● 摘要
随钻测量是定向钻井的核心技术，是实现定向钻井、降低开发成本的一种有效技术手段。而基于惯性敏感器件的随钻测量装置具有自主性强、不受磁影响的特点，是目前国际上随钻惯性测量技术的发展趋势。光纤陀螺具有体积小、重量轻、精度高、抗振性能好等优点，在随钻测量装置中有良好的应用前景。因此基于光纤陀螺的惯性测量装置研制具有重要意义，然而该装置在国内外仍处于预研阶段，并未形成产品。本文根据我国技术现状和应用需求，采用两个光纤陀螺仪与三个加速度计组成一体化惯性测量单元，在此基础上研制基于惯性敏感器件的井眼轨迹高精度随钻惯性测量装置原理样机，并进行了相关实验研究。论文主要工作如下：首先本文针对随钻惯性测量装置抗振动性的特点，从小体积、低功耗及高可靠性等方面综合考虑确定了采用两个陀螺仪加三个加速度计的惯性测量方案，并进行了机械架构、随钻惯性测斜算法和电路系统的总体方案设计。其次，针对惯性器件误差导致惯导解算出的导航参数误差随时间积累的缺陷，本文采用了轴向旋转调制的技术，消除了敏感轴指向径向的惯性器件的常值误差，并进一步采用了基于钻杆长度信息的组合测斜方法实现钻头位置姿态的高精度测量，并进行了仿真研究。然后进行了油气井井眼轨迹惯性测量装置软硬件设计，并完成了原理样机。主要工作包括整个测斜仪的机械结构设计与实现、以数字信号处理器为核心的测斜仪硬件电路板的制板与调试以及整个惯性测量装置的联调，测斜仪的各程序模块以及上位机界面的编写。最后利用24位置标定方法进行了光纤陀螺、加速度计误差标定，对标定结果进行了自检，然后进行了测斜仪原理样机的静态性能测试，测试结果表明该装置达到了较高的位置及姿态解算精度。