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息?ポ位息记录材朴2038年5月第19卷第5期
导向轴姿态测量方法研究
刘转,刘兆昆,杨婧翌
(西安石油大学映西西安710000)
摘要】针对某指向式旋转导向钻并地面模叔测量实验的要求,提出了一套导向轴姿态测量方案,采用三轴重力加
速度计对导向轴姿态信息进行采集,通过姿态采集系统发送到地面对其进行解算得出井角和方位角,最后设计出了
套导向轴姿态测量系统,通过地面模拟实验对其进行测试,分析结果表明:该姿态测量装置测量精度在允许的精度范圖
之内,满足地面模拟实验的测璗精度要求。
【关健词】指向式;姿态测量;无线通信
【中图分类号】TE921
【文献标识码】A
【文章编号】1009-5624(2018)05-0056-03
1引
差距,距离开发自己的旋转导向钻井工具仍有很长的一段
近年来,随着入们对石油的开采,石油资源越来越匮路要走?,在指向式旋转导向钻井技术研究中,对导向轴
乏,开采难度也逐渐加大,对非常规油田的开采逐渐成为姿态参数的精确、实时测量是导向工具实现导向钻进的前
人们关注的焦点,进而对井下钻井工具的要求也越来越提条件,所以拟采用高精度、高可靠性、体积小、适应井
大。根据近几年的发展趋势,指向式旋转导向钻井工具由下复杂环境的三轴重力加速度计CS-3LAS对井下参数进行
于其井眼轨迹平滑,狗腿度小等优点,已成为未来发展的测量。
趋势,国外已经形成了其具有商业化的指向式旋转导向钻2指向式旋转导向系统量原理
井工具,而我国在旋转导向钻井技术领域起步晚,在旋转
采用三轴加速度计对导向轴姿态进行测量,其测量
导向钻井方面虽然有所突破,但与困外相比仍具有很大的原理如图1所示。
oo000000000
这个方法是将用户编写完成的程序放置在一个指令快作用是将真实的确定量变成一个模糊矢量。
内,机床在执行时候,是通过线性或者顺序的方式;
知识库,数据库和规则库构成了知识库,数据库是模
(2)分部编程
糊控制系统存放变量和模糊子集的知识库,规则库包含模
这个是将程序分离开,将任务分解成子任务,每个子糊语言变量标识一系列控制规则。
任务由一个FC完成,这样在执行时候,不会数据交换,
推理与解模糊接口,这个是对之前控制系统中模糊量
也没有重复代码。
和变量进行求解的模块,并最终获得模糊控制量的部分。
(3)结构化程序
模PⅠD控制是根据专家和操作人的经验,在根据模
是指对控制中控制过程和控制要求相近或类似的功能糊控制系统、数据模型,对机床系统控制的方法,通过对
进行分类
系统过程模式的识别,利用模糊控制规则对PID参数进行
3?架位量P?D控制
修改,达到PID参数模糊自整定的目的
立车加工范围广,加工材料的性能也不同,有的材料4结
煚粗糙度要好,有的材料硬度高,所以对机床刀具的要
立式车床实现数控可以大大提高加工精度和加工效
求也高,进给量也随之而改变,如何实现刀架的位置精度率,应用数控技术,从总线到网络控制设计,在到最后的
和控制的准确性,是非常重要的。
PLC软件,实现车床自动化是密不可分的,对于参数变化
模糊控制系统通过模糊集合论、语言变量以及推理,范围较大时候,利用模糊PID控制就可以增加使用性能,
再通过计算机智能控制,可以准确把控车床的刀架位置,立车的最终方向是向着高速、实时、可靠的集成性自动化
图3为组成框架。
方向,PC软件编程是实现控制的最好办法。
参考文】
数
」
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知说
入
出
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信息记录材料2018年5月第19卷第5期(信息?技术)
￥
导向轴姿态测量流程图如图3所示,三轴重力加速度
O
计输出信号经过信号调理电路之后送到MCU,然后经过AD
采样,MCU对采样信号进行解算经由无线发送到无线接收
x
部分,接收部分将解算得到的井斜角和工具面角通过LED
模块进行显示
4测试
将三轴重力加速度计和导向轴测量系统安装到HX68
图1测量原理图
回转式测斜仪校验台,利用加速度计CS-3LAS传感器以及
导向轴姿态采集系统对加速度计输出信号进行测量,并通
钻井工具导向轴用2、2表示,在其没有倾斜时的。过姿态结算公式得出井斜角和方位角。在导向轴姿态测量
坐标系用OXYZ来表示,发生倾斜时用0X1Y1乙来代表,系统静态测试中给定井斜角,不断改变方位角,通过CS
面是水平画;在当前坐标系0XY￥2下,三轴加速度计3LAS加速度计测量得到的信号经过解算公式解算得到的
在三个轴的分量信号分别用Vx,Vy,V2来表示;重力方数据如表1至表2所示,其中θ为给定井斜角、9为给
向与导向轴轴心线的夹角即井斜角,用0表示;重力定方位角、01为解算得到的井斜角、为解算得到的方位
高边用OM表示?即边M2(沿重力方向)在QXとx平夢角。
上的投影;重力高边与Y1正方向的夹角即方位角,用
为了验证导向轴姿态采集系统的可行性,做了两组实
表示,各物理量之间的关系由式(2-1)、(2-2)和(2-3)
所示。
验
(2-1)
第一组:给定井斜角84°时,每隔30。改变方位角
Vr=Vs sin 0 ising
V、=Vsi
no
(2-2)的测量数据如表1。
V2=Vcos日
其中V为Vx、V、V2的矢量和。由式(2-1)、(2-2)
表184°井斜角下测量数据(单位:°)
和(2-3)可得出井斜角和方位角的解算公式为式(2-4)
90
20150
和(2-5)。
a1.0331,.2459.9289.8419.10150.17180.97
0183.7083.4283.1283,3983.8283.8184.37
+
(2-4)
213.43243.81273.53302.30322360
210
300
0,= arcsin
arccos-
2.99
84.0583.8984.2284.1984.2484.26
4= arctan-
其中井斜角最大误差为0.88°,方位角最大误差为
3系统薑体方案的设计
3.8
该导向轴姿态测量系统主要由三轴重力加速度计,信
号调理模块、MCU模块和无线发送接收模块组成【2】,其的测量数据如表
第二组:给定井斜角90°时,每隔30°改变方位角
结构如图2所示。
1发
表290°井斜角下测量数据(单位:。)
轴加度计サ AD MCU姿态解算?无线发送結
ーーーーー
30609012015010
?LEBD! Mcuidrat?无线接收
收
6189.8389.83