CN202391413U

CN202391413U - 无线随钻测斜仪

Info

Publication number: CN202391413U
Application number: CN2011205052733U
Authority: CN
Inventors: 李晓东; 张亚军; 孙国鼎; 刘立扬; 程亮
Original assignee: Xian Sitan Apparatus Co Ltd
Current assignee: Xian Sitan Apparatus Co Ltd
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2021-12-07

Abstract

本实用新型涉及一种无线随钻测斜仪，包括测量短节骨架，该无线随钻测斜仪还包括设置在短节骨架上的陀螺仪组。本实用新型提供一种测量精度高、可消除噪声干扰和陀螺的随机漂移以及拓宽仪器适用范围的无线随钻测斜仪。

Description

无线随钻测斜仪

技术领域

本实用新型属于石油勘探仪器设备领域，涉及一种无线随钻测斜仪，尤其涉及一种在定向钻井过程中测量井眼轨迹用无线随钻测斜仪。

背景技术

在石油行业定向钻井过程中常使用磁通门随钻测斜仪施工。该类随钻测斜仪以井口地垂线和地磁场组成的直角坐标系为基准定义方向参数，并利用探管坐标系对基准坐标系的相互关系测量方向参数。随钻测斜仪分有线和无线两类。

现有无线随钻测斜仪使用磁通门传感器作为方位传感器，通过测量地球磁场的方向来换算出地球的地理方位，从而确定井眼轨迹走向。这种测量方法传感器性能稳定可靠，但易受周围磁场的影响，要求调试环境在3米内无铁磁物质，10米内无强磁场存在，只能用于裸眼井的测量，应用范围受到一定的限制。在一些钻井过程中，由于所钻井眼与临井间距很近，经常会产生磁干扰，使磁通门传感器无法正常使用。

如何在磁干扰环境下进行随钻测斜工作，成为亟待解决的一个问题。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供一种测量精度高、可消除噪声干扰和陀螺的随机漂移以及拓宽仪器适用范围的无线随钻测斜仪。

本实用新型的技术解决方案是：本实用新型提供了一种无线随钻测斜仪，包括测量短节骨架，其特殊之处在于：所述无线随钻测斜仪还包括设置在短节骨架上的陀螺仪组。

上述陀螺仪组包括第一动力调谐陀螺以及第二动力调谐陀螺；所述第一动力调谐陀螺沿测量短节骨架的径向方向设置于测量短节骨架上；所述第二动力调谐陀螺沿测量短节骨架的轴向方向设置于测量短节骨架上。

上述无线随钻测斜仪还包括与陀螺仪组依次设置在短节骨架上的加速度计组。

上述加速度计组包括第一加速度计、第二加速度计以及第三加速度计；所述第一加速度计、第二加速度计以及第三加速度计依次沿测量短节骨架的轴向方向正交设置于测量短节骨架的轴向方向上。

上述第一动力调谐陀螺包括第一动力调谐陀螺的X向敏感轴以及第一动力调谐陀螺的Y向敏感轴；所述第二动力调谐陀螺包括第二动力调谐陀螺的X向敏感轴以及第二动力调谐陀螺的Y向敏感轴；所述第一加速度计包括第一加速度计Gx的敏感轴；所述第二加速度计包括第二加速度计Gy的敏感轴；所述第三加速度计包括第三加速度计Gz的敏感轴；所述第一动力调谐陀螺的X向敏感轴与第一加速度计Gx的敏感轴方向保持一致；所述第一动力调谐陀螺的Y向敏感轴与第二加速度计Gy的敏感轴方向保持一致；所述第二动力调谐陀螺的X向敏感轴与第一动力调谐陀螺的X向敏感轴方向保持一致；所述第二动力调谐陀螺的Y向敏感轴与第三加速度计Gz的敏感轴方向保持一致。

上述第一加速度计、第二加速度计以及第三加速度计均是石英挠性加速度计。

上述无线随钻测斜仪还包括与测量短节骨架相连的信号采集及处理单元；所述信号采集及处理单元包括采样器、放大器、滤波器、调理器、AD转换器、可编程逻辑器件CPLD以及数字信号处理器DSP；所述采样器、放大器、滤波器、调理器、AD转换器、可编程逻辑器件CPLD以及数字信号处理器DSP依次连接。

上述无线随钻测斜仪还包括设置在测量短节骨架上的用于测量传感器工作环境的温度的温度传感器。

本实用新型的优点是：

本实用新型提供的无线随钻测斜仪，是随钻测斜仪使用陀螺仪和磁通门来进行定向。通过井上向井下仪器信号接收装置发送控制信号来控制随钻测斜仪的工作方式。工作方式一是同时使用陀螺和磁通门进行定向，通过将二者发送的数据进行比较，以保证磁异常区域的测量精度。工作方式二是使用磁通门定向，即在无磁异常区域使用磁通门仪进行定向，减少功耗同时延长陀螺仪寿命。具体而言，其具有以下优点：

