CN104727807B - 一种角度位置测量方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钻具角度位置测量方法及***。该方法包括以下步骤：实时采集井下工况信息；基于泥浆流量信息以及地磁场信息或重力场信息所确定的旋转速度来判断钻具是否处于静止的状态；当钻具静止时，计算井斜、钻具的静态重力工具面和静态磁工具面，并将基准工具面确定为静态重力工具面或者静态磁工具面；当钻具运动时，计算磁工具面的变化量；将基准工具面与磁工具面的变化量叠加计算得到钻具的动态重力工具面从而确定钻具的角度位置。本发明利用旋转磁场的相对变化来实时测量钻具的重力工具面，同时监测磁场干扰情况，可避免磁干扰对测量结果的影响，实现钻具角度位置的准确测量。

Description

一种角度位置测量方法及***
技术领域
本发明涉及石油钻井领域，更进一步地说，本发明涉及一种旋转导向、随钻测井和地质导向工具或仪器的角度位置测量方法及***。
背景技术
在定向井和水平井中，旋转导向、随钻测井和地质导向等钻井井下***需要确定钻具上某一固定参考点相对于井眼圆周某一参考点的方向，从而实现这些工具***在井眼圆周方向的测量或控制。其中，井眼圆周方向参考点通常指地球磁场北极或井眼高边，钻具上某一固定参考点通常是指钻具的工具面。例如，在旋转导向***中，为实现导向控制，需要确定旋转导向***中执行机构导向力的方向。在随钻测井或地质导向***中，为实现方位探测、井周成像或地层边界测量，需要确定随钻方位电阻率、方位天线、方位伽马传感器等所在的方向。
以地球磁场北极为参考点的工具面称为磁工具面，而以井眼高边为参考点的工具面称为重力工具面。其中，当井斜较小时，采用磁工具面，当井斜较大时，采用重力工具面。在钻井井下***中，通常采用三轴加速度传感器和三轴磁通门传感器测量工具面，其中，重力工具面和磁工具面分别通过测量垂直于工具或仪器轴的交叉重力分量和交叉磁场分量计算得到。
由于在定向井和水平井中，旋转导向、随钻测井和地质导向等钻井井下***通常应用于大井斜的情况下，因此需要准确测量重力工具面。上述方法在钻具静止状态下可以得到高精度的测量结果，但是在旋转状态下，钻具旋转过程中产生的振动和离心加速度会干扰加速度传感器的输出信号，重力工具面的测量精度降低。目前消除这种干扰提高测量精度主要有以下三种方法。
一种方法是采用加速度传感器结合复杂的数学算法。在该方法中，首先直接测量动态重力工具面，然后通过建立数学模型，结合离心加速度和振动监测结果，在加速度传感器输出信号中将离心加速度和振动的干扰去除，从而得到以重力工具面表示的钻具角度位置。由于钻具在井下旋转状态复杂，离心加速度和振动的变化为非线性，所建立的数学模型不能真实反映井下工况，因此该方法难以完全消除误差。
另一种方法采用磁工具面测量，并利用复杂的转换关系，间接得到重力工具面。但是，由于钻具旋转速度较快，需要高速计算才能保证磁工具面测量的实时性。如果有磁干扰，磁工具面的测量精度也会降低，导致重力工具面的计算误差增大。
第三种方法采用旋转编码器，通过对旋转编码器输出的脉冲信号计数，得到钻具角度相对变化，再根据一个基准位置，计算真实的钻具角度。由于旋转编码器需要安装在有相对旋转运动的两个装置上，在井下难以实现，且受振动、冲击和温度限制，旋转编码器不能在井下直接应用。为此，现有技术公开了一种旋转状态下测量钻具角度位置的装置。其采用具有巨磁阻抗效应的磁敏感元件作为磁栅单元盘，再由多个磁栅单元盘形成磁栅码盘，配以相应的磁栅测量电路，从而实现旋转状态下角度及转速的测量。然而，当需要高精度测量时，磁栅码盘需要的磁栅单元盘较多，因此造成的问题是体积较大而不利于现场安装。
为此，需要提供一种实时精确测量钻具的重力工具面从而得到高精度的钻具角度位置的测量技术方案。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种钻具角度位置测量方法，该方法包括以下步骤：
