CN108592949A - 一种方位角钻具磁干扰校正方法及校正系统 - Google Patents

一种方位角钻具磁干扰校正方法及校正系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种方位角钻具磁干扰校正方法及校正系统，包括，采集井下静态测斜数据、施工井所在区域地质参数；判断是否存在径向磁干扰；当存在径向磁干扰时，通过径向磁干扰模块进行径向磁干扰校正；通过轴向磁干扰模块计算轴向磁干扰，并进行轴向磁干扰校正；进行误差分析；显示校正结果并存储。有益效果是，由于采用循环迭代的数学方法进行方位角的轴向方向校正计算，对方位角的径向方向进行校正计算，实现实时方位角的磁干扰校正，提高了校正效率，降低了方位角钻具磁干扰误差。提供了sperry‑sun的短钻铤测量技术作为轴向磁干扰计算的参考，校正结果更加合理；方位角计算中反正切运算采用泰勒级数展开计算，提高了计算的准确度。

Description

一种方位角钻具磁干扰校正方法及校正系统
技术领域
本发明涉及石油、天然气钻井设备技术中无线随钻仪器设备；特别是涉及方位角钻具磁干扰的校正方法及校正系统。
背景技术
目前，无线随钻仪器在方位角的测量上，存在多方面的磁干扰。其中钻具磁干扰对方位角影响较大。钻具磁干扰包括轴向磁干扰和径向磁干扰。现场施工中，缺少通用的独立运行的钻具磁干扰校正系统，由于各种校正系统不能通用，方位角不能进行实时校正，严重影响定向井的测量工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可对方位角的静态测量进行修正，满足精确计算方位角施工要求，降低磁干扰对方位角影响的方位角磁干扰的校正方法及校正系统。
本发明所采用的技术方案是，一种方位角钻具磁干扰校正方法，包括，
步骤S101、采集井下静态测斜数据、施工井所在区域地质参数；
步骤S102、判断是否存在径向磁干扰；
步骤S103、当存在径向磁干扰时，进行径向磁干扰校正，得到校正后的Bxcal，Bycal，Bzcal；
根据井下静态测斜数据和得出的Bxcal，Bycal，Bzcal，通过轴向磁干扰模块计算轴向磁干扰，并进行轴向磁干扰校正；
步骤S104、判断校正值是否在Btotal误差范围；
步骤S105、当Btotal不在误差范围内时，进行误差分析；Btotal在误差范围内时，显示校正结果并存储。
所述步骤S102和步骤S103实时计算钻具径向磁干扰误差，得到误差曲线图，通过径向磁干扰模块进行径向磁干扰的校正，校正得出Bxcal，Bycal，Bzcal；
实时计算钻具轴向磁干扰误差，得到误差曲线图，通过轴向磁干扰校正模块进行轴向磁干扰的校正。
所述步骤S101静态测量数据包括三轴加速度计测量值Gx，Gy，Gz；三轴磁通门测量值Bx，By，Bz；规定y轴为探管高边方向，z轴为探管轴向方向；
所述地质参数包括实际磁场强度Btotal，地磁倾角Dip及其误差。
所述三轴加速度计测量值Gx，Gy，Gz；三轴磁通门测量值Bx，By，Bz输入测斜数据参数输入单元21；
所述当地磁场强度Btotal、地磁倾角Dip及其误差，输入地质参数输入单元22；
所述记录施工井的基本信息输入井基本信息单元23。
实现方位角钻具磁干扰校正方法的系统，包括，轴向磁干扰模块、径向磁干扰模块、数据分析显示模块和数据库模块；所述轴向磁干扰模块、径向磁干扰模块通过单测点输入的测量信息、井信息、地质信息，计算出单测点的方位角校正值、轴向磁干扰误差和径向磁干扰误差,然后将单测点数据分别储存在轴向磁干扰数据库单元和径向磁干扰数据库单元中，并在轴向磁干扰数据分析显示单元和径向磁干扰数据分析显示单元中显示；当前井所有记录的校正数据汇总储存在数据库模块中，数据分析显示模块调用数据库模块中的数据进行绘图显示。
所述轴向磁干扰模块包括井下测斜数据参数输入单元、地质参数输入单元、井基本信息参数记录单元、数据计算显示单元和数据库单元，通过对井下测斜数据参数输入单元、地质参数输入单元、井基本信息参数记录单元信息的计算和分析，将数据结果保存在数据库单元中，数据计算显示单元通过对数据库单元内数据的调用，显示校正结果。
