本發(fā)明涉及石油測井技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行石油井測斜的方法。

背景技術(shù)：

目前，石油測井領(lǐng)域主要通過陀螺測斜儀進(jìn)行測量，傳統(tǒng)的測斜儀只能輸出井斜角、工具面角、方位角，當(dāng)井斜角＜3°時(shí)，就無法輸出方位角；同時(shí)，傳統(tǒng)的測斜儀只是對姿態(tài)角計(jì)算是開環(huán)方式誤差隨時(shí)間積累，從而造成測量精確度也較低。

慣導(dǎo)系統(tǒng)因其定位精確度高，響應(yīng)速度快而被廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航、尋北等技術(shù)領(lǐng)域；由于陀螺測斜儀不管是點(diǎn)測還是連續(xù)測量，其解算算法都是基于石油姿態(tài)角坐標(biāo)系推導(dǎo)的公式進(jìn)行計(jì)算的。因此，對于專業(yè)從事慣性器件研制的單位需要重新學(xué)習(xí)和推導(dǎo)并且進(jìn)行大量的試驗(yàn)，開發(fā)周期長，測試標(biāo)定都需要熟悉掌握，對長期從事慣性導(dǎo)航開發(fā)調(diào)試的人員來說特別容易搞亂概念。

雖然石油測井領(lǐng)域定義的姿態(tài)角和坐標(biāo)系與慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航角和坐標(biāo)系有所不同，但它們都是由陀螺和加速度計(jì)組成通過姿態(tài)算法計(jì)算載體空間位置的，所以根據(jù)它們的共性，使慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出的導(dǎo)航角與測斜儀輸出的姿態(tài)角一致，即可實(shí)現(xiàn)利用慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行石油井測斜。因此，如何提供一種利用慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行石油井測斜的方法，已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有測斜儀測量范圍有限，測量精確度低，目前的慣導(dǎo)系統(tǒng)不能進(jìn)行石油井測斜的問題，提供一種利用慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行石油井測斜的方法，能夠通過慣導(dǎo)系統(tǒng)直接進(jìn)行石油井測斜，從而有效提高石油井的測斜精度。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的：一種利用慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行石油井測斜的方法，其特征在于：包括如下步驟：

1)將慣導(dǎo)系統(tǒng)安裝于載體上，其中，

導(dǎo)航坐標(biāo)系：用o-xnynzn表示，原點(diǎn)為載體重心，xn軸指向東，yn軸指向北，zn軸指向天；

載體坐標(biāo)系：用o-xbybzb表示，原點(diǎn)為載體的重心，xb軸沿載體橫軸向右，yb軸沿載體縱軸向前，zb軸沿載體立軸向上；

2)將載體置于石油井中，通過慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行測量，獲得載體當(dāng)前位置的坐標(biāo)矩陣：

其中：

ψ為航向角，指載體縱軸在水平面的投影與地理子午線之間的夾角，以地理北向?yàn)槠瘘c(diǎn)，北偏東方向?yàn)檎?/p>

θ為俯仰角，指載體縱軸與縱向水平軸之間的夾角，以縱向水平軸為起點(diǎn)，向上為正，向下為負(fù)；

γ為橫滾角，指載體縱向?qū)ΨQ面與縱向鉛垂面之間的夾角，從鉛垂面算起，右傾為正，左傾為負(fù)；

3)石油井姿態(tài)角輸出：

由于利用陀螺測斜儀進(jìn)行石油井測量過程中，載體位于同一位置時(shí)的輸出坐標(biāo)矩陣為：

其中：

a為方位角，指載體縱軸在水平面的投影與地理北向之間的夾角，以地理北向?yàn)槠瘘c(diǎn)，北偏東為正；

i為井斜角，指載體縱軸與鉛垂線之間的夾角；

t為工具面角，指在石油井里面陀螺測斜儀自轉(zhuǎn)的角度，即儀器的高邊與儀器y軸之間的夾角；

而此時(shí)的慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出坐標(biāo)矩陣與陀螺測斜儀輸出坐標(biāo)矩陣相等，因此：

最后，對慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出的坐標(biāo)矩陣進(jìn)行如下解算，得到石油井的姿態(tài)角：

