光纤陀螺测斜仪数据采集及传输单元设计与实现

针对基于惯性测量原理的光纤陀螺测斜仪对传感器检测数据的实时、可靠性等技术要求,设计了基于FP-GA+DSP的高速、多通道、可编程数据采集单元,实现了多传感器数据实时采集。并依据系统通讯特点,通过数模结合方法实现了以双极性归零码为编码方式的通讯传输单元。给出了采集及传输单元的软硬件设计方案。现场下井实验数据表明,该数据采集及通讯单元工作稳定、实时性好,误码率小于10-5,达到了测斜仪可靠工作的要求。

光纤陀螺测斜仪遥测系统研究与设计

针对光纤陀螺测斜仪对数据传输系统的需求,设计并实现了具有双向数据传输功能的光纤陀螺油井测斜仪电缆遥测系统。从遥测系统电缆传输特性分析、通信协议、基带调制和信道编码等方面展开研究。曼彻斯特码和CRC检验保证了传输数据的准确性,完全数字化(FPGA+DSP)和开放式通信协议设计使得系统方便升级和完善,并且相对成本低,体积小。样机的实验室和现场实验结果表明:其数字和模拟电路工作正常,实现了测斜仪对传输系统的通信速率和误码率的设计要求。

附加运动约束的光纤陀螺测斜仪动态测量

为实现光纤陀螺测斜仪精确高效测量,提出一种电缆速度和运动约束联合辅助的动态测量方法。根据运动约束条件构造垂直于井眼轴线方向的虚拟速度,当电缆速度有效时,两者共同构成三维速度辅助信息,当电缆速度失效时,仅利用虚拟速度作为外部辅助。设计间接组合卡尔曼滤波器估计和校正惯性导航误差,实现井斜角和方位角的动态测量。现场实验结果表明:电缆速度有效时,井斜角误差优于0.1°,方位角误差优于1°;而电缆速度失效5 min情况下,增加运动约束辅助后,方位角和井斜角相对误差分别控制在0.5°和0.02°以内,验证了所提方法的可行性和有效性,为光纤陀螺测斜仪的工程应用奠定基础。

电缆长度辅助的光纤陀螺测斜仪组合测量方法

为实现光纤陀螺(FOG)测斜仪高精度长时间测量,结合测井作业方式,提出基于卡尔曼滤波技术的电缆长度信息辅助的组合测量方法.介绍了捷联惯性测量系统(ISS)误差模型和电缆长度测量模型,设计了组合测量方法的总体方案,建立了组合测量系统误差状态模型及量测更新模型.采用半实物仿真计算对本文提出的组合测量方法进行了验证.仿真结果表明:14 400 s的仿真过程,井斜角误差小于0.02°,工具面角误差小于0.12°,方位角误差小于0.98°,位置误差小于47.5 m.相比纯惯性测量,误差得到了有效的抑制,保证了仪器长时间保精度的测量,提高了仪器的性能.

无线光纤陀螺测斜仪和计米器在钻孔测斜中的应用

传统的测斜仪多为不防磁的罗盘测斜仪,在钻孔测斜时需要拔出钻杆进行裸孔测量,该种测斜方式有不防磁、精度差、测量劳动强度大、易出孔内事故等缺点。本文将介绍一种新的测斜仪器和测量装置,采用无线光纤陀螺测斜仪和计米器的组合,利用钻机自带的打捞钢绳及提升系统,在不拔钻杆的情况下,实现了对某铁多金属矿钻孔轨迹的一次性准确测量。

光纤陀螺测斜仪滤波方法与Allan方差分析

为改善光纤陀螺测斜仪在复杂的工程应用环境中系统精度变差的问题,针对其核心部件光纤陀螺进行了信号噪声的滤波方法研究。在分析陀螺输出信号特点的基础上,对加权滑动平均滤波、Butterworth低通滤波和小波变换3种噪声滤波方法进行了比较。实验过程中通过对处理结果对比分析,以及运用Allan方差理论对预处理后陀螺信号定量分析。实验结果表明应用小波变换算法可有效地抑制陀螺零漂,明显减小信号的精度损失,从而进一步提高实际使用时陀螺测斜仪的系统精度,具有很好的工程实践性。

用于光纤陀螺油井测斜仪的光源温控系统设计

提出了一种基于DSP的数字化光源温控方案,以适应光纤陀螺油井测斜仪的井下高温工作。方案采用32位TMS320F2812芯片作为控制核心,以脉宽调制(PWM)方式驱动全桥电路。通过分析半导体制冷器TEC的温度动态特性,建立了与之对应的数学模型,设计了PID数字补偿控制算法,实现了数字化的光源温度控制系统。实验结果表明:该温控系统在90℃外界环境温度下,控温精度可以达到±0.03℃,解决了光纤陀螺油井测斜仪的井下高温适应性难题。

