[发明专利]用于随钻自主导引的机会传感器融合算法

说明书

描述了一种估计井眼轨迹的系统。所述系统处理从惯性传感器系统获得的传感器信号流。利用一组经处理后信号，所述系统确定钻头是处于测量模式状态还是连续模式状态，并且确定井眼的测量深度。在钻头静止时，应用一组测量模式定位算法。在钻头未静止时，应用一组连续模式导航算法。利用至少一个卡尔曼滤波器，组合一组测量模式定位算法的结果和一组连续模式导航算法的结果。利用组合结果生成井眼轨迹的估计和对应的不确定椭圆(EOU)。

相关申请的交叉引用

这是2016年12月21日在美国提交的题为“Gyromagnetic GeopositioningSystem”的美国申请No.15/387435的部分继续专利申请，其全部内容通过引用并入于此。

这也是2016年11月29日在美国提交的题为“Incremental TrajectoryEstimation Based on Real Time Inertial Sensing”的美国临时申请No.62/427,561的非临时专利申请，其全部内容通过引用并入于此。

这同样是2017年1月26日在美国提交的题为“Opportunistic Sensor FusionAlgorithm for Autonomous Guidance While Drilling”的美国临时申请No.62/451,019的非临时专利申请，其全部内容通过引用并入于此。

技术领域

本发明涉及用于估计井眼(borehole)轨迹的系统，并且更具体地，涉及通过组合各种传感器数据流来估计井眼轨迹的系统。

背景技术

近来，钻探(drilling)有复杂井眼轨迹的钻井已经增加。井眼是在地下垂直和/或水平钻出的窄井筒(shaft)，其被构造用于多种目的。通常存在从表面起的竖直段，然后是从竖直到水平的曲线过渡段，然后是石油和天然气贮量中的水平段。可以钻出井眼以提取水、其它液体(例如，石油)或气体(例如，天然气)，或者作为岩土工程调查、环境现场评估、矿物勘探或温度测量的一部分。

在Sharp的美国专利No.4,454,756(下文中称为'756专利)中，Sharp描述了一种惯性井眼测量系统，该系统需要使用测井电缆来提供测量深度(MD)(探针位置)信息和钻孔速度(ROP)(探针速度)。信号被发送至地表以进行处理，从而计算和记录探针位置。对测量数据和连续数据的基本卡尔曼(Kalman)滤波只有在工具运行后才能在表面上进行。此外，该系统仅适用于常规的竖井，并且缺乏高性能磁力计。

而且，Molnar的美国专利No.4,542,647(下文中称为'647专利)描述了一种井眼惯性导引系统，该系统也还需要使用测井电缆来提供测量深度(MD)(探针位置)信息和钻孔速度(ROP)(探针速度)。该系统仅使用两个陀螺仪轴，并根据探针速度从加速度计或地球速率合成第三个轴。此外，'647专利描述了陀螺罗盘和INS解决方案的基本卡尔曼滤波。

因此，一直需要利用先进的基于实时卡尔曼滤波器的算法的独立自主系统，以按自主方式生成最佳位置/轨迹和最小位置不确定性。

发明内容

本发明涉及估计井眼轨迹的系统，并且更具体地，涉及通过组合各种传感器流来估计井眼轨迹的系统。所述系统包括惯性传感器系统以及一个或更多个处理器和编码有可执行指令的非暂时性计算机可读介质，使得当执行可执行指令时，所述一个或更多个处理器执行多个操作。所述系统处理从环境传感器系统和所述惯性传感器系统获得的传感器信号流，从而产生一组处理后信号。利用该组处理后信号，所述系统确定钻头(drill)是处于测量模式状态还是连续模式状态。利用所述一组处理后信号确定所述井眼的测量深度。在所述钻头静止时，向所述一组处理后信号应用一组测量模式定位算法。在所述钻头未静止时，向所述一组处理后信号应用一组连续模式导航算法。利用至少一个卡尔曼滤波器，将所述一组测量模式定位算法的结果和所述一组连续模式导航算法的结果组合。利用组合结果生成对井眼轨迹的估计和对应的不确定椭圆(EOU：Ellipse of Uncertainty)。