所述径向磁干扰模块包括井下测量数据输入单元、井基本信息参数输入单元、数据计算显示单元和数据库单元，通过对井下测量数据输入单元、井基本信息参数输入单元的信息的计算和分析，将数据结果保存在数据库单元中，数据计算显示单元通过对数据库单元内数据的调用，显示校正结果。
本发明的有益效果是，由于采用循环迭代的数学方法进行方位角的轴向方向校正计算，对方位角的径向方向进行校正计算，实现实时方位角的磁干扰校正，提高了校正效率，降低了方位角钻具磁干扰误差。
提供了sperry-sun的短钻铤测量技术作为轴向磁干扰计算的参考，校正结果更加合理； 方位角计算中反正切运算采用泰勒级数展开计算，提高了计算的准确度。
附图说明
图1为本发明提供的关于方位角钻具磁干扰的校正系统示意图；
图2为本发明提供的关于方位角钻具磁干扰的校正系统的轴向磁干扰模块界面；
图3为本发明提供的关于方位角钻具磁干扰的校正系统的径向磁干扰模块界面；
图4为本发明提供的关于方位角钻具磁干扰的校正系统的数据库模块界面；
图5为为本发明提供的关于方位角钻具磁干扰的校正系统实施方法的流程图；
图6为本发明提供的关于方位角钻具磁干扰的校正系统的轴向磁干扰数据曲线数据分析显示模块；
图7为本发明提供的关于方位角钻具磁干扰的校正系统的径向磁干扰数据曲线数据分析显示模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1至图7所示，本发明方位角钻具磁干扰校正方法，包括，
步骤S101、采集井下静态测斜数据，三轴加速度计测量值Gx，Gy，Gz；三轴磁通门测量值Bx，By，Bz；规定y轴为探管高边方向，z轴为探管轴向方向；施工井所在区域地质参数，实际磁场强度Btotal，地磁倾角Dip及其误差。
步骤S102、判断是否存在径向磁干扰；实时计算钻具径向误差，得到相应的误差曲线图，
步骤S103、当存在径向磁干扰时，进行径向磁干扰校正，根据径向磁干扰的校正方法，运行该系统下径向钻具磁干扰校正程序，计算校正后的Bxcal，Bycal，Bzcal；
根据井下静态测斜数据Gx，Gy，Gz，Btotal，Dip和得出的Bxcal，Bycal，Bzcal，通过根据轴向磁干扰的校正方法，轴向磁干扰模块计算轴向磁干扰，并进行轴向磁干扰校正；
步骤S104、判断校正值是否在Btotal误差范围；
步骤S105、计算方位角，当Btotal不在允许误差范围内时，进行误差分析；当Btotal在允许误差范围内时，显示校正结果并存储方位角，整趟钻存储的数据通过数据分析显示模块进行整理计算，得出每个静态测斜方位角的误差和曲线图。
值得指出的是，在一趟钻中上述步骤的顺序进行多测点校正，校正的结果输入到数据分析显示模块中，计算该校正系统的误差，提供sperry-sun短钻铤测量为参考，进行误差对比；保存误差结果到数据库。
轴向磁干扰的校正方法：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
式中，AZI为实际测量出的方位角值；AZIcal为校正后的方位角值，HSG为实际测量的高边工具面值，为实际测量值和校正后的方位角的差值，Bz为实际测量的轴向磁场强度，B为该井经纬度下的实际大地磁场强度，Bv为大地磁场强度在垂直平面的投影，BN为大地磁场强度在水平面的投影。
采用循环迭代的方法求得AZIcal:
（1）首先根据该井经纬度下的实际大地磁场强度，根据公式1，2，3计算出Bv和BN和Bz；
（2）使用实际测量出的方位角值AZI带入公式4，进行循环迭代求出AZICAL；
（3）设置误差精度值r，若|AZI-AZICAL|<=r，则AZIcal满足误差要求，结束循环；若|AZI-AZICAL |>r,继续循环求解，直至求得的AZI与上次循环得出的AZICAL的差小于r。
径向磁干扰的校正方法：
（6）
（7）
