一种井下多传感器测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种井下多传感器测量系统，包括支撑骨架和设置在支撑骨架内的至少一个三轴加速度计、至少两个三轴磁通门，以及与三轴加速度计和三轴磁通门连接的数据采集处理模块，支撑骨架采用非磁性材料成，数据采集处理模块包括滤波电路、信号采集电路、信号处理电路，其中，至少一个三轴磁通门的Z轴与其它的三轴磁通门的Z轴方向不一致，且夹角不等于0°、90°、180°和360°，所有三轴磁通门之间保持不能产生相互干扰的间距。同时本发明专利技术还给除了井下多传感器测量方法。该发明专利技术解决目前井下仪器沿着磁力线工作的时候无法测量仪器的磁性工具面的问题，并且可在静止和旋转状态下测量仪器的磁性工具面。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及随钻测斜仪器领域,具体是一种井下多传感器测量系统及方法。
技术介绍
：石油定向钻探技术所需的随钻测斜仪器(也称定向测斜仪),称之为MWD(MeasureWhileDrilling)仪器,是一种集钻井、测井、自动控制、新材料等学科为一体的高新技术仪器设备。该仪器可以在使用电缆工具测井很困难甚至不可能的环境下进行测量,目前已成为大斜度井、水平井和小眼井及侧钻多分支井油藏评价的主要手段。可以说随钻测量仪能否实现精确测量已成为定向钻井成功与否的关键因素。定向测斜仪的测量系统主要由三轴加速度计传感器、三轴磁通门传感器和数据采集处理模块电路组成,如图1所示,三轴加速度计传感器安装在仪器骨架的X、Y、Z轴坐标方向,同样三轴磁通门传感器也分布在X、Y、Z轴坐标方向,其中X、Y、Z轴坐标方向的定义按规则为:Z轴为井眼中心线方向,X轴垂直于仪器参考面,Y轴与X、Z轴满足右手定则。随钻测斜仪的测量参数为重力工具面角(GTF)、磁性工具面角(MTF)、井斜角(INC)和方位角(AZI)。随着定向测斜仪在钻井施工方面的大范围应用，现在又遇到了新的难题。受地球磁场（磁力线B）的影响,当钻井施工遇到特殊地层需要进行南北向或东西向施工的时候，恰巧是MWD仪器的磁通门Z轴测量值最大和最小的时候。如东西向时候由于Z轴测量值变为最小，但由于X轴、Y轴正常工作，还可测量仪器的方位和磁工具面，但方位测量不准。而南北向Z轴测量值变为最大，在一定倾角时X、Y轴会变为0。由磁工具面的计算公式可知，这里的Hx、Hy、Hz、Gx、Gy、Gz分别表示X、Y、Z轴的磁通门和加速度计的测量分量（见图1），当沿着磁力线方向B时，而X和Y轴磁通门由于垂直于磁力线方向，所以测量值为0，使得无法得出仪器的正确磁性工具面，影响了正常钻井施工。所以施工方必须在设计和施工时尽量避免仪器沿磁力线方向，很多情况下会大大增加了施工预算和施工难度。
技术实现思路
：本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题,提供一种当井下仪器沿着磁力线工作的时候依然能够测量仪器的磁性工具面，并且可在静止和旋转状态下进行测量仪器的磁性工具面的井下多传感器测量系统及方法，。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种井下多传感器测量系统：包括支撑骨架和设置在支撑骨架内的至少一个三轴加速度计、至少两个三轴磁通门，以及与三轴加速度计和三轴磁通门连接的数据采集处理模块，其中，支撑骨架采用非磁性材料成，数据采集处理模块包括滤波电路、信号采集电路、信号处理电路，其改进之处是：至少一个三轴磁通门的Z轴与其它的三轴磁通门的Z轴方向不一致，且夹角不等于0°、90°、180°和360°，所有三轴磁通门之间保持不能产生相互干扰的间距。按照前述的井下多传感器测量系统的测量方法：包括同时测量Z轴方向不一致的至少两个三轴磁通门的X、Y轴磁场分量；如果其中任意一个磁通门的X、Y磁场分量为0，则采用其它磁通门的X、Y磁场分量计算磁工具面。各磁通门的X、Y轴形成的XOY平面存在一定的夹角，且夹角不等于0°、90°、180°和360°。本专利技术具有如下效果：本专利技术不仅解决了井下仪器在沿磁力线方向转动时无法测量磁性工具面的问题，而且提供了一种可具体实现的由多个传感器组成的井下实时测量系统。该测量系统除了具有测量磁性工具面的功能，同时可测量井斜角、方位角、重力工具面、磁倾角等多个参数，可取代MWD测量仪或与MWD测量仪配合工作。附图说明：图1为目前的随钻测斜仪传感器系统的磁通门与加速度计分布图；图2为本专利技术的三轴加速度计和三轴磁通门在支撑骨架上的安装示意图；图3为本专利技术的多磁通门传感器的磁工具面测量系统组成图；图4为X＇0Y＇平面与X″0Y″平面的关系图；图5为本专利技术多磁通门传感器的磁工具面测量方法流程图。