本發(fā)明屬于石油鉆井，特別涉及一種用于小井斜動態(tài)環(huán)境下高邊精確測量方法。

背景技術：

1、小井斜鉆井是當今世界性鉆井難題之一，可用于高陡構造與大傾角等易斜地層和自然造斜能力強的條件下的深井、超深井和復雜結構井直井段。它具有減少套管層次和套管尺寸、提高機械鉆速、減少鉆柱事故的優(yōu)點。小井斜鉆井作為主動防斜，期防斜打直效果不受鉆壓影響，有利于提高鉆速，自動小井斜鉆井工具是一種帶有井下閉環(huán)控制系統、可實現井下主動糾斜、保持井壁垂直、具有極高技術含量的先進鉆井工具。這種工具特別適用于高陡構造地層及深井的垂直鉆探,因此在我國的油氣資源開發(fā),特別是西部石油資源的開發(fā)中有著很好的應用前景。為了實現高陡構造及大傾角地層的防斜打快難題，小井斜動態(tài)環(huán)境下高邊精確測量技術的研究非常重要。

2、現有技術中有公開號為cn113153270a，名稱為《一種近鉆頭動態(tài)井斜角與工具面角的隨鉆測量方法》的中國發(fā)明專利，其公開了如下內容：本發(fā)明公開了一種近鉆頭動態(tài)井斜角與工具面角的隨鉆測量方法。所述近鉆頭動態(tài)井斜角與工具面角的隨鉆測量方法用限幅濾波器濾除沖擊噪聲帶來的階躍激勵干擾信號，再用ukf濾波器濾除大部分振動加速度所產生的有色噪聲和三軸磁通門輸出信號中的磁干擾有色噪聲，然后利用滑動濾波器對三軸加速度傳感器中的徑向加速度信號進行平滑濾波。最后用三軸磁通門的徑向或切向磁場信號作為參考信號，建立基于互相關檢測法的近鉆頭重力加速度分量的準確提取，進而實現鉆具動態(tài)井斜角和工具面角的動態(tài)實時精確解算。

3、再如公開號為cn118292851a，名稱為《一種石油鉆井用近鉆頭井斜與多扇區(qū)方位伽馬測量方法》的中國發(fā)明專利，其公開了如下內容：本發(fā)明公開了一種石油鉆井用近鉆頭井斜與多扇區(qū)方位伽馬測量方法，涉及石油、煤礦及地質勘探中的鉆井工程技術領域，解決對于層薄、變化大的地層，簡單的自然伽馬和上下伽馬無法準確判斷地層變化，在實際生產中無法應用的技術問題，包括通過定向開窗伽馬傳感器獲得指向性伽馬測量，通過3軸石英加速度計獲得伽馬指向及近鉆頭井斜，通過2軸磁通門獲得實時動態(tài)伽馬傳感器指向，經過算法計算，獲得16扇區(qū)方位伽馬。

4、上述對比文件雖然對于井斜的相關測量方法提出了改進，但是在動態(tài)下的加速度影響的因素無法消除，導致很難獲得精確的高邊。

技術實現思路

1、為了解決解決了現有技術中存在的上述問題，現提供一種小井斜情況下、動態(tài)環(huán)境下的高邊精確測量方法，在小井斜和動態(tài)環(huán)境下獲得精確的高邊，為鉆具傾斜狀態(tài)的判斷、導向力的控制等關鍵環(huán)節(jié)提供技術和數據支持。

2、為實現上述技術效果，本技術的技術方案如下：

3、一種小井斜動態(tài)環(huán)境下高邊精確測量方法，包括如下步驟：

4、首先在井下儀器上安裝近鉆頭測量單元，近鉆頭測量單元包括x軸磁通門、y軸磁通門和z軸磁通門，以及x軸加速度計、y軸加速度計和z軸加速度計，采集x軸磁通門和y軸磁通門輸出，計算轉速，再計算x軸加速度計轉速引起影響的輸出，結合采集到的x軸加速度計和y軸加速度計的輸出，再計算x軸加速度計和y軸加速度計檢測重力輸出，結合采集的z軸加速度計輸出和x軸磁通門、y軸磁通門、z軸磁通門的輸出，計算井斜角、高邊角和方位角。