= （8）
式中，Bx,By,Bz为校正后的三磁通门磁场强度值，BXCAL，BYCAL，BZCAL为实际测量的三磁通门磁场强度值，CONST是一个固定值,MX,MY为无磁钻铤中磁测点磁场强度值。
（1）通过在相同测量位置上，不同高边工具面的情况下，测量三组不同的三磁通门磁场强度值BXCAL，BYCAL，BZCAL；
（2）根据公式6,7,8联立方程组，最终求得Bx,By,Bz。
反正切函数泰勒级数展开计算：
(-1<x<1) (9)
(10)
(11)
(12)
式中，x为输入求解反正切的值，n为泰勒展开式项数，△为泰勒级数展开式误差，y(n)为泰勒展开式项数中间变量。
公式9为反正切函数的泰勒级数展开式，根据公式9，10推导出公式11，根据公式11计算出反正切值，n值为展开式项数，n值越大，误差越小，计算量越大，所以要根据实际误差范围确定合适的n值。
运用公式（1）（2）（3）采用循环迭代的数学方法进行方位角的轴向方向校正计算，运用公式（4）（5）（6）公式对方位角的径向方向进行校正计算，实现实时方位角的磁干扰校正，提高了校正效率，降低了方位角钻具磁干扰误差。
方位角钻具磁干扰校正系统通过对单片机模块进行编程，形成特定的编码序列，在通过串口传送上位机，包括，轴向磁干扰模块、径向磁干扰模块、数据分析显示模块和数据库模块；轴向磁干扰模块、径向磁干扰模块通过单测点输入的测量信息、井信息、地质信息，计算出单测点的方位角校正值、轴向磁干扰误差和径向磁干扰误差,然后将单测点数据分别储存在轴向磁干扰数据库单元和径向磁干扰数据库单元中，并在轴向磁干扰数据分析显示单元和径向磁干扰数据分析显示单元中显示；当前井所有记录的校正数据汇总储存在数据库模块中，数据分析显示模块调用数据库模块中的数据进行绘图显示。
所述轴向磁干扰模块为计算方位角的轴向磁干扰，包括井下测斜数据参数输入单元21、地质参数输入单元22、井基本信息参数记录单元23、数据计算显示单元24和数据库单元25；通过对井下测斜数据参数输入单元21、地质参数输入单元22、井基本信息参数记录单元23信息的计算和分析，将数据结果保存在数据库单元25中，数据计算显示单元24通过对数据库单元25内数据的调用，显示校正结果。所述井下测斜数据参数输入单元21接收井下测量参数，三轴加速度计测量值Gx，Gy，Gz；三轴磁通门测量值Bx，By，Bz；地质参数输入单元22为施工井所在区域的地磁场强度Btotal，地磁倾角Dip及其误差；井基本信息单元23记录无线随钻仪器施工的井队名，井号，设计井深，下钻次数；数据计算显示单元24轴向磁干扰校正的计算，校正误差的计算和校正数据曲线的显示；数据库单元25储存所有参数、校正前后方位角及其误差和井基本信息。
所述径向磁干扰模块为计算方位角的径向磁干扰，包括井下测量数据输入单元31、井基本信息参数输入单元32、数据计算显示单元33和数据库单元34；通过对井下测量数据输入单元31、井基本信息参数输入单元32的信息的计算和分析，将数据结果保存在数据库单元34中，数据计算显示单元33通过对数据库单元34内数据的调用，显示校正结果；所述井下测量数据输入单元31接收井下测量参数Bx，By，Bz；井基本信息参数输入单元32为记录无线随钻仪器施工的井队名，井号，设计井深，下钻次数；数据计算显示单元33为径向磁干扰的计算，误差范围的计算和径向磁干扰分布图的显示；数据库单元34为储存校正前井下测量参数、校正后的Bxcal，Bycal，Bzcal值和井基本信息。
所述数据分析显示模块41为当前井多测点的方位角径向磁干扰校正值的统计显示、轴向磁干扰校正值的统计显示、多测点方位角与校正方位角径向磁干扰误差、轴向磁干扰误差统计显示、该系统校正误差的显示及其相应曲线图。
所述数据库模块51包括所有参数、校正结果、误差分析数据的存储。
