[01183293]高精度光纤惯性组合测斜技术

本项目来源于民用863高技术研究发展计划“高精度光纤惯性组合测斜技术研究”（2007AA06Z101），围绕高精度井眼轨迹测量及其关键技术系统深入开展的研究，解决当前困扰业内定向井、水平井、套管井及有磁性物质干扰裸眼井的井眼轨迹高精度连续测量这一难题。　　本项目研制的高精度光纤陀螺测斜仪应用于石油测井领域，特别是水平井、定向井和套管井的井眼轨迹测量，同时也可为方位声波等测井仪器提供方位信息。其基本原理是采用三轴光纤陀螺和三轴加速度计组成惯性测量单元（IMU）进行角速度和视加速度测量，采用惯性导航原理及本课题研究的技术成果实现系统解算并得到井眼轨迹工程参数。　　本项目以高精度井眼轨迹测量为需求背景，开展高精度光纤惯性组合测斜的关键技术研究，主要研究内容有：　　1)光纤捷联惯性/缆长/零速/磁信息组合测量方案研究　　采用基于萨格纳克（Sagnac）效应的干涉型光纤陀螺作为核心敏感元器件，根据不同轴系光纤陀螺配置对井眼轨迹姿态测量的可观测性，开展基于三轴光纤陀螺配置、多种外部信息综合辅助测试的具有井眼轨迹高精度、全姿态、连续测量功能的高精度光纤惯性组合测量方案研究。　　2)高精度光纤惯测组合误差模型研究　　提出基于小波变换预处理和时间序列分析相结合的光纤陀螺随机误差建模方法和基于Unscented卡尔曼滤波器直接法组合滤波的动态测量方法，构建基于四元数的Unscented KF的组合滤波状态，解决了连续、全姿态测量的动态精度问题。　　3)光纤陀螺惯测组合井下环境适应性研究　　开展井下环境适应性技术研究，解决仪器同时承受强振动冲击、地磁场、高温影响，以及地表岩层重力场模型缺失和尺寸严格限制等问题。　　4)高精度光纤惯性组合测斜系统外场标定技术研究　　开展适用于现场标定的“六位置二十四点”标定方法研究，降低了使用现场对校验台的要求。　　5)高精度光纤惯性组合测斜系统测量误差修正和补偿技术研究　　开展测量误差实时修正和测后误差综合补偿技术研究，设计系统综合误差补偿平台，为高精度井眼轨迹的还原奠定基础。　　已获知识产权情况：　　针对上述研究内容，实现了基于光纤惯性组合的非完整约束缆长/磁信息/零速测量方案优化与系统总体设计，突破了工程型惯性系统与外部信息源误差模型及组合测量卡尔曼滤波器技术、井下环境适应性技术、井眼轨迹测量误差补偿和修正技术，已获得14项授权发明专利、3项软件著作权。　　达到的主要技术指标：　　1)方位角：测量范围0°～360°，测试精度优于1.0°；　　2)倾斜角：测量范围0°～180°，测试精度优于0.1°；　　3)仪器在200℃高温下，可连续工作4h以上；　　4)仪器测量体直径小于48mm；　　5)可进行连续测量，测速可达到7000m/h。　　主要应用及效益情况：　　该仪器自2009年投入使用以来，已经进行了40多口生产井的测试，测试精度满足使用要求，测试结果稳定可靠，仪器工作稳定，操作灵活方便，测井成功率接近100﹪。仪器与中石油测井公司自主研发的快速测井平台（EIlog-06）成套装备配套，已开始小规模生产，以每支仪器180万元计算，年产值可达1000万元以上，以每口井测试10万元计算，直接可产生3000万元以上的经济效益。