垂直导向钻井工具姿态测量方法研究

自动垂直导向钻井工具是复杂结构井的钻井新工具,它通过自动控制作用在井壁的推靠力以控制钻进方向,实现纠斜稳直的目的。因此,导向钻井工具姿态测量方法研究是实现自动垂直导向钻井的重要基础。基于对垂直导向钻井工具姿态测量原理的分析,研究了近垂直条件下采用重力加速度计测量工具姿态时不可测和测不准的问题,为解决以上问题,提出了重力加速度计的非正交测量方法,并对典型姿态角度进行理论分析与计算推导。解算结果表明,与常规方法相比,非正交测量方法的姿态测量误差大幅减小,改进效果显著,满足了垂直导向钻井工具的测量精度要求。通过水力驱动测试试验,验证了重力加速度计非正交测量方法的有效性。     

小井斜姿态误差的等值距均衡校正

为满足超深垂直钻探的精准控制需求，提出了一种等值距均衡校正方法，可以提升小井斜区域的姿态解算精度。首先，分析影响姿态角绝对误差的因素，研究常规最大值校正方法的误差模型；其次，基于均衡选取校正点以消除部分校正矩阵误差项的思想，建立等值距均衡校正的误差模型，探讨姿态误差校正效果；最后，采用常规校正方法和等值距均衡校正方法对小井斜角区域的测试数据进行处理和对比。实验结果表明，等值距均衡校正后，小井斜区域的工具面角绝对误差的平均值至少降至常规校正的29.2%,工具面角绝对误差的峰峰值至少降至常规校正的37.8%,井斜角绝对误差的平均值至少降至常规校正的19.8%。     

垂直钻井中钻具姿态动态测量算法研究与应用

在捷联式自动垂直钻井系统(AVDS)中加速度计、磁场强度计等传感器随钻铤同步转动,因此确定动态钻具的姿态是实现实时防斜、主动纠斜的前提和基础.提出了一种基于转动状态分类和小角度倾斜的钻具姿态的动态测量方法.将钻具的转动状态分为3类:静止、连续转动及粘滑转动状态.当钻具处于静止时,采用了传统的测量算法.连续转动模式的钻具...     

垂直钻井工具二轴重力加速度计安装误差标定

提出一种用于井斜测量的自动垂直钻井工具二轴重力加速度计安装误差便捷标定方法,根据空间坐标系转换原理,推导二轴重力加速度计与钻具坐标系数学关系模型,构建安装误差标定矩阵。标定前,保证钻具轴线不变,旋转浮动导向套,测试加速度计输出电压,经处理后作为多元线性回归样本,并利用标定矩阵元素间的数值关系,解算矩阵;标定时,将已解算的标定矩阵和重力加速度在加速度计敏感轴上的分量代入两坐标系数学模型,计算重力加速度在钻具坐标系三轴的分量,从而实现井斜角和工具面角精确测量。该方法不需要借助高精度辅助测量仪器或调校基准平台,也不需将钻具摆放到特定状态,具有测试过程简单、测试精度高的特点,便于在井场对二轴加速度计进行下井前最后校正。实验表明,标定后井斜角误差在2.5%以内。     

钻井泵壳体位置误差的测量

<正> 我厂生产的SL3NB—1300钻井泵,是石油钻机的主要配套设备之一。钻井泵壳体(见图1)的φ460mm孔和φ600mm孔分别装两个传动齿轮轴;φ525mm孔装往复运动的括塞。设计图纸上提出了如下位置精度要求:为保证齿轮传动工作平稳,齿面接触精度高,规定φ460     

导向钻井工具冗余姿态测量与系统重构方法

为实现调制式导向钻井工具井眼轨迹的精确可靠控制,导向钻井工具井下姿态的实时测量至关重要。针对恶劣工况下测量系统可靠性差的问题,提出了一种非正交四轴重力加速度计的姿态测量方法,给出了对应的姿态参数求解和信号有效性判定公式。针对小井斜状态下姿态参数测不准问题,提出了四轴重力加速度计初始倾斜安装的非正交测量方法,显著提高了测量精度。针对井下恶劣工况中加速度计易损易失效问题,提出了双冗余非正交四轴重力加速度计测量方法,给出了双冗余重力加速度计关联信号的相互转换公式,讨论了依据信号特征判定重力加速度计故障的方法及故障诊断流程,并据此建立了系统重构方案。水力驱动测试实验表明,工具姿态测量准确,控制平台角度位置稳定。     

