重慶房地產(chǎn)職業(yè)學(xué)院 周正輝 夏先玉南京職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陳林杰
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測(cè)斜儀中加表的標(biāo)定方法研究
重慶房地產(chǎn)職業(yè)學(xué)院周正輝夏先玉
南京職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陳林杰
本文介紹了一種測(cè)斜儀中加表的標(biāo)定方法,通過建立數(shù)學(xué)模型,能在較短時(shí)間內(nèi)完成所有參數(shù)標(biāo)定,可靠性高。
測(cè)斜儀;標(biāo)定法;加表
測(cè)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(duì)鉆井用測(cè)斜儀的標(biāo)定,通常憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)定存在費(fèi)時(shí)且準(zhǔn)確度難以確定等問題。下面介紹一種能高效、快速和準(zhǔn)確對(duì)鉆探用測(cè)斜儀中加表進(jìn)行標(biāo)定的方法。
陀螺儀慣性短節(jié)(慣性測(cè)量組)作為測(cè)斜儀的核心部件,由轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)(47),以及減速器、轉(zhuǎn)動(dòng)軸和傳感器(圖中省略減速器、轉(zhuǎn)動(dòng)軸和傳感器),傳感器由二個(gè)雙自由度的小型撓性陀螺(41)、(42)和三個(gè)互為正交的石英加速度計(jì)(43)、(44)、(45)組成,二個(gè)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(gè)石英加速度計(jì)(43)、(44)、(45)互為正交由旋轉(zhuǎn)骨架連接。
圖1
針對(duì)鉆探用測(cè)斜儀中的三個(gè)石英加速度計(jì),設(shè)oxbybzb為慣性組合基體坐標(biāo)系,與載體坐標(biāo)系平行如圖2所示。建立石英加速度計(jì)輸入輸出關(guān)系數(shù)學(xué)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(biāo)系三個(gè)軸向的加速度。kx、ky、kz為xb、yb、zb軸加表的標(biāo)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(tái)及測(cè)斜儀安裝示意圖
針對(duì)目前項(xiàng)目中IMU上的加表,建立如下簡(jiǎn)化模型。
各加表的標(biāo)度因數(shù)、偏置、安裝誤差可以通過多位置試驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)定。
2.1試驗(yàn)方法
三軸轉(zhuǎn)臺(tái)如圖2所示。選取如表1所示的六個(gè)位置進(jìn)行試驗(yàn)。在每一個(gè)位置,采樣數(shù)分鐘,記錄下采樣時(shí)間和三軸加速度計(jì)輸出的脈沖數(shù)。
表1 六位置試驗(yàn)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(duì)位置1和位置2試驗(yàn),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(yàn)時(shí),第i軸(i=x、y、z)兩路加速度計(jì)單位時(shí)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(yàn)的采樣總時(shí)間。
由式(1-3.a)、(1-3.b)可以求得:
對(duì)位置3和4、5和6試驗(yàn),作類似的處理,可求得其他8個(gè)參數(shù)。下面給出通過運(yùn)算得到的結(jié)果。
以上是加表的標(biāo)定。
采用本文論述的標(biāo)定方法能快速有效的對(duì)測(cè)斜儀中的加表進(jìn)行標(biāo)定,模型估計(jì)準(zhǔn)確有效,操作簡(jiǎn)單,能在較短時(shí)間內(nèi)完成所有參數(shù)標(biāo)定,可靠性高。
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