一种钻具欧拉角参数动态测量方法技术

本发明专利技术提供了一种钻具欧拉角参数动态测量方法

【技术实现步骤摘要】
一种钻具欧拉角参数动态测量方法、介质及系统


[0001]本专利技术属于钻具测量
，具体而言，涉及一种钻具欧拉角参数动态测量方法
、
介质及系统
。

技术介绍

[0002]旋转导向钻井系统是一项尖端自动化钻井新技术，可以随钻实时完成导向功能，在资源勘探上发挥了重大作用
。
其中，钻具姿态参数的求解是旋转导向钻井技术的关键部分
,
关系到井下工具姿态控制和井眼轨迹跟踪控制问题
。
常见的姿态计算方法有：欧拉角法
、
方向余弦法
、
四元数法和等效旋转矢量法等
。
其中欧拉角法也称为三参数法，即若载体在初始时间位于参考坐标系中，则可以通过三个方向余弦矩阵来描述载体以一定顺序执行三次旋转动作的过程，其姿态信息可由沿不同坐标轴旋转三次不同的角度表示，这三个角度被称为欧拉角
。
在旋转导向钻井系统中，这三个角度分别称为方位角
(A)、
井斜角
(I)、
工具面角
(T)。
欧拉角法较为简单，应用较广，它通过采用重力加速度计
、
磁通门三分量仪
、
角陀螺仪组成姿态测量系统，称为探管
。
通过探管采集重力加速度三分量
g
x
,g
y
,g
z
,
与磁三分量
b
x
,b
y
,
b<br/>z
，带入到式
(1)、(2)
中，可以联合解算出工具面角
(T)、
井斜角
(I)、
方位角
(A)
的精确值
。
但是钻具在工作情况下，会产生强烈震动，导致重力加速度计的测量结果严重失真，因此采用加速度计和磁通门三分量仪器的测量结果对欧拉角姿态参数只能在钻具静态时使用，不能满足动态测量的要求
。
[0003][0004][0005]由于式
(2)
没有解析解，因此在重力加速度计不可用的状态下，只能对式
(2)
求取数值解，即在
A、I、T
的取值范围内，遍历搜索出一组可以满足式
(2)
的最优的欧拉角组合
。
方位角
、
井斜角
、
工具面角在全空间的取值范围分别为
[0
，
360]°
、[0
，
180]°
、[0
，
360]°
，在如此庞大的空间内搜索最优欧拉角组合，计算量巨大，很难满足实时测量的要求，并且会有多组欧拉角组合可以在误差范围内满足式
(2)
，从而导致解算错误
。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种钻具欧拉角参数动态测量方法
、
介质及系统，能够解决磁三分量方程组进行求解时计算量大
、
存在多解性的问题，满足实时测量的要求
。
[0007]本专利技术是这样实现的：
[0008]本专利技术的第一方面提供一种钻具欧拉角参数动态测量方法，其中，包括以下步骤：
[0009]S10、
确定钻具的初始欧拉角度
A
f
,I
f
,T
f
，转速，旋转方向，确定下一次测点的所述
欧拉角取值区间，其中，所述
A
f
为钻具的方位角，所述
I
f
为钻具的井斜角，所述
T
f
为钻具的工具面角；
[0010]S20、
确定钻具的方位角与井斜角解算误差阈值；
[0011]S30、
获取判别数组，并对判别数组进行分类；
[0012]S40、
根据得到的判别数组的分类，对所述方位角
、
井斜角的取值区间进行缩小，提高所述欧拉角度的精度
。
[0013]在上述技术方案的基础上，本专利技术的一种钻具欧拉角参数动态测量方法还可以做如下改进
:
[0014]其中，对
A
f
,I
f
的变化区间进行扩大的方法为：以初始欧拉角度为中心，向两端各拓展1°
作为
A
f
、I
f
的初始变化区间
。
[0015]其中，所述
T
f
的变化区间进行扩大的公式为：
[0016][0017][0018]其中，
,
Δ
T
为工具面角在采样区间内转过的大致角度
,v
为钻具钻速，
f
为磁通门三分量仪的采样频率，
RangeT
为工具面角在下一测点的变化区间即搜索范围
。
[0019]进一步的，所述确定钻具的方位角与井斜角解算误差阈值的步骤，具体为：
[0020]当钻具开始钻进，制定一个时间
‑
误差曲线
ε
