CN107589473B - 随钻测量传感器正交误差消除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种随钻测量传感器正交误差消除方法，按算法编制的程序运行于计算机，其正交校准方法为：1.选择加速度传感器与磁通门；2.在仪器上安装加速度传感器与磁通门并调整，使传感器敏感轴与仪器坐标系坐标轴基本同轴；3.建立传感器正交误差消除公式；4.依据校准算法，选取一系列姿态；5.拟合求解正交误差消除系数，将计算得到的系数带入到传感器正交误差消除公式中，任意摆置仪器姿态，进而得到井斜、方位等测量值；6.将系数写入仪器内存即刻。本发明的随钻测量传感器正交误差消除方法，程序流程简单，操作方便，使用该方法，可以大为减少硬件校准的工作量，提高了石油钻探测量的精度。
Description
技术领域
本发明涉及油田随钻测量工程技术领域，具体涉及一种随钻测量传感器正交误差消除方法。
背景技术
能源行业，尤其是石油能源行业是国家的生命产业之一，每个国家对其都有着高度的重视。当前油气勘探开发面对资源品质劣质化、油气目标复杂化、安全环保严格化等的严峻挑战，全球油气勘探开发目标正从直井向定向井和水平井、从浅层向深层和超深层发展。水平井及深井的大量开采，推动了对随钻测量仪器的需求，且随着井深的逐步增加，起下钻的作业成本相对增加。对随钻测量仪器的精度及准确性都提出了更高的要求。
目前，随钻测量(MWD)已成为石油钻井工程系统中尤为重要的一环，井下数据的获取，更是重中之重。MWD系统中，三个加速度传感器和三个磁通门是非常普遍的配置。三个加速度计和三个磁通门的敏感轴不正交以及偏置误差是仪器误差的主要束源。安装误差解决的办法有两种，一种是在硬件上的校正，尽量调整使其正交；另一种是在软件上采取补偿的方法。实际应用中，即使精心调校三个加速度传感器和三个磁通门传感器，也会由于安装的原因、测量的视觉等误差，无法避免因敏感轴不正交而引起偏差。
受加工工艺和安装工艺水平的限制，传感器中三敏感轴不可能严格正交，三轴灵敏度及其他电气性能也不可能完全对称。此外，还存在零点漂移、传感器内部干扰等影响，使得三轴传感器在不同形态下，对同一重力场或者磁场测量的数值与实际值之间有一个较大的误差。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种随钻测量传感器正交误差消除方法，经过校准后，传感器敏感轴与仪器坐标系坐标轴在软件上实现精确同轴，改进仪器标定的原有方法。
其技术方案是：随钻测量传感器正交误差消除方法，按算法编制的程序运行于计算机，其正交校准方法为：
第一步：选择符合使用要求的加速度传感器与磁通门；
第二步：在仪器骨架上安装好加速度传感器与磁通门后，对其进行调整，使传感器敏感轴与仪器坐标系坐标轴基本同轴；
第三步：建立传感器正交误差消除公式；
第四步：依据校准算法，选取一系列姿态分别为：
(1) 摆置传感器井斜0°、工具面90°，每转动井斜30°取Gx原始值，直至转过360°，记录每次姿态的井斜值及相对应的Gx原始值；
(2) 摆置传感器井斜0°、工具面0°，每转动井斜30°取Gy原始值，直至转过360°，记录每次姿态的井斜值及相对应的Gy原始值；
(3) 摆置传感器方位270°，井斜90°，每转动工具面30°取Gz原始值，直至转过360°，记录重力工具面及相对应的Gz原始值；
(4) 磁通门数据的采集亦做类似的姿态摆置；
第五步：拟合求解正交误差消除系数，将计算得到的系数带入到传感器正交误差消除公式中，任意摆置仪器姿态，进而得到井斜、方位等测量值，依此来验证校准系数准确性；
第六步：将系数写入仪器内存，完成仪器传感器正交误差消除。
所述第一步中，在室温下，所述加速度传感器灵敏度小于1mg，所述磁通门灵敏度小于1nT。
所述第三步中，传感器正交误差消除公式为：
Gx′=Gx-x 11sin(x 12 γ+x 13)sin(Tf)-x 14
Gy′=Gy-x 21sin(x 22 γ+x 23)cos(Tf)-x 24
Gz′=Gz-x 31sin(x 32 Tf+x 33)sin(γ)-x 34
