竖直套管对随钻磁测量参数影响的试验研究

套管磁化磁场干扰定向井随钻测斜仪引起测量参数的失真,容易导致井眼交碰或定向施工无法进行,了解套管磁化磁场对磁测量参数的影响规律是实现受干扰参数修正及指导施工的关键.利用设计出的无磁套管支撑试验台架,在无磁干扰的环境下对不同相对位置时竖直套管磁化磁场对仪器磁测量参数的影响进行试验研究.结果表明:对于确定尺寸的套管,磁测量...     

全磁传感器弹体定姿布阵与半实物仿真

针对三轴磁传感器无法求解弹体3个姿态角这一问题,改进了磁传感器的布阵方式,设计了全磁传感器组合的旋转弹体姿态测量方案。建立了磁传感器组合的数学模型,根据2个非正交安装的磁传感器输出的极值比值,采取在偏航角范围内列表的方法来求解俯仰角,根据正交的三轴磁传感器求解偏航角。通过三轴无磁转台对测量系统进行了半实物仿真实验,并对姿态角进行了解算。实验结果表明,姿态角误差基本控制在1°,而采用十二位置不对北算法对罗差进行补偿后,可得出正确的载体偏航角。     

基于磁传感器组合的高旋弹横滚角测量方法

针对三轴磁传感器与加速度计组合对于弹体的姿态测量存在难以消除或补偿掉有害加速度的问题,设计了一种磁传感器组合的布阵方式.两磁传感器成一定角度安装,并根据传感器布阵方式提出了两种新的解算方法,即零交叉法和极值比值法,使之适用于有线加速度的载体.推导了磁场在磁传感器敏感轴方向上的数学表达式,论证了两种解算方法并进行了数值仿真,在此基础上比较了两种方法,并分析了其误差产生的原因.结果表明:两种方法均适用于高转速弹体横滚姿态和转速的测量;与零交叉法相比,极值比值法获得的姿态角信息多且是单值的,解算的姿态角更为准确且误差衰减较快,优于零交叉法.     

捷联式旋转导向井斜方位动态解算方法

针对捷联式垂直钻井现场试验,对测量系统井下存储数据进行回放分析,提出捷联式旋转导向井斜方位动态解算方法,即在钻柱不旋转的情况下同时采用三轴实时滤波信号计算井斜方位并存储滤波后的x、y轴信号,在钻柱旋转的情况下采用滤波后的实时z轴信号,不旋转情况下采用存储的x、y轴信号进行计算。将井下钻具的黏滑状态也看作是一种不旋转的"静止"状态,提出利用井下测量数据实时判断钻柱旋转状态的方法,给出井斜方位角解算公式以及动态解算方法流程,并在Matlab软件中编制程序进行仿真验证。结果表明:钻柱旋转过程中的振动是引起井斜方位测量误差的主要原因;所提出的动态测量算法能够有效提高测量精度,减少钻柱振动对井斜方位解算结果的影响。     

移动机器人空间姿态测量系统研究与设计

未知环境中机器人的自主导航研究一直是非常具有挑战性的前沿课题,要求机器人在定向移动之前必须先调整好自己的空间姿态;捷联惯性导航对空间姿态信息有明确的定义,具体通过倾斜角、方位角和工具面角来体现;针对目前已公开的空间姿态信息的解算数学模型存在缺陷的问题,结合空间坐标变换、空间直线方程和狗腿角的定义推导出倾斜角、磁方位角和工具面角的数学模型,并利用三轴加速度计和三轴磁强计给出具体的实现方案;测试结果表明:该方案能获得正确的空间姿态数据,倾斜角误差在±0.1°以内,磁方位角和工具面角误差在±1.5°以内,且成本低廉,体积小巧,是测量空间姿态的理想选择。     

基于数据融合理论的无陀螺微惯性测量组合算法研究

在国外学者研究的基础上改进了无陀螺微惯性测量组合的模型，提出一种新颖的解算算法，采用基于假设检验理论的数据融合理论对传感器的冗余信息进行解算，抑制了迭代误差，提高了解算精度。经过仿真计算验证该方案的可行性。该算法有效地利用了传感器的全部信息，使导航精度提高了近一个数量级，从而为无陀螺微惯性测量组合的实用化奠定了理论基础。     

