CN106285632B - 方位伽马测量装置及采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种方位伽马测量装置，该方位伽马测装置包含：聚焦伽马传感器，其采集伽玛计数值；用于确定聚焦伽马传感器在地层中姿态和探头法向方向的三轴加速度计和三轴磁通门，三轴加速度计和三轴磁通门的三轴方向相同；微控制器，其输入端通信连接并接收三轴加速度计和三轴磁通门采集的聚焦伽马传感器在地层中姿态和探头法向方向信息，及聚焦伽马传感器采集的伽玛计数值，得到各个方向的伽马计数值。本发明可以连续测量来自各个方向的伽马射线，可以判断和识别复杂地层的性质和地层变化情况，不管伽马传感器处于何种姿态、以不同的转速旋转，伽马数据都可以采集归结到某一方向，实现伽马数据的方位测量，可以大幅度提高钻遇率。
Description
技术领域
本发明涉及石油随钻测井领域，具体涉及一种方位伽马测量装置及采集方法。
背景技术
目前，石油随钻测井领域很多厂商推出了自然伽马测井装置，但是该种自然伽马只是采集了传感器所处环境中所有方向的伽马值，不能准确判断伽马的方向，无法判断和识别复杂地层的性质和地层变化情况。
发明内容
本发明提供一种方位伽马测量装置及采集方法，能够测量各个方位的伽马值，可以判断和识别复杂地层的性质和地层变化情况，为地质导向作业提供重要依据。
为实现上述目的，本发明提供一种方位伽马测量装置，其特点是，该方位伽马测装置包含：
聚焦伽马传感器，其采集伽玛计数值；
用于确定聚焦伽马传感器在地层中姿态和探头法向方向的三轴加速度计和三轴磁通门，三轴加速度计和三轴磁通门的三轴方向相同；
微控制器，其输入端通信连接并接收三轴加速度计和三轴磁通门采集的聚焦伽马传感器在地层中姿态和探头法向方向信息，及聚焦伽马传感器采集的伽玛计数值，得到各个方向的伽马计数值。
上述聚焦伽马传感器外部包裹有钨屏蔽层，钨屏蔽层上对应聚焦伽马传感器的探头位置开设有伽马射线可穿过的窗口，窗口法向与聚焦伽马传感器探头的法向相同。
上述三轴加速度计中的两轴方向与聚焦伽马传感器的轴向和探头法向相相对应。
一种方位伽马测量装置的采集方法，其特点是，该方位伽马测量装置包含微控制器和通信连接微控制器的聚焦伽马传感器、三轴加速度计和三轴磁通门；该采集方法包含：
三轴加速度计采集三个轴方向的重力加速度数据输出至微控制器，得到聚焦伽马传感器窗口在重力坐标系内的转动角度，重力坐标系内的转动角度以聚焦伽马传感器窗口垂直向上为0度；
三轴磁通门采集三个轴方向的磁感应强度数据输出至微控制器，得到聚焦伽马传感器窗口在磁场坐标系内的转动角度，磁场坐标系内的转动角度以聚焦伽马传感器窗口指向地磁北极为0度；
微控制器根据重力加速度和磁感应强度的大小和方向，得出聚焦伽马传感器的倾斜角，倾斜角以聚焦伽马传感器轴向垂直向下为0度；
微控制器根据倾斜角的大小来确定在测量伽马的方位时采用重力坐标还是磁场坐标数据；
聚焦伽马传感器连续高速采集伽马计数值，微控制器根据转动角度和倾斜角将伽马数据归结到各个方位，形成各个方位的伽马数据。
上述三轴加速度计采集三个轴方向的重力加速度数据为gx、gy、gz，根据式(1)得到重力坐标系中的转动角度θ(0≤θ≤2π)：
当gz≥0时，0≤θ≤π，当gz<0时，π<θ<2π。
上述三轴磁通门采集三个轴方向的磁感应强度数据为Hx、Hy、Hz，根据式(2)得到磁性坐标系中的转动角度θm(0≤θm≤2π)：
当Hz≥0时，0≤θm≤π，当Hz<0时，π<θm<2π。
上述倾斜角ε(0≤ε≤π)根据式(3)得到：
上述微控制器判断倾斜角ε是否小于5°，若是，则采用磁性坐标系中的转动角度获取方位伽马数据；若否，则采用重力坐标系中的转动角度获取方位伽马数据。
垂直于上述聚焦伽马传感器轴向的平面分为4个扇区：上伽马计数、右伽马计数、下伽马计数和左伽马计数；
转动角度-45～45°时，所采集到的伽马计数值归结到上伽马计数；
转动角度45～135°时，所采集到的伽马计数值归结到右伽马计数；
转动角度135～225°时，所采集到的伽马计数值归结到下伽马计数；
转动角度225～315°时，所采集到的伽马计数值归结到左伽马计数。