本实用新型随环境磁场变化而改变测斜方式，满足测量精度要求。第二，本实用新型所提供的陀螺定向部分在钻井或测井过程中通过对测斜仪的瞬时角速度进行积分来获得测斜仪沿三个轴向旋转的角度，实时输出油井的方位信息。同时，采用卡尔曼滤波方法对输入数据进行处理，以消除噪声干扰和陀螺的随机漂移。第三，本实用新型在磁干扰环境下也可以进行随钻测斜，拓宽了仪器的适用范围，适用于加密井，丛式井以及侧钻井等。

附图说明

图1是本实用新型所提供的测斜仪的总体结构框架示意图；

图2是本实用新型所提供的测斜仪中陀螺、加速度计、磁通门传感器的配置方案示意图；

图3是本实用新型所采用的信号采集及处理单元框图。

具体实施方式

本实用新型的工作原理是：本实用新型提供的无线随钻测斜仪，是随钻测斜仪使用陀螺仪和磁通门来进行定向。通过井上向井下仪器信号接收装置发送控制信号来控制随钻测斜仪的工作方式。工作方式一是同时使用陀螺和磁通门进行定向，通过将二者发送的数据进行比较，以保证磁异常区域的测量精度。工作方式二是使用磁通门定向，即在无磁异常区域使用磁通门仪进行定向，减少功耗同时延长陀螺仪寿命。

本实用新型既能使用同时使用陀螺和磁通门进行定向，又能单独使用磁通门定向。通过井上向井下仪器信号接收装置发送控制信号来控制随钻测斜仪的工作方式。如果采用陀螺定向，是指由测量短节骨架、第一动力调谐陀螺、第二动力调谐陀螺、第一加速度计、第二加速度计、第三加速度计组合进行测量；第一动力调谐陀螺沿测量短节骨架的径向方向设置于测量短节骨架上；第二动力调谐陀螺沿测量短节骨架的轴向方向设置于测量短节骨架上；第一加速度计、第二加速度计以及第三加速度计依次沿测量短节骨架的轴向方向正交设置于测量短节骨架的轴向方向上；陀螺定向的第一加速度计、第二加速度计以及第三加速度计是石英挠性加速度计。

如果采用磁通门定向，是指由测量短节骨架、三个磁通门计、三个加速度计组合进行测量；所述测量短节骨架和加速度计就是上述测量短节骨架和加速度计；所述第一磁通门传感器、第二磁通门传感器以及第三磁通门传感器依次沿测量短节骨架的轴向方向正交设置于测量短节骨架的轴向方向上；

陀螺定向和磁通门定向还包括信号采集及处理单元，包括采样器、放大器、滤波器、调理器、AD转换器、可编程逻辑器件CPLD以及数字信号处理器DSP；所述采样器、放大器、滤波器、调理器、AD转换器、可编程逻辑器件CPLD以及数字信号处理器DSP依次连接。

针对上述问题，提出一种改进的随钻测斜仪实施例：

该随钻测斜仪为无线随钻测斜仪，采用泥浆脉冲方式来传输数据。参照图1，该随钻测斜仪包括井上部分以及井下仪器；井上部分包括立管压力传感器(信号接收单元)、信号解码单元以及与信号解码单元相连的PC机；井下仪器由1个温度传感器、2个陀螺仪、3个磁通门计、3个加速度计、压力开关(井上信号接收装置)、数据存储单元、信号调理和数据采集单元、控制和数据处理单元、电源、泥浆脉冲发生器驱动电路以及泥浆脉冲发生器(遥传单元)组成。

参照图2，3个石英挠性加速度计两两相互正交，安装方向平行于仪器坐标轴方向，与仪器固联。在机械加工过程中通过精密校准，三轴保持高度一致，安装误差小于1°。

安装陀螺时，第一动力调谐陀螺的X向敏感轴与第一加速度计Gx的敏感轴方向保持一致，第一动力调谐陀螺的Y向敏感轴与第二加速度计Gy的敏感轴方向保持一致，第二动力调谐陀螺的X向敏感轴与第一动力调谐陀螺的X向敏感轴方向保持一致，第二动力调谐陀螺的Y向敏感轴与第三加速度计Gz的敏感轴方向保持一致。

3个磁通门传感器两两相互正交，安装方向平行于仪器坐标轴方向，与仪器固联。第一磁通门传感器Bx与第一加速度计Gx相互平行，第二磁通门传感器By与第二加速度计Gy相互平行，第三磁通门传感器Bz与第三加速度计Gz相互同轴。