实时采集井下工况信息，其中所述工况信息包括泥浆流量信息以及钻具所在位置的地磁场信息和重力场信息；
基于所述泥浆流量信息以及根据钻具所在位置的地磁场信息或重力场信息所确定的旋转速度来判断钻具是否处于静止的状态；
当钻具静止时，基于钻具所在位置的地磁场信息或重力场信息计算此时的井斜、钻具的静态重力工具面和静态磁工具面，并基于井斜的大小将基准工具面确定为静态重力工具面或者静态磁工具面；
当钻具运动时，基于实时采集的地磁场信息来计算磁工具面的变化量；
将所确定的基准工具面与所述磁工具面的变化量叠加计算得到钻具的动态重力工具面从而确定钻具的角度位置。
根据本发明的一个实施例，当井斜角大于交越角时，将所述基准工具面确定为重力工具面，当井斜角小于交越角时，将所述基准工具面确定为磁工具面。
根本发明的一个实施例，所采集的地磁场信息和重力场信息包括相互正交的加速度模拟分量和相互正交的磁场模拟分量，其中，所述加速度模拟分量包括沿钻具短节轴向的分量和径向分量，所述磁场模拟分量包括沿钻具短节轴向的分量和径向分量。
根据本发明的一个实施例，在获取钻具的地磁场信息的同时还获取重力场信息，在一定时间范围内，如果所述重力场信息中的径向分量有变化，而所述地磁场信息中的径向分量没有变化，则不计算所述钻具的动态重力工具面，并向其他井下***发出警告信号。
根据本发明的一个实施例，对两个正交的磁场模拟分量进行正弦或余弦拟合，如果拟合后的结果与正弦关系或者余弦关系具有超过预定范围的偏差，则不计算所述钻具的动态重力工具面，并向其他井下***发出有磁干扰的报警信号。
根据本发明的一个实施例，实时监测钻具是否处于静止的状态，一旦静止便进行基准工具面的修正。
根据本发明的一个实施例，在预定的重力工具面位置时，产生指示信号以指示钻具的工具面扇区位置或根据该指示信号向井下其他***发出驱动控制信号。
根据本发明的一方面，还提供了一种钻具角度位置测量***，其包括：
流量开关传感器，安装于钻具的短节上，随钻具一同深入井下，用于获取井下泥浆流量的信息；
加速度传感器，固定安装于钻具的短节上，用于获取钻具的重力场信息；
磁通门传感器，固定安装于钻具的短节上，用于获取钻具的地磁场信息；
数据采集单元，其用于实时采集井下工况信息，其中所述工况信息包括泥浆流量信息以及钻具所在位置的地磁场信息和重力场信息；
控制器，其与所述数据采集单元连接，其中，
其用于基于所述泥浆流量信息以及根据钻具所在位置的地磁场信息或重力场信息所确定的旋转速度来判断钻具是否处于静止的状态；当钻具静止时，基于钻具所在位置的地磁场信息或重力场信息计算此时的井斜、钻具的静态重力工具面和静态磁工具面，并基于井斜的大小将基准工具面确定为静态重力工具面或者静态磁工具面；当钻具运动时，基于实时采集的地磁场信息来计算磁工具面的变化量；将所确定的基准工具面与所述磁工具面的变化量叠加计算得到钻具的动态重力工具面从而确定钻具的角度位置。
根据本发明的实施例中的钻具角度位置测量***，其还包括过零比较器，其用于将过零脉冲信号传送给所述控制器，并由其对旋转时的连续过零脉冲信号进行计数从而计算得到钻具的转速。
在本发明的一个实施例中，所述钻具角度位置测量***还包括通讯单元，其用于将控制器输出的钻具角度位置或指示钻具到达预定工具面的信息实时传送给其他井下***。
在本发明的一个实施例中，三个轴向正交的加速度传感器和两个轴向正交的磁通门传感器均安装于钻具短节上，使得所述加速度传感器的一个轴的方向与钻具短节的纵向轴线重合或者平行，而所述磁通门传感器的两个轴向与钻具短节的纵向轴线正交。
本发明带来了以下有益效果：该***和方法根据井斜大小确定基准工具面，并利用旋转磁场的相对变化，实时测量钻具的重力工具面，同时监测磁场干扰情况，可避免磁干扰对测量结果的影响，实现钻具角度位置的准确测量。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1显示了根据本发明的一个实施例的钻具角度位置测量***的硬件结构框图；
图2显示了重力工具面和磁工具面的坐标关系；