本发明现场定向井施工中，实时计算钻具径向磁干扰误差、轴向磁干扰误差，得出校正后的方位角和误差曲线图，提高了校正效率，降低了方位角钻具磁干扰误差。经过该校正系统的数理统计和分析得出该校正系统的可信度报告和校正曲线，便于现场人员查阅和分析，降低了钻具磁干扰对方位角的影响，数据库的建立可以使校正系统数据更具有普遍性，提供sperry-sun短钻铤测量为参考，帮助定向井施工人员进行分析决策。
值得指出的是，本发明的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本发明的基本技术构思，也可用基本相同的结构，可以实现本发明的目的，只要本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种方位角钻具磁干扰校正方法，其特征在于，包括，
步骤S101、采集井下静态测斜数据、施工井所在区域地质参数；
步骤S102、判断是否存在径向磁干扰；
步骤S103、当存在径向磁干扰时，进行径向磁干扰校正，得到校正后的Bxcal，Bycal，Bzcal；
根据井下静态测斜数据和得出的Bxcal，Bycal，Bzcal，通过轴向磁干扰模块计算轴向磁干扰，并进行轴向磁干扰校正；
步骤S104、判断校正值是否在Btotal误差范围；
步骤S105、当Btotal不在误差范围内时，进行误差分析；Btotal在误差范围内时，显示校正结果并存储。
2.根据权利要求1所述的方位角钻具磁干扰校正方法，其特征在于，
所述步骤S102和步骤S103实时计算钻具径向磁干扰误差，得到误差曲线图，通过径向磁干扰模块进行径向磁干扰的校正，校正得出Bxcal，Bycal，Bzcal；
实时计算钻具轴向磁干扰误差，得到误差曲线图，通过轴向磁干扰校正模块进行轴向磁干扰的校正。
3.根据权利要求1所述的方位角钻具磁干扰校正方法，其特征在于，
所述步骤S101静态测量数据包括三轴加速度计测量值Gx，Gy，Gz；三轴磁通门测量值Bx，By，Bz；规定y轴为探管高边方向，z轴为探管轴向方向；
所述地质参数包括实际磁场强度Btotal，地磁倾角Dip及其误差。
4.根据权利要求2所述的方位角钻具磁干扰校正方法，其特征在于，
所述三轴加速度计测量值Gx，Gy，Gz；三轴磁通门测量值Bx，By，Bz输入测斜数据参数输入单元21；
所述当地磁场强度Btotal、地磁倾角Dip及其误差，输入地质参数输入单元22；
所述记录施工井的基本信息输入井基本信息单元23。
5.实现权利要求1所述的方位角钻具磁干扰校正方法的系统，其特征在于，包括，轴向磁干扰模块、径向磁干扰模块、数据分析显示模块和数据库模块；所述轴向磁干扰模块、径向磁干扰模块通过单测点输入的测量信息、井信息、地质信息，计算出单测点的方位角校正值、轴向磁干扰误差和径向磁干扰误差,然后将单测点数据分别储存在轴向磁干扰数据库单元和径向磁干扰数据库单元中，并在轴向磁干扰数据分析显示单元和径向磁干扰数据分析显示单元中显示；当前井所有记录的校正数据汇总储存在数据库模块中，数据分析显示模块调用数据库模块中的数据进行绘图显示。
6.权利要求5所述的方位角钻具磁干扰校正方法的系统，其特征在于，所述轴向磁干扰模块包括井下测斜数据参数输入单元（21）、地质参数输入单元（22）、井基本信息参数记录单元（23）、数据计算显示单元（24）和数据库单元（25），通过对井下测斜数据参数输入单元（21）、地质参数输入单元（22）、井基本信息参数记录单元（23）信息的计算和分析，将数据结果保存在数据库单元（25）中，数据计算显示单元（24）通过对数据库单元（25）内数据的调用，显示校正结果。
7.权利要求5所述的方位角钻具磁干扰校正方法的系统，其特征在于，所述径向磁干扰模块包括井下测量数据输入单元（31）、井基本信息参数输入单元（32）、数据计算显示单元（33）和数据库单元（34），通过对井下测量数据输入单元（31）、井基本信息参数输入单元（32）的信息的计算和分析，将数据结果保存在数据库单元（34）中，数据计算显示单元（33）通过对数据库单元（34）内数据的调用，显示校正结果。
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