[发明专利]一种适用于小井斜条件下井斜工具面角动态测量的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及石油、天然气钻井领域，更具体地讲，本发明涉及一种适用于小井斜条件下井斜工具面角动态测量的方法及装置。

背景技术

随着东部地区的油田开采逐渐进入中后期，必须寻找新的储量用以接替，西部地区是当前石油的主要接替区。我国西部石油产量的主要接替区是新疆的塔里木、准噶尔和吐哈，青海的柴达木盆地和四川川东等地区。但这些地区2/3以上的油气储量埋藏在复杂的深部地层，在这些地方钻井时井身质量很难保证，其中上部井段的井斜问题是主要困难之一。随着石油开采的不断深入，地层结构越来越复杂，加之井下的高压、高温环境影响，使井眼轨迹控制难度增加。为解决深井上部井段的井斜控制难题，引入了自动垂直钻井系统，在此系统中需要精确测量小井斜角状态下的井斜和工具面角，以达到对控制执行机构的精确定向。

现有技术中应用于井下的自动垂直钻井系统，能够在一定程度上解决钻井中“防斜打直”问题。但是在现有的自动垂直钻井系统中对加速度计测量信号的处理是基于传统的数字信号处理方式，这种数字信号处理方式的精度较差，同时在井下开钻状态下系统会受到振动和冲击信号的干扰，尤其是在小井斜条件下干扰对系统工具轴垂直面上加速度计的输出会造成较大的影响，从而导致系统无法准确测量井斜和工具面角。

为了解决该技术问题，现有技术中提出了各种各样的技术方案。

例如在对比文件1(CN102425409A)中,提供了一种井斜和工具面测量装置及垂直钻井设备，通过将开钻状态下测量到的加速度信号进行小 波均值滤波处理，滤除三轴加速度计在随钻测量不停钻的情况下测量得到的各种各样的震动动力源造成的干扰信号，能够准确的采集到加速度信号进而确定出井斜和工具面以及井斜倾角，为垂直钻井设备能够准确纠斜控制提供了数据依据。但是该专利提供的测量设备所使用的小波均值滤波处理方法，需要进行一次小波变换和多个子信号的重构及多个均值滤波处理，运算量较大，计算处理时间较长，不利于信号的实时去噪处理。

还例如，在专利文献2(CN102108856A)中公开了一种小角度井斜姿态测量方法及装置，将常规的正交测量坐标系OXYZ绕Y轴旋转θ角得到新的测量仪器坐标系OX0Y0Z0，即将X加速度计绕Y轴旋转θ角，Z加速度计同时也绕Y轴旋转θ角，X加速度计与Z加速度计仍然保持正交，Y加速度计方位不变，然后根据新的测量仪器坐标系下加速度计输出的值，通过坐标变换公式得到常规的正交测量坐标系OXYZ下加速度计输出的值，其采用非正交坐标系，使垂直小角度井斜时测量传感器工作在线性度最好的区域，其输出有较大的输出幅度，可避免信号淹没，减小传感器的非线性失真，提高信号的精确度，得出精确的小角度井斜姿态测量结果。但是该专利所提供的方法仅在静态条件下能正常工作，在井下有强振动冲击干扰的环境中依然无法提供精确的井斜姿态测量结果，不能实现井斜工具面角的动态测量。

因此，在现有的技术条件下，现有的技术方案中，随钻井斜和工具面角测量装置仍然不能准确完美真实反映井斜和工具面的实时情况，不能为自动垂直钻井系统井下控制闭环提供可靠地执行导向依据，从而影响系统进一步的工作。

发明内容

本发明目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种适用于小井斜条件下井斜工具面角动态测量的方法及装置，以解决井下振动和冲击干扰环境中无法准确真实反映井斜和工具面实时情况的问题。

本发明主要提供一种适用于小井斜条件下井斜工具面角动态测量的方 法及装置，通过实时采样开钻状态下加速度计的输出，将其存储后通过一系列滤波和相关检测等后续信号处理方式，去除振动和冲击信号带来的干扰，从而得到准确的加速度计输出并求取出相应的井斜和工具面角，为垂直钻井系统的纠斜提供准确的依据。

具体的，本发明提供一种适用于小井斜条件下井斜工具面角动态测量的装置，其特征在于，该装置主要包括：信号采集单元，用于采集加速度信号，并将所述加速度信号通过采样和滤波等方式转换成数字信号以作后续处理；数字信号处理单元，用于将所述信号采集单元输入的信号进行处理，根据所述加速度信号输出井斜和工具面的参数。

进一步，如上述所述的小井斜条件下井斜工具面角动态测量的装置，其特征在于，所述的信号采集单元包括：传感器模块，用于采集所述3轴加速度信号；低通滤波器模块，用于滤除加速度信号中的高频噪声；采样模块，用于对加速度信号进行采样转换为数字信号。