【摘 要】
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随着油气开采技术的进步,井下电子设备的应用日渐广泛。但在钻井过程中,由于近钻头处强振动和井下高温环境的影响,这些电子设备容易出现故障。如何提高井下电子设备的可靠性是钻井工程解决的关键问题,对此,本文采用冗余测量传感器结构,提出了钻井工具姿态容错测量方法,并通过模拟实验对方法的有效性进行了验证。主要工作内容和阶段性研究成果如下:1、分析了钻具姿态的三轴重力加速度传感器、磁通门传感器测量原理,讨论了钻
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随着油气开采技术的进步，井下电子设备的应用日渐广泛。但在钻井过程中，由于近钻头处强振动和井下高温环境的影响，这些电子设备容易出现故障。如何提高井下电子设备的可靠性是钻井工程解决的关键问题，对此，本文采用冗余测量传感器结构，提出了钻井工具姿态容错测量方法，并通过模拟实验对方法的有效性进行了验证。主要工作内容和阶段性研究成果如下：
1、分析了钻具姿态的三轴重力加速度传感器、磁通门传感器测量原理，讨论了钻井工具近垂直状态下的姿态参数“测不准”和“不可测”问题，针对钻井工具旋转和钻具振动所导致的测量误差，分别采用转速补偿方法和滤波方法对测量信号予以处理，以提高系统的测量精度。
2、提出了由三轴重力加速度传感器、三轴磁通门传感器及速率陀螺仪等7个传感器所组成的钻井工具姿态测量冗余系统方案，分析了传感器信号与被测量参数之间的关系；提出了基于磁通门测量信号的重力加速度向量反演估计算法，并推导了基于反演估计的钻井工具姿态参数解算公式；针对测量系统中易出现的四种故障类型，分别提出了故障判定准则、建立了故障情况时的容错测量方法。
3、完成了信号处理电路、系统供电、主控芯片外围接口电路等硬件设计，设计了相应的软件程序，制成了具有多传感器冗余结构的钻井工具姿态容错测量系统原理样机。通过设置特定的故障条件，对原理样机进行了测试实验。实验结果表明，在磁通门故障、单支加速度计故障、三支加速度计故障等四种传感器故障情况下，容错测量系统仍可以完成钻井工具的姿态解算，验证了容错测量方案的正确性。
本文研究成果可为判定测量传感器故障、构建冗余测量系统、建立容错测量方法，以提高钻井工具姿态测量系统的可靠性，提供理论参考。
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