Mx′=Mx-x 41sin(x 42 γ+x 43)sin(Tf)-x 44
My′=My-x 51sin(x 52 γ+x 53)cos(Tf)-x 54
Mz′=Mz-x 61sin(x 62 Gf+x 63)sin(γ)-x 64
式中，Gx, Gy, Gz为重力加速度计的原始输出，Gx′, Gy′, Gz′为经过误差消除的重力加速度计输出，Mx, My, Mz为磁通门的原始输出，Mx′, My′, Mz′为经过误差消除的磁通门输出，x kj为重力加速度计及磁通门的正交误差模型系数，γ为井斜角，Tf为工具面角。
所述所述x kj中k=1～6, j=1～4。
本发明结构具有的有益效果是：本发明的随钻测量传感器正交误差消除方法，程序流程简单，操作方便，使用该方法，可以大为减少硬件校准的工作量，提高了石油钻探测量的精度。
附图说明
图1是本发明一种实施例的传感器正交误差消除流程图。
具体实施方式
一种随钻测量传感器正交误差消除方法，按算法编制的程序运行于计算机，其正交校准方法为：
第一步：选择符合使用要求的加速度传感器与磁通门；
第二步：在仪器骨架上安装好加速度传感器与磁通门后，对其进行调整，使传感器敏感轴与仪器坐标系坐标轴基本同轴；
第三步：建立传感器正交误差消除公式；
第四步：依据校准算法，选取一系列姿态分别为：
(1) 摆置传感器井斜0°、工具面90°，每转动井斜30°取Gx原始值，直至转过360°，记录每次姿态的井斜值及相对应的Gx原始值；
(2) 摆置传感器井斜0°、工具面0°，每转动井斜30°取Gy原始值，直至转过360°，记录每次姿态的井斜值及相对应的Gy原始值；
(3) 摆置传感器方位270°，井斜90°，每转动工具面30°取Gz原始值，直至转过360°，记录重力工具面及相对应的Gz原始值；
(4) 磁通门数据的采集亦做类似的姿态摆置；
第五步：拟合求解正交误差消除系数，将计算得到的系数带入到传感器正交误差消除公式中，任意摆置仪器姿态，进而得到井斜、方位等测量值，依此来验证校准系数准确性；
第六步：将系数写入仪器内存，完成仪器传感器正交误差消除。
所述第一步中，在室温下，所述加速度传感器灵敏度小于1mg，所述磁通门灵敏度小于1nT。
所述第三步中，传感器正交误差消除公式为：
Gx′=Gx-x 11sin(x 12 γ+x 13)sin(Tf)-x 14
Gy′=Gy-x 21sin(x 22 γ+x 23)cos(Tf)-x 24
Gz′=Gz-x 31sin(x 32 Tf+x 33)sin(γ)-x 34
Mx′=Mx-x 41sin(x 42 γ+x 43)sin(Tf)-x 44
My′=My-x 51sin(x 52 γ+x 53)cos(Tf)-x 54
Mz′=Mz-x 61sin(x 62 Gf+x 63)sin(γ)-x 64
式中，Gx, Gy, Gz为重力加速度计的原始输出，Gx′, Gy′, Gz′为经过误差消除的重力加速度计输出，Mx, My, Mz为磁通门的原始输出，Mx′, My′, Mz′为经过误差消除的磁通门输出，x kj为重力加速度计及磁通门的正交误差模型系数，γ为井斜角，Tf为工具面角。
所述所述x kj中k=1～6, j=1～4。
实施例：
参照图1，按算法编制的程序运行于计算机，其正交校准方法为：
第一步：选择符合使用要求的加速度传感器与磁通门，室温下，加速度传感器灵敏度小于1mg，磁通门灵敏度小于1nT；
第二步：在仪器骨架上安装好加速度传感器与磁通门后，对其进行简单调整，使传感器敏感轴与仪器坐标系坐标轴基本同轴；
第三步：建立传感器正交误差消除公式：
Gx′=Gx-x 11sin(x 12 γ+x 13)sin(Tf)-x 14
Gy′=Gy-x 21sin(x 22 γ+x 23)cos(Tf)-x 24
Gz′=Gz-x 31sin(x 32 Tf+x 33)sin(γ)-x 34
Mx′=Mx-x 41sin(x 42 γ+x 43)sin(Tf)-x 44
My′=My-x 51sin(x 52 γ+x 53)cos(Tf)-x 54
Mz′=Mz-x 61sin(x 62 Gf+x 63)sin(γ)-x 64
