一种随钻陀螺仪的定位方法、系统和电子设备与流程

所属的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是一一但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

背景技术：

1、随钻测量mwd是指钻机在钻进的同时连续不断地检测有关钻孔或钻头的信息，靠跟踪与导向仪实现.因此,跟踪与导向仪是水平定向钻机施工的必备测量设备。随钻测井lwd是在mwd的基础上,增加若干用于地层评价的参数传感器，如补偿双侧向电阻率、自然伽马、方位中子密度、声波、补偿中子密度等发展起来的，陀螺定向测量是用陀螺经纬仪测定某控制网边的陀螺方位角，并经换算获得此边真方位角的测量工作，常用于定向连接测量。陀螺方位角，是从陀螺仪子午线(测站上通过假想的陀螺轴稳定位置的子午面，即陀螺仪子午面与地平面的交线)北方向顺时针量至某定向边的水平角，确定测站真子午线北方向的常用方向有：中天法，是通过对陀螺仪轴运转的观测，先确定近似北方向，在连续读记摆动的指标线(陀螺轴)反复经过分划线板零线时的时间，和到达东、西逆转点时的水平度盘读数，经计算获得近似北方向的改正数，进而确定测站真北方向；逆转点法，是用陀螺经纬仪跟踪观测摆动的指标线(陀螺轴)反复到达东、西逆转点时的水平度盘读数，经计算确定测站真北方向；

2、现有技术中，随着社会的进步和现代工业的发展，钻探领域如石油开采，地下钻井，地下管道铺设等越来越受到社会的重视。在钻探领域内受到广泛使用的是基于磁通门和三轴加表的定位定向仪来实现地下钻探的定位，但容易受到磁场的干扰，定位精度得到限制。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种随钻陀螺仪的定位方法、系统和电子设备。

2、本发明的一种随钻陀螺仪的定位方法的技术方案如下：

3、在钻柱进行钻进的过程中，利用陀螺仪，得到钻柱的上一时刻的姿态角，并得到钻柱的当前时刻的姿态角，其中，所述陀螺仪安装在钻柱上；

4、计算并根据所述钻柱的上一时刻的姿态角和钻柱的当前时刻的姿态角之间的变化率，确定所述陀螺仪的当前时刻的位置；

5、将所述陀螺仪的当前时刻的位置作为滤波观测量，并进行滤波修正，得到所述陀螺仪的当前时刻的最终定位位置。

6、本发明的一种随钻陀螺仪的定位方法的有益效果如下：

7、无需使用磁通门和三轴加表的定位定向仪，避免磁场的干扰，而且，利用陀螺仪并通过滤波修正，提高陀螺仪的定位精度。

8、在上述方案的基础上，本发明的一种随钻陀螺仪的定位方法还可以做如下改进。

9、进一步，计算所述钻柱的上一时刻的姿态角和所述钻柱的当前时刻的姿态角之间的变化率，包括：

10、利用变化率计算公式计算所述钻柱的上一时刻的姿态角和所述钻柱的当前时刻的姿态角之间的变化率，所述变化率计算公式包括：

11、

12、所述钻柱的当前时刻的姿态角之间的变化率包括：和表示α0和α之间的变化率，表示γ0和β之间的变化率，表示和γ之间的变化率，rab表示从陀螺仪的上一时刻的位置到当前时刻的位置之间的井眼轨迹的曲率半径，τ表示时刻。

