本发明专利技术提供了一种钻具工具面角的测量装置及方法，所述装置包括加速度传感器、前置滤波器、锁相环模块和解算模块；加速度传感器用于获取钻具的加速度信号，还用于将加速度信号输出至前置滤波器；前置滤波器用于对加速度信号进行滤波，得到加速度去噪信号，还用于将加速度去噪信号输出至锁相环模块；锁相环模块用于基于钻具的转速信号生成振荡信号，基于加速度去噪信号和振荡信号获取校正后的振荡信号，还用于将满足预设要求的校正后的振荡信号作为钻具的虚拟工具面信号输出至解算模块；解算模块用于对虚拟工具面信号进行解算，得到钻具的工具面角。本发明专利技术能够解决现有方法会受到地磁场磁干扰影响导致测量误差较大或无法得到测量结果的技术问题。测量结果的技术问题。测量结果的技术问题。
【技术实现步骤摘要】
一种钻具工具面角的测量装置及方法
[0001]本专利技术涉及石油行业井下仪器
，尤其涉及一种钻具工具面角的测量装置及方法。
技术介绍
[0002]在石油钻井技术发展应用过程中，超深井、高难度定向井、丛式井、水平井、大位移井、多底井及三维多目标井等特殊工艺井技术相继出现并受到广泛重视，而要钻成这些高难度的复杂结构井，并能满足地质和油藏工程的要求，其关键技术之一是使用各种随钻钻井工具或仪器，引导或控制井眼按预定的井眼轨迹(几何导向)或预定的目标地层(地质导向)钻进。随钻钻井技术最具代表性和先进性，是现代钻井的研究重点和发展方向，是代表钻井技术向信息化、智能化和自动化方向发展的前沿技术。
[0003]井下钻井仪器在工作过程中，如旋转导向工具在旋转钻进过程中控制偏置力的方向，或者随钻测井仪器需要方位参数的测量，需要实时的工具面角作为辅助参数，井下钻井仪器进行测量的主要原理是利用磁场传感器测量地球磁场，使用磁场传感器可以实时测量井下钻具的工具面角。但有些情况下，如测量点距离钻头过近，地磁场会受到钻头的磁性干扰，会有较大的测量误差，甚至可能导致测量结果错误，另外，在井下钻具与地磁场接近平行时，会有死区的存在，无法得出测量结果。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供了一种钻具工具面角的测量装置及方法，能够解决现有的工具面角测量方法会受到地磁场磁干扰影响导致测量误差较大或无法得到测量结果的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，根据本专利技术的一方面，提供了一种钻具工具面角的测量装置，所述装置包括加速度传感器、前置滤波器、锁相环模块和解算模块；
[0006]所述加速度传感器用于获取钻具的加速度信号，还用于将加速度信号输出至所述前置滤波器；
[0007]所述前置滤波器用于对加速度信号进行滤波，得到加速度去噪信号，还用于将加速度去噪信号输出至所述锁相环模块；
[0008]所述锁相环模块用于基于钻具的转速信号生成振荡信号，基于加速度去噪信号和振荡信号获取校正后的振荡信号，还用于将满足预设要求的校正后的振荡信号作为钻具的虚拟工具面信号输出至所述解算模块；
[0009]所述解算模块用于对虚拟工具面信号进行解算，得到钻具的工具面角。
[0010]优选的，所述锁相环模块包括振荡器、相位比较器、锁相滤波器和第一判断模块；
[0011]所述振荡器用于基于钻具的转速生成振荡信号，还用于将振荡信号输出至所述相位比较器；
[0012]所述相位比较器用于获取加速度去噪信号和振荡信号的相位差，还用于将加速度去噪信号和振荡信号的相位差输出至所述锁相滤波器；
[0013]所述锁相滤波器用于基于加速度去噪信号和振荡信号的相位差获取锁相控制信号，还用于将锁相控制信号输出至所述振荡器；
[0014]所述振荡器还用于基于锁相控制信号对振荡信号的相位进行校正，得到校正后的振荡信号，还用于将校正后的振荡信号输出至所述第一判断模块和所述相位比较器；
[0015]所述第一判断模块用于对校正后的振荡信号进行频谱分析，获取校正后的振荡信号的带宽，还用于判断校正后的振荡信号的带宽是否小于或等于预设值；
[0016]在校正后的振荡信号的带宽小于或等于预设值的情况下，校正后的振荡信号满足预设要求，所述振荡器还用于将校正后的振荡信号作为钻具的虚拟工具面信号输出至解算模块。
[0017]优选的，所述锁相环模块包括振荡器、相位比较器、锁相滤波器和第二判断模块；
[0018]所述振荡器用于基于钻具的转速生成振荡信号，还用于将振荡信号输出至所述相位比较器；
[0019]所述相位比较器用于获取加速度去噪信号和振荡信号的相位差，还用于将加速度去噪信号和振荡信号的相位差输出至所述锁相滤波器；
[0020]所述锁相滤波器用于基于加速度去噪信号和振荡信号的相位差获取锁相控制信号，还用于将锁相控制信号输出至所述振荡器和所述第二判断模块；
[0021]所述振荡器还用于基于锁相控制信号对振荡信号的相位进行校正，得到校正后的振荡信号，还用于将校正后的振荡信号输出至所述相位比较器；
[0022]所述第二判断模块用于判断锁相控制信号是否等于零；
[0023]在锁相控制信号等于零的情况下，校正后的振荡信号满足预设要求，所述振荡器还用于将校正后的振荡信号作为钻具的虚拟工具面信号输出至解算模块。
[0024]优选的，所述加速度去噪信号包括工具面角引起的加速度信息和振动旋转引起的加速度信息。
[0025]优选的，所述满足预设要求的校正后的振荡信号为与所述加速度去噪信号的频率和相位均相同的校正后的振荡信号。
[0026]根据本专利技术的另一方面，提供了一种钻具工具面角的测量方法，所述方法包括：
