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专利名称：一种用于地下磁导航的计算方法
技术领域：
本发明涉及一种导航的计算方法，尤其涉及一种用于地下磁导航的计算方法。
背景技术：
我国煤层气储量丰富，社会需求和增长极大，利用前景广阔。目前煤层气单井产量 低、井数少。目前开发尝试表明未来将形成以多分支水平井为主、直井为辅的模式。而我 国多分支水平井技术基本是依赖国外公司，国内钻井技术不配套、专用工具及装备匮乏，用 于规模性开发受到严重制约，所面临的关键问题是如何实现水平井的主支与直井的连通， 研制地下磁导航系统即可解决这一问题，可以大幅提高油气田及煤层气开发产量，提高开 采效率。而用于地下磁导航的计算方法是地下导航系统能否成功导航钻铤，实现两井的连 通是重中之重。

发明内容
本发明的目的在于提供一种用于地下磁导航的计算方法，能为实现水平井的主支 与直井的连通提供一个有效的高新技术手段。本发明是这样来实现的，其特征是方法步骤为
步骤1、地下磁导航方法对采集的磁信号进行预处理对由磁矢量传感器采集的原始 磁信号好进行FIR数字滤波，滤除信号中包含的地磁信号和噪声，由于噪声信号一般均为 高频信号，因此先让信号通过一个低通滤波器滤波高频噪声，然后再对信号进行FIR数字 滤波，滤除地磁信号后，则可得到永磁短节产生的磁信号；
步骤2、在安培分子环流假说和毕奥-萨伐尔定律两个基本定律的基础上建立了磁偶 极子模型，建立磁源在任意空间一点产生的感应磁场强度计算模型；
步骤3、从磁偶极子模型出发，推导出距离与磁源在空间任意一点产生的x，y，z方向的 磁感应强度的关系式；
步骤4、采用最小二乘线性拟合法，求出关系式中的待定系数；
步骤5，由步骤3建立的磁源在空间任意一点产生的磁感应强度的计算模型，采用取极 值的方法反演出方位角，井斜角与磁源在空间任意一点产生的X，1，ζ方向的磁感应强度的 关系式；
步骤6，利用三个磁通门式传感器采集的三对x，y，ζ的磁场强度，运用多传感器数据融 合技术可进一步提高角度测量精确度；
步骤7，利用三个磁通门式传感器采集的三对x，y，ζ的磁场强度，可判断磁源相对于磁 矢量传感器的位置。本发明的优点是采用人工磁信标，导航距离远，角度测量精度高。该计算方法简 单，计算机编程实现方便，运算效率高。


图1是本发明磁源在空间任意一点产生的感应磁场强度。图2是本发明磁源偏离方向判断示意图。图3是本发明地下磁导航系统基本原理图。
具体实施例方式本发明是这样实现的
步骤1、地下磁导航方法对采集的磁信号进行预处理对由磁矢量传感器采集的原始 磁信号好进行FIR数字滤波，滤除信号中包含的地磁信号和噪声，由于噪声信号一般均为 高频信号，因此先让信号通过一个低通滤波器滤波高频噪声，然后再对信号进行FIR数字 滤波，滤除地磁信号后，则可得到永磁短节产生的磁信号；
步骤2、在安培分子环流假说和毕奥-萨伐尔定律两个基本定律的基础上 建立了磁偶极子模型，建立磁源在任意空间一点产生的感应磁场强度计算模 型；如图1所示，计算磁源在空间任意一点产生的感应磁场强度时，把永磁短节 看成一对磁偶极子，其在空间任意一点产生的磁场强度χ，y，ζ三个方向分量 Η τ，Hy，H1
Ht ( ) =+ 气幻)
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2(z'+S)2 -ν1'2 Z(Z1-R)2-^ -γ'2, . (―-J——5-— +」——‘―-,) sm θ]
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Xz'+ Λ)2 — χ2 — y ‘2 2.(ζ ‘― R)2 — χ2 — J12、
C—-——s-— + —--—) cos
r_r/
z'= Jy2+ζ2 cos(w + 5) r+ = "-1χ2 + J 位 + (z ‘-雄 其中' ___‘-- ‘y ‘
y ‘ = φ2 +ζ2 sin(w+&) r_ = ^χ2 + ν ‘2 + (ζ '■+■ Rf w = arclanJ
“是永磁短节转动的角频率，χ, y，ζ为永磁短节中心到空间任意点三个方向的坐标。步骤3、从磁偶极子模型出发，推导出距离与磁源在空间任意一点产生的x，y，ζ方 向的磁感应强度的关系式；磁源中心与磁矢量传感器之间的距离与y方向的磁场强度的三
分之一次方根之间存在一个线性的关系即d = J*5j + 5 rf = 5j + 5
步骤4、采用最小二乘线性拟合法，求出关系式中的待定系数；采用最小二乘法对试验 数据曲线进行拟合可求得关系式中待定系数A=38. 28，B=O. 2192，故磁源中心与磁矢量传感
器之间的距离关系式为M =38.28*5,+ 0.2192。
4
步骤5，由步骤3建立的磁源在空间任意一点产生的磁感应强度的计算模型，采用 取极值的方法反演出方位角，井斜角与磁源在空间任意一点产生的X，1，Z方向的磁感应强 度的关系式；采用取极值的方法反演出方位角与磁源在空间任意一点产生的X，y，Z方向的 磁感应强度的关系式为
权利要求
一种用于地下磁导航的计算方法，其特征是方法步骤为步骤1、地下磁导航方法对采集的磁信号进行预处理对由磁矢量传感器采集的原始磁信号好进行FIR数字滤波，滤除信号中包含的地磁信号和噪声，由于噪声信号一般均为高频信号，因此先让信号通过一个低通滤波器滤波高频噪声，然后再对信号进行FIR数字滤波，滤除地磁信号后，则可得到永磁短节产生的磁信号；步骤2、在安培分子环流假说和毕奥 萨伐尔定律两个基本定律的基础上建立了磁偶极子模型，建立磁源在任意空间一点产生的感应磁场强度计算模型；步骤3、从磁偶极子模型出发，推导出距离与磁源在空间任意一点产生的x，y，z方向的磁感应强度的关系式；步骤4、采用最小二乘线性拟合法，求出关系式中的待定系数；步骤5，由步骤3建立的磁源在空间任意一点产生的磁感应强度的计算模型，采用取极值的方法反演出方位角，井斜角与磁源在空间任意一点产生的x，y，z方向的磁感应强度的关系式；步骤6，利用三个磁通门式传感器采集的三对x，y，z的磁场强度，运用多传感器数据融合技术可进一步提高角度测量精确度；步骤7，利用三个磁通门式传感器采集的三对x，y，z的磁场强度，可判断磁源相对于磁矢量传感器的位置。
全文摘要
一种用于地下磁导航的计算方法，方法步骤为步骤1、地下磁导航方法对采集的磁信号进行预处理；步骤2、建立磁源在任意空间一点产生的感应磁场强度计算模型；步骤3、从磁偶极子模型出发；步骤4、采用最小二乘线性拟合法，求出关系式中的待定系数；步骤5、由步骤3建立的磁源在空间任意一点产生的磁感应强度的计算模型；步骤6、利用三个磁通门式传感器采集的三对x，y，z的磁场强度；步骤7、可判断磁源相对于磁矢量传感器的位置。本发明的优点是采用人工磁信标，导航距离远，角度测量精度高。该计算方法简单，计算机编程实现方便，运算效率高。
文档编号G01C21/20GK101982734SQ20101052343
公开日2011年3月2日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者程强强, 胡博 申请人:南昌航空大学