导向钻井工具冗余姿态测量与系统重构方法

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1、第３６卷第１１期石油学报Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．１１２０１５年１１月ＡＣＴＡＰＥＴＲＯＬＥＩＳＩＮＩＣＡＮｏｖ．２０１５文章编号：０２５３－２６９７（２０１５）１１－１４３３－０８ＤＯＩ：１０．７６２３／ｓｙｘｂ２０１５１１０１３导向钻井工具冗余姿态测量与系统重构方法刘自理１１２３２１严卫生康思民刘自慎汪跃龙张守旭（１．西北工业大学航海学院陕西西安７１００７２；２．西安石油大学陕西省钻机控制技术重点实验室陕西西安７１００６５；３．中国石油辽阳石化公司辽宁辽阳１１１００３）摘要：为实现调制式导向钻井工具井眼轨

2、迹的精确可靠控制，导向钻井工具井下姿态的实时测量至关重要。针对恶劣工况下测量系统可靠性差的问题，提出了一种非正交四轴重力加速度计的姿态测量方法，给出了对应的姿态参数求解和信号有效性判定公式。针对小井斜状态下姿态参数测不准问题，提出了四轴重力加速度计初始倾斜安装的非正交测量方法，显著提高了测量精度。针对井下恶劣工况中加速度计易损易失效问题，提出了双冗余非正交四轴重力加速度计测量方法，给出了双冗余重力加速度计关联信号的相互转换公式，讨论了依据信号特征判定重力加速度计故障的方法及故障诊断流程，并据此建立了系

3、统重构方案。水力驱动测试实验表明，工具姿态测量准确，控制平台角度位置稳定。关键词：姿态测量；冗余；系统重构；非正交；导向钻井中图分类号：ＴＥ２４２文献标识码：ＡＲｅｄｕｎｄａｎｔｐｏｓｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｓｙｓｔｅｍｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｓｔｅｅｒｉｎｇｄｒｉｌｌｉｎｇｔｏｏｌ１１２３２１ＬｉｕＺｉｌｉＹａｎＷｅｉｓｈｅｎｇＫａｎｇＳｉｍｉｎＬｉｕＺｉｓｈｅｎＷａｎｇＹｕｅｌｏｎｇＺｈａｎｇＳｈｏｕｘｕ（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｒｉｎｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，

4、ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳｈａａｎｘｉＸｉ’ａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈａａｎｘｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｉｌ－ＤｒｉｌｌｉｎｇＲｉｇｓＣｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅ，Ｘｉ’ａｎＰｅｔｒｏｌｅｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳｈａａｎｘｉＸｉ’ａｎ７１００６５，Ｃｈｉｎａ；３．ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａＬｉａｏｙａｎｇＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙ，ＬｉａｏｎｉｎｇＬｉａｏｙａｎｇ１１１００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅ

5、ａｌ－ｔｉｍｅｄｏｗｎｈｏｌｅｐｏｓｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｓｔｅｅｒｉｎｇｄｒｉｌｌｉｎｇｔｏｏｌｉｓｖｉｔａｌｔｏｒｅａｌｉｚｅｅｘａｃｔｒｅｌｉａｂｌｅｃｏｎｔｒｏｌｏｎｔｈｅｗｅｌｌｔｒａｊｅｃｔｏ－ｒｙｏｆｍｏｄｕｌａｔｅｄｓｔｅｅｒｉｎｇｄｒｉｌｌｉｎｇｔｏｏｌ．Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｏｏｒｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｕｎｄｅｒａｔｒｏｃｉｏｕｓｗｏｒｋｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｐｒｏｐｏｓｅｓａｐｏｓｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｅ

6、ｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｎｏｎｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｑｕａｄｒｉ－ａｘｌｅｇｒａｖｉｔｙａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｐｏｓｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｓｉｇｎａｌｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｊｕｄｇｍｅｎｔｆｏｒｍｕｌａｓａｒｅａｌｓｏｇｉｖｅｎ．Ａｓｆｏｒｉｎａｃｃｕｒａｔｅｐｏｓｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｕｎｄｅｒｔｈｅｓｔａｔｕｓｏｆｓｍａｌｌｂｏｒｅｈｏｌｅｄｅｖｉａｔｉｏｎ，ａｎｏｎｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍ

7、ｅｔｈｏｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｄｅｐｅｎｄｓｏｎｔｈｅｑｕａｄｒｉ－ａｘｌｅｇｒａｖｉｔｙａｃ－ｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒｓｉｎｓｔａｌｌｅｄｗｉｔｈａｎｉｎｉｔｉａｌｔｉｌｔ，ｓｏａｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙ．Ｔｏｃｏｐｅｗｉｔｈｐｒｏｂｌｅｍｓｔｈａｔｔｈｅａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒｔｅｎｄｓｔｏｆａｉｌｏｒｂｅｄｅｓｔｒｏｙｅｄｉｎａｔｒｏｃｉｏｕｓｄｏｗｎｈｏｌｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂａ

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