Investigación sobre la fusión segmentada del sistema de localización del norte del pozo con giroscopio MEMS

Puntos clave

El nuevo giroscopio MEMS es un tipo de giroscopio inercial de estructura simple, que ofrece las ventajas de bajo costo, tamaño compacto y resistencia a vibraciones de alto impacto. El giroscopio inercial buscador de norte puede completar la búsqueda de norte independiente en cualquier condición climática sin restricciones externas, logrando un trabajo rápido, de alta eficiencia, alta precisión y continuo. Basándose en las ventajas del giroscopio MEMS, este es ideal para sistemas de búsqueda de norte en pozos. Este artículo describe la investigación de fusión segmentada del sistema de búsqueda de norte de pozos con giroscopio MEMS. A continuación, se presentará la búsqueda de norte mejorada de dos posiciones, el esquema de búsqueda de norte de pozos por fusión con giroscopio MEMS y la determinación del valor de búsqueda de norte.

Detección mejorada del norte en dos posiciones

El esquema estático de búsqueda del norte con dos posiciones generalmente selecciona 0° y 180° como posiciones inicial y final. Tras repetidos experimentos, se registra la velocidad angular de salida del giroscopio y el ángulo final de búsqueda del norte se obtiene combinando la latitud local. El experimento adoptó el método de dos posiciones cada 10°, recopiló 360° de la plataforma giratoria y obtuvo un total de 36 conjuntos de datos. Tras promediar cada conjunto de datos, los valores de la solución medidos se muestran en la Figura 1.

Figura 1 Curva de ajuste de la salida del giroscopio de 0 a 360°

Como se puede ver en la Figura 1, la curva de ajuste de salida es una curva coseno, pero los datos experimentales y los ángulos aún son pequeños, y los resultados experimentales carecen de precisión. Se realizaron experimentos repetidos, y el ángulo de adquisición se amplió a 0~660°, y el método de dos posiciones se aplicó cada 10° desde 0°, y los resultados de los datos se muestran en la Figura 2. La tendencia de la imagen es una curva coseno, y existen diferencias obvias en la distribución de los datos. En la cresta y el valle de la curva coseno, la distribución de los puntos de datos es dispersa y el grado de ajuste a la curva es bajo, mientras que en el punto con la pendiente más alta de la curva, el ajuste de los puntos de datos a la curva es más evidente.

Figura 2 Curva de ajuste de la salida del giroscopio en dos posiciones 0~660°

En combinación con la relación entre el acimut y la amplitud de salida del giroscopio en la Figura 3, se puede concluir que el ajuste de los datos es mejor cuando se adopta la búsqueda del norte en dos posiciones, a 90° y 270°, lo que indica que es más fácil y preciso detectar el ángulo norte en dirección este-oeste. Por lo tanto, en este artículo se utilizan 90° y 270°, en lugar de 0° y 180°, como posiciones de adquisición de la salida del giroscopio para la búsqueda del norte en dos posiciones.

Figura 3 Relación entre el azimut y la amplitud de salida del giroscopio

Fusión de pozos con giroscopio MEMS para búsqueda del norte

El uso de un giroscopio MEMS en un sistema de búsqueda del norte de un pozo se enfrenta a un entorno complejo, con un ángulo de orientación variable durante la perforación, lo que complica considerablemente la solución del ángulo norte. En esta sección, basándose en la mejora del esquema de búsqueda del norte de dos posiciones de la sección anterior, se propone un método para obtener el ángulo de orientación controlando la rotación según la información de salida, obteniendo así el ángulo con el norte incluido. El diagrama de flujo específico se muestra en la Figura 4.

El giroscopio MEMS se transmite a la computadora superior a través de la interfaz de datos RS232. Como se muestra en la Figura 4, tras obtener el ángulo norte inicial mediante la búsqueda del norte en las dos posiciones, se realiza el siguiente paso de perforación. Tras recibir la instrucción de búsqueda del norte, la perforación se detiene. La información del ángulo de orientación del giroscopio MEMS se recopila y se transmite a la computadora superior. La rotación del sistema de búsqueda del norte del pozo se controla mediante la información del ángulo de orientación, y los ángulos de balanceo y cabeceo se ajustan a 0. El ángulo de rumbo en este momento es el ángulo entre el eje sensible y la dirección norte magnética.

En este esquema, el ángulo entre el giroscopio MEMS y la dirección norte verdadero se puede obtener en tiempo real mediante la recopilación de información del ángulo de actitud.

Figura 4 Diagrama de flujo de búsqueda de fusión norte

Se determina el valor que busca el norte

En el esquema de búsqueda del norte por fusión, se realizó la búsqueda del norte mejorada de dos posiciones en el giroscopio MEMS. Tras completar la búsqueda del norte, se obtuvo la posición norte inicial, se registró el ángulo de rumbo θ y el estado de actitud inicial fue (0,0,θ), como se muestra en la Figura 5(a). Durante la perforación, el ángulo de actitud del giroscopio cambia, y los ángulos de balanceo y cabeceo se regulan mediante la mesa giratoria, como se muestra en la Figura 5(b).

Como se muestra en la Figura 5(b), al perforar la broca, el sistema recibe la información del ángulo de orientación del instrumento de orientación y necesita determinar los valores del ángulo de alabeo γ' y del ángulo de cabeceo β', y rotarlos mediante el sistema de control de rotación para que giren a cero. En este momento, el dato del ángulo de rumbo de salida es el ángulo entre el eje sensible y la dirección norte magnético. El ángulo entre el eje sensible y la dirección norte verdadero debe obtenerse según la relación entre el norte magnético y la dirección norte verdadero, y el ángulo norte verdadero debe obtenerse combinando el ángulo de declinación magnética local. La solución es la siguiente:

θ'=Φ-∆φ

En la fórmula anterior, θ es el ángulo de dirección de la broca y el norte verdadero, ∆φ es el ángulo de declinación magnética local, Φ es el ángulo de la broca y el norte magnético.

Figura 5 Cambio de actitud inicial y de perforación Ángulo

Se determina el valor que busca el norte

En este capítulo, se estudia el esquema de búsqueda del norte del sistema subterráneo de giroscopio MEMS. Basándose en el esquema de búsqueda del norte de dos posiciones, se propone un esquema mejorado de búsqueda del norte de dos posiciones con posiciones iniciales de 90° y 270°. Gracias al continuo progreso de los giroscopios MEMS, los giroscopios de búsqueda del norte MEMS, como el MG2-101, pueden lograr una búsqueda del norte independiente. Su rango de medición dinámico es de 100°/s, funciona en un entorno de -40 °C a +85 °C, presenta una inestabilidad de polarización de 0,1°/h y una desviación aleatoria de la velocidad angular de 0,005°/√h.

Espero que pueda comprender el esquema de búsqueda del norte del giroscopio MEMS a través de este artículo y espero poder discutir temas profesionales con usted.