5、具體的，第一步、獲取轉速：通過x軸磁通門和y軸磁通門間輸出的相位差，測量近鉆頭測量單元的轉速并輸出信號；

6、當井下儀器處于小井斜并旋轉時，x軸磁通門和y軸磁通門輸出為周期變化，變化的周期為井下轉速的周期，輸出量與方位相關，根據井斜角計算出相關磁場強度輸出，進而獲得x軸磁通門和y軸磁通門的輸出的變化周期。

7、x軸磁通門輸出和y軸磁通門輸出之間存在相位差，根據時間和相位差計算出轉速，x軸磁通門輸出變化與轉速關系如下式所示：

8、

9、式中：ωmx為x軸磁通門計算的轉速，mx為x軸磁通門輸出，t為時間y軸磁通門輸出變化與轉速的關系如下式所示：

10、

11、式中：ωmy為y軸磁通門計算的轉速，my為y軸磁通門輸出，t為時間為了更準確的計算出井下儀器的轉速，井下儀器的轉速表達式如下所示：

12、

13、式中：ω為井下儀器的轉速。

14、第二步，根據轉速計算加速度計消除影響的輸出；

15、根據第一步的轉速將x軸加速度計、y軸加速度計和z軸加速度計的轉速影響減掉后，獲得x軸加速度計和y軸加速度計的加速度輸出，即可計算出精確的高邊量；

16、x軸加速度計、y軸加速度計和z軸加速度計相互垂直安裝在井下儀器近鉆頭測量單元中，z軸加速度計方向與儀器的軸向一致，x軸加速度計方向指向儀器的周向，y軸加速度計方向與x軸加速度計和z軸加速度計形成右手定則，與儀器圓周的切向方向相同。

17、再進一步地，在井下儀器旋轉過程中，加速度計除了能夠檢測到重力外，還會檢測到向心加速度和切向加速度。

18、更進一步地，x軸加速度計檢測的向心加速度，表達式如下所示：

19、axcen＝rω2

20、式中：r為加速度計質心與旋轉軸心之間的距離，單位：mm；ω為轉速，單位：°/s，獲得轉速后，即可消除轉速帶入的噪聲信號。

21、更進一步地，y軸加速度計檢測到的是切向加速度，表達式如下所示：

22、

23、式中：r為加速度計質心與旋轉軸心之間的距離，單位：mm；為角加速度，單位：°/s2，

24、

25、更進一步地，x軸加速度計和y軸加速度計準確的輸出的表達式如下：

26、ax＝ax-rω2

27、

28、式中：ax和ay分別是x軸加速度計和y軸加速度計總體輸出，ax和ay分別是x加速度計和y軸加速度計測量的重力輸出。

29、第三步，根據消除影響的相互垂直的x軸加速度計、y軸加速度計和z軸加速度計，3個相互垂直的x軸磁通門、y軸磁通門和z軸磁通門計算井下角、高邊角和方位角。

30、進一步地，x軸磁通門、y軸磁通門和z軸磁通門相互垂直安裝在近鉆頭測量單元上，其中z軸磁通門軸向與系統軸向方向一致，y軸磁通門軸向與系統軸向垂直并與周向相切，x軸磁通門軸向與系統軸向垂直并指向軸心。

31、再進一步地，x軸磁通門、y軸磁通門和z軸磁通門輸出的數據通過再平衡電路對信號進行放大濾波，再通過相敏檢波電路對信號進行檢測，最終輸出磁通門的信號。

32、更進一步地，井斜角表達式如下所示：

33、或者

34、式中：θ為井下角，單位：rad；ai為加速度計輸出，其中i＝x、y、z。

35、更進一步地，高邊角表達式如下所示：

36、

37、式中：t為高邊角。

38、更進一步地，方位角表達式如下所示

39、

40、式中：為方位角，ai為加速度計輸出，mi為磁通門輸出，其中i＝x、y、z。

41、本技術具如下技術效果：

42、本技術提供的小井斜動態(tài)高邊測量方法，對小井斜動態(tài)下高邊影響因素進行分析，利用轉速對磁通門傳感器輸出沒有影響的特性，在小井斜動態(tài)情況下用3路垂直的磁通門計算轉速，將動態(tài)下的加速度影響因素用算法的方式體現并進行濾波和消除，獲得精確的姿態(tài)角。