动态指向式旋转导向钻井技术代表着现代钻井技术的发展方向,其导向性能依赖于内部稳定平台的测控精度,研究复杂钻井条件下稳定平台高精度、高可靠性测控技术对填补国内技术空白,打破国外技术垄断具有重要意义。论文分别从动态指向式旋转导向钻井工具的重力工具面角动态测量、稳定平台准确控制和测控系统故障处理三个方面展开研究,工作内容简述如下:1.设计了动态指向式旋转导向钻井工具的原理样机及多种典型扰动的模拟测试方法,提出了原理样机的工程化实现方案。阐述动态指向式旋转导向钻井工具工作原理,设计角度偏差处理方法,解决了圆周运动系统中角度测量值的跳变问题;基于动态指向式旋转导向钻井工具的基本工作原理,设计制作了原理样机;针对井下粘滑、负载力矩波动以及井下振动等典型扰动,设计了相应的实验室模拟测试方法;最后,提出了原理样机的工程化实现方案,着重解决钻井液通道设计与传感器布局问题。2.融合不同井下传感器的测量特性,实现了重力工具面角的动态准确测量。详细分析了加速度计、陀螺仪与磁通门传感器的重力工具面角测量原理与噪声特性,建立了传感器的误差模型;针对转动加速度对重力工具角测量的影响,采用双加速度计测量方法进行抑制;利用传感器对不同频段噪声的敏感特性,通过互补滤波算法实现测量数据融合,并且实现了互补滤波器截止频率的自适应调整,较好解决了重力工具面角的动态测量问题。3.基于系统模型增强自抗扰控制器的性能,实现了稳定平台的高精度控制。首先,建立稳定平台的数学模型,设计负载力矩观测器和钻铤转速观测器。其次,在基本自抗扰控制器基础上,利用稳定平台模型与观测器信息增强自抗扰控制器性能,并分别对稳定平台控制系统的转速跟踪性能和重力工具面控制性能进行了仿真与原理样机测试,测试结果满足实际钻井精度需求。最后,从频域分析了系统参数不确定性和负载力矩扰动的影响,并针对不同的参数不确定性、负载力矩扰动和钻铤转速扰动进行了仿真,分别得出上述因素对重力工具面角控制精度的影响规律,为控制算法实用化奠定理论基础。4.构建了稳定平台测控系统的传感器故障处理框架。首先分析了稳定平台传感器故障类型及其影响,确定井下系统的可处理故障;其次针对姿态传感器完全失效故障,结合实际钻井工况和传感器冗余配置,提出了传感器故障检测方法和测控系统重构方法,并进行了仿真和可靠性分析。结果表明:稳定平台测控系统可靠度显著提升,奠定了旋转导向控制系统的可靠性与实用性基础。