旋转导向稳定平台重力工具面角动态测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种旋转导向稳定平台的重力工具面角动态测量方法及装置，采用双加速度计、三轴磁通门传感器和陀螺仪测量的稳定平台运动时的相应加速度、磁场和角速度数据，进行前置滤波后，在不同工况和不同传感器故障时自动判断传感器故障并切换至相应解算方法解算重力工具面角，实现对重力工具面角的测量，提高了重力工具面角测量的可靠性；并通过互补滤波融合双加速度计或单加速度计或磁通门传感器测量并解算的重力工具面角和陀螺仪测量的对地速率，削弱横向振动与扭转振动对重力工具面角测量值的影响，得到的重力工具面角测量值更加精确。

Method and device for dynamic measurement of surface angle of gravity tool with rotary steering stable platform

The invention relates to a rotary steering stable platform gravity tool face angle dynamic measuring method and device, using dual accelerometer, stable platform motion of three axis fluxgate sensor and gyroscope when the corresponding acceleration and angular velocity and magnetic field data, pre filter, in different working conditions and sensor fault automatic judgment sensor fault and switch to the corresponding solution method for calculating gravity tool face angle, realize the measurement of the gravity tool angle, improve the reliability of the gravity measurement tool face angle; and through the complementary filter fusion of dual accelerometer or single accelerometer or fluxgate sensor measurement and calculation of the gravity and tool face angle measurement of gyroscope the rate, weaken the transverse vibration and torsion vibration of gravity tool face angle measurement, the gravity of tool face angle measurement more accurate.

【技术实现步骤摘要】
旋转导向稳定平台重力工具面角动态测量方法及装置
本专利技术属于钻井工具姿态动态测量
，涉及单轴惯性平台姿态测量技术，具体地说，涉及了一种旋转导向稳定平台的重力工具面角动态测量方法及装置。
技术介绍
石油定向钻井技术中，重力工具面是非常重要的工艺参数。与钻柱呈一定弯角的导向钻井工具下到井底后，弯曲面与井底圆平面所成交线以井底圆面高边为始边，顺时针转过的角度称为重力工具面，导向钻井工具的弯曲面称为装置面。常规导向钻井工具为弯接头或带弯角的螺杆钻具，旋转导向钻井工具是在常规导向工具基础上发展起来的一种高性能导向钻进工具。旋转导向钻井工具按照导向方式可以分为推靠式和指向式两种，而每一种导向方式按照钻铤是否旋转又可以分为静态式和动态式两种，由此组合出四种旋转导向钻井方式，其中动态指向式旋转导向工具是目前最先进的旋转导向钻井工具。与其他旋转导向钻井工具不同，为保证旋转导向工具在钻铤连续旋转的情况下重力工具面角稳定，动态指向式旋转导向工具内部设计有电控稳定平台，用以隔离钻铤的连续旋转，保证钻头的稳定指向，即重力工具面角稳定。由此可见，重力工具面角是否稳定直接决定了钻井工具能否导向。常规MWD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转导向稳定平台重力工具面角动态测量方法，其特征在于，含有以下步骤：(一)在稳定平台上安装主加速度计、副加速度计、三轴磁通门传感器和陀螺仪，所述主加速度计的XZ轴平面与钻井导向工具的装置面重合，所述副加速度计的XZ轴平面与所述主加速度计的XZ轴平面呈夹角，所述三轴磁通门传感器位于所述主加速度计的一端，且所述三轴磁通门传感器的XZ轴平面与钻井导向工具的装置面重合，所述陀螺仪的敏感轴与所述稳定平台轴线平行；(二)稳定平台运动时，主加速度计实时测量所述主加速度计所在处稳定平台的三轴加速度分量，副加速度计实时测量所述副加速度计所在处稳定平台的三轴加速度分量，三轴磁通门传感器测量所述三轴磁通门传感器...

