恶劣环境下径向水平井mgwd导航系统关键技术研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文恶劣环境下径向水平井MGWD导航系统关键技术研究博士研究生：李涛指导教师：袁赣南教授学科、专业：导航、制导与控制哈尔滨工程大学2016年6月万方数据万方数据分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文恶劣环境下径向水平井MGWD导航系统关键技术研究博士研究生：李涛指导教师：袁赣南教授学位级别：工学博士学科、专业：导航、制导与控制所在单位：自动化学院论文提交日期：2016年4月论文答辩日期：2016年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据万方数据ClassifiedIndex：U.D.C：ADissertation

2、fortheDegreeofD.EngResearchofKeyTechnologiesofMGWDNavigationSysteminHarshMultilateralSidetracksHorizontalWellDrillingEnvironmentsCandidate：TaoLiSupervisor：Prof.GannanYuanAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpecialty：Navigation,GuidanceandControlDateofSubmission：April,2016Da

3、teofOralExamination：June,2016University：HarbinEngineeringUniversity万方数据万方数据哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声

4、明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字

5、）：日期：年月日年月日万方数据万方数据恶劣环境下径向水平井MGWD导航系统关键技术研究摘要自从水平井技术应用到钻井行业中，引起国内外的广泛关注而且获得巨大的经济价值。多分支径向水平井技术作为水平井技术的分支，可通过增加与边缘井的接触面积以及重新开采老井提高石油及天然气的生产效率。多分支径向水平井是多个侧钻分支从主井眼出发并导向目标油藏的过程。由于高压水射流钻井技术采用小尺寸（直径小于24毫米）的高压水射流钻头替代传统的大型旋转钻头，所以高压水射流钻井技术的发展促进了多分支径向水平井的发展。高压水射流径向水平井技术实现的难点问题是如何有效获取高压水射流钻头的导

6、航参数信息。传统井下随钻测量工具采用三轴磁偏计与三轴陀螺仪实现钻头的姿态获取，而磁偏计在磁干扰的环境下将增加钻具的航向误差甚至在强磁干扰情况下航向角输出信息将完全丢失。采用无磁套管可屏蔽来自钻管外部的磁干扰，但是铁磁性材料钻头本身对磁偏计的磁干扰限制高精度随钻导航系统的发展。基于上述问题分析，本文提出强磁干扰环境下陀螺仪随钻导航系统，此系统可连续输出钻头的姿态、速度以及位置。陀螺仪随钻导航系统可节约钻井时间、消除钻进过程中的盲点。与传统的随钻导航系统相比，陀螺仪随钻导航系统可通过计算任意角度的井斜角的大小而无奇异值问题的出现。但是大尺寸的光纤陀螺仪、激光陀螺

7、仪以及静电陀螺仪等限制其在高压水射流径向水平井领域的应用。随着小尺寸的微机械（MEMS）传感器的发展，使得MEMS陀螺仪进入高压水射流径向水平井领域。传统的MEMS惯性测量单元由三轴陀螺仪与三轴加速度计组成，但是由于高压水射流多分支径向水平井的分支钻管直径小于24毫米，市场上很难购买到小尺寸的陀螺仪。另外，井下高温、高压等恶劣环境增加了随钻导航系统中电子元器件设计要求。基于上述问题分析，本文采用耐高温，耐高压以及小尺寸的MEMS传感器设计小型化陀螺仪随钻导航系统（MGWD），此系统由二轴陀螺仪及三轴加速度计组成。MGWD导航系统的另外坐标轴的旋转角速度通过加

8、速计输出计算得到。惯性导航系统的特点是短时精度高及数