GPS定位技術(shù)在油田井位測量中的應(yīng)用

張新果

【摘要】井位測量是油田勘探開發(fā)中最具基礎(chǔ)性和不可替代性的工作，它為勘探開發(fā)人員提供各種比例尺的井位圖，并把設(shè)計(jì)人員在井位圖上設(shè)計(jì)的井位在現(xiàn)場放樣出來，完井后并為他們提供最終的準(zhǔn)確的三維坐標(biāo)，以供做下一步設(shè)計(jì)。近幾年，GPS-RTK（RealTimeKinematic）技術(shù)的不斷完善，提高了井位測量工作的效率和測量成果的精度。在井位測量中，利用RTK無需點(diǎn)間通視，觀測時間短，定位精度高的特點(diǎn)，在較短的時間內(nèi)，配合地質(zhì)人員完成了探井和開發(fā)井的測量工作，為油田生產(chǎn)提供了優(yōu)質(zhì)高效的技術(shù)服務(wù)。

【關(guān)鍵詞】油氣田地面工程 數(shù)字化 RTK PPK 數(shù)據(jù)處理

1油田地面工程數(shù)字化的重大意義

油氣田地面工程數(shù)字化是為油氣田地理信息系統(tǒng)提供地面工程涉及到的系統(tǒng)、專業(yè)、流程及實(shí)體的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代測繪技術(shù)和工程設(shè)計(jì)文件數(shù)據(jù)處理技術(shù)為一體。

2GPS-RTK定位的基本原理

RTK測量是根據(jù)GPS的相對定位理論，將一臺接收機(jī)設(shè)置在已知點(diǎn)上（基準(zhǔn)站），另一臺或幾臺接收機(jī)放在待測點(diǎn)上（移動站），同步采集相同衛(wèi)星的信號。基準(zhǔn)站在接收GPS信號并進(jìn)行載波相位測量的同時，通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)和測站坐標(biāo)信息一起傳送給移動站；移動站通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，然后利用GPS控制器內(nèi)置的隨機(jī)實(shí)時數(shù)據(jù)處理軟件與本機(jī)采集的GPS觀測數(shù)據(jù)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時處理，實(shí)時給出待測點(diǎn)的坐標(biāo)、高程及實(shí)測精度，并將實(shí)測精度與預(yù)設(shè)精度指標(biāo)進(jìn)行比較，一旦實(shí)測精度符合要求，手簿將提示測量人員記錄該點(diǎn)的三維坐標(biāo)及其精度。作業(yè)時，可在已知點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動態(tài)作業(yè)，也可在動態(tài)條件下直接開機(jī)，并在動態(tài)環(huán)境下完成整周模糊值的搜索求解。在整周模糊值固定后，即可進(jìn)行每個歷元的實(shí)時處理，只要能保持4顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則移動站可隨時給出待測點(diǎn)的厘米級的三維坐標(biāo)。

3井位測量的作業(yè)流程

內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備在實(shí)施RTK外業(yè)測量前，首先應(yīng)以設(shè)計(jì)單位所提供的井位條件與所附的井位圖為基礎(chǔ)，以井位測量特點(diǎn)為要求，進(jìn)行內(nèi)業(yè)的準(zhǔn)備工作，其主要內(nèi)容如下：

（1）如果井位條件直接提供的是要放樣的井位的三維坐標(biāo)，那么把它用Excel編輯并保存成YDD.CSV形式。（2）如果設(shè)計(jì)人員只提供井位圖和相對位置，而沒有直接坐標(biāo)，那么利用Mapinfo等輔助工具，把井位坐標(biāo)讀出來并存成YDD.CSV形式。（3）整理測區(qū)的已知點(diǎn)資料，控制點(diǎn)應(yīng)盡量均勻分布在測區(qū)的周圍，使得所測點(diǎn)均在已知點(diǎn)的范圍之內(nèi)，盡可能避免從一端向另一端無限制的外推，控制點(diǎn)所處的位置和周圍條件應(yīng)符合GPS作業(yè)的要求，并把已知控制點(diǎn)保存成XYZ.CSV形式。（4）如果該測區(qū)以前求定過轉(zhuǎn)換參數(shù)和地方坐標(biāo)系統(tǒng)，把該坐標(biāo)系統(tǒng)、YDD.CSV和XYZ.CSV一同上傳到GPS接收機(jī)內(nèi)。

