下面文章針對某指向式旋轉導向鉆井地面模擬測量實驗的要求，提出了一套導向軸姿態測量方案，采用三軸重力加速度計對導向軸姿態信息進行采集，通過姿態采集系統發送到地面對其進行解算得出井斜角和方位角，最后設計出了一套導向軸姿態測量系統，通過地面模擬實驗對其進行測試，分析結果表明：該姿態測量裝置測量精度在允許的精度范圍之內，滿足地面模擬實驗的測量精度要求。

　　【關鍵詞】指向式,姿態測量,無線通信

　　1引言

　　近年來，隨著人們對石油的開采，石油資源越來越匱乏，開采難度也逐漸加大，對非常規油田的開采逐漸成為人們關注的焦點，進而對井下鉆井工具的要求也越來越大。根據近幾年的發展趨勢，指向式旋轉導向鉆井工具由于其井眼軌跡平滑，狗腿度小等優點，已成為未來發展的趨勢，國外已經形成了其具有商業化的指向式旋轉導向鉆井工具，而我國在旋轉導向鉆井技術領域起步晚，在旋轉導向鉆井方面雖然有所突破，但與國外相比仍具有很大的差距，距離開發自己的旋轉導向鉆井工具仍有很長的一段路要走 ，在指向式旋轉導向鉆井技術研究中，對導向軸姿態參數的精確、實時測量是導向工具實現導向鉆進的前提條件，所以擬采用高精度、高可靠性、體積小、適應井下復雜環境的三軸重力加速度計 CS-3LAS對井下參數進行測量 。

　　2指向式旋轉導向系統測量原理

　　采用三軸加速度計對導向軸姿態進行測量 ，其測量原理如下：鉆井工具導向軸用 z、Z，表示，在其沒有傾斜時的坐標系用 OXYZ來表示，發生傾斜時用 OxYz 來代表，面是水平面;在當前坐標系 0X1Yz 下，三軸加速度計在三個軸的分量信號分別用 V ，V ，V：來表示：重力方向與導向軸軸心線的夾角即井斜角，用 0 表示;重力高邊用 OM表示，即邊 MZ (沿重力方向)在 0xYl平

　　上的投影;重力高邊與 Y 正方向的夾角即方位角，用表示，各物理量之間的關系由式 (2-1)、(2-2)和 (2-3)所示。

　　V_vsin0】sin (2一1)

　　Vy=Vgsin0lsinq~ (2—2)

　　V=VCOS0 (2—3)其中V 為 V、V、V：的矢量和。由式 (2—1)、 (2—2)和 (2—3)可得出井斜角和方位角的解算公式為式 (2—4)和 (2—5)。

　　3系統整體方案的設計

　　該導向軸姿態測量系統主要由三軸重力加速度計，信塊：MCu模塊和無線發送接收模塊組成 [2]，三軸重力加速度計輸出信號經過信號調理電路之后送到 MCU，然后經過 AD 采樣，MCU對采樣信號進行解算經由無線發送到無線接收部分，接收部分將解算得到的井斜角和工具面角通過 LED 模塊進行顯示 。

　　4測試

　　將三軸重力加速度計和導向軸測量系統安裝到 HX68 回轉式測斜儀校驗臺，利用加速度計 CS一3LAS傳感器以及導向軸姿態采集系統對加速度計輸出信號進行測量，并通過姿態結算公式得出井斜角和方位角。在導向軸姿態測量系統靜態測試中給定井斜角，不斷改變方位角，通過 CS一3LAS加速度計測量得到的信號經過解算公式解算得到的數據如表 1至表 2所示，其中 0 為給定井斜角、 為給定方位角、 0 為解算得到的井斜角、 解算得到的方位角。

　　5結語

　　指向式旋轉鉆井系統相互推靠式具有極大的優越性，對指向式旋轉鉆井工具姿態測量方法的研究是實現導向控制的前提條件，也為我國在指向式旋轉導向鉆井系統方面的研究提供了極大的借鑒意義，本文設計的導向軸姿態測量系統，井斜角和方位角的精度等級在合理范圍內，滿足地面模擬實驗的測量精度要求，驗證了整個導向軸姿態測量系統的可行性。但仍需在此基礎上做大量的研究達到更準確、更適合井下環境的測量方法。

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