针对导向钻井工具动态测量受钻具振动的影响而导致测量不准确的问题#xff0c;提出一种抗差自适应滤波的动态空间姿态测量方法。

通…一、简介

抗差自适应滤波利用等价权函数和自适应因子合理的分配信息有效地滤除钻具振动对动态姿态测量的影响。

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针对导向钻井工具动态测量受钻具振动的影响而导致测量不准确的问题提出一种抗差自适应滤波的动态空间姿态测量方法。

通过分析钻具振动对姿态测量的影响并吸收抗差估计和自适应滤波的优点利用抗差等价权矩阵自适应的确定量测信息通过自适应因子调整状态模型信息对状态参数的整体贡献从而消除钻具振动对动态姿态测量的影响获得实时性强、精度高的姿态参数提高钻井效率降低钻井风险。

在实际钻井过程中钻头切削岩层、钻柱与井壁的碰撞等会使钻具产生横向振动、纵向振动和扭转振动等这些振动严重的影响了测量传感器输出信号的正确性。

抗差自适应滤波的基本思想是当观测值存在异常时对观测值采用抗差估计原则能够控制观测异常的影响当动力学模型存在异常误差时将动力学模型信息作为一个整体采用统一的自适应因子调整动力学模型信息对状态参数的整体贡献。

二、测量系统建模

轴与水平面所成的夹角规定向下为正反之为负其范围为-90°~90°工具面向角

\gamma

轴所成的角度范围在0°~360°之间。

这样我们就准确的定义了井下钻具的方位角

\psi

X\begin{bmatrix}\psi,\theta,\gamma\end{bmatrix}^T

三、动态姿态测量

\hat{X}_k-\overline{X}_k\hat{X}_k-\Phi_{k,k-1}\hat{X}_{k-1}

VXk​​X^k​−Xk​X^k​−Φk,k−1​X^k−1​

V_{\overline{X}_k}

\overline{V}_kH_k\overline{X}_k-Y_k

Vk​Hk​Xk​−Yk​

\sum_{k}-H_k\sum_{\hat{X}_k}H^T_k

\sum_{k}H_k\sum_{\overline{V}_k}H^T_k

Vk​∑​k∑​Hk​Vk​∑​HkT​

合理地选择自适应因子不但能够自适应地平衡动力学模型预测信息与量测信息的权比而且能够控制动力学模型扰动异常对滤波解的影响。

基于预测残差误差判别统计量的抗差自适应因子函数为:

等价权矩阵为:

P_{\overline{X}_k}\sum_{\overline{X}_k}^{-1}

PXk​​∑Xk​−1​

K_k(H^T_k\overline{P}_kH_k\alpha_kP_{\overline{X}_k})^{-1}H_k^T\overline{P}_k

Kk​(HkT​Pk​Hk​αk​PXk​​)−1HkT​Pk​

K_k

K_k\alpha_kP_{\overline{X}_k}H_k^T(H_k\alpha_kP_{\overline{X}_k}H_k^T\overline{P}_k)^{-1}

Kk​αk​PXk​​HkT​(Hk​αk​PXk​​HkT​Pk​)−1

对量测信息采用抗差估计自适应的确定观测噪声协方差矩阵并利用自适应因子调节状态噪声的协方差矩阵因此可以有效的控制量测异常和动态模型噪声异常对空间状态参数估值的影响。

四、实验结果

实验室地理条件为北纬34.24°东经108.99°地球自转角速度为15

T地球重力加速度为9.8

m/s2。

在实验室条件下根据测斜校验装置测量得到一组理想的实验数据。

五、往期回顾

课题学习(二)----倾角和方位角的动态测量方法基于磁场的测量系统

课题学习(三)----倾角和方位角的动态测量方法基于陀螺仪的测量系统

课题学习(四)----四元数解法