申请/专利权人：中国石油大学(华东)

申请日：2022-03-31

公开（公告）日：2024-06-18

公开（公告）号：CN114673488B

主分类号：E21B47/024

分类号：E21B47/024;E21B7/04;G06F17/16;G06F17/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.18#授权;2022.07.15#实质审查的生效;2022.06.28#公开

摘要：本发明涉及一种动态指向式旋转导向钻井工具的自适应工具面角估计方法，其具体步骤为：S1、建立工具面角系统数学模型；S2、给定滚动时域估计算法参数；S3、预测协方差矩阵的先验概率分布的参数；S4、更新协方差矩阵的近似后验概率分布；S5、更新状态的近似后验概率分布；S6、解算工具面角估计值。本发明工具面交估计方法，能够对动态指向式旋转导向钻井工具系统的工具面角进行实时有效地估计，同时实现状态和噪声协方差矩阵的估计，进而提升钻井的精度和效率，降低钻井成本。

主权项：1.一种动态指向式旋转导向钻井工具的自适应工具面角估计方法，其特征在于，其具体步骤为：S1、建立工具面角系统数学模型；对动态指向式旋转导向钻井工具系统的机械结构进行分析，建立如下的测量方程： （1）式中，表示加速度计y轴的测量值，表示加速度计z轴的测量值，表示陀螺仪的测量值，表示加速度计y轴相应的测量噪声，表示加速度计z轴相应的测量噪声，d表示陀螺仪相应的测量噪声，表示重力加速度的分量，假定其满足，φ为工具面角；令、，采样步长为h0，构建工具面角系统数学模型为： （2）式中，为动态指向式旋转导向钻井工具系统状态变量，为动态指向式旋转导向钻井工具系统的测量输出量，、是互不相关的零均值高斯白噪声，有未知、时变的协方差矩阵，有未知、时变的协方差矩阵，，为系数矩阵；已知j时刻的状态和，则j+1时刻的状态满足以下分布： （3）已知和，则j时刻的输出满足以下分布： （4）已知，，则满足以下分布： （5）式中，表示事件X的条件概率，为的均值，为估计误差协方差矩阵，表示数学期望，表示具有均值和协方差矩阵P的多元高斯概率密度函数；假设、，且、和满足以下逆Wishart分布： （6） （7） （8）式中，是相应的自由度参数，是相应的自由度参数，是相应的自由度参数，是对称正定的逆尺度矩阵，表示事件X的概率，表示具有自由度λ和逆尺度矩阵的逆Wishart分布的概率密度函数；S2、给定滚动时域估计算法参数；设定为用来描述波动的遗忘因子，为用来描述波动的遗忘因子，给定标量，给定循环次数τ，给定N-1时刻的估计值、、、、；S3、预测协方差矩阵的先验概率分布参数，其具体步骤为：在k时刻，已知k-1时刻的结果、、、、，计算k时刻协方差矩阵的先验估计值为： （9）式中，，n=2为的维数；在k≥N时刻，得到： （10） （11） （12） （13） （14） （15）式中，=2为的维数；设定第0次迭代的参数： （16） （17） （18） （19）式中，各参数矩阵定义为： （20） （21） （22） （23） 表示向量集合，表示的分块矩阵，其第l行、第q列的子矩阵是，表示克罗内克积运算；S4、更新协方差矩阵的近似后验概率分布，其具体步骤为：已知经过次迭代后的状态估计值与协方差矩阵估计值，在第i+1次迭代,的近似后验概率密度函数、的近似后验概率密度函数和的近似后验概率密度函数通过下述公式计算： （24） （25） （26）式中， （27） （28） （29） （30） （31） （32） （33） （34） （35） （36）协方差矩阵在第i次迭代中得到，表示对称矩阵；S5、更新状态的近似后验概率分布，若迭代次数iτ，令i=i+1，转至步骤S4继续循环计算协方差矩阵的近似后验概率分布和状态的近似后验概率分布，若迭代次数i≥τ，转至步骤S6；S6、解算工具面角估计值将第τ次循环得到的估计值设置为k时刻的最优估计值，解算得到k时刻的工具面角估计值，令时间更新k=k+1，转至步骤S3，重复步骤S3至S6，计算第k+1时刻的工具面角估计值。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 中国石油大学(华东) 动态指向式旋转导向钻井工具的自适应工具面角估计方法

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