图3是根据本发明的一个实施例进行井下钻具角度位置测量的方法流程图；
图4是两轴磁通门传感器的理想输出信号示意图；
图5是钻具轴向接近地磁场磁力线时两轴磁通门传感器的输出信号示意图；
图6是根据本发明的一个实施例进行井下钻具角度位置测量的计算机实现的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明各实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
如图1所示，其中显示了根据本发明的一个实施例的井下钻具角度位置测量***的硬件结构框图。该***例如包括三轴加速度传感器101、至少两轴的磁通门传感器102、数据采集单元103、流量开关传感器104、通讯单元105、过零比较器106以及中央控制单元或者说是控制器107。
加速度传感器101和磁通门传感器102固定安装在钻具短节上并对钻具所在位置的重力场和地磁场变化敏感，以便随其旋转运动时得到实时的重力场信息和地磁场信息。加速度传感器可以为具有三个轴向正交的加速度传感器，而磁通门传感器可以为至少两个轴向正交的传感器。另外，加速度传感器和磁通门传感器分别至少有两轴与钻具短节的纵向轴线相互正交，从而产生相应的模拟信号Gx、Gy、Gz和Mx、My、Mz，并送给数据采集单元103。
为减小测量误差，磁通门传感器102安装位置附近应当没有磁性材料，尤其是在磁通门传感器径向位置。这样至少可以保证磁场变化稳定，也就是周围环境对两个径向传感器的影响基本相同。
数据采集单元103为多通道A/D采集器，其由控制器107产生的控制逻辑信号的控制而将加速度传感器101和磁通门传感器102输出的多路信号分别传输到各个采集通道。然后数据采集单元103经过模数转换将其变为数字信号后送给控制器107。控制器107利用实时获取的加速度信号和磁场信号，分别计算井斜、方位、重力工具面和磁工具面。
流量开关传感器104将流量信息直接传送到控制器107，由控制器107根据流量信息的变化来确定井下***是否处于停泵状态。并结合转速的测量，判断井下***是否处于静止状态。
在井下钻具转速的测量中，可以通过连续监测磁工具面变化计算得到转速，也可以将磁通门传感器102的输出信号送给过零比较器106，由过零比较器106将其转换为脉冲信号送给控制器，由控制器107对旋转时的连续脉冲进行计数从而计算得到钻具的转速。
此外，为实现井下钻具角度位置测量***与其它井下***的通讯，将钻具角度位置信息实时传送给井下其他需要该信息的***本测量***还包括通讯单元105，其与控制器107相连。例如本***与旋转导向***通讯，以基于钻具的动态重力工具面信息控制翼肋支出或收回。
以下详细介绍实现本发明的原理。
图2表示了安装有加速度传感器和磁通门传感器的井下钻具所得到的重力工具面GTF和磁工具面MTF的坐标关系。设重力工具面零点GTF0与磁工具面零点MTF0之间的偏差为δ，其满足以下函数关系：
δ＝GTF0-MTF0＝F(Inc,Azi,Dip) （1）
其中，Inc为井斜，Azi为井眼方位，Dip为地磁倾角。
当井斜、方位、磁倾角不变或变化较小时，δ基本保持恒定，并有如下关系：
δ＝GTF1-MTF1＝GTF2-MTF2 （2）
其中，GTF1、GTF2、MTF1、MTF2分别为两个不同时刻的重力工具面和磁工具面。
当井斜Inc、方位Azi、地磁倾角Dip变化较大时，δ不恒定。如果存在磁干扰，由于磁工具面MTF自身存在较大的误差，δ变化较大，因此利用δ建立重力工具面和磁工具面的转换关系来计算重力工具面将会产生较大的误差。
当井斜较大时，钻具处于旋转状态时，重力工具面的变化量ΔGTF与磁工具面的变化量ΔMTF基本相同，即使存在并不严重的磁干扰时，虽然磁工具面的绝对测量值受到影响，但由于在较短时间内，周围环境对两个轴分量的磁通门影响基本相同，因此这种关系依然成立，即：
GTF2-GTF1＝MTF2-MTF1＝θ （3）
