一种井下寻北定向方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种井下寻北定向方法和装置，属于井下定向相关技术领域，通过将测井仪器的自转轴分别旋转至0度

【技术实现步骤摘要】
一种井下寻北定向方法和装置


[0001]本专利技术涉及井下定向相关
，尤其涉及一种井下寻北定向方法和装置
。

技术介绍

[0002]井下寻北定向在测井领域中起着至关重要的作用，井下的严峻环境条件很大程度限制了有效技术的选择，一些技术不能被简单地使用
。
测井的常规方法是用地磁测量技术，主要采用磁通门作为传感器测量元件，通过测量地球磁场变化确定磁性方位，来确定钻井姿态
。
地磁测量技术容易受到外界磁场的干扰，磁场异常的地质条件乃至特殊天文现象都将导致仪器测量精度下降
。
[0003]随着
MEMS
陀螺仪工艺水平的提高，通过陀螺仪感知地球自转的特性确定自转方位，基于
MEMS
陀螺仪的井下定向系统逐渐在测井领域中崭露头角
。
现有的陀螺寻北算法使用二位置或四位置，在水平基座下通过旋转单轴陀螺仪至对称位置抵消陀螺仪零偏与标度因素，提高寻北精度，但是井下环境几乎全为倾斜基座，无法保证能旋转至对称位置，且井下测井仪器只能自转，无法改变仪器方位，因此难以应用现有寻北陀螺算法实现井下寻北定向
。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种井下寻北定向方法和装置，能避免外界干扰，使测井仪器在倾斜基座条件下，无需严格四对称位置即可通过旋转自转轴实现井下寻北定向
。
[0005]本专利技术提供的具体技术方案如下：
[0006]一方面，本专利技术提供的一种井下寻北定向方法包括：<br/>[0007](1)
采用
GNSS
信号接收装置获取待定向位置的纬度数据；
[0008](2)
将测井仪器的自转轴旋转至0度位置采集
30s
加速度计输出的加速度与陀螺仪输出的角速度，并求均值降低随机噪声；
[0009](3)
将测井仪器的自转轴旋转至
90
度位置采集
30s
加速度计输出的加速度与陀螺仪输出的角速度，并求均值降低随机噪声；
[0010](4)
将测井仪器的自转轴旋转至
180
度位置采集
30s
加速度计输出的加速度与陀螺仪输出的角速度，并求均值降低随机噪声；
[0011](5)
将测井仪器的自转轴旋转至
270
度位置采集
30s
加速度计输出的加速度与陀螺仪输出的角速度，并求均值降低随机噪声；
[0012](6)
根据0度
、90
度
、180
度
、270
度位置采集的加速度数据和角速度数据，采用寻北算法计算测井仪器当前的姿态角度
。
[0013]可选的，0度
、90
度
、180
度
、270
度位置采集的加速度数据分别为0度
、90
度
、180
度
、270
度位置采集的角速度数据分别为
[0014]可选的，所述采用寻北算法计算测井仪器当前的姿态角度包括：
[0015]根据0度位置采集的加速度计输出的加速度数据计算初始位置的水平姿态；
[0016]根据0度
、90
度
、180
度
、270
度四个位置采集的加速度计输出的加速度数据计算四个位置的准确角度差；
[0017]将所述水平姿态
、
所述准确角度差
、
待定向位置的纬度数据和0度
、90
度
、180
度
、270
度四个位置采集的陀螺仪输出的角速度输入矩阵方程
AX
＝
b
求解，其中：
g
x
为四个位置
x
轴陀螺仪输出角速度，
g
y
为四个位置
y
轴陀螺仪输出角速度，
g
z
为四个位置
z
轴陀螺仪输出角速度；
[0018][0019]其中，
φ
为俯仰角，
θ
为横滚角，航向角
ψ
；
Δ
＝
(
Δ0，
Δ1，
Δ2，
Δ3)
为四个位置角度差；
L
为待定向位置的纬度；
[0020]获取矩阵方程
AX
＝
b
的第一值和第二值作反正切函数求得待定向位置的航向角度
[0021]根据水平姿态和航向角度得到测井仪器当前的姿态角度为
(
θ
，
φ
，
ψ
)。
[0022]可选的，根据0度位置采集的加速度计输出的加速度数据计算初始位置的水平姿态包括：
[0023]根据公式和计算初始位置的水平姿态的横滚角
θ
和俯仰角
φ
，其中，
a0为0度位置的三轴加速度计输出加速度数据度位置的三轴加速度计输出加速度数据为0度位置的三轴加速度计输出的
x
轴加速度数据，为0度位置的三轴加速度计输出的
y
轴加速度数据，为0度位置的三轴加速度计输出的
z
轴加速度数据
。
[0024]可选的，根据0度
、90
度
、180
度
、270
度四个位置采集的加速度计输出的加速度数据计算四个位置的准确角度差包括：
[0025]分别根据公式和计算0度
、90
度
、180