本发明方位伽马测量装置及采集方法和现有技术相比，其优点在于，本发明可以连续测量来自各个方向的伽马射线，可以判断和识别复杂地层的性质和地层变化情况，不管伽马传感器处于何种姿态、以不同的转速旋转，伽马数据都可以采集归结到某一方向，实现伽马数据的方位测量，可以大幅度提高钻遇率。
附图说明
图1为本发明方位伽马测量装置的系统框图；
图2为本发明聚焦伽马传感器的检测示意图；
图3为本发明聚焦伽马传感器、三轴加速度计和三轴磁通门的坐标系定义示意图；
图4为本发明方位伽马测量装置的采集方法的流程图；
图5为本发明方位伽马测量装置的方位定义图。
具体实施方式
以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。
如图1所示，为本发明公开的一种方位伽马测量装置的实施例，该方位伽马测装置包含：聚焦伽马传感器100、三轴加速度计200、三轴磁通门300和微控制器400。微控制器400的输入端通信连接聚焦伽马传感器100、三轴加速度计200和三轴磁通门300。
微控制器400输入端通信连接并接收三轴加速度计200和三轴磁通门300采集的聚焦伽马传感器100在地层中姿态和探头法向方向信息，及聚焦伽马传感器100采集的伽玛计数值，从而得到各个方向的伽马计数值。
如图2所示，聚焦伽马传感器100用于采集伽玛计数值。聚焦伽马传感器100是一个圆柱体传感器，在聚焦伽马传感器100外部包裹有钨屏蔽层101，钨屏蔽层101上对应聚焦伽马传感器100的探头位置径向开设有伽马射线可穿过的窗口102，窗口102法向与聚焦伽马传感器探头的法向相同。地层岩石中的伽马射线103可以通过钨屏蔽层101中的窗口102，进入到传感器内部的探头，其余方位的伽马射线103即被钨屏蔽层101屏蔽。
如图3所示，三轴加速度计200和三轴磁通门300的三个轴的方向一致，三轴加速度计200中设有加速度芯片201，三轴磁通门300中设有磁通门芯片301，用于确定聚焦伽马传感器在地层中姿态和探头法向方向。
三轴加速度计200中的两轴方向与聚焦伽马传感器100的轴向和探头法向相相对应，具体如下：
聚焦伽马传感器100轴向与三轴加速度计200的某一轴方向一致。本实施例中，设聚焦伽马传感器100轴向为X轴，相应的三轴加速度计200的X轴向与聚焦伽马传感器100轴向对应。
聚焦伽马传感器100的窗口102中心，即探头法向所指向的方向与三轴加速度计200的某一轴方向一致。本实施例中，设聚焦伽马传感器100探头的法向为Y轴，相应的三轴加速度计200的Y轴向与聚焦伽马传感器100探头的法向对应。
如图4所示，本发明还公开了一种方位伽马测量装置的采集方法，该采集方法具体包含以下步骤：
S1、三轴加速度计采集三个轴方向的重力加速度数据输出至微控制器，得到聚焦伽马传感器窗口在重力坐标系内的转动角度，重力坐标系内的转动角度以聚焦伽马传感器窗口垂直向上为0度。
三轴加速度计采集三个轴方向的重力加速度数据为gx、gy、gz，根据式(1)得到重力坐标系中的转动角度θ(0≤θ≤2π)：
当gz≥0时，0≤θ≤π，当gz<0时，π<θ<2π。
S2、三轴磁通门采集三个轴方向的磁感应强度数据输出至微控制器，得到聚焦伽马传感器窗口在磁场坐标系内的转动角度，磁场坐标系内的转动角度以聚焦伽马传感器窗口指向地磁北极为0度。
三轴磁通门采集三个轴方向的磁感应强度数据为Hx、Hy、Hz，根据式(2)得到磁性坐标系中的转动角度θm(0≤θm≤2π)：
当Hz≥0时，0≤θm≤π，当Hz<0时，π<θm<2π。
S3、微控制器根据重力加速度和磁感应强度的大小和方向，得出聚焦伽马传感器的倾斜角，倾斜角以聚焦伽马传感器轴向垂直向下为0度。
倾斜角ε(0≤ε≤π)根据式(3)得到：
S4、微控制器根据倾斜角的大小来确定在测量伽马的方位时采用重力坐标还是磁场坐标数据。
微控制器判断倾斜角ε是否小于5°，若是，则采用磁性坐标系中的转动角度获取方位伽马数据；若否，则采用重力坐标系中的转动角度获取方位伽马数据。
S5、聚焦伽马传感器连续高速采集伽马计数值，微控制器根据转动角度和倾斜角将伽马数据归结到各个方位，形成各个方位的伽马数据。
