【摘 要】
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非常规油气资源逐步成为我国油气勘探开发的重点,其开发难度大,导致对钻具姿态测量的要求较高。为了提高姿态测量算法的精准度,需要在开发过程中对算法进行深入的验证。但是,真实传感器测量存在环境电磁干扰和实验室无法模拟井下环境等问题,导致姿态测量开发过程算法验证困难。因此,本课题提出虚拟随钻姿态测量传感器的设计来解决以上问题。本课题通过对姿态测量传感器在钻井过程中受到的干扰及噪声影响进行建模,结合数据输出
【基金项目】
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国家自然科学基金企业创新发展联合基金重点项目（U20B2029）；
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非常规油气资源逐步成为我国油气勘探开发的重点,其开发难度大,导致对钻具姿态测量的要求较高。为了提高姿态测量算法的精准度,需要在开发过程中对算法进行深入的验证。但是,真实传感器测量存在环境电磁干扰和实验室无法模拟井下环境等问题,导致姿态测量开发过程算法验证困难。因此,本课题提出虚拟随钻姿态测量传感器的设计来解决以上问题。本课题通过对姿态测量传感器在钻井过程中受到的干扰及噪声影响进行建模,结合数据输出装置,实现给定姿态（井斜角、方位角和工具面角）、转速和温度下的虚拟随钻传感器实时信号输出。首先,在井下姿态测量理论的基础上,建立传感器理论输出模型;其次,分析传感器输出对机械安装偏差、温度和钻具振动干扰的响应方式,建立机械误差、温度漂移以及振动噪声模型;最后,基于MATLAB平台设计用户界面,并实现虚拟随钻传感器的数据生成,结合YXSPACE SP6000实时仿真机和电压转电流信号调理板,实现虚拟随钻姿态测量传感器的信号输出。通过使用高精度数据采集设备对虚拟随钻传感器的输出信号进行验证,分别选取12组不同姿态参数包括井斜角、方位角、工具面角、转速以及温度,进行理论值与测量值的误差对比。验证结果表明,各轴输出相对误差均小于0.5%,说明虚拟随钻传感器可以代替真实传感器,作为验证姿态校正算法准确性的传感器输出数据,并且能够通过在实验室环境中模拟不同工况下的传感器输出,实现全姿态下的自动化姿态校正算法校验。本课题完成了虚拟随钻姿态测量传感器设计,创新点是基于MATLAB平台实现模拟钻井过程中姿态传感器输出的功能。系统的使用可以大大的缩短姿态测量算法的开发周期,提高算法测试效率。并且系统输出精度高,达到一定的准确度,目前已能够成功应用到课题组的硬件在环测试中。
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