图2虽然表示的是磁工具面超前重力工具面的情况，但是当磁工具面滞后于重力工具面时也有同样的结果。
因此，可建立重力工具面与磁工具面的映射关系，即以某一时刻的重力工具面作为基准，通过测量磁工具面的变化量ΔMTF，而得到动态的重力工具面。
当井斜较小时，钻具角度方位应当以磁工具面来表示。因此，直接以某一时刻的磁工具面作为基准，通过测量磁工具面的变化量ΔMTF来得到动态的磁工具面。
基于上述原理，根据本发明的一个实施例的井下钻具角度位置测量方法流程如图3所示。
在步骤S301中，实时采集井下工况信息，其中工况信息包括泥浆流量信息以及钻具所在位置的地磁场信息和重力场信息。所采集的地磁场信息和重力场信息包括相互正交的加速度模拟分量和相互正交的磁场模拟分量，其中至少一个加速度模拟分量为沿钻具短节轴向的加速度分量，至少一个磁场模拟分量为沿钻具短节轴向的磁场分量。
实时采集井下工况信息包括定期地采集这些信息。定时周期T的选取可考虑角度分辨率Δθ、钻具转速ω等因素，即根据以下公式来选择T：
当钻具发生“粘滑”情况时，钻具转速的变化较大。因此，控制器107还需监测钻具转速ω。根据转速ω的变化，自动调整定时周期T，从而提高角度测量的分辨率Δθ，进一步提高测量精度。根据公式（4），为满足给定的分辨率要求，当出现，粘滑情况时，及时调整定时周期从而保证异常情况下的测量精度。
在步骤S302中，基于泥浆流量信息以及根据钻具所在位置的地磁场信息或重力场信息所确定的旋转速度来判断钻具是否处于静止的状态。
当钻具静止时，在步骤S303中，基于钻具所在位置的地磁场信息或重力场信息计算此时的井斜、钻具的静态重力工具面和静态磁工具面，并基于井斜的大小将基准工具面确定为静态重力工具面或者静态磁工具面。现有技术中对于井斜的计算有大量的方法，本发明在此不进行详细描述。采用任何一种方法计算井斜并不会影响到本发明的实质。
当钻具运动时，在步骤S304中，基于实时采集的地磁场信息来计算磁工具面的变化量。
在步骤S305中，将步骤S303中所确定的基准工具面与磁工具面的变化量叠加计算得到钻具的动态重力工具面从而确定钻具的角度位置。
进一步结合图1所示的硬件结构来详细说明图6所示的计算机实现的流程图。首先，该方法开始于步骤S601。由钻具角度位置测量***的控制器107根据流量开关传感器104的输出信号，结合转速测量，判断钻井井下***是否处于静止状态，步骤S602。
当钻具静止时，控制器107根据加速度传感器101或磁通门传感器102传送的地磁场信息或重力场信息来计算当前井斜，并确定工具面位置，如步骤S603所示。
判断井斜的大小，如步骤S604。当井斜小于某一角度时，加速度传感器对重力测量不敏感，此时的角度被称为交越角。在井斜小于交越角（例如交越角确定为5度）时，计算重力工具面的误差较大。此时可以磁北方向作为工具面参考方向，采用磁通门传感器102的输出信号来计算磁工具面，并将其作为基准工具面MTFb。如步骤S606。
当井斜大于交越角时，步骤605，则以井眼高边作为工具面参考方向，采用加速度传感器101输出的信号来计算重力工具面，并将其作为基准工具面GTFb。将基准工具面GTFb或MTFb以TFb表示，GTFb和MTFb分别由下式确定：
其中，Gx、Gy、Mx、My分别为加速度传感器101和磁通门传感器102输出的径向分量信号，也就是与轴向正交的分量。
如果前面判断钻具的结果为钻具运动时，则接下来在步骤S607中，控制器107定时地采集磁通门传感器102的输出信号，计算一个定时周期T内的磁工具面变化量ΔMTF：
ΔMTF＝MTF2-MTF1 （6）
接着，在步骤S608中，控制器107根据基准工具面与磁工具面的变化量来计算当前工具面TF，即
TF＝TFb+ΔMTF
为了消除***误差，控制器107时刻检测钻具的静止状态。一旦钻具处于静止状态，便会重复执行上述过程。每一次静态测量即可对测量***进行重新修正，从而减小测量误差。
如果磁干扰较为严重，周围环境对两个轴分量的磁通门影响不一定相同，磁性工具面相对变化量与重力工具面相对变化量并不完全相等，基于上述方法的测量精度会降低。因此，需要对这种情况进行监测，以免出现测量误差。