旋转导向钻具姿态的无迹卡尔曼滤波方法

三轴磁通门数据中包含的磁干扰和三轴加速度计数据中包含的大量低频振动加速度,严重影响了旋转导向钻具姿态测量的精度。为去除传感器数据中的干扰噪声,快速解算出准确的钻具姿态,提出了一种改进的无迹卡尔曼（UKF）迭代滤波算法。此方法基于旋转坐标变换的四元数理论,建立钻具姿态传感器数据的非线性观测方程,利用陀螺测量原理构造状态方程,将滤波后观测数据以四元数的形式更新状态方程三轴角速度,从而实现UKF迭代滤波,最终消除传感器数据中的干扰噪声。实验室及胜利油田河31井区斜160井的实测数据滤波结果表明,此方法可有效滤除姿态传感器中的干扰噪声,提高旋转导向钻具姿态测量的准确性。     

油液监测黏度传感器的误差补偿校正

为对黏度在线监测传感器进行误差补偿校正,进一步提升其测量准确度,提出误差补偿模型。针对目前黏度传感器存在的测试准确性差的问题,选用两种不同型号黏度在线监测传感器对SAE 10W液压传动油进行试验,借助实验室分析设备对油液黏度进行标定,采用误差补偿模型对黏度传感器测试结果进行校正,该方法简单有效,能够将黏度测量平均绝对百分比误差控制在5%以内,为实现油液黏度准确监测提供一种解决方案。     

自动垂直钻井中井斜动态测量理论与实验研究

井斜动态测量是指在钻井过程中对井眼的井斜角、工具面角等物理量的实时检测和信息的提取,比静态测量复杂,钻具的振动和转动均会导致相应的井斜测量信号严重失真,但其中的振动信号可用低通滤波器滤除,而钻具转动对加速度计所产生的离心力导致的测量信号的失真,则必须通过诸如转速补偿之类的修正才能去除.低通滤波器可选用一定阶数和转折频率的巴特沃斯滤波器,而加速度计输出的转速补偿则须预先对加速度计进行标定.利用专门的实验装置对井斜动态测量的方法及其具体实现进行了有效的验证.     

基于LS-RVR误差补偿的动态矩阵控制

在传统动态矩阵控制算法中,通过当前预测值和实际值的误差来对未来时刻的预测输出进行校正,这种方法在一定程度上可以克服扰动、噪声的影响,但是对模型失配问题仍有一些局限性。最小二乘相关向量回归(LS-RVR)是在相关向量回归的基础上发展起来的,相对于相关向量回归具有更好的回归性能。提出了一种基于最小二乘相关向量回归误差补偿的动态矩阵控制算法,并进行了仿真实验。仿真研究结果表明,该算法具有良好的控制性能。     

MWD独立误差源的确定分析

为分析随钻测量仪MWD在实际测量中的独立误差源,根据大地坐标系到仪器坐标系的转换对MWD的测量原理进行了系统推导,得出测量井眼轨迹的基本参数,进而结合典型测量仪器的4项独立误差源及MWD进行井眼轨迹测量的特点,在性质和量度方面详细分析了MWD的各项独立误差源,并通过对独立误差源进行分析修正,得出MWD现场应用的优点。     

电动钻机动力系统的动态无功补偿

针对并联电容的静止无功补偿方式存在不能及时响应无功功率的波动,不宜频繁投切等弊端,将动态无功补偿技术用于电动钻机动力系统的集中补偿,实现了无功的按需补偿。实时检测动力系统无功,根据设定的目标功率因数,计算所需的补偿功率,并实时控制电容器组投切实现无功的按需补偿。控制器基于交流采样算法求得动力系统的无功功率,并进行补偿容量的实时计算、投切逻辑快速判断、实时输出投切信号、动态控制电容器组的投切。现场应用动态无功补偿技术后,网络损耗有所减小,发电机输出功率大为降低,达到了节能降耗的目的。     

误差椭球(圆)及井眼交碰概率分析

讨论现代井眼轨迹测量中较受关注的问题：误差椭球和井眼交碰概率分析。系统介绍如何根据井眼位置的不确定性矩阵确定误差椭球或误差椭圆;讨论井眼位于一定大小的误差椭球或误差椭圆内的概率;重点讨论现代钻井项目中经常遇到并需要解决井眼交碰概率问题,在分析Ｂｒｏｏｋ等人方法的基础上,给出一个比较完善的井眼交碰概率分析方法,该方法突出了交碰概率受名义间距、半径之和以及相对误差椭球大小的影响。     