地磁导航中磁测姿态解算误差分析

在弹载地磁导航应用中,磁测姿态系统解算精度受不同误差源的影响。为提高磁测精度,根据误差理论对磁测系统进行了误差机理分析与建模;建立了偏航误差、地磁分量误差和传感器测量误差的误差传递关系,为传感器选型及后续误差补偿提供理论参考。仿真结果表明,各误差间的传递关系呈现非线性关系,在全射向范围内误差以零度俯仰角为成中心对称分布规律。此外,若弹体靠近或沿着地磁方向飞行时,都会出现很大的解算误差,甚至于方程无解。因此有针对的避开上述飞行方案,能提高磁测姿态解算精度。     

基于磁强计和MEMS陀螺的弹箭姿态探测系统

为解决弹道修正弹箭中捷联式姿态测量系统误差随时间不断积累的问题,设计了一种由二轴磁强计和MEMS陀螺构建的低成本弹体姿态磁-惯性测量系统,利用磁强计测量的地磁信息修正MEMS陀螺解算的姿态角误差. 在此基础上,提出了将两轴地磁信号解算滚转角融入陀螺解算的姿态优化算法,研制的原理样机在二轴转台上进行了测试. 有限的试验表明:在一定条件下,该测量系统可有效抑制陀螺漂移引起的姿态误差,能可靠地用于弹道修正弹箭的姿态测量.      

井姿态参数的工程算法设计

利用3维加速度计和3维磁通门的数据来计算测井或钻井时的井斜角、井斜方位角和仪器方位角等井的姿态参数已经相继在地层倾角测井仪、高精度连续测斜仪和随钻测量系统中得到了应用。本文从工程实现和实时处理的角度提出的一种算法具有运算速度快和精度较高的特点。实现该算法的设奋已装配到有关仪器上开始为油田服务。     

垂钻系统单轴稳定平台测量算法

针对自动垂直钻井系统中采用的单轴稳定平台,在满足小井斜动态旋转条件下,提出一种新的以三轴加速度计和三轴磁通门测量信号为数据源的井斜方位动态测量算法,并考虑不同倾斜角和钻铤转速等因素的影响,对算法进行仿真研究.结果表明:小角度倾斜的方位角动态测量精度受倾斜角和真实方位角影响,在方位角相同的情况下,倾斜角越大,测量结果的误...     

分支井筒稳定的塑性力学模型及分析

针对分支井钻进过程中普遍存在的井壁稳定问题,建立考虑地层、水泥环、套管和支井井筒的分支井稳定性分析三维弹塑性有限元模型。模型中将水泥环、地层和套管分别视为不同的塑性材料,同时通过建立应力各向异性地层中模型转换方法,消除不同支井方位之间的模型误差。通过弹塑性有限元模拟研究支井方位对分支井稳定性的影响。结果表明:方位角小于15°时,地层与水泥环最大等效应力位于主井筒上,有利于分支井井眼稳定;方位角为75°时,等效应力最大值位于分支井井壁上,不利于井壁稳定;从套管侧窗变形的角度来看,分支井方位应尽量靠近水平最大地应力方向;当支井方位角大于30°时,主井眼水泥环的破坏可引起支井钻进问题;在分支井井身结构设计中,采用较小方位角,同时避免采用50°~80°的分支井方位角,以保证水泥环-地层-套管-井筒系统的稳定性和安全性。     

均匀磁场激励磁感应成像滤波反投影算法

通过亥姆霍兹线圈在中心区域建立正弦均匀的激励磁场,磁场方向近似直线,有助于简化逆问题的复杂度.建立了8通道磁感应测量系统仿真模型,采用滤波反投影算法重构出电导率分布.在滤波反投影算法中,首先用线性插值补充检测数据,然后用Hamming滤波器对数据进行滤波,同时加入窗口滤波器减少了涡流磁场发散对周围线圈的影响.加入不同噪声比的噪声干扰,测试了算法对噪声的抑制能力,实验结果表明该模型下运用反投影滤波算法可以重构出电导率的分布.     