13、进一步，还包括：

14、在钻柱进行钻进的过程中，通过所述陀螺仪连续采集在每个预设深度位置的三个方向上的实时姿态测量值、三个方向上的加速度测量值；

15、当根据接收到的数据判定对所述钻柱的钻进过程进行修正时，利用运动学约束的方式，对所述钻柱的钻进过程进行修正。

16、进一步，滤波修正包括：高通滤波和/或低通滤波。

17、本发明的一种随钻陀螺仪的定位系统的技术方案如下：

18、包括采集模块、确定模块和滤波修正模块；

19、所述采集模块用于：在钻柱进行钻进的过程中，利用陀螺仪，得到钻柱的上一时刻的姿态角，并得到钻柱的当前时刻的姿态角，其中，所述陀螺仪安装在钻柱上；

20、所述确定模块用于：计算并根据所述钻柱的上一时刻的姿态角和钻柱的当前时刻的姿态角之间的变化率，确定所述陀螺仪的当前时刻的位置；

21、所述滤波修正模块用于：将所述陀螺仪的当前时刻的位置作为滤波观测量，并进行滤波修正，得到所述陀螺仪的当前时刻的最终定位位置。

22、本发明的一种随钻陀螺仪的定位系统的有益效果如下：

23、无需使用磁通门和三轴加表的定位定向仪，避免磁场的干扰，而且，利用陀螺仪并通过滤波修正，提高陀螺仪的定位精度。

24、在上述方案的基础上，本发明的一种随钻陀螺仪的定位系统还可以做如下改进。

25、进一步，所述确定模块具体用于：

26、利用变化率计算公式计算所述钻柱的上一时刻的姿态角和所述钻柱的当前时刻的姿态角(α,β,γ)之间的变化率，所述变化率计算公式包括：

27、

28、所述钻柱的当前时刻的姿态角之间的变化率包括：和表示α0和α之间的变化率，表示γ0和β之间的变化率，表示和γ之间的变化率，rab表示从陀螺仪的上一时刻的位置到当前时刻的位置之间的井眼轨迹的曲率半径，τ表示时刻。

29、进一步，还包括钻进修正模块，所述钻进修正模块用于：

30、在钻柱进行钻进的过程中，通过所述陀螺仪连续采集在每个预设深度位置的三个方向上的实时姿态测量值、三个方向上的加速度测量值；

31、当根据接收到的数据判定对所述钻柱的钻进过程进行修正时，利用运动学约束的方式，对所述钻柱的钻进过程进行修正。

32、进一步，滤波修正包括：高通滤波和/或低通滤波。

33、本发明的一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执上述任一项所述的一种随钻陀螺仪的定位方法。

34、本发明的一种电子设备，包括处理器和上述的存储介质，所述处理器执行所述存储介质中的指令。

技术特征：

1.一种随钻陀螺仪的定位方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种随钻陀螺仪的定位方法，其特征在于，计算所述钻柱的上一时刻的姿态角和所述钻柱的当前时刻的姿态角之间的变化率，包括：

3.根据权利要求1或2所述的一种随钻陀螺仪的定位方法，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求1或2所述的一种随钻陀螺仪的定位方法，其特征在于，滤波修正包括：高通滤波和/或低通滤波。

5.一种随钻陀螺仪的定位系统，其特征在于，包括采集模块、确定模块和滤波修正模块；

6.根据权利要求5所述的一种随钻陀螺仪的定位系统，其特征在于，所述确定模块具体用于：

7.根据权利要求5或6所述的一种随钻陀螺仪的定位系统，其特征在于，还包括钻进修正模块，所述钻进修正模块用于：

8.根据权利要求5或6所述的一种随钻陀螺仪的定位系统，其特征在于，滤波修正包括：高通滤波和/或低通滤波。

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如权利要求1至4中任一项所述的一种随钻陀螺仪的定位方法。

10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和权利要求9所述的存储介质，所述处理器执行所述存储介质中的指令。

技术总结
本发明涉及随钻测量技术领域，尤其涉及一种随钻陀螺仪的定位方法、系统和电子设备，方法包括：在钻柱进行钻进的过程中，利用陀螺仪，得到钻柱的上一时刻的姿态角，并得到钻柱的当前时刻的姿态角，其中，陀螺仪安装在钻柱上；计算并根据钻柱的上一时刻的姿态角和钻柱的当前时刻的姿态角之间的变化率，确定陀螺仪的当前时刻的位置；将陀螺仪的当前时刻的位置作为滤波观测量，并进行滤波修正，得到陀螺仪的当前时刻的最终定位位置。无需使用磁通门和三轴加表的定位定向仪，避免磁场的干扰，而且，利用陀螺仪并通过滤波修正，提高陀螺仪的定位精度。

技术研发人员：曹川,张燕萍,吴益泉,张全立,罗勇,崔长志,李松
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5