一种用于井眼轨迹测量的惯性测量方法技术

本发明专利技术提供了一种用于井眼轨迹测量的惯性测量方法，用于测井技术领域。本方法采用重力点质量模型的方法，在钻井时结合获得的地层密度信息，推导出地表岩层内重力梯度模型，并得出便于参与力学方程编排的重力场模型，然后将此模型用于捷联惯导系统中，从而实现对井下导航参数的实时解算。本发明专利技术所获得的重力场模型更加适用于地表岩层的测量，可提高测斜仪对井下各项导航数据的实时测量精度，从而减小由于重力模型的不准确对井下惯性测量精度带来的误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测井
，具体涉及。
技术介绍
由于能源的逐渐贫化，导致能源开采的深度越来越深、难度越来越大。作为陆上能 源提高采收率的有效方式，大斜度井、水平井、超深井等复杂井的钻井将更加普遍，对井眼 轨迹的高精度定位也提出了更高的要求。因此，在钻井的过程中，迫切需要能够精确测量井 眼轨迹各项参数的合适方法来为工业部门提供可靠的测井信息。 目前，利用惯导技术的惯性测量算法是精确测量井眼轨迹各项参数的主要途径。 在惯性导航系统中，通过用加速度计来测量载体的加速度信息，用陀螺仪来测量载体的角 速度信息来推算出载体的瞬时速度、位置以及姿态。加速度计实质上直接测量到的量并非 是载体加速度，而是比力，为了从比力观测值中分离出所需要的加速度信息，需要在空间稳 定系统力学编排中补偿地球引力分量。当采用当地水平或地固坐标系力学编排时，需要根 据重力场模型补偿地球重力向量，因此惯性测量仪器必须有较精确的重力场模型，重力场 模型的准确性直接影响惯性测量仪器的精度。 在重力勘探过程中，地质密度是影响实际重力值的重要因素之一，在复杂井的 测井过程中，随着探管测量深度的加深，地质密度的变化，重力值也是有变化的。然而 针对测井领域，现使用的重力场模型是正常重力模型，该模型中有关高度H的系数是常 数-0. 3086,不能很好的结合井下的实际情况。
技术实现思路
针对现有问题，本专利技术的目的是提出一种可以用于井眼轨迹测量的惯性测量方 法，主要针对重力模型进行改进，较目前惯性导航算法使用的重力模型能更加结合井下的 实际情况，解决了由于重力模型的不准确对井下惯性测量带来的误差问题。 本专利技术的用于井眼轨迹测量的惯性测量方法，实现步骤如下： 步骤1，建立适用于地表岩层的重力梯度模型。 设地球的平均半径为R。，地球的平均密度为PAVE，g。为井下探管在半径为R。处的 重力加速度，gn(R。）为在半径为R。处的地球引力加速度。 建立的重力梯度模型的表达式为 其中，Ag为深度改变Ah=VR时的重力加速度变化量；P(R)表示半径为R处 的地层密度。 探管位于深度h处的重力值g(h)为： 其中，n表示导航周期数；（Ah)i为第i个导航周期与上一个导航周期获得的深度 值之差，（Ah) 1=hphjPhii分别表示第i个导航周期与第i_l个导航周期中的探管 所在位置深度况表示第i个导航周期中探管所在位置距地心的距离，P(RJ表示半径为 民处的地层密度。 步骤2,将重力梯度模型用于惯性测量系统的解算。 本专利技术的优点与积极效果在于：本专利技术方法用于测井，结合在钻井时可以获得的 地层密度信息，引进了适用于地表岩层的更准确的重力场模型，可提高测斜仪对井下各项 导航数据的实时测量精度。本专利技术方法针对在地球表面岩层工作的惯性测量仪器的工作特 点，从地球内部构造及地层区域物质特性着手，采用重力点质量模型的方法推导地表岩层 内重力梯度模型，得出便于参与力学方程编排的重力场模型，将该重力模型引进惯导测量 中，从而减小由于重力模型的不准确对井下惯性测量精度带来的误差。【附图说明】 图1是本专利技术的用于井眼轨迹测量的惯性测量方法的流程示意图。【具体实施方式】 下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。 本专利技术是对用于井下惯性测量系统的惯性导航方法的改进。首先，采用重力点质 量模型的方法推导出地表岩层内重力梯度模型，并得出便于参与力学方程编排的重力场模 型。