式中，Gx, Gy, Gz为重力加速度计的原始输出，Gx′, Gy′, Gz′为经过误差消除的重力加速度计输出，Mx, My, Mz为磁通门的原始输出，Mx′, My′, Mz′为经过误差消除的磁通门输出，x kj(k=1~6, j=1~4)为重力加速度计及磁通门的正交误差模型系数，γ为井斜角，Tf为工具面角；
第四步：依据校准算法，选取一系列姿态分别为：
(1) 摆置传感器井斜0°、工具面90°，每转动井斜30°取Gx原始值，直至转过360°，记录每次姿态的井斜值及相对应的Gx原始值，需要指出的是：因井斜角变化是0-180°，为了区别，设定Gy值为正时，井斜角为正；Gy值为负时，井斜角为负；
(2) 摆置传感器井斜0°、工具面0°，每转动井斜30°取Gy原始值，直至转过360°，记录每次姿态的井斜值及相对应的Gy原始值，需要指出的是：因井斜角变化是0-180°，为了区别，设定Gx值为正时，井斜角为正；Gx值为负时，井斜角为负；
(3) 摆置传感器方位270°，井斜90°，每转动工具面30°取Gz原始值，直至转过360°，记录重力工具面及相对应的Gz原始值；
(4) 磁通门数据的采集亦做类似的姿态摆置；
第五步：拟合求解正交误差消除系数，将计算得到的系数带入到传感器正交误差消除公式中，任意摆置仪器姿态，进而得到井斜、方位等测量值，依此来验证校准系数准确性；
第六步：将系数写入仪器内存，完成仪器传感器正交误差消除。
本发明的随钻测量传感器正交误差消除方法，程序流程简单，操作方便，使用该方法，可以大为减少硬件校准的工作量，提高了石油钻探测量的精度。
Claims (2)
1.随钻测量传感器正交误差消除方法，按算法编制的程序运行于计算机，其正交校准方法包括如下步骤：
第一步：选择符合使用要求的加速度传感器与磁通门；
第二步：在仪器骨架上安装好加速度传感器与磁通门后，对其进行调整，使传感器敏感轴与仪器坐标系坐标轴同轴；
第三步：建立传感器正交误差消除公式；
第四步：依据校准算法，选取一系列姿态分别为：
(1) 摆置传感器井斜0°、工具面90°，每转动井斜30°取Gx原始值，直至转过360°，记录每次姿态的井斜值及相对应的Gx原始值；
(2) 摆置传感器井斜0°、工具面0°，每转动井斜30°取Gy原始值，直至转过360°，记录每次姿态的井斜值及相对应的Gy原始值；
(3) 摆置传感器方位270°，井斜90°，每转动工具面30°取Gz原始值，直至转过360°，记录重力工具面及相对应的Gz原始值；
(4) 磁通门数据的采集亦做相同的姿态摆置；
第五步：拟合求解正交误差消除系数，将计算得到的系数带入到传感器正交误差消除公式中，任意摆置仪器姿态，进而得到井斜、方位测量值，依此来验证校准系数准确性；
第六步：将系数写入仪器内存，完成仪器传感器正交误差消除；
其特征在于：在所述第一步中，在室温下，所述加速度传感器灵敏度小于1mg，所述磁通门灵敏度小于1nT；在所述第三步中，传感器正交误差消除公式为：
Gx′=Gx-x 11sin(x 12 γ+x 13)sin(Tf)-x 14
Gy′=Gy-x 21sin(x 22 γ+x 23)cos(Tf)-x 24
Gz′=Gz-x 31sin(x 32 Tf+x 33)sin(γ)-x 34
Mx′=Mx-x 41sin(x 42 γ+x 43)sin(Tf)-x 44
My′=My-x 51sin(x 52 γ+x 53)cos(Tf)-x 54
Mz′=Mz-x 61sin(x 62 Gf+x 63)sin(γ)-x 64
式中，Gx, Gy, Gz为重力加速度计的原始输出，Gx′, Gy′, Gz′为经过误差消除的重力加速度计输出，Mx, My, Mz为磁通门的原始输出，Mx′, My′, Mz′为经过误差消除的磁通门输出，x kj为重力加速度计及磁通门的正交误差模型系数，γ为井斜角，Tf为工具面角。
2.根据权利要求1所述的随钻测量传感器正交误差消除方法，其特征在于：所述x kj中k=1～6, j=1～4。
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