CN202611685U - 一种用于组合测井的陀螺姿态测量仪器 - Google Patents

Abstract

本实用新型在于提供一种用于组合测井的陀螺姿态测量仪器，包括探测器总成、电路总成；其中，探测器总成包括三轴加速度计、双轴陀螺仪、旋转结构体、隔温设备、保护总成；隔温设备包括保温瓶体、吸热体和隔热体，隔热体通过连接器与电路总成相连，电路总成包括导航采集电路、二次电源电路和传感器驱动电路；探测器总成和电路总成通过滑环和接插件相连；隔温设备将探测器总成和电路总成与井下高温环境相隔离，以保证仪器在可允许的温度下工作；保护总成用于提高井下仪器抗压和连接。能够适应于裸眼井和套管井所有井况的井身轨迹和方位测量，克服了现有磁性测斜仪、单点陀螺测斜仪和半连续陀螺测斜仪的使用局限性和不能组合测量的缺点。

Description

一种用于组合测井的陀螺姿态测量仪器

技术领域

本实用新型涉及陀螺姿态测量仪器在组合测井中的应用，利用陀螺姿态测量仪器可以为在裸眼井和套管井进行工程作业的组合测井系统提供精确的方位及斜度信息，既能实现井眼轨迹连续测量，又能实现为组合测井系统中其他仪器提供工具面及方位信息。 

背景技术

石油测井市场上陀螺姿态测量仪器主要有两类：一类是在地面进行外部基准标定寻北，无法进行自对准和陀螺校漂，仪器只能进行单点测量、无法实现连续姿态更新；另一类是半连续的陀螺姿态测量仪器，其自成系统，无法与其他仪器组合使用，且连续测量一段时间，必须停止进行陀螺校漂。 

本实用新型主要应用于油田开采中的测井工程，与成像测井仪器、声学测井仪器及核测井仪器等组合使用，在裸眼井内对油层评价提供精确方位，在套管井内为套管损伤提供精确方位，并能够连续测量完成井眼轨迹测绘，无须停止对陀螺仪进行校漂。 

本实用新型不仅解决了常规磁性测斜仪无法在地磁场受到影响的油井中提供方位的难题，而且实现了全连续组合测量，使其不仅能够在套管井内工程作业，也能在裸眼井内工程作业，弥补了现有市场上陀螺姿态测量仪器无法组合测量及全连续工作的缺点。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种能够实现全连续组合测井的陀螺姿态测量仪器。 

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案： 

一种用于组合测井的陀螺姿态测量仪器，包括探测器总成、电路总成、隔温设备、保护总成；探测器总成和电路总成通过滑环和接插件相连；隔温设备将探测器总成和电路总成与井下高温环境相隔离，以保证仪器在可允许的温度下工作；保护总成用于提高井下仪器抗压和连接。其中，探测器总成包括三轴加速度计、双轴陀螺仪、旋转结构体；所述旋转结构体为包括步进电机、绝对式光电编码器、轴承和齿轮，旋转结构体将所有传感器组合一起，在步进电机的驱动下， 按照特定的控制率进行旋转；隔热设备包括保温瓶体、吸热体和隔热体，隔热体通过连接器与电路总成相连，保温瓶体和隔热体组合使用防止外界环境温度进入瓶内，吸热体通过液相变化对瓶内温度进行吸收，达到降温目的；保护总成包括抗压管体、上端头、下端头，抗压管体起到抗压作用，上端头通过连接器与隔热设备相连，且通过连接器与其他仪器相连，下端头通过连接器与隔热设备相连，且通过连接器与其他仪器相连；电路总成包括导航采集电路、二次电源电路和传感器驱动电路。 

按照本实用新型提供的一种用于组合测井的陀螺姿态测量仪器，还具有如下附属技术特征： 

所述陀螺仪为光纤陀螺仪。 

所述加速度计为石英挠性加速度计。 

所述旋转结构体为包括步进电机、绝对式光电编码器、轴承和齿轮。 

所述保温瓶体为保温真空夹层瓶体，瓶体内设有液相变化吸热体和金属真空隔热体。 

所述保护总成包括抗压外壳、上下端头，上下端头含有与其他组合仪器相连的连接器和贯通线。 

所述导航采集电路包括电子电路、采集软件、控制软件和惯性导航软件。 

本实用新型的优点是：由于本实用新型的隔温设备、保护总成等结构，使得该专利仪器能够适应井下高温、高压和强冲击工作环境；通过控制软件和旋转结构体配合，使得三轴加速度计和双轴陀螺仪实现了姿态自寻北和全连续测量，无需测井过程中停止进行陀螺仪和姿态校漂；通过导航采集电路和惯性导航软件实现了仪器姿态井下解算，直接上传姿态信息，达到了与其他测井仪器组合使用的目的。所以本实用新型具有适应恶劣工作环境、自寻北、全连续组合测量等优点，能够适应于裸眼井和套管井所有井况的井身轨迹和方位测量，具有使用范围广、测速快、精度高等特点，克服了现有磁性测斜仪、单点陀螺测斜仪和半连续陀螺测斜仪的使用局限性和不能组合测量的缺点。 

