深井高温MWD系统误差修正算法研究及实现

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在钻井过程中,准确描述井眼轨迹对钻井作业至关重要。MWD(Measurement While Drilling,无线随钻测量)系统通过测量井斜、工具面、方位参数得到仪器当前钻进姿态,并通过无线传输形式传输到地面,据此描述井眼轨迹。随着油气资源的日益匮乏,油气田的钻井深度不断加深,温度也随之升高,125℃标称值的MWD仪器已不能满足勘探需求。因此,本文研究能适应175℃高温的高精度MWD系统,这对提高深井高温MWD系统测量精度具有较高的实用价值。论文首先阐述了深井高温MWD仪器的研究背景及研究意义,综述了国内外高温MWD仪器和MWD系统误差修正算法的研究现状,分析了导致MWD系统测量误差的主要影响因素,并在方位测量模块和地面信号处理系统中提出了有效的修正算法,同时完成了实验验证。主要工作有:从高温MWD仪器设计的角度,给出仪器的总体设计方案,介绍了井下测量系统各模块的功能,分析了信号传输系统的原理;在分析MWD测量原理的基础上,对关键的测量参数进行数学建模,并从传感器测量、环境和信号传输方面分析了仪器测量误差的主要来源;针对影响MWD仪器测量精度的关键因素,在方位测量模块研究了传感器几何修正、温度修正及磁修正的修正算法并予以实现;对于地面信号处理系统这一同样重要的环节,在充分分析泥浆脉冲信号的基础上,设计了基于LMS算法的自适应陷波器与自适应噪声抵消器相配合的消除泵冲噪声的方法实现了泥浆压力脉冲信号去噪的目的,效果良好;最后,对仪器进行系统测试,完成了仪器测量精度实验和高温实验,得到了仪器测量精度和温漂的关键结果,实现了MWD仪器的准确测量。实验结果表明,高温MWD系统误差修正算法能有效修正测量数据,且MWD系统能在175℃的高温环境下保持良好的测量精度,使工具面测量误差在±1.5°内,井斜角测量误差在±0.2°内,方位角测量误差在±1.5°内,满足仪器测量的抗高温、高精度和高可靠性要求。
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