CN1007180B - 钻井平台微波引导无标定位法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井平台微波引导无标定位法，采用微波定位系统VD和电控罗经DL，直接引导钻井平台安全离位和准确就位。采用本发明引导钻井平台离就位，具有就位精度高，提供的井口坐标准确，与理论井口坐标的误差可以保证在3～5米之间，同时可以缩短作业周期，经济效益高，钻井平台微波引导无标定位法准确，简便，直观，省时，经济，便于拖航指挥。

Description

本发明属于微波导航定位，采用微波定位系统直接引导钻井平台安全离位和准确就位的方法。

在海洋石油勘探中，钻井平台经常要时行移位，在移位过程中需要时行引导和定位，以确保钻井平台安全离开保留井口和在待钻探点就位，该方法是由抛标船予先完成抛标作业，通常将五个浮标按直角布设，如图1，两组浮标连线的交点就是钻井平台的就位点。该方法的缺点是由于锚链长度不等及受海洋风、流影响，标点位置产生误差，三个H标不可能在同一直线上，两组标也不可能完全正交，平台就位产生较大的误差，由此导致井口坐标的误差，一般在20米左右，另外抛标引导就位法的作业周期较长，从准备到完成需要5-7天的时间，而且需要天气好，能见度高，使用该方法的投资也较大。美国专利US-3.755，817公开的雷达导航系统是采用双束雷达信号来决定运行器相对于起始与目的地位置的计时测量系统。该系统用于飞机，船舶的导航。

本发明的目的在于克服上述现有技术之不足而提供一种离就位准确、简便易行，作业周期短，节省投资的钻井平台微波引导无标定位的方法，可以直接引导钻井平台准确就位和安全离位。

本发明的目的通过以下措施加以实现：采用VD微波定位系统与航向指示设备DL电控罗经配合使用，以陆地岸台天线坐标取代海上浮标做为定位基准，直接引导钻井平台安全离位和准确就位。

具体做法是：

1、为了防止钻井平台桩腿开起后，由于平台的移动而破坏保留井口，必须采取安全离位。即把井口坐标作为离位航路的起始点，把距井位500米且在平台首向上的另一点坐标作为转向点，将此二点的坐标输入微波定位系统VD的接收机JS内，接收机JS的输出与微机相接，微机的输出与显示器、打印机、绘图仪相连。当平台桩腿升起时，拖航指挥员根据电控罗经DL指示的航向变化和微波定位系统VD给出的平台坐标的变化通过显示器和绘图仪所描述的平台移动轨迹及时指挥拖船按予定航向拖航，从而实现保留井口的绝对安全。

2、直接引导钻进平台准确就位，将予定井口坐标作为就位点，按平台就位的要求，选择距予定井口500米的另一点作为转向点，两点的连线即为就位理论航线。将上述两点的坐标数据输入接收机JS，在显示器上得到一条理论引导航线，拖航指挥员根据显示器显示的井口坐标，理论航迹，到就位点的距离，拖航速度以及DL电控罗经提供的平台首向，随时修正拖船的航向，速度，以使平台基本沿理论航迹拖航，根据显示的偏差量，当平台进入就位误差允许范围内时，平台立即快速就位。平台就位后，微机提供平台就位的准确坐标和方位，数据由打印机打印出来。为了确保钻井平台能够安全离位和准确就位，需由以下具体的技术措施加以保证：

a、为了保证微波定位系统VD的定位精度，采用多岸台布站架设岸台天线，两两岸台与船台的交角在45°～135°之间，由此可以保证工作海区内有较高的定位精度。工作区内定位误差按下式计算：

$\mathrm{M=}\frac{\underset{\mathrm{i=1}}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{E^2{}_i}}{\frac{1}{2}\underset{\mathrm{i=1}}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{\mathrm{i=1}}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(\frac{{\mathrm{Sin\theta }}_{\mathrm{ji}}}{E_j{\mathrm{·E}}_i})}$

