重慶房地產(chǎn)職業(yè)學院 周正輝 夏先玉南京職業(yè)技術(shù)學院 陳林杰
?
測斜儀中加表的標定方法研究
重慶房地產(chǎn)職業(yè)學院周正輝夏先玉
南京職業(yè)技術(shù)學院 陳林杰
本文介紹了一種測斜儀中加表的標定方法,通過建立數(shù)學模型,能在較短時間內(nèi)完成所有參數(shù)標定,可靠性高。
測斜儀;標定法;加表
測斜定向儀是油氣開發(fā)中定向鉆井的主要儀器之一,目前,對鉆井用測斜儀的標定,通常憑經(jīng)驗進行標定存在費時且準確度難以確定等問題。下面介紹一種能高效、快速和準確對鉆探用測斜儀中加表進行標定的方法。
陀螺儀慣性短節(jié)(慣性測量組)作為測斜儀的核心部件,由轉(zhuǎn)動電機(47),以及減速器、轉(zhuǎn)動軸和傳感器(圖中省略減速器、轉(zhuǎn)動軸和傳感器),傳感器由二個雙自由度的小型撓性陀螺(41)、(42)和三個互為正交的石英加速度計(43)、(44)、(45)組成,二個雙自由度的第一小型撓性陀螺(41)和第二小型撓性陀螺(42)互為正交由旋轉(zhuǎn)骨架連接,三個石英加速度計(43)、(44)、(45)互為正交由旋轉(zhuǎn)骨架連接。
圖1
針對鉆探用測斜儀中的三個石英加速度計,設oxbybzb為慣性組合基體坐標系,與載體坐標系平行如圖2所示。建立石英加速度計輸入輸出關(guān)系數(shù)學模型如下:
式中,F(xiàn)x、Fy、Fz為xb、yb、zb軸的加表輸出,axb、ayb、azb為沿IMU坐標系三個軸向的加速度。kx、ky、kz為xb、yb、zb軸加表的標度因數(shù),ax0、ay0、az0為xb、yb、zb軸加表的偏置,k2x、k2y、k2z為xb、yb、zb軸加表的二階非線性系數(shù)(其值均為小量),axy、axz、ayx、ayz、azx、azx為加表安裝誤差(其值均為小量)。
圖2 三軸轉(zhuǎn)臺及測斜儀安裝示意圖
針對目前項目中IMU上的加表,建立如下簡化模型。
各加表的標度因數(shù)、偏置、安裝誤差可以通過多位置試驗進行標定。
2.1試驗方法
三軸轉(zhuǎn)臺如圖2所示。選取如表1所示的六個位置進行試驗。在每一個位置,采樣數(shù)分鐘,記錄下采樣時間和三軸加速度計輸出的脈沖數(shù)。
表1 六位置試驗各位置及重力加速度在各軸上的分量
表1中,H-水平,U-垂直向上,D-垂直向下。
對位置1和位置2試驗,將axb=g、ayb=azb=0和axb=-g、ayb=azb=0分別代入(1-2),可得如下兩組方程:
式中, Pij+、Pij-為j軸(j=x、y、z)加速度分別為+g、-g的位置試驗時,第i軸(i=x、y、z)兩路加速度計單位時間內(nèi)輸出的脈沖數(shù),Tj+、Tj-為j軸(j=x、y、z)加速度為+g、-g的位置試驗的采樣總時間。
由式(1-3.a)、(1-3.b)可以求得:
對位置3和4、5和6試驗,作類似的處理,可求得其他8個參數(shù)。下面給出通過運算得到的結(jié)果。
以上是加表的標定。
采用本文論述的標定方法能快速有效的對測斜儀中的加表進行標定,模型估計準確有效,操作簡單,能在較短時間內(nèi)完成所有參數(shù)標定,可靠性高。
[1]任春華,李兵,趙幸子,廖冠,李靜偉.全姿態(tài)光纖陀螺井眼軌跡連續(xù)測量儀研究[N].儀器儀表學報,2012-12-15.
[2]余強,潘福熙,周靜,趙青峰.應用最優(yōu)化方法處理測斜實驗數(shù)據(jù)[J].儀器儀表用戶,2012,04.
[3]王扶志,張心劍.仝在平陀螺儀定向糾斜法在中關(guān)鐵礦區(qū)的應用實踐[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2011-06-25.
[4]高榮兵,王茂林,黨益?zhèn)?,許菲,張寧.提高EILog連續(xù)測斜儀精度的一些關(guān)鍵點[J].石油儀器,2011,12.
[5]任春華,潘英俊,趙雪江,羅浩菱.小口徑光纖陀螺快速精密定向測斜研究[N].儀器儀表學報,2010-05-15.