图4是两轴磁通门传感器理想输出信号示意图。如图4所示，在没有磁干扰的情况下，两轴磁通门传感器102的输出信号Bx、By分别为余弦（或正弦）信号，且两个信号满足正交关系，相位相差90°。当出现较为严重的磁干扰时，两个信号变得不规则，不再是余弦（或正弦）信号，甚至不满足正交关系。在这种情况下，可连续采集两个径向地磁场信号，并对采集到的数据分别进行余弦拟合。当数据拟合结果与余弦关系相差较大时，则说明较为严重磁干扰，此时应停止计算重力工具面，并产生警告信号向其他井下***发出告警信息。
因此，在本发明的方法中，还对两个正交的磁场模拟分量进行正弦或余弦拟合，如果拟合后的结果与正弦关系或者余弦关系具有超过预定范围的偏差，则不计算钻具的动态重力工具面，并向其他井下***发出有磁干扰的报警信号。
另外，当钻具轴向与地磁场磁力线接近或重合时，磁通门传感器102的两个径向输出信号基本不变，如图5所示。此时，无法通过磁通门传感器102的两个输出信号计算钻具的磁工具面变化量和旋转速度。因此，需要对这种情况进行处理。
在旋转状态下，虽然钻具旋转过程中产生的振动会对加速度传感器的输出信号产生干扰，从而造成重力工具面的测量精度降低。但是，仍然可以通过重力工具面的变化来判断钻具是否处于旋转状态。因此，可在监测径向地磁场的同时，监测径向重力场。当一定时间内，径向重力场变化，而径向地磁场无变化时，则表明钻具轴向与地磁场磁力线接近或重合，此时可停止计算重力工具面，并产生警告信号，同时向其他井下***发出告警信息。
下面说明本发明的钻具角度位置测量***和方法用于随钻测井仪器中的实施例。
随钻测井仪器可以是随钻方位伽马、方位电阻率、方位密度等仪器，井下钻具角度位置测量***安装在随钻测井仪器的上部，以使随钻测井仪器更接近于钻头，提高随钻测井信息的实时性。当安装位置确定之后，该***测量得到的重力工具面与随钻测井仪器内部传感器的角度位置存在固定的偏差。
当井下钻具角度位置测量***与随钻测井仪器一起旋转时，实时测量重力工具面，当随钻测井仪器内部的传感器所朝向的角度等于0°时，井下钻具角度位置测量***产生第1个扇区指示信号。当经过一定角度，如22.5°之后，产生第2个扇区指示信号，以此类推，旋转一周可产生16个扇区指示信号。这些指示信号可以采用脉冲形式，也可采用通讯形式，传给随钻测井仪器，由仪器内部处理程序将扇区指示信号与测量数据进行关联，从而得到随钻成像测井结果。
下面说明本发明的钻具角度位置测量***和方法用于旋转导向翼肋控制的实施例。在推靠式旋转导向***中，其一般具有间隔120°的三个翼肋A、B、C。井下钻具角度位置测量***安装在旋转导向***内部，假设其高边与翼肋A的方向一致，那么井下钻具角度位置测量***可以根据自身测量的角度位置来向旋转导向***输出三个信号。这三个信号分别作为三个翼肋的支出控制信号。可以假设将翼肋推靠方向设置为0°，当井下钻具角度位置测量***监测到重力工具面为0°时，发出翼肋A的控制信号，使翼肋A支出。当重力工具面等于120°时，发出翼肋B的控制信号，使翼肋B支出。当重力工具面等于240°时，发出翼肋C的控制信号，使翼肋C支出。这样，旋转一周之后，三个翼肋分别支出一次。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种钻具角度位置测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
实时采集井下工况信息，其中所述工况信息包括泥浆流量信息以及钻具所在位置的地磁场信息和重力场信息；
基于所述泥浆流量信息以及根据钻具所在位置的地磁场信息或重力场信息所确定的旋转速度来判断钻具是否处于静止的状态；
当钻具静止时，基于钻具所在位置的地磁场信息或重力场信息计算此时的井斜、钻具的静态重力工具面和静态磁工具面，并基于井斜的大小将基准工具面确定为静态重力工具面或者静态磁工具面；
