● 摘要
本文针对油井轨迹随钻精确测量的要求，在课题组已有动力调谐陀螺静态单点测斜仪研究的基础上，进行了基于光纤陀螺的随钻测量方案及其导航算法研究，研究工作主要分为如下几个方面：分别研究了单轴、双轴和三轴光纤陀螺与三个加速度计组合的测量方案及相应算法，并对其进行了仿真分析与综合对比。单轴方案体积小、结构简单，只适用于井斜角小于20°的情况；双轴方案也只能满足井斜角小于70°情况的测量要求；三轴方案体积大、但误差小、精度高，能够实现全姿态测量。基于三轴测量方案，分析了惯性器件(陀螺、加速度计)安装误差、算法误差、温度和振动等多种因素对系统测量精度的影响，并给出了光纤陀螺和加速度计的静动态误差模型。针对三轴全姿态测量方案系统误差源复杂的特点，为了补偿误差以提高测量精度，首先分析了卡尔曼滤波方法的原理及应用，建立了三轴方案算法的误差表达式；然后分别采用了双线性插值、径向基RBF(Radial Basis Function)神经网络、支持向量机SVM(Support Vector Machine)等方法对测斜仪系统的误差进行了建模补偿，并在实验室通过转台进行了验证，满足方位角误差1，井斜角误差0.1，误差补偿效果较为理想。针对无线随钻测量MWD(Measurement While Drilling)系统地面采集的井下信号，在传送过程中受到严重污染的特点，提出了一种基于“平顶消除”的非线性滤波方法，用于提取被噪声和干扰污染了的测量信号，并与常规线性滤波方法的滤波结果进行了比较，结果表明该方法能有效去除各种噪声、高质量地复原信号，现场的解码过程也表明该方法能够有效降低解码误码率到10-3以下。