基于MEMS的井眼轨迹随钻测量算法研究

论文摘要

MEMS惯性传感器因其功耗小、成本低、体积小等性能特点,非常适用于井下狭小空间的随钻测量,但是目前MEMS传感器测量精度不能满足随钻测量工程应用要求,因此,本文为提高MEMS惯性传感器的测量精度,对其进行深入研究。本文借助美国MEMSENSE公司的NANO-IMU,对其MEMS三轴陀螺仪、MEMS三轴加速度计和MEMS三轴磁强计分别进行了系统误差的标定和补偿,并通过小波滤波对随机误差进行了抑制。最后研究了井眼轨迹随钻测量方法并进行了试验验证。具体研究工作包括以下几个方面:（1）深入调研了国内外井眼轨迹随钻测量以及MEMS惯性传感器的发展现状,总结和研究了井眼轨迹随钻测量的基本原理和测量方法,确定了本论文的研究方向。（2）结合随钻测量的工程环境及设备特点,应用Matlab软件,对设备NANO-IMU中的MEMS三轴陀螺仪、MEMS三轴加速度计和MEMS三轴磁强计进行了误差建模和标定研究。通过静止状态测量标定了MEMS三轴陀螺仪的零偏漂移误差;采用椭球拟合法标定了MEMS三轴加速度计和MEMS三轴磁强计的安装误差、刻度因子误差和零偏漂移误差。对三类惯性传感器分别进行了标定试验,验证了各自标定的有效性。（3）针对井眼轨迹随钻测量过程中的随机误差,选用小波滤波的方法进行抑制。设计了阈值、小波函数及分解层数选取的试验方法,编辑了相应的Matlab程序;依据NANO-IMU设备属性,进行了上述参数的选取,通过试验验证了小波滤波对于测量数据随机误差抑制的有效性。（4）研究了基于磁强计和加速度计、基于陀螺仪和加速度计的两种井眼轨迹随钻测量方法以及坐标计算方法。通过试验验证了基于磁强计和加速度计测量方法的正确性;对比误差处理前后的姿态角解算结果,进一步说明倾角、工具面角和方位角计算的精度均得到较大提高。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 于浩

导师: 胡远彪

关键词: 惯性传感器,随钻测量,姿态角,椭球拟合法,小波滤波

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,矿业工程

单位: 中国地质大学(北京)

分类号: P634

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.000382

总页数: 85

文件大小: 4152K

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