傾斜角i＝arccos(cosγcosθ)；

工具面角

方位角

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、測量范圍廣，當(dāng)井斜角＜3°時(shí)，也能通過慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出的航向角確定載體的基準(zhǔn)線與真北夾角。

2、測量精度高，通過慣導(dǎo)系統(tǒng)對姿態(tài)角、速度、位置的綜合解算過程，能夠進(jìn)行閉環(huán)零速修正提高系統(tǒng)精度。

3、在不改變慣導(dǎo)原有定義概念、算法的基礎(chǔ)上，從輸出的姿態(tài)矩陣表示的載體空間位置進(jìn)行變換得到載體在石油測井領(lǐng)域的姿態(tài)角信息，從而適用于從事慣導(dǎo)技術(shù)開發(fā)調(diào)試，對石油領(lǐng)域不了解的技術(shù)研發(fā)人員運(yùn)用現(xiàn)有慣導(dǎo)技術(shù)算法開發(fā)陀螺測斜儀。

附圖說明

圖1為陀螺測斜儀的坐標(biāo)系示意圖。

圖2為慣導(dǎo)系統(tǒng)的坐標(biāo)系示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例：參見圖1、圖2，一種利用慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行石油井測斜的方法，包括如下步驟：

1)將慣導(dǎo)系統(tǒng)安裝于載體上，其中，

導(dǎo)航坐標(biāo)系：用o-xnynzn表示，原點(diǎn)為載體重心，xn軸指向東，yn軸指向北，zn軸指向天；

載體坐標(biāo)系：用o-xbybzb表示，原點(diǎn)為載體的重心，xb軸沿載體橫軸向右，yb軸沿載體縱軸向前，zb軸沿載體立軸向上；

另外，地理坐標(biāo)系為：東—北—天，原點(diǎn)為載體的重心。

2)將載體置于石油井中，通過慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行測量：

初始位置時(shí)，載體坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系重合，xb—東，yb—北，zb—天；

導(dǎo)航坐標(biāo)系依次繞z、x、y旋轉(zhuǎn)：

獲得載體當(dāng)前位置的坐標(biāo)矩陣：

其中：

ψ為航向角，指載體縱軸在水平面的投影與地理子午線之間的夾角，以地理北向?yàn)槠瘘c(diǎn)，北偏東方向?yàn)檎?/p>

θ為俯仰角，指載體縱軸與縱向水平軸之間的夾角，以縱向水平軸為起點(diǎn)，向上為正，向下為負(fù)；

γ為橫滾角，指載體縱向?qū)ΨQ面與縱向鉛垂面之間的夾角，從鉛垂面算起，右傾為正，左傾為負(fù)；

3)石油井姿態(tài)角輸出：

由于利用陀螺測斜儀進(jìn)行石油井測量過程中：

初始時(shí)，載體坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系重合，xb—東，yb—北，zb—天；

測斜儀坐標(biāo)系依次繞z、y、z旋轉(zhuǎn)：

得到載體位于同一位置時(shí)的輸出坐標(biāo)矩陣為：

其中：

a為方位角，指載體縱軸在水平面的投影與地理北向之間的夾角，以地理北向?yàn)槠瘘c(diǎn)，北偏東為正；

i為井斜角，指載體縱軸與鉛垂線之間的夾角；

t為工具面角，指在石油井里面陀螺測斜儀自轉(zhuǎn)的角度，即儀器的高邊與儀器y軸之間的夾角；

而此時(shí)的慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出坐標(biāo)矩陣與陀螺測斜儀輸出坐標(biāo)矩陣相等，因此：

最后，對慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出的坐標(biāo)矩陣進(jìn)行如下解算，得到石油井的姿態(tài)角：

傾斜角i＝arccos(cosγcosθ)；(i范圍為0到180°)。

工具面角(由于i為0到180°，故sini都大于0，但要注意i是否為0，工具面角正方向?yàn)?到360，順時(shí)針為正)。

方位角(要注意i是否為0，方位角范圍為0到360°)。

由于當(dāng)導(dǎo)航角、橫滾角為0的時(shí)候，石油井姿態(tài)角也全為0，因此，需要對姿態(tài)角進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)換；具體轉(zhuǎn)換方法見下表：

工具面角t真值表：

方位角a真值表：

最后需要說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，那些對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。