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指向式旋转导向钻具钻孔轨迹测量研究

陈斌  
【摘要】: 旋转导向钻井技术代表了当今国际钻井技术的最高水平,是世界各国争相开发的一项钻井技术。其具有钻进效率高、井眼轨迹光滑、卡钻事故少、节约成本等一系列优点。在旋转导向钻进过程中,为准确钻达目标点,必须随时了解井斜角和方位角随井身的变化情况,以便监视和控制钻孔轨迹使沿预设的轨迹钻进,这需要对孔轨迹测量进行高精度的测量。 本文结合指向式旋转导向钻进系统的工作原理,首先根据惯性导航系统的测量原理,推导出钻孔轨迹测量的数学模型,并指出由于钻具结构带来的测量误差和解决方法;接着从井下闭环控制的要求出发,提出了钻头指向的测算方法并给出了数学模型。最后提出了基于低功耗16位单片机MSP430F169的测量模块的实现方法。整个测控单元包括:测量模块、单片机常用外围电路、存储电路和电源电路等。其中测量模块选用的是MEMSENSE公司利用MEMS技术制造的惯性测量模块(nIMU)。nIMU内部集成了三轴的加速度计、陀螺仪和磁力计。单片机可通过nIMU内集成的三轴加速度计和三个单轴微陀螺测到的数据可以计算出当前井身轨迹;并由此推算出钻头轨迹。 文章的最后对全文进行了总结,肯定了文中提到的一些设计方案,同时也提出了在测量方法和测量单元软硬件设计中遇到的一些问题和解决方法。对测量仪器的高精度与模块化有重要意义。


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