[0027]获取钻具的加速度信号；
[0028]对加速度信号进行滤波，得到加速度去噪信号；
[0029]基于钻具的转速信号生成振荡信号，基于加速度去噪信号和振荡信号获取校正后的振荡信号，并将满足预设要求的校正后的振荡信号作为钻具的虚拟工具面信号；
[0030]对虚拟工具面信号进行解算，得到钻具的工具面角。
[0031]优选的，基于钻具的转速信号生成振荡信号，基于加速度去噪信号和振荡信号获取校正后的振荡信号，并将满足预设要求的校正后的振荡信号作为钻具的虚拟工具面信号包括：
[0032]S311、基于钻具的转速信号生成振荡信号；
[0033]S312、获取加速度去噪信号和振荡信号的相位差；
[0034]S313、基于加速度去噪信号和振荡信号的相位差获取锁相控制信号；
[0035]S314、基于锁相控制信号对振荡信号的相位进行校正，得到校正后的振荡信号；
[0036]S315、对校正后的振荡信号进行频谱分析，获取校正后的振荡信号的带宽，并判断
校正后的振荡信号的带宽是否小于或等于预设值，若是，判断校正后的振荡信号满足预设要求，将校正后的振荡信号作为钻具的虚拟工具面信号，并返回S312，否则，判断校正后的振荡信号不满足预设要求，直接返回S312。
[0037]优选的，基于钻具的转速信号生成振荡信号，基于加速度去噪信号和振荡信号获取校正后的振荡信号，并将满足预设要求的校正后的振荡信号作为钻具的虚拟工具面信号包括：
[0038]S321、基于钻具的转速信号生成振荡信号；
[0039]S322、获取加速度去噪信号和振荡信号的相位差；
[0040]S323、基于加速度去噪信号和振荡信号的相位差获取锁相控制信号；
[0041]S324、基于锁相控制信号对振荡信号的相位进行校正，得到校正后的振荡信号；
[0042]S325、判断锁相控制信号是否等于零，若是，判断校正后的振荡信号满足预设要求，将校正后的振荡信号作为钻具的虚拟工具面信号，并返回S322，否则，判断校正后的振荡信号不满足预设要求，直接返回S322。
[0043]优选的，所述加速度去噪信号包括工具本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种钻具工具面角的测量装置，其特征在于，所述装置包括加速度传感器、前置滤波器、锁相环模块和解算模块；所述加速度传感器用于获取钻具的加速度信号，还用于将加速度信号输出至所述前置滤波器；所述前置滤波器用于对加速度信号进行滤波，得到加速度去噪信号，还用于将加速度去噪信号输出至所述锁相环模块；所述锁相环模块用于基于钻具的转速信号生成振荡信号，基于加速度去噪信号和振荡信号获取校正后的振荡信号，还用于将满足预设要求的校正后的振荡信号作为钻具的虚拟工具面信号输出至所述解算模块；所述解算模块用于对虚拟工具面信号进行解算，得到钻具的工具面角。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述锁相环模块包括振荡器、相位比较器、锁相滤波器和第一判断模块；所述振荡器用于基于钻具的转速生成振荡信号，还用于将振荡信号输出至所述相位比较器；所述相位比较器用于获取加速度去噪信号和振荡信号的相位差，还用于将加速度去噪信号和振荡信号的相位差输出至所述锁相滤波器；所述锁相滤波器用于基于加速度去噪信号和振荡信号的相位差获取锁相控制信号，还用于将锁相控制信号输出至所述振荡器；所述振荡器还用于基于锁相控制信号对振荡信号的相位进行校正，得到校正后的振荡信号，还用于将校正后的振荡信号输出至所述第一判断模块和所述相位比较器；所述第一判断模块用于对校正后的振荡信号进行频谱分析，获取校正后的振荡信号的带宽，还用于判断校正后的振荡信号的带宽是否小于或等于预设值；在校正后的振荡信号的带宽小于或等于预设值的情况下，校正后的振荡信号满足预设要求，所述振荡器还用于将校正后的振荡信号作为钻具的虚拟工具面信号输出至解算模块。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述锁相环模块包括振荡器、相位比较器、锁相滤波器和第二判断模块；所述振荡器用于基于钻具的转速生成振荡信号，还用于将振荡信号输出至所述相位比较器；所述相位比较器用于获取加速度去噪信号和振荡信号的相位差，还用于将加速度去噪信号和振荡信号的相位差输出至所述锁相滤波器；所述锁相滤波器用于基于加速度去噪信号和振荡信号的相位差获取锁相控制信号，还用于将锁相控制信号输出至所述振荡器和所述第二判断模块；所述振荡器还用于基于锁相控制信号对振荡信号的相位进行校正，得到校正后的振荡信号，还用于将校正后的振荡信号输出至所述相位比较器；所述第二判断模块用于判断锁相控制信号是否等于零；在锁相控制信号等于零的情况下，校正后的振荡信号满足预设要求，所述振荡器还用于将校正后的振荡信号作为钻具的虚拟工具面信号输出至解算模块。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的装置，其特征在于，所述加速度去噪...
【专利技术属性】
技术研发人员：马慧斌，李守卓，梁涛，张久帅，白璟，高林，肖占朋，张继川，
申请(专利权)人：航天科工惯性技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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