摘要：随着科学的发展，GPS-RTK技术在石油天然气井位测量领域已经得到了广泛的应用。GPS-RTK技术与传统的测量作业模式相比，极大地降低了测量人员野外业工作强度，节约了人力，有效地提高了工作效率。文中介绍了GPS-RTK的测量原理及优势，GPS-RTK在油田井位精确测量中的应用进行了探讨。
关键词：GPS-RTK；井位测量；原理；优缺点
前言
随着科技的不断发展，GPS全球定位系统测量定位技术应用越来越广泛，它以快速、便捷、定位精度高等特点，被广泛应用到工程测量的很多方面。在石油勘探中，GPS广泛应用与井位测量，为准确定位油井位置提供准确依据。任何形式的测量定位都会有误差产生，GPS-RTK也不例外。虽然井位坐标测量与其它高精密工程测量相比，对精确度的要求不算太高，但一旦超出了规范所规定的精度，甚至达到“错误”的范畴，将会给油田井位布设造成错误的判断，给钻井工程造成偏差，也会给井位研究单位形成错误资料。因此，加强对GPS-RTK技术在井位测量中应用技术研究具有重要意义。
1 GPS-RTK的原理
1.1 GPS定位基本原理
GPS全称为全球卫星定位系统，是由环球通讯卫星和接收装置，基于卫星的无线电导航定位系统组成。GPS定位的基本原理就是将无线电发射台从地面搬到卫星上，组成卫星导航定位系统，利用无线电测距交会的原理，通过三颗以上卫星的已知空间位置交会出地面上未知点的位置。GPS全球卫星定位系统由三部分组成：空间部分-GPS星座、地面控制部分－地面监控系统、用户设备部分-GPS信号接收机。作为新一代的卫星导航和定位系统，不仅具有良好的抗干扰性和保密性，而且还具有全球性、全天候、连续性、实时性的精密三维导航与定位能力，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。
1.2 RTK技术原理
RTK定位技术是以载波相位观测值为依据的实时差分技术，它是GPS测量技术发展的一个新突破。RTK系统由基准站和流动站组成。基准站包括：GPS接收机（接收机通常具有数据传输参数、测量参数、坐标系统等设备功能）、GPS天线、无线电通讯发射设备、电源、基准站控制器等设备。流动站的基本配置是：GPS天线、GPS接收机、无线电通讯接收设备、电源、流动站控制器。
RTK定位技术通过两台GPS接收机之间无线数字通讯系统，将两个相对独立的GPS信号接收系统联成有机整体。基准站通过电台将观测信息和测站数据传输给流动站。流动站将基准站观测信号进行差分处理，解算出两站间的基线值，同时输入相应的坐标转换和投影参数，实时得到测点坐标。
2 GPS-RTK测量技术的特点
过去采用常规的测量放样方法有很多，如经纬仪交会放样，全站仪的边角放样等。要放样出一个测量坐标时，一般需要来回移动目标，而且要2~3人配合，同时在放样过程中还要求点与点之间能够相互通视，因此，作业效率不是很高。GPS-RTK测量具有以下优势：一是不受通视条件的影响，能全天候作业。二是定位精度高，测量数据安全可靠，可达到厘米级精度，没有误差积累。三是劳动强度低，作业效率高。在一般的地形地势下，RTK设站一次即可控制半径10公里范围内的测区，其作业精度和效率是常规测量所无法比拟的。四是应用范围广。各种工程建设的施工、放样和竣工测量、变形观测，GIS前端数据采集诸多方面都可以运用此技术。
3 GPS-RTK井位测量的内容及精度要求
3.1 GPS-RTK井位测量的内容
钻井是油气田开发的重要环节。勘探阶段要钻预测井、探井和详探井（评价井）；开发阶段要钻生产井和注水井。勘探阶段的井位设计由油气田地质师来进行，开发阶段的井位则由油气田开发工程师来确定。井位设计在地质图（纸质的或数字的）上进行，并给测量人员提供井位坐标。将设计的井位放设到地面上和对钻井施工井位的位置进行测量的过程，通称为井位测量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆井位测量包括两部分内容：①初测，即将设计井位放设到地面上的过程；②复测，即对钻井施工井位的位置进行测量的过程
3.2 GPS-RTK井位测量的精度要求
