Исследование сегментированного слияния данных, полученных с помощью MEMS-гироскопа, для определения северного направления в скважине.

Основные положения

Новый MEMS-гироскоп представляет собой инерциальный гироскоп простой конструкции, обладающий преимуществами низкой стоимости, малых размеров и устойчивости к сильным ударным вибрациям. Инерциальный гироскоп для определения направления на север может осуществлять независимое определение направления на север в любых погодных условиях без внешних ограничений, обеспечивая быструю, высокоэффективную, высокоточную и непрерывную работу. Благодаря преимуществам MEMS-гироскопа, он идеально подходит для систем определения направления на север в скважине. В данной статье описывается исследование сегментированного слияния данных в системе определения направления на север в скважине с использованием MEMS-гироскопа. Далее будет представлен улучшенный двухпозиционный метод определения направления на север, схема слияния данных о направлении на север в скважине с использованием MEMS-гироскопа и определение значения направления на север.

Улучшенное определение местоположения по двум позициям на север.

В статической двухпозиционной схеме поиска севера обычно выбираются начальное и конечное положения 0° и 180°. После многократных экспериментов регистрируется угловая скорость вращения гироскопа, а окончательный угол поиска севера определяется путем объединения данных с местной широтой. В эксперименте использовался двухпозиционный метод с шагом 10°, регистрировались данные с поворотного стола на 360°, всего было собрано 36 наборов данных. После усреднения каждого набора данных измеренные значения показаны на рисунке 1 ниже.

Рисунок 1. Аппроксимирующая кривая выходного сигнала гироскопа в диапазоне от 0 до 360°.

Как видно из рисунка 1, полученная кривая представляет собой косинусоидальную кривую, однако экспериментальные данные и углы все еще малы, а экспериментальные результаты недостаточно точны. Были проведены повторные эксперименты, угол съемки был расширен до 0–660°, а двухпозиционный метод применялся с шагом 10° от 0°, результаты показаны на рисунке 2. Тенденция изображения соответствует косинусоидальной кривой, и наблюдаются явные различия в распределении данных. На вершинах и впадинах косинусоидальной кривой распределение точек данных разбросано, и степень соответствия кривой низкая, в то время как в местах с наибольшим наклоном кривой соответствие точек данных кривой более очевидно.

Рисунок 2. Аппроксимирующая кривая выходного сигнала гироскопа в двух положениях 0–660°.

В сочетании с соотношением азимута и амплитуды выходного сигнала гирофотометра, представленным на рисунке 3, можно заключить, что соответствие данных лучше при использовании двухпозиционного определения направления на север под углами 90° и 270°, что указывает на более простое и точное определение угла севера в восточно-западном направлении. Поэтому в данной работе в качестве двухпозиционных точек определения направления на север для гирофотометра используются 90° и 270° вместо 0° и 180°.

Рисунок 3. Зависимость амплитуды выходного сигнала гиромотора от азимута.

MEMS-гироскоп, скважинное термоядерное синтезирование, определение севера

При использовании MEMS-гироскопа в системе определения направления севера в скважине возникают сложные условия, а также переменные углы ориентации в зависимости от бурового долота, что значительно усложняет определение угла направления севера. В этом разделе, основываясь на усовершенствовании двухпозиционной схемы определения направления севера, описанной в предыдущем разделе, предлагается метод получения угла ориентации путем управления вращением в соответствии с выходными данными, а также определения угла между горизонтом и горизонтом. Подробная блок-схема представлена ​​на рисунке 4.

Данные с MEMS-гироскопа передаются на верхний компьютер через интерфейс RS232. Как показано на рисунке 4, после определения начального угла направления на север путем поиска севера в двух точках, выполняется следующий этап бурения. После получения команды поиска севера бурение останавливается. Выходной сигнал угла ориентации, полученный от MEMS-гироскопа, собирается и передается на верхний компьютер. Вращение системы поиска севера в скважине контролируется информацией об угле ориентации, а углы крена и тангажа устанавливаются на 0. Угол курса в этот момент — это угол между чувствительной осью и направлением магнитного севера.

В данной схеме угол между MEMS-гироскопом и истинным направлением на север может быть получен в реальном времени путем сбора информации об угле ориентации.

Рисунок 4. Блок-схема процесса поиска Fusion North.

Север, стремящийся к получению ценности, определяется

В схеме определения севера с использованием метода слияния данных улучшенное двухпозиционное определение севера выполнялось с помощью MEMS-гироскопа. После завершения определения севера определялось начальное положение по оси севера, регистрировался угол курса θ, а начальное состояние ориентации составляло (0,0,θ), как показано на рисунке 5(а). Во время бурения угол ориентации гироскопа изменяется, а угол крена и угол тангажа регулируются поворотным столом, как показано на рисунке 5(б).

Как показано на рисунке 5(b), при бурении долота система получает информацию об угле ориентации от прибора определения ориентации и должна определить значения угла крена γ и угла тангажа β, а затем повернуть их с помощью системы управления вращением до нуля. В это время выходные данные об угле курса представляют собой угол между чувствительной осью и направлением магнитного севера. Угол между чувствительной осью и истинным севером должен быть получен в соответствии с соотношением между магнитным севером и истинным севером, а угол истинного севера должен быть получен путем объединения с углом локального магнитного склонения. Решение выглядит следующим образом:

θ'=Φ-∆φ

В приведенной выше формуле θ — угол направления бурового долота и истинного севера, ∆φ — угол местного магнитного склонения, Φ — угол направления бурового долота и магнитного севера.

Рисунок 5. Изменение начального и бурового угла.

Север, стремящийся к получению ценности, определяется

В этой главе рассматривается схема определения севера с помощью подземной системы определения севера на основе MEMS-гироскопа. На основе двухпозиционной схемы определения севера предлагается улучшенная двухпозиционная схема с начальными положениями 90° и 270°. Благодаря непрерывному совершенствованию MEMS-гироскопа, он может обеспечивать независимое определение севера, например, MG2-101, его динамический диапазон измерений составляет 100°/с, он может работать в диапазоне температур от -40°C до +85°C, его нестабильность смещения составляет 0,1°/ч, а случайное блуждание угловой скорости составляет 0,005°/√ч.

Надеюсь, эта статья поможет вам понять схему определения направления на север в MEMS-гироскопе, и я с нетерпением жду возможности обсудить с вами профессиональные вопросы.