压力开关用来检测泥浆压力，当井上控制泥浆泵的开关而使泥浆压力发生规律性变化时，压力开关相应的产生规律性通断变化，这些变化被控制和调理电路接收，进而控制井下仪器转入相应的工作模式，如：由陀螺+磁通门+加速度计的工作状态转为磁通门+加速度计工作状态。

数据存储单元，其主要功能是将井下仪器送来的信号以文件的形式记录在大容量存储体中(该信号是以等时的方式进行采样的)，从而获得数据与时间的对应关系。当仪器提出井口后，将存储的井下测井数据传输到PC机中。PC机将地面系统记录的数据和井下系统记录的数据进行处理，即得到完整的测井资料。

在井下仪器向上发送数据时，也是由控制和调理电路将要发送的数据转化为2进制表示的脉冲串形式，然后通过脉冲发生器驱动的电磁阀将电脉冲转化为相应的泥浆脉冲发送到地面。

地面由立管压力传感器采集泥浆脉冲，通过地面控制箱将脉冲串进行译码，之后再将得到的数据传给计算机。

信息采集与处理部分参见图3，信号采集及处理单元由两个动力调谐陀螺测量的角速率信息、三个石英加速度计测量的比力信息、三个磁通门传感器测量的地磁场信息、温度传感器测量的惯性测量单元温度信息经过采样、放大、滤波、调理环节处理后送给A/D转换器后，送给CPLD芯片进行处理，完成后将处理结果送DSP进行算法解算，信号采集及处理单元包括采样器、放大器、滤波器、调理器、转换器、可编程逻辑器件CPLD以及数字信号处理器DSP；采样器、放大器、滤波器、调理器、转换器、可编程逻辑器件CPLD以及数字信号处理器DSP依次连接。

以上对本实用新型实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本实用新型进行了阐述，以具体实例的说明只是用于帮助理解本实用新型的系统及方法；同时，对于本领域的技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种无线随钻测斜仪，包括测量短节骨架，其特征在于：所述无线随钻测斜仪还包括设置在短节骨架上的陀螺仪组。

2.根据权利要求1所述的无线随钻测斜仪，其特征在于：所述陀螺仪组包括第一动力调谐陀螺以及第二动力调谐陀螺；所述第一动力调谐陀螺沿测量短节骨架的径向方向设置于测量短节骨架上；所述第二动力调谐陀螺沿测量短节骨架的轴向方向设置于测量短节骨架上。

3.根据权利要求1或2所述的无线随钻测斜仪，其特征在于：所述无线随钻测斜仪还包括与陀螺仪组依次设置在短节骨架上的加速度计组。

4.根据权利要求3所述的无线随钻测斜仪，其特征在于：所述加速度计组包括第一加速度计、第二加速度计以及第三加速度计；所述第一加速度计、第二加速度计以及第三加速度计依次沿测量短节骨架的轴向方向正交设置于测量短节骨架的轴向方向上。

5.根据权利要求4所述的无线随钻测斜仪，其特征在于：所述第一动力调谐陀螺包括第一动力调谐陀螺的X向敏感轴以及第一动力调谐陀螺的Y向敏感轴；所述第二动力调谐陀螺包括第二动力调谐陀螺的X向敏感轴以及第二动力调谐陀螺的Y向敏感轴；所述第一加速度计包括第一加速度计Gx的敏感轴；所述第二加速度计包括第二加速度计Gy的敏感轴；所述第三加速度计包括第三加速度计Gz的敏感轴；所述第一动力调谐陀螺的X向敏感轴与第一加速度计Gx的敏感轴方向保持一致；所述第一动力调谐陀螺的Y向敏感轴与第二加速度计Gy的敏感轴方向保持一致；所述第二动力调谐陀螺的X向敏感轴与第一动力调谐陀螺的X向敏感轴方向保持一致；所述第二动力调谐陀螺的Y向敏感轴与第三加速度计Gz的敏感轴方向保持一致。

6.根据权利要求5所述的无线随钻测斜仪，其特征在于：所述第一加速度计、第二加速度计以及第三加速度计均是石英挠性加速度计。

7.根据权利要求6所述的无线随钻测斜仪，其特征在于：所述无线随钻测斜仪还包括与测量短节骨架相连的信号采集及处理单元；所述信号采集及处理单元包括采样器、放大器、滤波器、调理器、AD转换器、可编程逻辑器件CPLD 以及数字信号处理器DSP；所述采样器、放大器、滤波器、调理器、AD转换器、可编程逻辑器件CPLD以及数字信号处理器DSP依次连接。

8.根据权利要求7所述的无线随钻测斜仪，其特征在于：所述无线随钻测斜仪还包括设置在测量短节骨架上的用于测量传感器工作环境的温度的温度传感器。