如图5所示，垂直于上述聚焦伽马传感器轴向的平面分为4个扇区：上伽马计数501、右伽马计数502、下伽马计数503和左伽马计数504。
若转动角度-45～45°时，所采集到的伽马计数值归结到上伽马计数501。
若转动角度45～135°时，所采集到的伽马计数值归结到右伽马计数502。
若转动角度135～225°时，所采集到的伽马计数值归结到下伽马计数503。
若转动角度225～315°时，所采集到的伽马计数值归结到左伽马计数504。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (4)
1.一种方位伽马测量装置的采集方法，其特征在于，所述方位伽马测量装置包含微控制器和通信连接微控制器的聚焦伽马传感器、三轴加速度计和三轴磁通门；其中，所述聚焦伽马传感器用于采集伽玛计数值；所述三轴加速度计和三轴磁通门用于确定聚焦伽马传感器在地层中姿态和探头法向方向，所述三轴加速度计和三轴磁通门的三轴方向相同；所述微控制器的输入端通信连接并接收三轴加速度计和三轴磁通门采集的聚焦伽马传感器在地层中姿态和探头法向方向信息，及所述聚焦伽马传感器采集的伽玛计数值，得到各个方向的伽马计数值；该采集方法包含：
三轴加速度计采集三个轴方向的重力加速度数据输出至微控制器，得到聚焦伽马传感器窗口在重力坐标系内的转动角度，重力坐标系内的转动角度以聚焦伽马传感器窗口垂直向上为0度；
所述三轴加速度计采集三个轴方向的重力加速度数据为gx、gy、gz，根据式(1)得到重力坐标系中的转动角度θ(0≤θ≤2π)：
当gz≥0时，0≤θ≤π，当gz<0时，π<θ<2π；
三轴磁通门采集三个轴方向的磁感应强度数据输出至微控制器，得到聚焦伽马传感器窗口在磁场坐标系内的转动角度，磁场坐标系内的转动角度以聚焦伽马传感器窗口指向地磁北极为0度；
所述三轴磁通门采集三个轴方向的磁感应强度数据为Hx、Hy、Hz，根据式(2)得到磁性坐标系中的转动角度θm(0≤θm≤2π)：
当Hz≥0时，0≤θm≤π，当Hz<0时，π<θm<2π；
微控制器根据重力加速度和磁感应强度的大小和方向，得出聚焦伽马传感器的倾斜角，倾斜角以聚焦伽马传感器轴向垂直向下为0度；
所述倾斜角ε(0≤ε≤π)根据式(3)得到：
微控制器根据倾斜角的大小来确定在测量伽马的方位时采用重力坐标还是磁场坐标数据；
所述微控制器判断倾斜角ε是否小于5度，若是，则采用磁性坐标系中的转动角度获取方位伽马数据；若否，则采用重力坐标系中的转动角度获取方位伽马数据；
聚焦伽马传感器连续高速采集伽马计数值，微控制器根据转动角度和倾斜角将伽马数据归结到各个方位，形成各个方位的伽马数据；
垂直于所述聚焦伽马传感器轴向的平面分为4个扇区：上伽马计数、右伽马计数、下伽马计数和左伽马计数；
转动角度-45～45°时，所采集到的伽马计数值归结到上伽马计数；
转动角度45～135°时，所采集到的伽马计数值归结到右伽马计数；
转动角度135～225°时，所采集到的伽马计数值归结到下伽马计数；转动角度225～315°时，所采集到的伽马计数值归结到左伽马计数。
2.一种方位伽马测量装置，其特征在于，用于实现如权利要求1所述的方位伽马测装置的采集方法，所述方位伽马测量装置包含：
聚焦伽马传感器，其采集伽玛计数值；
用于确定聚焦伽马传感器在地层中姿态和探头法向方向的三轴加速度计和三轴磁通门，三轴加速度计和三轴磁通门的三轴方向相同；
微控制器，其输入端通信连接并接收三轴加速度计和三轴磁通门采集的聚焦伽马传感器在地层中姿态和探头法向方向信息，及聚焦伽马传感器采集的伽玛计数值，得到各个方向的伽马计数值。
3.如权利要求2所述的方位伽马测量装置，其特征在于，所述聚焦伽马传感器外部包裹有钨屏蔽层，钨屏蔽层上对应聚焦伽马传感器的探头位置开设有伽马射线可穿过的窗口，窗口法向与聚焦伽马传感器探头的法向相同。
4.如权利要求2或3所述的方位伽马测量装置，其特征在于，所述三轴加速度计中的两轴方向与聚焦伽马传感器的轴向和探头法向相相对应。
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