自动垂直钻井中井斜动态测量理论与实验研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第27卷第4期石油学报Vo1．27No．42006年7月ACTAPETROLEISINICAJuly2006文章编号：0253—2697(2OO6)O4—01O5一O5自动垂直钻井中井斜动态测量理论与实验研究刘白雁苏义脑陈新元谢剑刚曾良才(1．武汉科技大学机械自动化学院湖北武汉430081；2．中国石油勘探开发研究院钻井所北京100083)摘要：井斜动态测量是指在钻井过程中对井眼的井斜角、工具面角等物理量的实时检测和信息的提取，比静态测量复杂，钻具的振动和转动均会导致相应的井斜测量信号严重失真，但其中的振动信号可用低通滤波器滤除，而钻具转动对加速

2、度计所产生的离心力导致的测量信号的失真，则必须通过诸如转速补偿之类的修正才能去除。低通滤波器可选用一定阶数和转折频率的巴特沃斯滤波器，而加速度计输出的转速补偿则须预先对加速度计进行标定。利用专门的实验装置对井斜动态测量的方法及其具体实现进行了有效的验证。关键词：自动垂直钻井；井斜；动态测量；加速度计；低通滤波器中图分类号：TE249文献标识码：ATheoreticalandexperimentalinvestigationondynamicmeasurementsofholeinclinationinautomaticverticaldrillingprocessLiuBaiyanSuYi’n

3、aoChenXinyuanXieJiangangZengLiangcai(1．CollegeofMachineryandAutomation，WuhanUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430081，China；2．ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment，CNPC，Beijing100083，China)Abstract：ThedynamicmeasurementofholeinclinationiSoneofthekeytechniquesfortheanti—deviationco

4、ntro1ofautomaticvertica1drilling．ThekeyofthistechniqueistOpickupinformationofholeinclinationandcorrespondingdirectionofholedeflectionusinggravityaccelerometersensorsduringdrilling．Thedynamicmeasurementofholeinclinationismorecomplexthanthestaticmeasure—ment．Themeasureddatamaybedistortedseriouslyunder

5、thevibrationandrotationofdrillstring．However，thevibrationnoisescanbeeliminatedfromtheinclinationmeasurementbylow-passfilter．Thecentrifugalforcecausedbyrotationofdrillingtoolwilldistorttheaccelerometeroutputs，whichcanonlyberevisedbyrotationspeedcompensation．Themethodsforselectinglow-passfil—teranderr

6、orcompensationofaccelerometeroutputswereproposedandprovedbyexperiments．Keywords：automaticverticaldrilling；holeinclination；dynamicmeasurement；accelerometer；low-passfilter利用井下闭环控制系统对井斜进行实时控制时，1加速度计的井斜测量原理[6]必须解决井眼的井斜角、工具面角的实时测量和计算问题。在钻垂直井时所使用的自动垂直钻井工具有一基于力平衡式工作原理的加速度计，也称伺服倾个通过轴承与近钻头的钻杆连接的浮动导向套，测量角仪，其结

7、构如图1所示。由于其在精度、频宽、稳定井斜的三轴向加速度计就安装在该导向套上。当自动性、工作温度、抗冲击等性能上优于电解原理或电容原垂直钻井工具开始工作时，加速度计就不断向控制系理的倾角传感器，因此对于井下闭环控制的井斜实时统提供井斜角的信息，实现井斜的自动控制[1]。测量是一种较优的选择。由于导向套会以一定转速差随钻杆转动，且由于这种传感器由非接触位移传感器、力矩马达、误差其离钻头很近，将直接承