用于底孔组装态度测量的MEMS传感器的冗余配置方法
Yu Zheng1, Lu Wang1, Fan Zhang1
1Faculty of Engineering Technology, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China.
Micromachines
|June 27, 2024
概括
冗余的微电机系统惯性测量单元 (MEMS-IMU) 改善了底孔组件 (BHA) 态度测量. 一个新的六角配置,六个MEMS-IMU和卡尔曼过显著提高了钻井应用的可靠性和精度.
科学领域:
- 地质科学和地质物理学
- 机械工程 机械工程
- 电气工程 电气工程
背景情况:
- 微电机系统惯性测量单元 (MEMS-IMU) 对深孔钻井应用至关重要,特别是用于测量底孔组件 (BHA) 态度.
- 单个MEMS-IMU的可靠性和精度往往不足以满足钻井操作中的苛刻要求.
- 冗余的MEMS-IMU系统提供了一个可行的解决方案,以提高测量准确性和操作可靠性.
研究的目的:
- 建议和验证一种新的冗余配置方法,用于专门为BHA态度测量设计的MEMS传感器.
- 通过可靠性理论和成本效益分析来确定冗余系统的最佳传感器数量.
- 开发一个强大的数据集成技术,以提高BHA态度数据的精度和可靠性.
主要方法:
- 用成本效益分析和可靠性理论来确定传感器的最佳数量,得出结论六个传感器提供了最佳平衡.
- 设计了一种空洞的六角镜形的冗余配置,以适应BHA的结构约束,并促进钻井液的循环.
- 使用卡尔曼过,将六个MEMS-IMU的数据合并,创建一个虚拟IMU (VIMU) 以改进态度估计.
主要成果:
- 冗余的MEMS-IMU系统显示,与单个单位相比,测量误差显著减少.
- 加速度计的性能有所改善,速度随机步行平均下降了58%,偏差不稳定性降低了54%.
- 陀螺仪的性能也得到了提高,显示角度随机步行减少了58%,偏差不稳定减少了37%.
结论:
- 建议的冗余MEMS-IMU配置有效地提高了BHA态度测量的精度和可靠性.
- 六角形配置在结构上与钻井管道兼容,并确保了操作功能.
- 这项研究为在苛刻的钻井环境中实施先进的惯性传感建立了理论和实验基础.
