随钻测量系统钻孔深度实时跟踪测量方法

摘要

本发明公开了一种随钻测量系统钻孔深度实时跟踪测量方法，包括以下步骤：1）在钻孔中钻杆的尾端处安装惯性导航元件；2）计算感应轴加速度分量（gz）；3）计算钻杆移动行程S：4）对每钻进一根钻杆的行程进行修正：5）计算钻头当前位置L_p：6）对钻孔深度进行重新赋值，确定孔深L的参数，该方法基于三轴磁阻传感分量与三轴加速度的测量，通过紧凑而合理的测量步骤，为随钻测量系统提供简单实用的测量深度方法，在降低设备复杂性的同时提高了系统的准确性和实时性。

主权项

随钻测量系统钻孔深度实时跟踪测量方法，其特征在于：包括以下步骤：1)在钻孔中钻杆的尾端处安装惯性导航元件，形成计算钻孔三维空间角的仪器坐标系，所述惯性导航元件包括三轴磁感应计和三轴加速度计，分别用于测出空间三轴磁感应分量与空间三轴加速度分量；2)解算出倾斜角θ：根据导航学中的欧拉定理有如下关系：$C_P=\left(\begin{array}{ccc}\cos \phi & 0& -\sin \phi \\ 0& 1& 0\\ \sin \phi & 0& \cos \phi \end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \theta & \sin \theta \\ 0& -\sin \theta & \cos \theta \end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}\cos \psi & \sin \psi & 0\\ -\sin \psi & \cos \psi & 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right)$$;\left(\begin{array}{c}{G}_X\\ G_Y\\ G_Z\end{array}\right)=C_P\left(\begin{array}{c}{G}_N\\ G_E\\ G_D\end{array}\right)=C_P\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ {-G}_0\end{array}\right);$$\left(\begin{array}{c}{B}_X\\ B_Y\\ B_Z\end{array}\right)=C_P\left(\begin{array}{c}{B}_E\\ B_N\\ B_D\end{array}\right)=C_P\left(\begin{array}{c}0\\ B_0\cos \beta \\ -B_0\sin \beta \end{array}\right);$其中θ、ψ、φ、β分别为倾斜角、方位角、工具面角和磁倾角；G_X、G_Y和G_Z为重力加速度在仪器坐标系的投影，G_N、G_E和G_D为重力加速度在地理坐标系的投影，B_X、B_Y和B_Z为磁感应分量在仪器坐标系的投影，B_N、B_E、B_D分别表示地理坐标系的北向、东向、地向磁场分量，C_P为变换矩阵；G_O为当地重力加速度，B_o为当地磁感应强度；由上述三式解联立解得倾斜角θ：$\theta =\arctan \left(\frac{{-G}_Y}{G_X^2+G_Z^2}\right);$3)在钻进过程中，当钻杆在钻进方向上的加速度发生变化时，与钻进中轴线z轴平行的加速度分量将发生变化，该加速度分量g_Z为钻进加速度g_m与重力加速度g在该轴向的分量g*sin(θ)之和，即：g_Z(t)＝g_m(t)+g·sin(θ)，其中θ为倾斜角；t为时间参数；4)利用下式计算单杆钻杆移动行程S：$S=\underset{0}{\overset{t}{\int }}v\left(t\right)\mathrm{dt}=\underset{0}{\overset{t}{\int }}\underset{0}{\overset{t}{\int }}{g}_m\mathrm{dtdt};$5)计算钻头当前位置L_p：L_p＝L_p(n‑1)+S＝(n‑1)L_zg+S：其中，L_p(n‑1)表示钻完第(n‑1)根钻杆时的钻头位置，L_zg为单根钻杆长度；6)对每钻进一根钻杆的行程进行修正：$\left\{\begin{array}{c}f=0\\ S=L_{\mathrm{zg}}+S_{\mathrm{err}}(-a·L_{\mathrm{zg}}<S_{\mathrm{err}}<a·L_{\mathrm{ag}})\\ S=L_{\mathrm{zg}}\end{array}\right.$其中：f为钻杆转动频率；a为误差范围系数；S_err为单根钻杆的行程误差，上式表示，当钻杆停止旋转，并且单根钻杆的行程在设定的误差范围内时，说明已经钻完一根完整的钻杆，此时需要对单杆钻杆行程S修正到一根钻杆的长度；7)对钻孔深度进行重新赋值：当钻完第n根钻杆时：L＝nL_zg，其中n为钻杆数；否则L＝L_p(L_p＞L)；从而确定钻孔深度L的参数。