度
、270
度四个位置的准确角度差，其中，为0度位置的三轴加速度计输出的
x
轴加速度数据，为0度位置的三轴加速度计输出的
z
轴加速度数据，为
90
度位置的三轴加速度计输出的
x
轴加速度数据，为
90
度位置的三轴加速度计输出的
z
轴加速度数据，为
180
度位置的三轴加速度计输出的
x
轴加速度数据，为
180
度位置的三轴加速度计输出的
z
轴加速度数据，为
270
度位置的三轴加速度计输出的
x
轴加速度数据，为
270
度位置的三轴加速度计输出的
z
轴加速度数据
。
[0026]另一方面，本专利技术提供一种井下寻北定向装置包括：
[0027]获取模块，用于采用
GNSS
信号接收装置获取待定向位置的纬度数据；
[0028]第一采集模块，用于将测井仪器的自转轴旋转至0度位置采集
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种井下寻北定向方法，其特征在于，所述井下寻北定向方法包括：
(1)
采用
GNSS
信号接收装置获取待定向位置的纬度数据；
(2)
将测井仪器的自转轴旋转至0度位置采集
30s
加速度计输出的加速度与陀螺仪输出的角速度，并求均值降低随机噪声；
(3)
将测井仪器的自转轴旋转至
90
度位置采集
30s
加速度计输出的加速度与陀螺仪输出的角速度，并求均值降低随机噪声；
(4)
将测井仪器的自转轴旋转至
180
度位置采集
30s
加速度计输出的加速度与陀螺仪输出的角速度，并求均值降低随机噪声；
(5)
将测井仪器的自转轴旋转至
270
度位置采集
30s
加速度计输出的加速度与陀螺仪输出的角速度，并求均值降低随机噪声；
(6)
根据0度
、90
度
、180
度
、270
度位置采集的加速度数据和角速度数据，采用寻北算法计算测井仪器当前的姿态角度
。2.
根据权利要求1所述的井下寻北定向方法，其特征在于，0度
、90
度
、180
度
、270
度位置采集的加速度数据分别为0度
、90
度
、180
度
、270
度位置采集的角速度数据分别为
3.
根据权利要求2所述的井下寻北定向方法，其特征在于，所述采用寻北算法计算测井仪器当前的姿态角度包括：根据0度位置采集的加速度计输出的加速度数据计算初始位置的水平姿态；根据0度
、90
度
、180
度
、270
度四个位置采集的加速度计输出的加速度数据计算四个位置的准确角度差；将所述水平姿态
、
所述准确角度差
、
待定向位置的纬度数据和0度
、90
度
、180
度
、270
度四个位置采集的陀螺仪输出的角速度输入矩阵方程
AX
＝
b
求解，其中：
g
x
为四个位置
x
轴陀螺仪输出角速度，
g
y
为四个位置
y
轴陀螺仪输出角速度，
g
z
为四个位置
z
轴陀螺仪输出角速度；出角速度；其中，
φ
为俯仰角，
θ
为横滚角，航向角
ψ
；
Δ
＝
(
Δ0Δ1，
Δ2，
Δ3)
为四个位置角度差；
L
为待定向位置的纬度；获取矩阵方程
AX
＝
b
的第一值和第二值作反正切函数求得待定向位置的航向角度根据水平姿态和航向角度得到测井仪器当前的姿态角度为
(
θ
，
φ
，
ψ
)。4.
根据权利要求3所述的井下寻北定向方法，其特征在于，根据0度位置采集的加速度计输出的加速度数据计算初始位置的水平姿态包括：根据公式和计算初始位置的水平姿态的横滚角
θ
和俯仰角
φ
，其中，
a0为0度位置的三轴加速度计输出加速度数据度位置的三轴加速度计输出加速度数据为0度位置的三轴加速度计输出的
x
轴加速度数据，为0度位置的三轴加速度计输出的
y
轴加速度数据，为0度位置的三轴加速度计输出的
z
轴加速度数据
。5.
根据权利要求3所述的井下寻北定向方法，其特征在于，根据0度
、90
度
、180
度
、270
度四个位置采集的加速度计输出的加速度数据计算四个位置的准确角度差包括：分别根据公式和计算0度
、90
度
、180
度
、270
度四个位置的准确角度差，其中，为0度位置的三轴加速度计输出的
x
轴加速度数据，为0度位置的三轴加速度计输出的
z
轴加速度数据，为
90
度位置的三轴加速度计输出的
x
轴加速度数据，为
90
度位置的三轴加速度计输出的
z
轴加速度数据，为
180
度位置的三轴加速度计输出的
x
轴加速度数据，为
180
度位置的三轴加速度计输出的
z
轴加速度数据，为
270
度位置的三轴加速度计输出的
x
轴加速度数据，为
270

【专利技术属性】
技术研发人员：程金晶，王晓伟，王欣，沈宇，汪康胜，王小锐，朱国胜，刘军，
申请(专利权)人：青岛智腾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：