，用于调整解算误差阈值；当方位角与井斜角角度处于这个阈值内时，则认为方位角和井斜角未发生变化；
[0021]其中，所述时间
‑
误差曲线制定的步骤，具体为：
[0022]步骤
1、
初始化一条时间
‑
误差曲线，所述时间
‑
误差曲线上只有一个点，横纵坐标均为0；
[0023]步骤
2、
当钻具开始钻进后，由于钻具造斜能力有限，在前
t
次采样内，可以认为钻具的井斜角与方位角并未发生实质变化，解算出来的方位角
、
井斜角与初始方位角
、
井斜角之间的差值，可以认为是噪声引起的误差
。
采集当前测点解算的方位角
、
井斜角解算值，并与初始方位角
、
井斜角做差，存入时间
‑
误差曲线；
[0024]具体的时间
‑
误差曲线公式为：
[0025]ε
A
(i)
＝
A(i)
‑
A
f
；
[0026]ε
I
(i)
＝
I(i)
‑
I
f
；
[0027]其中
i
＜
t
，
t
的取值取决于钻具具体的造斜能力与磁通门三分量仪的采样频率，
ε
A
(i)
为当前方位角的误差，
A(i)
为当前方位角解算值，
ε
I
(i)
为当前井斜角的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钻具欧拉角参数动态测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、
确定钻具的初始欧拉角度
A
f
,I
f
,T
f
，转速，旋转方向，确定下一次测点的所述欧拉角取值区间，其中，所述
A
f
为钻具的方位角，所述
I
f
为钻具的井斜角，所述
T
f
为钻具的工具面角；
S20、
确定钻具的方位角与井斜角解算误差阈值；
S30、
获取判别数组，并对判别数组进行分类；
S40、
根据得到的判别数组的分类，对所述方位角
、
井斜角的取值区间进行缩小，提高所述欧拉角度的精度
。2.
根据权利要求1所述的一种钻具欧拉角参数动态测量方法，其特征在于，对
A
f
,I
f
的变化区间进行扩大的方法为：以初始欧拉角度为中心，向两端各拓展1°
作为
A
f
、I
f
的初始变化区间
。3.
根据权利要求1所述的一种钻具欧拉角参数动态测量方法，其特征在于，所述对
T
f
的变化区间进行扩大的公式为：变化区间进行扩大的公式为：其中，
Δ
T
为工具面角在采样区间内转过的大致角度
,v
为钻具钻速，
f
为磁通门三分量仪的采样频率，
RangeT
为工具面角在下一测点的变化区间即搜索范围
。4.
根据权利要求3所述的一种钻具欧拉角参数动态测量方法，其特征在于，所述确定钻具的方位角与井斜角解算误差阈值的步骤，具体为：当钻具开始钻进，制定一个时间
‑
误差曲线
ε
，用于调整解算误差阈值；当方位角与井斜角角度处于这个阈值内时，则认为方位角和井斜角未发生变化；其中，所述时间
‑
误差曲线制定的步骤，具体为：步骤
1、
初始化一条时间
‑
误差曲线，所述时间
‑
误差曲线上只有一个点，横纵坐标均为0；步骤
2、
当钻具开始钻进后，由于钻具造斜能力有限，在前
t
次采样内，可以认为钻具的井斜角与方位角并未发生实质变化，解算出来的方位角
、
井斜角与初始方位角
、
井斜角之间的差值，可以认为是噪声引起的误差；采集当前测点解算的方位角
、
井斜角解算值，并与初始方位角
、
井斜角做差，存入时间
‑
误差曲线；具体的时间
‑
误差曲线公式为：
ε
A
(i)
＝
A(i)
‑
A
f
；
ε
I
(i)
＝
I(i)
‑
I
f
；其中
i
＜
t
，
t
的取值取决于钻具具体的造斜能力与磁通门三分量仪的采样频率，
ε
A
(i)
为当前方位角的误差，
A(i)
为当前方位角解算值，
ε
I
(i)
为当前井斜角的误差，
I(i)
为当前井斜角解算值
。5.
根据权利要求1所述的一种钻具欧拉角参数动态测量方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦康桂，杨永友，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：