当钻具运动时，基于实时采集的地磁场信息来计算磁工具面的变化量；
将所确定的基准工具面与所述磁工具面的变化量叠加计算得到钻具的动态重力工具面从而确定钻具的角度位置。
2.如权利要求1所述的钻具角度位置测量方法，其特征在于，当井斜角大于交越角时，将所述基准工具面确定为重力工具面，当井斜角小于交越角时，将所述基准工具面确定为磁工具面。
3.如权利要求1所述的钻具角度位置测量方法，其特征在于，所采集的地磁场信息和重力场信息包括相互正交的加速度模拟分量和相互正交的磁场模拟分量，其中所述加速度模拟分量包括沿钻具短节轴向的分量和径向分量，所述磁场模拟分量包括沿钻具短节轴向的分量和径向分量。
4.如权利要求3所述的钻具角度位置测量方法，其特征在于，在获取钻具的地磁场信息的同时还获取重力场信息，在一定时间范围内，如果所述重力场信息中的径向分量有变化，而所述地磁场信息中的径向分量没有变化，则不计算所述钻具的动态重力工具面，并向其他井下***发出警告信号。
5.如权利要求3所述的钻具角度位置测量方法，其特征在于，对两个正交的磁场模拟分量进行正弦或余弦拟合，如果拟合后的结果与正弦关系或者余弦关系具有超过预定范围的偏差，则不计算所述钻具的动态重力工具面，并向其他井下***发出有磁干扰的报警信号。
6.如权利要求1-5中任一项所述的钻具角度位置测量方法，其特征在于，实时监测钻具是否处于静止的状态，一旦静止便进行基准工具面的修正。
7.如权利要求1-5中任一项所述的钻具角度位置测量方法，其特征在于，在预定的重力工具面位置时，产生指示信号以指示钻具的工具面扇区位置或根据该指示信号向井下其他***发出驱动控制信号。
8.一种钻具角度位置测量***，其特征在于，包括：
流量开关传感器，安装于钻具的短节上，随钻具一同深入井下，用于获取井下泥浆流量的信息；
加速度传感器，固定安装于钻具的短节上，用于获取钻具的重力场信息；
磁通门传感器，固定安装于钻具的短节上，用于获取钻具的地磁场信息；
数据采集单元，其用于实时采集井下工况信息，其中所述工况信息包括泥浆流量信息以及钻具所在位置的地磁场信息和重力场信息；
控制器，其与所述数据采集单元连接，其中，
其用于基于所述泥浆流量信息以及根据钻具所在位置的地磁场信息或重力场信息所确定的旋转速度来判断钻具是否处于静止的状态；当钻具静止时，基于钻具所在位置的地磁场信息或重力场信息计算此时的井斜、钻具的静态重力工具面和静态磁工具面，并基于井斜的大小将基准工具面确定为静态重力工具面或者静态磁工具面；当钻具运动时，基于实时采集的地磁场信息来计算磁工具面的变化量；将所确定的基准工具面与所述磁工具面的变化量叠加计算得到钻具的动态重力工具面从而确定钻具的角度位置。
9.如权利要求8所述的钻具角度位置测量***，其特征在于，还包括过零比较器，其用于将过零脉冲信号传送给所述控制器，并由其对旋转时的连续过零脉冲信号进行计数从而计算得到钻具的转速。
10.如权利要求8所述的钻具角度位置测量***，其特征在于，还包括通讯单元，其用于将控制器输出的钻具角度位置或指示钻具到达预定工具面的信息实时传送给其他井下***。
11.如权利要求8所述的钻具角度位置测量***，其特征在于，三个轴向正交的加速度传感器和两个轴向正交的磁通门传感器均安装于钻具短节上，使得所述加速度传感器的一个轴的方向与钻具短节的纵向轴线重合或者平行，而所述磁通门传感器的两个轴向与钻具短节的纵向轴线正交。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107120108A (zh) * 2016-02-25 2017-09-01 中国石油化工股份有限公司 一种随钻成像扇区检测电路
CN111827979B (zh) * 2019-04-19 2022-03-25 万晓跃 静态偏置旋转地质导向***的姿态监测装置及方法
CN110159255B (zh) * 2019-07-02 2024-06-11 中国矿业大学(北京) 一种基于超导滑块变阻思想的瓦斯钻孔测斜仪及实施方法