【技术特征摘要】
1.一种旋转导向稳定平台重力工具面角动态测量方法，其特征在于，含有以下步骤：(一)在稳定平台上安装主加速度计、副加速度计、三轴磁通门传感器和陀螺仪，所述主加速度计的XZ轴平面与钻井导向工具的装置面重合，所述副加速度计的XZ轴平面与所述主加速度计的XZ轴平面呈夹角，所述三轴磁通门传感器位于所述主加速度计的一端，且所述三轴磁通门传感器的XZ轴平面与钻井导向工具的装置面重合，所述陀螺仪的敏感轴与所述稳定平台轴线平行；(二)稳定平台运动时，主加速度计实时测量所述主加速度计所在处稳定平台的三轴加速度分量，副加速度计实时测量所述副加速度计所在处稳定平台的三轴加速度分量，三轴磁通门传感器测量所述三轴磁通门传感器所在处稳定平台的三轴磁场分量；陀螺仪实时测量所述陀螺仪所在点处围绕稳定平台轴线转动的角速度；(三)对主加速度计测量的Y轴测量值和Z轴测量值副加速度计测量的Y轴测量值和Z轴测量值三轴磁通门传感器测量的Y轴测量值by和Z轴测量值bz、陀螺仪测量的测量值ω进行前置滤波处理，滤除噪声后得到估计值(四)判定主加速度计和副加速度计的工作状态以及井下工况的振动情况；若主加速度计和副加速度计均正常工作且振动强度处于正常范围时，采用双加速度计重力工具面角解算方法解算得到重力工具面角βa；若主加速度计和副加速度计中某一个故障且振动强度处于正常范围时，采用单加速度计重力工具面角解算方法解算得到重力工具面角βg；若主加速度计和副加速度计均故障或振动强度超过正常范围时，判断三轴磁通门传感器是否正常工作，若三轴磁通门传感器正常工作，采用磁通门重力工具面角解算方法解算得到重力工具面角βb，若三轴磁通门传感器故障，则工具面角无法正常解算，需起钻维修；(五)判定陀螺仪是否工作正常，若陀螺仪工作正常，通过互补滤波融合步骤(四)解算的重力工具面角βa或βg或βb和陀螺仪测量的测量值ω得到重力工具面角βc，若陀螺仪故障，则直接采用步骤(四)解算的重力工具面角βa或βg或βb作为重力工具面角测量值β。2.如权利要求1所述的旋转导向稳定平台重力工具面角动态测量方法，其特征在于，双加速度计重力工具面角解算方法解算得到重力工具面角的具体步骤如下：记稳定平台半径为R，主加速度计Y轴和Z轴的测量误差项为副加速度计Y轴和Z轴的测量误差项为则主加速度计Y轴和Z轴的测量值以及副加速度计Y轴和Z轴的测量值满足如下测量方程：式中，g为重力加速度，βa为重力工具面角测量值，为稳定平台转动角加速度，ω为稳定平台转动角速率，γ为副加速度计的XZ轴平面与主加速度计的XZ轴平面的夹角，0°<γ≤360°；忽略测量的误差项，整理公式(1)得到：通过解算公式(2)得到重力工具面角βa。3.如权利要求2所述的旋转导向稳定平台重力工具面角动态测量方法，其特征在于，当γ＝90°时，经过前置滤波处理后的主加速度计Y轴和Z轴的估计值以及副加速度计Y轴和Z轴的估计值之间存在如下冗余关系：则测量方程表示为：式中，ayf表示经过主加速度计和副加速度计数据融合后的Y轴测量值，azf表示经过主加速度计和副加速度计数据融合后的Y轴和Z轴测量值；通过解算公式(4)得到重力工具面角βa；当γ＝180°时，经过前置滤波处理后的主加速度计Y轴和Z轴的估计值以及副加速度计Y轴和Z轴的估计值之间存在如下冗余关系：则测量方程表示为：通过解算公式(6)得到重力工具面角βa；当γ＝270°时，经过前置滤波处理后的主加速度计Y轴和Z轴的估计值以及副加速度计Y轴和Z轴的估计值之间存在如下冗余关系：则测量方程表示为：

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟亮，耿艳峰，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37