一種用于井眼軌跡測(cè)量的慣性測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測(cè)井技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于井眼軌跡測(cè)量的慣性測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于能源的逐漸貧化，導(dǎo)致能源開(kāi)采的深度越來(lái)越深、難度越來(lái)越大。作為陸上能 源提高采收率的有效方式，大斜度井、水平井、超深井等復(fù)雜井的鉆井將更加普遍，對(duì)井眼 軌跡的高精度定位也提出了更高的要求。因此，在鉆井的過(guò)程中，迫切需要能夠精確測(cè)量井 眼軌跡各項(xiàng)參數(shù)的合適方法來(lái)為工業(yè)部門(mén)提供可靠的測(cè)井信息。
[0003] 目前，利用慣導(dǎo)技術(shù)的慣性測(cè)量算法是精確測(cè)量井眼軌跡各項(xiàng)參數(shù)的主要途徑。 在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，通過(guò)用加速度計(jì)來(lái)測(cè)量載體的加速度信息，用陀螺儀來(lái)測(cè)量載體的角 速度信息來(lái)推算出載體的瞬時(shí)速度、位置以及姿態(tài)。加速度計(jì)實(shí)質(zhì)上直接測(cè)量到的量并非 是載體加速度，而是比力，為了從比力觀測(cè)值中分離出所需要的加速度信息，需要在空間穩(wěn) 定系統(tǒng)力學(xué)編排中補(bǔ)償?shù)厍蛞Ψ至?。?dāng)采用當(dāng)?shù)厮交虻毓套鴺?biāo)系力學(xué)編排時(shí)，需要根 據(jù)重力場(chǎng)模型補(bǔ)償?shù)厍蛑亓ο蛄?，因此慣性測(cè)量?jī)x器必須有較精確的重力場(chǎng)模型，重力場(chǎng) 模型的準(zhǔn)確性直接影響慣性測(cè)量?jī)x器的精度。
[0004] 在重力勘探過(guò)程中，地質(zhì)密度是影響實(shí)際重力值的重要因素之一，在復(fù)雜井的 測(cè)井過(guò)程中，隨著探管測(cè)量深度的加深，地質(zhì)密度的變化，重力值也是有變化的。然而 針對(duì)測(cè)井領(lǐng)域，現(xiàn)使用的重力場(chǎng)模型是正常重力模型，該模型中有關(guān)高度H的系數(shù)是常 數(shù)-0. 3086,不能很好的結(jié)合井下的實(shí)際情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提出一種可以用于井眼軌跡測(cè)量的慣性測(cè)量方 法，主要針對(duì)重力模型進(jìn)行改進(jìn)，較目前慣性導(dǎo)航算法使用的重力模型能更加結(jié)合井下的 實(shí)際情況，解決了由于重力模型的不準(zhǔn)確對(duì)井下慣性測(cè)量帶來(lái)的誤差問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明的用于井眼軌跡測(cè)量的慣性測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0007] 步驟1，建立適用于地表巖層的重力梯度模型。
[0008] 設(shè)地球的平均半徑為R。，地球的平均密度為PAVE，g。為井下探管在半徑為R。處的 重力加速度，gn(R。）為在半徑為R。處的地球引力加速度。
[0009] 建立的重力梯度模型的表達(dá)式為
[0010] 其中，Ag為深度改變Ah=VR時(shí)的重力加速度變化量；P(R)表示半徑為R處 的地層密度。
[0011] 探管位于深度h處的重力值g(h)為：
[0012]
[0013] 其中，n表示導(dǎo)航周期數(shù)；（Ah)i為第i個(gè)導(dǎo)航周期與上一個(gè)導(dǎo)航周期獲得的深度 值之差，（Ah) 1=hphjPhii分別表示第i個(gè)導(dǎo)航周期與第i_l個(gè)導(dǎo)航周期中的探管 所在位置深度況表示第i個(gè)導(dǎo)航周期中探管所在位置距地心的距離，P(RJ表示半徑為 民處的地層密度。
[0014] 步驟2,將重力梯度模型用于慣性測(cè)量系統(tǒng)的解算。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果在于：本發(fā)明方法用于測(cè)井，結(jié)合在鉆井時(shí)可以獲得的 地層密度信息，引進(jìn)了適用于地表巖層的更準(zhǔn)確的重力場(chǎng)模型，可提高測(cè)斜儀對(duì)井下各項(xiàng) 導(dǎo)航數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測(cè)量精度。本發(fā)明方法針對(duì)在地球表面巖層工作的慣性測(cè)量?jī)x器的工作特 點(diǎn)，從地球內(nèi)部構(gòu)造及地層區(qū)域物質(zhì)特性著手，采用重力點(diǎn)質(zhì)量模型的方法推導(dǎo)地表巖層 內(nèi)重力梯度模型，得出便于參與力學(xué)方程編排的重力場(chǎng)模型，將該重力模型引進(jìn)慣導(dǎo)測(cè)量 中，從而減小由于重力模型的不準(zhǔn)確對(duì)井下慣性測(cè)量精度帶來(lái)的誤差。