US12023769B2 (en) 2020-02-14 2024-07-02 Caterpillar Global Mining Llc. System and method for automated drilling activity monitoring
CN112112623B (zh) * 2020-09-22 2023-12-26 济南新吉纳远程测控股份有限公司 一种钻井液无线随钻仪的智能节能方法及装置
CN114151064B (zh) * 2021-11-30 2024-01-19 烟台杰瑞石油服务集团股份有限公司 钻具转速测量方法、装置、***及存储介质
CN116427909B (zh) * 2023-06-12 2023-09-19 四川圣诺油气工程技术服务有限公司 基于垂直钻井***的井斜方位测定方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1310770A1 (en) * 2001-11-13 2003-05-14 Nokia Corporation Method, device and system for calibrating angular rate measurement sensors
CN1676874A (zh) * 2005-04-14 2005-10-05 中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院 井斜及方位伽马随钻测量仪
CN101619978A (zh) * 2008-06-30 2010-01-06 鼎亿数码科技(上海)有限公司 基于陀螺仪和加速度传感器的定位方法
CN102182450A (zh) * 2011-04-13 2011-09-14 余慧君 一种用于井下钻孔随钻测量的井下传感器组件
CN102337883A (zh) * 2011-09-15 2012-02-01 中煤科工集团重庆研究院 随钻测量***钻孔深度实时跟踪测量方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1310770A1 (en) * 2001-11-13 2003-05-14 Nokia Corporation Method, device and system for calibrating angular rate measurement sensors
CN1676874A (zh) * 2005-04-14 2005-10-05 中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院 井斜及方位伽马随钻测量仪
CN101619978A (zh) * 2008-06-30 2010-01-06 鼎亿数码科技(上海)有限公司 基于陀螺仪和加速度传感器的定位方法
CN102182450A (zh) * 2011-04-13 2011-09-14 余慧君 一种用于井下钻孔随钻测量的井下传感器组件
CN102337883A (zh) * 2011-09-15 2012-02-01 中煤科工集团重庆研究院 随钻测量***钻孔深度实时跟踪测量方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
井斜实时测量方法研究;刘白雁等;《中国测试技术》;20070731;第33卷(第4期);全文 *
垂直钻井中钻具姿态动态测量算法研究与应用;张慧慧等;《测井技术》;20111031;第35卷(第5期);422-426 *
旋转导向钻井***测量技术研究;狄勤丰等;《石油钻探技术》;19980630;第26卷(第2期);全文 *
高精度随钻定向测量仪的设计;远方等;《仪表技术与传感器》;20110131(第1期);全文 *

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