[发明专利]一种近钻头钻具姿态随钻测量装置及测量方法

摘要

本发明涉及一种近钻头钻具姿态随钻测量装置及测量方法，包含测量传感器和测量电路，所述测量传感器测量信号传输至测量电路，测量电路对信号进行处理和计算得到姿态数据。所述测量传感器包括三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁传感器和一个温度传感器，利用温度传感器测量数据分别修正三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁传感器的测量数据，利用修正后的三轴加速度计和三轴磁传感器的测量数据来计算姿态角1，利用姿态角1对四元数初始化，根据三轴陀螺仪的测量数据对初始化后的四元数进行时间更新，进而利用更新后的四元数计算姿态角，通过周期性进行四元数的初始化，消除三轴陀螺仪的累积误差，从而提高近钻头钻具姿态随钻测量的精度。

主权项

一种近钻头钻具姿态随钻测量装置，其特征在于，所述装置紧邻钻头安装在钻铤中心的泥浆通道中，或者在钻铤表面开槽安装,所述装置随钻铤转动；所述装置包含测量传感器和测量电路，所述测量传感器测量信号传输至测量电路，所述测量电路对信号进行处理和计算得到姿态数据；所述测量传感器包括三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁传感器和一个温度传感器;利用温度传感器测量数据分别修正三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁传感器的测量数据，利用修正后的三轴加速度计和三轴磁传感器的测量数据来计算第一姿态角，利用第一姿态角对四元数初始化，根据三轴陀螺仪的测量数据对初始化后的四元数进行时间更新，进而利用更新后的四元数计算姿态角，通过周期性进行四元数的初始化，消除三轴陀螺仪的积累误差；所述测量电路包括模数转换器、现场可编程门阵列、存储器、处理器和低通滤波器，所述低通滤波器与所述测量传感器相连，进行模数转换前，所述低通滤波器分别滤除所述三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁传感器和温度传感器的输出信号中的高频干扰，根据加速度计、陀螺仪、磁传感器和温度传感器的频带和钻井转速选用设计低通截止频率与之匹配的滤波器；所述模数转换器对经过低通滤波后的三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁传感器和一个温度传感器信号采取同步采集方式测量。