西藏某铜多金属矿磁异常特征及解释

为确定铜矿(化)体的分布位置,利用地面高精度磁测方法,观测到磁异常。通过分析地面高精度磁测异常特征,解释磁异常的地质原因,推断矿(化)体的赋存位置、控矿构造的空间特征、构造与岩体特征,确定了铜矿的分布区域与位置,经钻探验证结果是正确的。     

一种混合算法下单个磁通门定位运动磁性目标研究

运动磁性目标定位可归结为一类非线性规划问题的求解.针对其目标函数计算过程极为烦琐,不利于磁性目标实时定位的特点,提出了一种混合算法:首先利用粒子群优化算法获得初略解,再利用高斯-牛顿算法进行精确求解,在不知道目标初始位置的情况下,利用单个磁通门磁传感器采集的磁场数据准确快速地实现了目标的定位.理论仿真和汽车实验,验证了算法的合理性和可行性,为工程中磁性目标的检测与定位提供了新思路.     

偏心情况下方位声波固井质量评价测井数值模拟研究

在水平井或大斜度井段,套管和测井仪器由于重力作用通常存在向下偏心的现象,这会对方位声波固井质量评价仪(azimuthally acoustic bond tool, AABT)的测量响应造成干扰,使其不能有效判别水泥窜槽方位。利用三维有限差分算法分别模拟了仪器偏心和套管偏心情况下方位声波固井质量评价仪的测量响应,分析了偏心距离与各方位接收波形幅度之间的关系,并在此基础上提出了一种水泥窜槽方位测量校正方法。数值模拟结果表明：仪器偏心对AABT测量响应影响很大,难以从首波幅度分布曲线中直接获取水泥窜槽的方位。基于仪器偏心时在自由套管条件下的响应特征,可以实现对仪器偏心效应的校正。从校正后的首波幅度分布曲线中,可以准确地获得水泥窜槽的方位。套管偏心对AABT测量响应影响很小,通常可以忽略。研究成果为之后AABT实际资料的处理奠定了理论基础。     

磁场对泡沫钻井液流变性能的影响

泡沫钻井液是一种适用于欠平衡钻井的新型低密度钻井液。采用试验方法研究了磁场对泡沫钻井液流变性能的影响程度 ,对磁处理前后泡沫钻井液的流变参数进行了对比。结果表明 ,磁处理能明显改变泡沫钻井液的性能 ,可以使塑性粘度和视粘度减小。磁处理能影响切应力的大小 ,动切力和静切力随磁处理条件的不同而有增有减 ,但它的流体性质并未改变     

井眼轨迹随钻测量中的测斜仪器不对中随机误差分析

为了更加准确地描述随钻测量时产生的井眼轨迹误差，利用误差分析方法对随钻测量时测量仪器与井眼轴线不重合所产生的误差进行了分析，并采用拉格朗日插值进行了计算。结果表明，这种不对中所引起的测量误差属于随机误差的范畴，该误差对井斜和方位测量结果的作用是相同的，且服从均匀分布。算例分析表明，这种随机误差相对于系统误差所造成的井眼位置的不确定范围要小得多。测点处的随机误差椭球的中心与测点之间的距离很近，但是，随着钻头尺寸与钻铤尺寸差别的增大，此距离增大，并且椭球的3个半轴也呈现相同的变化趋势。     

高面密度垂直记录交叉方位角记录方式研究

研究了垂直记录单极型磁头的偏道特性及串音特性.在此基础上,提出了一种利用交叉方位角记录方式,减小实际记录道宽,消除保护带,从而充分利用磁盘记录媒体表面的新方法,在实现高道密度磁记录的同时,提高记录面密度.为实现这一目的而设计制作的双道方位角磁头,用于软盘系统,比相同宽度的普通磁头提高道密度一倍以上.