摘要
随着石油、天然气等资源的开采，钻井的深度逐渐增加。为了提高钻探效率和钻井的安全性，需要精准的控制钻头在预先设定的轨迹下进行钻进。在钻进的过程中需要实时精准的获得钻具的姿态角才能准确的拟合出钻进的轨迹，因此，提高随钻测量技术中的姿态精度十分重要。 惯性随钻测量技术采用加速度计、磁强计和陀螺仪分别测量钻具所在位置的重力加速度、磁场强度以及角速度，通过捷联惯导姿态解算原理解算出钻具的姿态角。然而，钻具在地下工作的环境十分恶劣，比如高温、强振动、磁干扰等都会使惯性器件的输出精度降低，使误差累积到钻具姿态解算中去，从而使解算的姿态角精度降低，影响开采效率。因此，如何提高钻具姿态解算精度是本文的研究重点，研究内容如下： （1）根据捷联惯导原理介绍了钻具姿态解算方法，分析每种方法的优缺点；根据实验室自制的惯性随钻姿态测量单元，建立惯性器件的输出误差模型，并由此推导出随钻测量系统的导航误差模型。 （2）由建立的惯性器件误差模型和钻具导航误差模型，结合钻井环境重新考虑了加速度计二次项误差项，并以加速度计坐标轴为参考，对安装误差进行了约束，重新建立误差模型，设计了一种自适应卡尔曼滤波的在线标定补偿方法，通过实验证明补偿后的姿态角误差明显变小，精度提高。 （3）针对钻具动态时的特性，分析了加速度计在旋转以及振动时的受力情况，设计了钻速补偿和时间序列卡尔曼滤波方法滤除噪声干扰，最后设计了基于钻具姿态的抗差自适应滤波方法。 （4）结合多传感器信息融合的思想，充分利用惯性器件测量信息，采用加速度计、磁强计和陀螺仪组合的姿态信息融合方法，设计了基于PI控制的无迹卡尔曼滤波姿态信息融合的方法。
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