导向轴姿态测量系统具体测量方法研究

　　下面文章针对某指向式旋转导向钻井地面模拟测量实验的要求，提出了一套导向轴姿态测量方案，采用三轴重力加速度计对导向轴姿态信息进行采集，通过姿态采集系统发送到地面对其进行解算得出井斜角和方位角，最后设计出了一套导向轴姿态测量系统，通过地面模拟实验对其进行测试，分析结果表明：该姿态测量装置测量精度在允许的精度范围之内，满足地面模拟实验的测量精度要求。

　　【关键词】指向式,姿态测量,无线通信

　　1引言

　　近年来，随着人们对石油的开采，石油资源越来越匮乏，开采难度也逐渐加大，对非常规油田的开采逐渐成为人们关注的焦点，进而对井下钻井工具的要求也越来越大。根据近几年的发展趋势，指向式旋转导向钻井工具由于其井眼轨迹平滑，狗腿度小等优点，已成为未来发展的趋势，国外已经形成了其具有商业化的指向式旋转导向钻井工具，而我国在旋转导向钻井技术领域起步晚，在旋转导向钻井方面虽然有所突破，但与国外相比仍具有很大的差距，距离开发自己的旋转导向钻井工具仍有很长的一段路要走 ，在指向式旋转导向钻井技术研究中，对导向轴姿态参数的精确、实时测量是导向工具实现导向钻进的前提条件，所以拟采用高精度、高可靠性、体积小、适应井下复杂环境的三轴重力加速度计 CS-3LAS对井下参数进行测量 。

　　2指向式旋转导向系统测量原理

　　采用三轴加速度计对导向轴姿态进行测量 ，其测量原理如下：钻井工具导向轴用 z、Z，表示，在其没有倾斜时的坐标系用 OXYZ来表示，发生倾斜时用 OxYz 来代表，面是水平面;在当前坐标系 0X1Yz 下，三轴加速度计在三个轴的分量信号分别用 V ，V ，V：来表示：重力方向与导向轴轴心线的夹角即井斜角，用 0 表示;重力高边用 OM表示，即边 MZ (沿重力方向)在 0xYl平

　　上的投影;重力高边与 Y 正方向的夹角即方位角，用表示，各物理量之间的关系由式 (2-1)、(2-2)和 (2-3)所示。

　　V_vsin0】sin (2一1)

　　Vy=Vgsin0lsinq~ (2—2)

　　V=VCOS0 (2—3)其中V 为 V、V、V：的矢量和。由式 (2—1)、 (2—2)和 (2—3)可得出井斜角和方位角的解算公式为式 (2—4)和 (2—5)。

　　3系统整体方案的设计

　　该导向轴姿态测量系统主要由三轴重力加速度计，信块：MCu模块和无线发送接收模块组成 [2]，三轴重力加速度计输出信号经过信号调理电路之后送到 MCU，然后经过 AD 采样，MCU对采样信号进行解算经由无线发送到无线接收部分，接收部分将解算得到的井斜角和工具面角通过 LED 模块进行显示 。

　　4测试

　　将三轴重力加速度计和导向轴测量系统安装到 HX68 回转式测斜仪校验台，利用加速度计 CS一3LAS传感器以及导向轴姿态采集系统对加速度计输出信号进行测量，并通过姿态结算公式得出井斜角和方位角。在导向轴姿态测量系统静态测试中给定井斜角，不断改变方位角，通过 CS一3LAS加速度计测量得到的信号经过解算公式解算得到的数据如表 1至表 2所示，其中 0 为给定井斜角、 为给定方位角、 0 为解算得到的井斜角、 解算得到的方位角。

　　5结语

　　指向式旋转钻井系统相互推靠式具有极大的优越性，对指向式旋转钻井工具姿态测量方法的研究是实现导向控制的前提条件，也为我国在指向式旋转导向钻井系统方面的研究提供了极大的借鉴意义，本文设计的导向轴姿态测量系统，井斜角和方位角的精度等级在合理范围内，满足地面模拟实验的测量精度要求，验证了整个导向轴姿态测量系统的可行性。但仍需在此基础上做大量的研究达到更准确、更适合井下环境的测量方法。

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