图中：1、三轴加速度计G1；2、三轴磁通门H1；3、三轴磁通门H2；4、三轴磁通门Hn；5、滤波电路；6、信号采集电路；7、信号处理电路；8、支撑骨架；9、X＇0Y＇平面；10、X″0Y″平面；11、∠A″OB″；12、∠A＇0B＇；13、平面间夹角∠α。具体实施方式：现结合附图2、图3、图4和图5，对本专利技术作进一步描述。参照图3所示，本实施例提供了一种井下多传感器测量系统。主要由支撑骨架8、三轴加速计G1（1）、三轴磁通门H1（2）和H2（3）…Hn、滤波电路5、信号采集电路6和信号处理电路7组成。其中滤波电路5、信号采集电路6和信号处理电路7组成信号数据采集处理模块。本专利技术采用三轴磁通门和三轴加速度计是为了保证X、Y、Z轴的正交性以及减小系统本身的尺寸。现以系统配备两个三轴磁通门H1（2）、H2（3）为例对系统的工作原理进行阐述。如图2所示，三轴加速计G1（1）、三轴磁通门H1（2）和H2（3）精确安装在支撑骨架8上。由于磁通门的工作需要，所以支撑骨架8应该采用无磁圆柱形材料进行精确加工，三轴磁通门H1（2）和H2（3）安装于三轴加速度计G1（1）的两端，因为三轴磁通门安装过近会相互干扰，带来不必要的测量误差。三轴加速度计G1（1）和三轴磁通门H1（2）两个传感器的Z轴与支撑骨架轴线方向一致，三轴磁通门H1（2）与三轴加速度计（1）的X、Y轴分别对齐。所以三轴磁通门H1（2）的X″、Y″、Z″坐标系可视为与三轴加速度计传感器G1（3）的坐标系是重叠的。三轴磁通门H2（3）的Z轴与支撑骨架轴线方向不一致，即倾斜三轴磁通门H2（3）的Z＇轴与Z″呈∠α夹角，X＇0Y＇平面与X″0Y″平面成∠α夹角。所有传感器的输出信号与数据采集处理模块相连。信号通过滤波电路5滤掉干扰，经过信号采集电路6将多路信号同时采集，最终由信号处理电路7计算得到最终结果。如果需要同时安装多于2个磁通门传感器，需要对磁通门传感器之间的干扰距离做测算，并且做适当的标定工作以消除这种影响。测量方法做主要工作方式由以下几步组成：第一步，由磁通门H1（2）和磁通门H2（3）进行测量，其中磁场分量以电压形式输出；第二步，滤波电路5对磁通门测量产生的电压信号干扰进行滤波处理，得到干净的代表磁通量的电压信号；第三步，经过滤波后的电压信号进入信号采集电路6，多路信号同时进行采集；第四步，信号采集电路6将采集结果送入信号处理电路7，当信号处理电路7检测到H1（2）的测量分量Hx″、Hy″等于0时，采用H2(3)的测量分量Hx＇、Hy＇、Hz＇参与磁工具面的计算。当信号处理电路7检测到H2（3）的测量分量Hx＇、Hy＇等于0时，采用H1(2)的测量分量Hx″、Hy″、Hz″参与磁工具面的计算（如图5所示）。X＇0Y＇平面与X″0Y″平面的关系如图4所示，定义0B″所在直线与Y″轴重合，为仪器的高边，且与X″轴垂直，两平面交线与X＇重合。当Z＇轴沿磁力线的方向时，若整个仪器以Z＇轴为轴线旋转，在X＇0Y＇平面上从0A＇旋转到0B＇的角度即为仪器旋转过的磁工具面，但是此时的磁工具面由于三轴磁通门H1(2)的X＇与Y＇轴失效无法得到。这时就需要用X本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井下多传感器测量系统，包括支撑骨架和设置在支撑骨架内的至少一个三轴加速度计、至少两个三轴磁通门，以及与三轴加速度计和三轴磁通门连接的数据采集处理模块，其中，支撑骨架采用非磁性材料成，数据采集处理模块包括滤波电路、信号采集电路、信号处理电路，其特征是：至少一个三轴磁通门的Z轴与其它的三轴磁通门的Z轴方向不一致，且夹角不等于0°、90°、180°和360°，所有三轴磁通门之间保持不能产生相互干扰的间距。

【技术特征摘要】
1.一种井下多传感器测量系统，包括支撑骨架和设置在支撑骨架内的至少一个三轴加速度计、至少两个三轴磁通门，以及与三轴加速度计和三轴磁通门连接的数据采集处理模块，其中，支撑骨架采用非磁性材料成，数据采集处理模块包括滤波电路、信号采集电路、信号处理电路，其特征是：至少一个三轴磁通门的Z轴与其它的三轴磁通门的Z轴方向不一致，且夹角不等于0°、90°、180°和360°，所有三轴磁通门之间保持不能产生相互干扰的间距。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖红兵，葛鹏，张海花，李闪，丁露阳，范泽欣，
申请(专利权)人：中国石油化工集团公司，中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11