定向井方位漂移轨道设计问题的数值算法

方位漂移是实际钻井过程中普遍存在的现象,常规的轨道设计方法没有考虑方位漂移的影响,增加了钻井施工过程中的井眼轨迹控制的难度。考虑方位漂移影响的轨道设计方法采用井段的自然曲线模型,能够较好地反映地层自然造斜和方位漂移规律。所产生的约束方程组为三元非线性方程组,通常使用的数值迭代方法不易给定迭代初始值、迭代收敛性能差、收敛速度慢。推导出了用稳斜井段井斜角来表示的初始方位角和稳斜段长的解析公式,将三元方程组的求解问题归结为以稳斜井段井斜角为未知数的一元非线性方程方程的求解问题,并给出了求解该一元非线性方程的数值迭代算法。理论分析和大量实际算例表明,文中新算法具有收敛速度快、迭代初值相关性小、全局范围收敛等良好性质。     

孔隙度测定误差及其控制方法研究

随着油气勘探领域的扩大,孔隙度测试样品的岩性及形态呈现多样化的发展趋势。在生产与科研实践中发现,相同的样品不同实验室孔隙度测定结果存在差异,给孔隙度资料的应用带来了困扰,孔隙度测定面临着新的挑战。从影响孔隙度测定结果的岩样总体积和骨架体积2个关键参数入手,分析了其测试误差对孔隙度测定结果的影响,发现测试相对误差为0.5%,1.0%,1.5%时,造成的孔隙度绝对误差分别为0.5,0.9,1.4,二者的测试误差对孔隙度测定精度的影响程度相近,应该予以有效控制;分析了岩样骨架体积和总体积测试误差控制现状,认为岩样骨架体积测试依托较为成熟的方法和装置,测试误差能够得到有效控制。总体积测试技术发展滞后,测定过程中关键参数获取受随机的人为因素影响,导致不同操作人员及不同实验室测定结果存在差异。探讨了有效控制孔隙度测定误差的方法,介绍了基于流体变密度测定原理的岩石样品总体积测定系统。该系统对样品的岩性和形态没有限制性要求,实现了岩样总体积测定的自动化;可以减少人为因素对测试的影响,岩样总体积测定平均相对误差0.5%,能够将孔隙度测定绝对误差控制在0.5左右,可用来缩小不同实验室测定结果差异。     

槽车物料交接计量误差分析及损耗控制

国内某轻汽油醚化装置采用LUMMUS公司催化蒸馏醚化技术,在检修期间,将反应器和醚化塔内进口催化剂全部国产化。工业应用表明,反应器应用醚化散堆国产剂时,与进口剂对比,其转化率基本一致,但国产剂初始温度较高;醚化塔应用国产CDM-系列开窗导流式催化模块后,与进口剂对比,该模块活性明显优于进口模块,同时能有效缩短开工时间,但催化剂选择性略差。     

海洋浮式钻井液压绞车升沉补偿系统设计

为了降低海洋钻井电动绞车补偿系统的能耗、实现升沉补偿运动与自动送钻运动的解耦控制,开展了补偿绞车的节能方法及控制策略研究。针对系统大惯性、大负载的特点,提出一种基于混合动力与液压能量回收的新型液压绞车补偿系统,通过被动液压马达承担钻柱的部分静载荷,通过液压二次调节元件克服运动过程中的其余载荷,同时利用液压蓄能器实现对系统位能与动能的周期性回收与再利用。提出一种基于升沉-送钻双位移闭环控制的软件解耦控制策略;设计了液压绞车补偿系统的串级控制结构;建立了补偿系统的仿真模型并研制了一套补偿绞车原理样机。仿真与实验结果表明,液压绞车补偿系统的解耦控制效果良好,相对于电动绞车补偿系统的节能效果明显。     

降低岩心电阻率测量误差的方法

设计了能调节岩心与电极之间夹持力的岩心电阻测量夹具。使用该夹具可直接读出不同夹持力下岩心的电阻，并能有效减少电阻测量时因夹持力随机性造成的误差，提高室内岩心电阻率的测量精度。实验数据表明，因夹持力变化引起的电阻测量误差达20％－30％，采用该方法能将这种误差降至10％。