井位测量的精度要求主要取决于钻井目的。按钻井目的分类，油气井主要分为探井和开发井（又称生产井）。探井是以了解地层的时代、岩性、厚度、生储盖的组合和区域地质构造、地质剖面、局部构造为目的，或在确定有利圈闭上和已发现的油气圈闭上以发现油气藏，进一步探明含油气边界和储量以及了解油气层构造为目的所钻的各种井。一个局部构造圈闭的第一口探井称为预探井。在进行新区勘探时，如果钻井的主要任务是取得某些井段地层的岩性系数，这种井就称为参数井；如果钻井的目的是对全比的的油气资源进行详细的、全面的评价，这种井就称为评价井。开发井是指为开发油气田所钻的各种采油、采气井，注水、注气井，或在已开发油田内，为保持一定产量并研究开发过程中的地下情况的变化所钻的调整井、补充井、扩编井、检查资料井等。
《石油天然气井位测量规范》（SY/T5518-2010）对GPS测量的精度做了如下规定：①测定结果以实时差分下的有效位置为准；②移动站到达设计井位的初测位置后，连续测量的时间不少于２min记录数据不少于20个，数据应满足：每个坐标的摆动幅度不超过２ｍ；每个坐标与井位的设计坐标不得超过２ｍ。对于GPS-RTK测量方式来说，只要不出现粗差，上述要求是容易达到的。
4 GPS-RTK井位测量工作流程
井位测量流程分为两个部分，即控制网的建立和井位施测。它们都采用ＧＰＳ测量作业形式。如果控制点稀少或者在新的工区，首先要建立起控制网，收集该地区的控制点数据（包括三角点和水准点成果），并进行控制网施工设计，合理布设控制网，然后进行野外数据采集和内业处理，获得控制网点的成果，并获取区域的各种参数；其次，在已建立好的控制网中测量井位。井位的测量分为初测和复测，它们的操作流程基本是一样的，在控制点上架设好设备，并依次连接好测量仪器，再用测量手簿输入已知点坐标并启动基准站GPS和无线电通讯发射设备，之后开启流动站。当流动站接收到基准站信号后，原则上测量工作就可以进行了。在进行井位测量前，为了防止基站已知点坐标输入时有错误，以免带来测量粗差，还应先在另外的已知控制点上进行坐标验证复核，检查测量出的成果是否与已知点相一致，如果测量误差在精度容许范围内就可以进行井位测量了。在复测井位中，测量员必须关注钻前施工动态，钻井施工前应立即上井测量，这样就可以在井口中心点位置直接测量井口坐标。如果井架已经树立，在井口中心位置测量就比较困难，这时需要进行交会测量，即测量井架中心的两对称轴延长端４个点的坐标数据，再计算出井口位置坐标。对于丛式井，钻井施工的井架都是进行整拖，拖行距离一般在5m左右，此时采用交会法测量中心点，误差较大，可达到10cm~20cm，一般先测量井场大门方位，再利用整拖距离和方位计算井口坐标，这样准确度相对较高。
5 GPS-RTK测量的主要误差
与GPS卫星、卫星信号和接收机设备有关的误差与GPS卫星有关的误差主要包括卫星钟的误差、卫星轨道偏差和SA干扰；与卫星信号有关的误差主要包括电离层折射、对流层折射误差和多路径效应；与GPS接收机设备有关的误差主要包括接收机钟的误差、天线相位中心误差和载波相位观测的整周不定性影响。
与操作人员有关的误差包括仪器置平和对中误差、量取天线高误差、作业时段不同产生的误差、控制点可靠性与坐标转换方面的误差、不同的接收机类型和测量数据处理软件所产生的误差、无线电信号干扰和电源影响所产生的误差以及作业距离产生的误差等等。
6结束语
GPS-RTK在油田生产中发挥重要作用，影响RTK精度的主要误差来源可分为四类：①与卫星有关的误差；②与信号传播有关的误差；③与接收设备有关的误差；④人为操作误差。另外还包括地球自转、地球潮汐、软件模型误差等。而有些误差是可以避免的，比如选择合适的观测时段和观测地点，可以有效地避免或削减部分误差的产生。在实际工作中，只有理解这些误差源的性质及其影响，才能在制定技术方案和作业时，采取必要措施将其削弱，才可能提高成果的可靠性和精确性。
参考文献：
[1]潘宝玉，李宏伟．RTK技术的特点及提高成果精度的技术关键[J]．测绘工程，2003，（4）：46-49.
作者简介：
姓名：陈勇，工作单位：大庆市钻探工程公司钻井二公司技术服务分公司井位测量队
论文作者:陈勇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2018/12/25
标签：井位论文; 测量论文; 误差论文; 坐标论文; 作业论文; 接收机论文; 探井论文; 《基层建设》2018年第33期论文;