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是本發(fā)明的用于井眼軌跡測(cè)量的慣性測(cè)量方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0018] 本發(fā)明是對(duì)用于井下慣性測(cè)量系統(tǒng)的慣性導(dǎo)航方法的改進(jìn)。首先，采用重力點(diǎn)質(zhì) 量模型的方法推導(dǎo)出地表巖層內(nèi)重力梯度模型，并得出便于參與力學(xué)方程編排的重力場(chǎng)模 型。然后，將此模型用于捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)井下導(dǎo)航參數(shù)的實(shí)時(shí)解算。
[0019] 下面對(duì)本發(fā)明用于井眼軌跡測(cè)量的慣性測(cè)量方法的實(shí)現(xiàn)步驟進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0020] 步驟一：建立適用于地表巖層的重力梯度模型。
[0021] 對(duì)于在限定區(qū)域內(nèi)工作的地下慣性測(cè)量系統(tǒng)，可采用點(diǎn)質(zhì)量地球重力模型推導(dǎo)地 表巖層內(nèi)重力梯度模型。假設(shè)如下：（1)將井下探管視為一個(gè)點(diǎn)質(zhì)量，且忽略點(diǎn)質(zhì)量對(duì)地球 的影響；（2)將地球視為一個(gè)密度僅與半徑有關(guān)的球體。這樣，地球模型就可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化 為一個(gè)質(zhì)量和電荷都均勾分布的球體。因此，對(duì)位于地表巖層內(nèi)的被測(cè)點(diǎn)，該點(diǎn)半徑以外 的質(zhì)量殼對(duì)測(cè)量點(diǎn)不產(chǎn)生引力作用，而該點(diǎn)以?xún)?nèi)的質(zhì)量殼可以視為集中在地球中心的點(diǎn)質(zhì) 量，對(duì)測(cè)量點(diǎn)產(chǎn)生引力作用。則根據(jù)牛頓萬(wàn)有引力定律，距地心半徑為R的地層處，作用于 點(diǎn)質(zhì)量的地球引力加速度gjR)為：
[0022]
[0023] 式中，M(R)為半徑為R的球體質(zhì)量P(r)是半徑為r處 的地層密度，G。為標(biāo)稱(chēng)重力系數(shù)。
[0024] 進(jìn)一步的，地球引力加速度gni(R)可表示為：
[0025]
c2)
[0026] 其中，R。為地球的平均半徑，約等于6371km;gni(R。）為地球表面處的地球引力加速 度；心。為地球表面處的重力加速度。
[0027] 則有：
[0028]
(3)
[0029] 式中：gni(R。）為點(diǎn)質(zhì)量在半徑為R。處（即地球水準(zhǔn)面處）所感受的地球引力加速 度。
[0030] 因?yàn)榈乇韼r層慣性測(cè)量系統(tǒng)典型的工作深度是位于地表下10km以?xún)?nèi)，而地球平 均半徑約為6371km，Rc-R<<R。，所以R~R。，P(r)~P(R)，則式（3)可簡(jiǎn)化為：
[0031]
[0032] 其中，PAVE為地球平均密度
PAVE約等于5.516g/ cm3〇
[0033] 進(jìn)一步推導(dǎo)得梯度表達(dá)式：
[0034]
(:5).
[0035] 式中：h為探管所在位置深度，Agni為在深度改變Ah=RQ_R時(shí)，引力加速度的變 化量。
[0036] 又Agni=Ag+Ac，其中Ag為重力加速度變化量，Ac為離心力加速度變化量， 在工作深度小于7km的范圍內(nèi)，Ac可忽略不計(jì)，所以有Agm~Ag。
[0037] 綜上，得到重力梯度的表達(dá)式：
[0038]
(6>
[0039] 由于慣性測(cè)量系統(tǒng)工作時(shí)，重力值需進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，依據(jù)在每一個(gè)導(dǎo)航周期解算 得測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)際深度數(shù)據(jù)和被測(cè)區(qū)域的地層密度分布數(shù)據(jù)，即可以得到相應(yīng)位置處的重 力模型為：
[0043] 其中，g(h)為探管位于深度h處的重力加速度；n表示導(dǎo)航周期數(shù)，為正整數(shù)；g。為 井下探管在半徑為R。處（即地球水準(zhǔn)面處）所感受的重力加速度，是煒度識(shí)的函數(shù)；（Ah) i為第i個(gè)導(dǎo)航周期與上一個(gè)導(dǎo)航周期解算得的深度值之差。hi表示第i個(gè)導(dǎo)航周期中探 管所在位置深度，hi表示第i_l個(gè)導(dǎo)航周期中的探管所在位置深度。L表示第i個(gè)導(dǎo)航 周期中探管所在位置距地心的距離，P0U表示半徑為民處的地層密度。地球表面處的重 力加速度約%可根據(jù)公式（7)推導(dǎo)獲得。
[0044] 以式（7)為基礎(chǔ)，結(jié)合測(cè)量過(guò)程中深度數(shù)