惯性随钻测量的姿态确定研究
为了提高油气资源探测和开采的效率，在钻进中需要实时准确的控制钻具的运行轨迹，而实现钻具运行轨迹精准控制的前提是获取高精度的钻具运动姿态信息，由于随钻测量(MeasurementWhileDrilling,MWD)可以连续不断的检测钻头与钻具的运动信息，所以采用随钻测量技术测量钻具的姿态信息。惯性随钻测量可以利用由三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁强计构成的测量单元，测量并采集钻具的加速度、角速度、磁场强度数据，通过捷联惯性姿态解算方法得到钻具的姿态角，是一种完全自主、不受外界干扰、输出信息量大的测量技术。但随钻测量环境具有高温、强振动、强冲击、强磁干扰等恶劣性质，加上惯性器件本身的误差，测量单元采集的钻具运动信息会包含很多干扰，导致解算出的钻具姿态信息存在较大误差。因此提高随钻姿态的测量精度至关重要，本文对惯性随钻测量的姿态确定以及姿态精度的提高做了以下几方面的研究： (1)采用由三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁强计组成的随钻测量系统，测量钻具的加速度、角速度和磁场强度数据，根据捷联惯性姿态解算方法计算钻具的姿态角，并分析钻具姿态误差。 (2)针对测量的钻具加速度数据因含有振动干扰引起解算的随钻姿态严重失真的问题，提出一种基于分布估计的随钻重力提取算法。 (3)针对惯性随钻测量中因陀螺漂移产生姿态角测量不准确的问题，提出一种基于PI控制的陀螺漂移补偿算法。 (4)针对加速度计和磁强计数据易受外界环境干扰，角速度数据短时精度高的特性，提出一种基于EKF的信息融合姿态解算算法。
随钻测量;惯性测量;姿态解算;重力提取;陀螺漂移补偿;信息融合
河南理工大学
硕士
控制科学与工程
杨金显
2020
中文
TE271
2021-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）