1.一种旋转导向钻井工具的姿态动态测量和解算方法,其特征在于,包括:利用两个三轴磁强计分别测量旋转导向钻井工具内部不同位置上的两组磁分量;
建立每一组磁分量与旋转导向钻井工具的姿态参数之间的第一关系式,其中,第一关系式中包括多个中间参数;
根据光电定位传感器确定的光电定位点的不同位置,建立所述多个中间参数与所述不同位置上的两组磁分量之间的第二关系式;
根据所述第二关系式,求解得到所述多个中间参数;
根据所述多个中间参数和两组磁分量,计算得到旋转导向钻井工具的姿态参数的解析解。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述两个三轴磁强计同轴安装于旋转导向钻井工具的轴线上下,且沿轴线方向具有预设的安装间距,所述两个三轴磁强计采用相同的仪器坐标系;
所述光电定位传感器安装于旋转导向钻井工具的轴线上,包括与测控平台固定连接部分和偏心重力驱动的悬浮机构。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述光电定位传感器包括四个光电收发单元和一个光电反射单元,在随测控平台旋转的固定连接部分标记T=0°、90°、180°和270°的对应位置上分别放置一个光电收发单元,在偏心重力驱动的悬浮机构标记T=0°高边位置上放置一个光电反射单元;
通过光电发射单元发射红外线,光电接收单元接收到红外线反射的位置为光电定位点。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述利用两个三轴磁强计分别测量旋转导向钻井工具内部不同位置上的两组磁分量,包括:以重合于地理坐标系的三轴建立初始仪器坐标系,由初始仪器坐标系依次以方位角A、井斜角I和工具面角T进行三次欧拉旋转,进而得到旋转导向钻井工具的空间姿态;
第一个三轴磁强计测量的一组三轴方向磁分量分别为Bx1、By1、Bz1,第二个三轴磁强计测量的另一组三轴方向磁分量分别为Bx2、By2、Bz2;
相应的,所述建立每一组磁分量与旋转导向钻井工具的姿态参数之间的第一关系式包括:
其中,B1为第一个磁强计测量的当地磁场总强度,B2为第二个磁强计测量的当地磁场总强度,BGN1为第一个磁强计测量对应的当地磁场水平分量,BS1为第一个磁强计测量对应的当地磁场垂直分量,BGN2为第二个磁强计测量对应的当地磁场水平分量,BS2为第二个磁强计测量对应的当地磁场垂直分量,α1为第一个磁强计位置处的当地地磁倾角,α2为第二个磁强计位置处的当地地磁倾角,D为当地地磁偏角,M1、N1、M2和N2为中间参数;
其中,旋转导向钻井工具的姿态参数包括工具面角T、井斜角I、磁方位角(A+D)。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述建立每一组磁分量与旋转导向钻井工具的姿态参数之间的第一关系式,其中,第一关系式中包括多个中间参数之后还包括:对公式(1)和公式(2)进行归一化,得到:bx1、by1、bz1,bx2、by2、bz2为两个三轴磁强计的归一化测量值。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述根据光电定位传感器确定的光电定位点的不同位置,建立所述多个中间参数与两组磁分量之间的第二关系式包括:在工具面角T=0°的光电定位点,两个三轴磁强计在X、Y轴上的归一化测量值分别为(bx10,by10)和(bx20,by20),且存在以下关系式:在工具面角T=90°的光电定位点,两个三轴磁强计在X、Y轴上的归一化测量值分别为(bx11,by11)和(bx21,by21),且存在以下关系式:在工具面角T=180°的光电定位点,两个三轴磁强计在X、Y轴上的归一化测量值分别为(bx12,by12)和(bx22,by22),且存在以下关系式:在工具面角T=270°的光电定位点,两个三轴磁强计在X、Y轴上的归一化测量值分别为(bx13,by13)和(bx23,by23),且存在以下关系式:相应的,根据所述第二关系式,求解得到所述多个中间参数包括:根据公式(8‑A)、(8‑B)、(8‑C)、(8‑D)求解得到多个中间参数M1、N1、M2和N2。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述根据所述多个中间参数和两组磁分量,计算得到旋转导向钻井工具的姿态参数包括:通过如下公式计算旋转导向钻井工具的实时工具面角T:通过如下公式计算cos(α1‑α2):cos(α1‑α2)=M1·M2+N1·N2+bZ1·bZ2; (10)根据测量点所在的南、北半球位置确定当地磁倾角α1、α2的区间,综合 的变化梯度,确定sin(α1‑α2)的符号,根据cos(α1‑α2)计算得到sin(α1‑α2);
通过如下公式计算cos(A+D):cos(A+D)sin(α1‑α2)=M1·bZ2‑M2·bZ1; (11)根据测量点位于南北半球的位置和中间参数N1或N2,确定sin(A+D)的符号,根据cos(A+D)计算得到sin(A+D);
根据公式(12)计算得到当地磁倾角α1和α2;
根据当地磁倾角α1和α2,通过公式(13‑A)和(13‑B)计算得到当地磁场分量BGN1、BS1、BGN2和BS2;
根据公式(14)计算得到旋转导向钻井工具的井斜角I:
8.根据权利要求1或2或4所述的方法,其特征在于,所述三轴磁强计为磁通门或MEMS或磁阻。