式中M为定位的标准偏差，

E_iE_j-分别为船台对第i个，每j个岸台的测距标准偏差，

θ_ji-定位点对第j和第i个岸台的位置线夹角，

按上述公式对作业区内定位点的定位误差进行计算，理论标准偏差最大不超过2.5米。

b、为保证岸台天线坐标精度，岸台天线坐标须经大地测量，其坐标精度优于国家四等点，天线架设须对准坐标点。采取上述措施由岸台天线坐标引起的定位误差不超过0.2米。

c、为了提高岸台天线信号质量，各岸台天线均加装反射体，以增加工作区讯号强度及消除岸上工业区电气干扰。同时为了消除电讯传输中多路径效应对定位精度的影响，采用双层天线，分集接收的措施。

d、为了避免平台上高大钢铁建筑物对微波讯号的遮挡和反射，微波定位系统VD的接收天线应架设在桩腿顶部或井架的顶端。

e、精确标定平台首尾线，提高电控罗经DL的指向精度。用大地经纬仪准确标定平台首尾线，并将电控罗经DL固定在平台首尾线上，通过测北极星精确地标定电控罗经DL的航向。

f、准确测量微波定位系统VD接收天线相对钻杆的位置，提高井口坐标的精度。VD接收天线的安装位置相对钻杆的位置必须经过微机运算，准确地将VD天线位置坐标换算到井口坐标，并按如下公式计算：

L_＃＝L_天-lcos（k+α）/30.87

G_＃＝L_天-lsin（k+α）/30.87

式中L_＃-就位后井口坐标纬度

G_＃-就位后井口坐标经度

L_天-天线处纬度

G_天-天线处经度

l-天线距井口水平距离（米）

K-电控罗经提供的平台首向

α-天线位置与井口边线偏离平台首向的角度，顺时针为正。

g、校准微波定位系统VD的系统延迟量，准确测量电缆长度，则整个系统因延迟量引起的定位误差不超过0.5米。

h、采取二套微波定位系统并行工作。为了保证平台就位一次成功，确保引导设备万无一失，在平台上架设二付天线和两套微波定位系统，同时工作，互相补充。

附图1为抛标作业法引导就位的示意图。

附图2为引导设备连接框图，其中JS为微波定位系统VD的接收机，DL为电控罗经。

综上论述，在采取上述技术措施之后，工作区内微波定位系统的定位精度是可以估算的，当工作区内理论定位误差为2.5米，岸台天线坐标引起的定位误差为0.2米，设备延迟引起的误差为0.5米，平台反射引起的误差为2米，电波传播引起的定位误差为0.5米，则平台在工作海区移动时其定位误差为：

$\mathrm{M=}\sqrt{\sigma {}^2{}_{\mathrm{理论}}\mathrm{＋\sigma }{}^2{}_{\mathrm{坐标}}\mathrm{＋\sigma }{}^2{}_{\mathrm{延迟}}\mathrm{＋\sigma }{}^2{}_{\mathrm{速度}}\mathrm{＋\sigma }{}^2{}_{\mathrm{反射}}}$

$=\sqrt{\mathrm{2.5}{}^2\mathrm{+0.2}{}^2\mathrm{+0.5}{}^2\mathrm{+0.5}{}^2\mathrm{+2}{}^2}\mathrm{=3.28(米)}$

即工作区内的综合误差远小于20米。

采用本发明引导钻井平台离就位，具有就位精度高，提供的井口坐标准确，与理论井口坐标的误差可以保证在3～5米之间，同时可以缩短作业周期，经济效益高。钻井平台微波引导无标定位法准确、简便、直观、省时、经济，便于拖航指挥。

Claims (1)

1、一种钻井平台微波引导无标定位法，采用微波定位系统VD和电控罗经DL，其特征在于：

a、采用多岸台布站架设岸台天线，两两岸台与船台的交角在45°～135°之间；

b、岸台天线坐标须经大地测量，其坐标精度优于国家四等点，天线架设对准坐标点；

c、各岸台天线均加装反射体，采用双层天线分集接收措施、

d、微波定位系统VD的接收天线应架设在桩腿顶部或井架的顶端；

e、用大地经纬仪标定平台首尾线，并将电控罗经DL固定在平台首尾线上，通过测北极星标定电控罗经的航向；

f、微波定位系统VD的接收天线相对钻杆的位置，经过微机运换算到就位后的井口坐标；

g、准确测定微波定位系统的电缆长度；

h、采用二套微波定位系统并行工作。

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