[发明专利]一种用于地下磁导航的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导航的计算方法，尤其涉及一种用于地下磁导航的计算方法。

背景技术

我国煤层气储量丰富，社会需求和增长极大，利用前景广阔。目前煤层气单井产量低、井数少。目前开发尝试表明：未来将形成以多分支水平井为主、直井为辅的模式。而我国多分支水平井技术基本是依赖国外公司，国内钻井技术不配套、专用工具及装备匮乏，用于规模性开发受到严重制约，所面临的关键问题是如何实现水平井的主支与直井的连通，研制地下磁导航系统即可解决这一问题，可以大幅提高油气田及煤层气开发产量，提高开采效率。而用于地下磁导航的计算方法是地下导航系统能否成功导航钻铤，实现两井的连通是重中之重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于地下磁导航的计算方法，能为实现水平井的主支与直井的连通提供一个有效的高新技术手段。

本发明是这样来实现的，其特征是方法步骤为：

步骤1、地下磁导航方法对采集的磁信号进行预处理：对由磁矢量传感器采集的原始磁信号好进行FIR数字滤波，滤除信号中包含的地磁信号和噪声，由于噪声信号一般均为高频信号，因此先让信号通过一个低通滤波器滤波高频噪声，然后再对信号进行FIR数字滤波，滤除地磁信号后，则可得到永磁短节产生的磁信号；

步骤2、在安培分子环流假说和毕奥-萨伐尔定律两个基本定律的基础上建立了磁偶极子模型，建立磁源在任意空间一点产生的感应磁场强度计算模型；

步骤3、从磁偶极子模型出发，推导出距离与磁源在空间任意一点产生的x，y，z方向的磁感应强度的关系式；

步骤4、采用最小二乘线性拟合法，求出关系式中的待定系数；

步骤5，由步骤3建立的磁源在空间任意一点产生的磁感应强度的计算模型，采用取极值的方法反演出方位角，井斜角与磁源在空间任意一点产生的x，y，z方向的磁感应强度的关系式；

步骤6，利用三个磁通门式传感器采集的三对x，y，z的磁场强度，运用多传感器数据融合技术可进一步提高角度测量精确度；

步骤7，利用三个磁通门式传感器采集的三对x，y，z的磁场强度，可判断磁源相对于磁矢量传感器的位置。

本发明的优点是：采用人工磁信标，导航距离远，角度测量精度高。该计算方法简单，计算机编程实现方便，运算效率高。

附图说明

图1是本发明磁源在空间任意一点产生的感应磁场强度。

图2是本发明磁源偏离方向判断示意图。

图3是本发明地下磁导航系统基本原理图。

具体实施方式

本发明是这样实现的:

步骤1、地下磁导航方法对采集的磁信号进行预处理：对由磁矢量传感器采集的原始磁信号好进行FIR数字滤波，滤除信号中包含的地磁信号和噪声，由于噪声信号一般均为高频信号，因此先让信号通过一个低通滤波器滤波高频噪声，然后再对信号进行FIR数字滤波，滤除地磁信号后，则可得到永磁短节产生的磁信号；

步骤2、在安培分子环流假说和毕奥-萨伐尔定律两个基本定律的基础上建立了磁偶极子模型，建立磁源在任意空间一点产生的感应磁场强度计算模型；如图1所示，计算磁源在空间任意一点产生的感应磁场强度时，把永磁短节看成一对磁偶极子，其在空间任意一点产生的磁场强度x，y，z三个方向分量                                                ，，：

其中，，，，

是永磁短节转动的角频率，x，y，z为永磁短节中心到空间任意点三个方向的坐标。

步骤3、从磁偶极子模型出发，推导出距离与磁源在空间任意一点产生的x，y，z方向的磁感应强度的关系式；磁源中心与磁矢量传感器之间的距离与y方向的磁场强度的三分之一次方根之间存在一个线性的关系即

步骤4、采用最小二乘线性拟合法，求出关系式中的待定系数；采用最小二乘法对试验数据曲线进行拟合可求得关系式中待定系数A=38.28，B=0.2192，故磁源中心与磁矢量传感器之间的距离关系式为：。

步骤5，由步骤3建立的磁源在空间任意一点产生的磁感应强度的计算模型，采用取极值的方法反演出方位角，井斜角与磁源在空间任意一点产生的x，y，z方向的磁感应强度的关系式；采用取极值的方法反演出方位角与磁源在空间任意一点产生的x，y，z方向的磁感应强度的关系式为：

，其中，是权利3所述的磁矢量传感器采集的磁源产生的x方向磁感应强度和z方向磁感应强度。

由对称性可知井斜角与磁源在空间任意一点产生的x，y，z方向的磁感应强度的关系式为：