求定測區(qū)的轉(zhuǎn)換參數(shù)GPS衛(wèi)星定位所使用的坐標(biāo)是WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)，而井位測量是在地方坐標(biāo)系統(tǒng)上進(jìn)行的，這就需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。不同的坐標(biāo)系統(tǒng)之間存在著平移和旋轉(zhuǎn)的關(guān)系（在無SA影響下，WGS-84坐標(biāo)系與54北京坐標(biāo)系之間的誤差約為50m，54坐標(biāo)y值東偏30m左右，x值南偏40m左右），測區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解過程如下：WGS-84坐標(biāo)系與我國國家坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換通常是在空間直角坐標(biāo)系中進(jìn)行的。為此，必須首先將兩坐標(biāo)系各自的大地坐標(biāo)（B，L，H），按下列關(guān)系式轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的空間直角坐系（X，Y，Z）：

4GPS-RTK在井位測量中應(yīng)注意的問題和對策

（1）因?yàn)镽TK測量精度會受到衛(wèi)星分布精度因子與數(shù)據(jù)鏈性能的作用，同時各個觀測值是在獨(dú)立觀測的基礎(chǔ)上得到的，因而正式測量前應(yīng)對其它已知點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，并對比測量結(jié)果，進(jìn)而對參考站與流動站的各參數(shù)設(shè)置進(jìn)行判斷，并對數(shù)據(jù)鏈通訊的正常性進(jìn)行判斷，保證觀測成果應(yīng)有的可靠性。

（2）白天的狀態(tài)下，衛(wèi)星信號傳輸中受電離層的影響比較大，尤其是在共用衛(wèi)星數(shù)量少的情況下，無法對5顆衛(wèi)星進(jìn)行接受，進(jìn)而會導(dǎo)致初始化時間長的情況，嚴(yán)重的甚至無法進(jìn)行初始化，不能進(jìn)行測量，因而應(yīng)用GPS-RTK測量作業(yè)的時間不應(yīng)選擇中午。

（3）障礙物容易對RTK數(shù)據(jù)傳輸鏈路產(chǎn)生影響，如山峰丘陵等障礙物，油田中存在的大沙梁就會造成數(shù)據(jù)鏈傳輸信號的額外衰減。面對這些問題，解決的方法主要有兩種，一種是將參考站架設(shè)到測區(qū)中央的高點(diǎn)，若沒有高點(diǎn)可通過搬站的方式來解決問題，把參考站搬到適合作業(yè)的范圍內(nèi)；另外一種通過把流動站中的天線利用加長桿升高的方式來提高接收信號的強(qiáng)度，同時應(yīng)避免由于電臺電量不足而造成性能下降的出現(xiàn)。

（4）控制點(diǎn)比較稀少或者較難到達(dá)的區(qū)域，從便捷RTK測量成果檢核與預(yù)防作業(yè)盲點(diǎn)出現(xiàn)的要求出發(fā)，應(yīng)在測區(qū)內(nèi)存在的環(huán)境不良的區(qū)域增加控制點(diǎn)。

5結(jié)語

GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用，促使石油地質(zhì)勘探與開發(fā)中井位測量工作發(fā)生了極大的進(jìn)步，促進(jìn)了石油行業(yè)測量工作的發(fā)展。在實(shí)踐中，應(yīng)不斷的克服不利因素，因地制宜的確定合理的作業(yè)方案，進(jìn)而達(dá)到事半功倍的效果。應(yīng)用中的一些體會存在局限性是必然的，僅希望對行業(yè)內(nèi)利用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行井位測量工作有一定的參考作用。

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