然后，将此模型用于捷联惯导系统中，从而实现对井下导航参数的实时解算。 下面对本专利技术用于井眼轨迹测量的惯性测量方法的实现步骤进行详细说明。 步骤一：建立适用于地表岩层的重力梯度模型。 对于在限定区域内工作的地下惯性测量系统，可采用点质量地球重力模型推导地 表岩层内重力梯度模型。假设如下：（1)将井下探管视为一个点质量，且忽略点质量对地球 的影响；（2)将地球视为一个密度仅与半径有关的球体。这样，地球模型就可以进一步简化 为一个质量和电荷都均勾分布的球体。因此，对位于地表岩层内的被测点，该点半径以外 的质量壳对测量点不产生引力作用，而该点以内的质量壳可以视为集中在地球中心的点质 量，对测量点产生引力作用。则根据牛顿万有引力定律，距地心半径为R的地层处，作用于 点质量的地球引力加速度gjR)为： 式中，M(R)为半径为R的球体质量P(r)是半径为r处 的地层密度，G。为标称重力系数。 进一步的，地球引力加速度gni(R)可表示为：c2) 其中，R。为地球的平均半径，约等于6371km;gni(R。）为地球表面处的地球引力加速 度；心。为地球表面处的重力加速度。 则有：(3) 式中：gni(R。）为点质量在半径为R。处（即地球水准面处）所感受的地球引力加速 度。 因为地表岩层惯性测量系统典型的工作深度是位于地表下10km以内，而地球平 均半径约为6371km，Rc-R<<R。，所以R~R。，P(r)~P(R)，则式（3)可简化为： 其中，PAVE为地球平均密度PAVE约等于5.516g/ cm3〇 进一步推导得梯度表达式：(:5). 式中：h为探管所在位置深度，Agni为在深度改变Ah=RQ_R时，引力加速度的变 化量。 又Agni=Ag+Ac，其中Ag为重力加速度变化量，Ac为离心力加速度变化量， 在工作深度小于7km的范围内，Ac可忽略不计，所以有Agm~Ag。 综上，得到重力梯度的表达式：(6> 由于惯性测量系统工作时，重力值需进行实时补偿，依据在每一个导航周期解算 得测量系统的实际深度数据和被测区域的地层密度分布数据，即可以得到相应位置处的重 力模型为： 其中，g(h)为探管位于深度h处的重力加速度；n表示导航周期数，为正整数；g。为 井下探管在半径为R。处（即地球水准面处）所感受的重力加速度，是炜度识的函数；（Ah) i为第i个导航周期与上一个导航周期解算得的深度值之差。hi表示第i个导航周期中探 管所在位置深度，hi表示第i_l个导航周期中的探管所在位置深度。L表示第i个导航 周期中探管所在位置距地心的距离，P0U表示半径为民处的地层密度。地球表面处的重 力加速度約%可根据公式（7)推导获得。 以式（7)为基础，结合测量过程中深度数当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于井眼轨迹测量的惯性测量方法，其特征在于，实现步骤如下：步骤1，建立适用于地表岩层的重力梯度模型；设地球的平均半径为R0，地球的平均密度为ρAVE，g0为井下探管在半径为R0处的重力加速度，gm(R0)为在半径为R0处的地球引力加速度；建立的重力梯度模型的表达式为：ΔgΔh=gm(R0)R0(-2+3ρ(R)ρAVE);]]>其中，Δg为深度改变Δh＝R0‑R时的重力加速度变化量；ρ(R)表示半径为R处的地层密度；探管位于深度h处的重力值g(h)为：g(h)=g0-gm(R0)R0[-2(Σi=1n(Δh)i)+3ρAVEΣi=1nρ(Ri)*(Δh)i];]]>其中，n表示导航周期数；(Δh)i为第i个导航周期与上一个导航周期获得的深度值之差，(Δh)i＝hi‑hi‑1，hi和hi‑1分别表示第i个导航周期与第i‑1个导航周期中的探管所在位置深度；Ri表示第i个导航周期中探管所在位置距地心的距离，ρ(Ri)表示半径为Ri处的地层密度；步骤2，将重力梯度模型用于惯性测量系统的解算。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高爽，白琳，李慧鹏，林铁，李先慕，王璐，蔡晓雯，焦焕静，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11