(1)、对加速度计信号和陀螺信号不是简单地低通滤波处理，而是根据外界环境变化建立自适应滤波器。(2)、角速率标定转台速率的选择及陀螺误差模型的建立。(3)、随机振动标定方法的确立及误差模型的建立。(4)、修正方法。与现有技术相比，本专利技术的方法利用三轴加速度信息并结合光纤陀螺Z轴的角速度信息，剔除仪器姿态测量外的干扰，从而全面提高连续陀螺测斜仪的测量精度。该方法能够解决连续陀螺测斜仪在上下井过程中与油套管发生不规则碰撞造成仪器精度下降的问题。本专利技术是多年对油田配套仪器的实际经验总结出的标定和数据处理方法。标定参数的选择也是其核心之一，同时采用自适应实时数字滤波器设计，带通中心频率f0、过度带宽系数ct、带通边频fp＝(1+n)*f0、带通截止频率wp＝fp*2和阻带边频fs＝fp*(1+ct)等根据外界条件的变化调整，通过对信号进行分析消噪，最大限度减小信号的失真度。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为对本专利技术的任何限制。实施例1：1.标定建模1).位置标定利用静态8位置标定的方法确定加表的标定因素、安装误差及陀螺与加表的安装误差，完成对整个系统的标定。8位置具体编排为：X-Y-Z地球重力东北天00-g西南天00-g北东地00g南西地00g天西南-g00天东北-g00地南西g00地北东g00位置标定时，在每个位置静止测试加速度计输出平均值fi，得加速度计的回归计算模型：由加速度计的输出模型：f＝a0+Kaab记为：f＝MA式中，f＝[f1f2…f8]T为某一轴加速度计的输出，为地球重力加速度输入。则根据最小二乘法则可得到加速度计的各参数计算模型：M＝F·AT·(AAT)-12).角速率标定根据连续陀螺测斜仪在上下井过程中角速率的变化范围分别设定高精度电动转台的速度为±0.05°/s，±0.1°/s，±0.2°/s，±0.5°/s，±1°/s，±2°/s，±5°/s，±10°/s，±20°/s，±30°/s，再将陀螺的两个轴分别水平固定，记录两个轴陀螺的输出，采样时间按照360°除以转台速率确定，时间单位为s，采样时间对应范围(7200～12)s。根据陀螺误差输出方程求出误差系数，从而得出陀螺的常值漂移、标度因素和陀螺安装误差。陀螺仪输出模型为：式中：Dx、Dy和Dz为陀螺的为常值漂移，Nx、Ny和Nz为陀螺仪输出，Kx、Ky和Kz为陀螺仪标度因数，kij为陀螺i轴和j轴的安装误差，ωi为陀螺i轴的输入角速度，本专利技术中，由于测斜仪只有X和Z轴陀螺，所以有关Y轴陀螺的量的设为0。最后，通过速率试验数据进行拟合即可获得有关陀螺的各个系数项。3).随机振动标定将连续陀螺测斜仪用夹具固定在三轴电动振动台上，模拟仪器在油套管井的移动情况，沿仪器X、Y轴的摆动位移为0～(套管直径-仪器直径)/2mm，纵向考虑测井电缆的颤抖摆动位移为0～20mm，加速度为0～3g，频率为5Hz～100Hz设置成随机振动模式，按照最小采样时间0.5ms间隔连续采样数据。电动振动台工作模式设置为5s倍数间隔振动、5s倍数间隔静止交替循环，连续工作时间30min。通过采集的数据分析陀螺仪和加速度计在不同振动条件下的输入噪声特性，根据采集的数据模型确定所设计滤波器的通带频率系数范围与振动频率的标度因子。2.修正方法在滤波算法的选择上采用强制消噪处理，连续陀螺测斜仪在选定的上下井速率变化范围内按时域评估判断误差特性。连续陀螺测斜仪在油套管井发生的姿态变化范围在单位时间内被约定在特定信号幅度范围，结合随机振动标定模型调整进行模糊相似性识别，从而达到剔除加速度计和陀螺仪的外界振动干扰的作用。信号测量模型为：C为信号的测量因子，v(k)是信号迭加上的外界干扰噪声，试验发现，测斜仪在连续工作状态下，外界干扰噪声的均值为零，方差为σ2，则可设计递归估计滤波器为：公式第一项为传感器在当前姿态下加权的预估数据，第二项为传感器当前实时采样数据，式中a(k)与b(k)的求解方法为：a(k)＝a[1-cb(k)]其中：根据仪器上一采样时刻的姿态数据，可以预估下一时刻的姿态，通过预估的姿态可以得出在该预估姿态下陀螺仪和加速度计的预估输出数据，将预估数据和测试数据进行递归滤波即得到传感器的可信测量值，将该可信值带入姿态解算算法即可获得仪器姿态。以上只是本专利技术的具体应用范例，本专利技术还有其他的实施方式，凡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低不规则振动影响连续陀螺测斜仪精度的方法，其特征在于：该方法是利用三轴加速度信息并结合光纤陀螺Z轴的角速度信息，剔除仪器姿态测量外的干扰。

【技术特征摘要】
1.一种降低不规则振动影响连续陀螺测斜仪精度的方法，其特征在于：该方法是利用三轴加速度信息并结合光纤陀螺Z轴的角速度信息，剔除仪器姿态测量外的干扰。2.根据权利要求1所述的降低不规则振动影响连续陀螺测斜仪精度的方法，其特征在于：该方法是使用双轴光纤陀螺和三轴石英加速度计构成测斜仪，采用捷联惯导方法实现仪器姿态和速度的实时测量，从而得出井斜角、方位角和工具面角；并且利用油井轨迹在一定距离之内不可能发生突变，建立数据模型剔除随机干扰，从而有效提高仪器测试精度。3.根据权利要求1所述的降低不规则振动影响连续陀螺测斜仪精度的方法，其特征在于：对加速度计信号和陀螺信号不是简单地低通滤波处理，而是根据外界环境变化建立自适应滤波器。4.根据权利要求1所述的降低不规则振动影响连续陀螺测斜仪精度的方法，其特征在于：包括标定建模和修正方法；所述标定建模包括位置标定、角速度标定和随机振动标定。5.根据权利要求4所述的降低不规则振动影响连续陀螺测斜仪精度的方法，其特征在于：所述位置标定是利用静态8位置标定的方法确定加表的标定因素、安装误差及陀螺与加表的安装误差，完成对整个系统的标定。6.根据权利要求4所述的降低不规则振动影响连续陀螺测斜...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔凡康，谢雪峰，曾勇，陆松，
申请(专利权)人：贵州航天凯山石油仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52