光纤陀螺随钻测斜仪钻进中井眼轨迹测量方法研究

为提高光纤陀螺随钻测斜仪的井眼轨迹的测量精度,采用卡尔曼滤波组合的测量方法,对井斜、方位和工具面失准角进行估计。由于姿态失准角的估计精度与其可观测性密切相关,为了提高估计精度,文章分别在匀速、匀加速和匀速转动三种钻进运动状态下,采用分段线性定常系统(PWCS)和奇异值分解(SVD)的方法分析了姿态失准角的可观测性,并分析了钻进中井斜角和转动速率对姿态失准角估计精度的影响。由仿真结果可知,匀速钻进时,方位失准角不可观测;匀加速钻进时,方位失准角可观测且在水平井中可观测性最强,随着井斜角度增大,方位角、井斜角的测量精度逐渐提高;绕轴向匀速转动钻进时,方位失准角的可观测性和估计精度均优于匀速、匀加速钻进状态;角速率由0°/s增加到5°/s时,三个姿态失准角的估计精度均增大并逐渐趋于稳定。文中提出的轴向转动钻进运动可有效提高井眼轨迹的测量精度。

电磁式结合光纤陀螺式测斜仪在厄瓜多尔索普拉多拉水电站竖井中的应用与研究

为确保反井钻机导孔的施工精度,采用电磁式测斜仪、光纤陀螺式测斜仪进行测斜,并根据测斜结果判断导孔空间的状态,当导孔出现较大偏斜时,及时采取了相应的措施进行纠偏,取得了很好的效果。

近水平冻结孔光纤陀螺测斜技术应用研究

为解决近水平冻结孔难以测斜的难题,从水平光纤陀螺测斜仪的原理入手,对顶角及方位角的测量原理进行分析,对比分析冻结垂直孔与水平孔中方位角测量误差对测斜精度的影响,通过现场实测提出预先下放塑料管及铰接连接的陀螺下放方式。通过研究得出:水平光纤陀螺测斜仪采用重力加速度计测量顶角的方法可靠,与灯光测斜法相比,钻孔轨迹垂直方向最大测量误差在30 mm以内;采用预先下塑料套管法进行测斜的方式可以有效克服冻结管内接箍对水平光纤陀螺测斜仪造成的姿态不稳定性,与灯光测斜法相比,水平方向测量误差可以控制在200 mm以内,形成了一套水平冻结孔光纤陀螺测斜系统及现场实施方法,解决了水平冻结孔测斜的一大难题,为市政、隧道水平冻结施工提供了可靠的保障。

基于光纤陀螺仪的油井测绘系统

陀螺测斜仪是井身轨迹测量仪器,它利用惯性传感器感应地球重力和自转的三维分量,利用捷联惯导算法解算出载体姿态角变化,达到连续描绘井位曲线的目的。研制了一种用于油井轨迹测绘的光纤陀螺连续测斜仪。它采用双轴光纤陀螺仪和3个加速度计组成惯性测量单元,在测角机构和驱动机构的配合下,能完成实时的姿态角解算。解决了静态单点测量效率低的问题,实现高速连续测量,可以保证光纤陀螺在175℃温度环境下,至少连续工作6h以上。实现了交流环境下的单芯电缆载波双向数据传输,同时也达到节省成本和减小仪器外径的工业使用目的。

阜康抽水蓄能电站2号引水下斜井贯通

日前,由水电三局基础建筑分局承建的新疆阜康抽水蓄能电站2号引水下斜井,通过项目部全体员工的艰苦奋战完成反井钻导孔贯通,为后续施工创造了有利条件。新疆阜康抽水蓄能电站引水系统共设计4条引水斜井,斜井倾角为60度,钻孔长度约为290米。因钻孔深度较大,钻孔精度成为钻孔成败的关键因素。为有效控制钻孔偏斜,项目部首次将测斜纠偏技术应用到该井导孔施工中。在导孔施工过程中,遇到了岩石破碎(漏水、卡钻、不反渣)等特殊情况,反井钻创新工作室室长王钦军亲临现场指导工作,通过井下光纤陀螺测斜仪等精密仪器对导孔轨迹进行实时监控,根据数据分析,发现导孔轨迹偏离设计轨迹,适时纠偏,最终导孔按照预算轨迹顺利通过此地层。