附图说明：

图1为本实用新型的一种用于组合测井的陀螺姿态测量仪器示意图； 

图2为本实用新型一种用于组合测井的陀螺姿态测量仪器探测器总成的结 构示意图； 

图3为本实用新型一种用于组合测井的陀螺姿态测量仪器隔温设备部分的结构示意图； 

图4为本实用新型一种用于组合测井的陀螺姿态测量仪器保护总成部分的结构示意图； 

图5为本实用新型一种用于组合测井的陀螺姿态测量仪器电源电路的电路框图； 

图6为本实用新型一种用于组合测井的陀螺姿态测量仪器导航采集电路的电路框图。 

具体实施方案：

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。 

在本实用新型的描述中，术语“内侧”、“外侧”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。 

参见图1，其中示出本实用新型一种组合测井的陀螺姿态测量仪器的示意图，包括探测器总成1、电路总成2、隔温设备3和保护总成4。其中，探测器总成1和电路总成2通过滑环和接插件相连；隔温设备3可以将探测器总成1和电路总成2与井下高温环境相隔离，以保证仪器在可允许的温度下工作；保护总成4具有提高井下仪器抗压和与组合测量仪器连接的功能。 

参考图2，给出了本实用新型所述一种组合测井的陀螺姿态测量仪器所有核心传感器组合和旋转结构体27。传感器组合包括三轴加速度计21、22、23以及双轴陀螺仪24、一轴光电编码器25和一台步进电机26；旋转结构体27将所有传感器组合一起，在步进电机26的驱动下，按照特定的控制率进行旋转。三轴加速度计21、22、23通过螺钉紧固的方式固定在双轴陀螺仪24的上端结构本体上，双轴陀螺仪24的下端结构本体通过螺钉紧固的方式与旋转结构体27相连， 旋转结构体27上端通过轴承与光电编码器25相连，旋转结构体27下端通过轴承和齿轮与步进电机26相连。 

参考图3，给出了本实用新型所述的隔热设备3的结构组成，包括保温瓶体31、吸热体32和隔热体33，隔热体33通过连接器34与电路总成相连。保温瓶体31和隔热体33组合使用防止外界环境温度进入瓶内，吸热体32通过液相变化对瓶内温度进行吸收，达到降温目的。吸热体32下端与隔热体33上端通过螺钉紧固的方式相连，隔热体33下端通过连接器34与电路总成相连，吸热体32上端通过螺纹方式与保温瓶体31相连。 

参考图4，给出了本实用新型所述的保护总成4的结构组成，包括抗压管体41、上端头42、下端头43。抗压管体41起到抗压作用，上端头42通过连接器44与隔温设备3相连，且通过连接器45与组合测井中的其他仪器相连，下端头43通过连接器46与隔温设备3相连，且通过连接器47与组合测井中的其他仪器相连。上端头42通过螺纹与抗压管体41上端相连，下端头43通过螺纹与抗压管体41下端相连。 

参考图5，给出了电路总成中电源电路的原理框图，该电路实现了传感器及电路工作所需要的直流电源。其中，通过变压转换将输入交流电转换为直流电，通过降噪电路将电源中的交流噪声成分降低，通过DC/DC电路将直流电转换成不同电压幅值的直流电源，通过滤波电路进一步提升输出直流电源的品质，最终输出传感器及电路工作所需要的直流电源(±5V、±12V)。 

参考图6，给出了电路总成中导航采集电路的原理框图，该电路实现了传感器数据采集、导航解算及控制系统运行。其中，信号处理单元将传感器数据进行预处理，采集单元对传感器数据进行采集，并将模拟信号变换为数字信号，控制单元根据采集单元的传感器数据和设计的控制率控制步进电机进行运转，导航单元将采集单元的传感器信息按照设计的导航算法进行导航运算解算出仪器姿态角，输出单元将姿态信息按照规定的协议发送至地面系统。 

在实际工程测量时，具体的电信号流程如下：地面系统通过测井电缆给该仪器提供交流电源，电路总成中电源电路实现传感器及电路工作所需要的直流电源，导航采集电路实现传感器数据的采集，并通过特定的导航算法及独特的控制系统设计，实现仪器姿态的连续测量，并通过输出单元按照组合测井仪器的传输 协议将姿态信息传输至地面系统。 

本实用新型之所以能够实现连续组合测井，主要取决于以下几个方面：一是本实用新型在结构设计上采用了组合测井用的结构设计，主要体现在上端头42和下端头43，达到了该实用新型能够在结构上直接与其它组合测井仪器相连；二是本实用新型在探测器总成的结构设计上设计了独特的旋转体结构27，其与导航采集电路中的控制单元组成自动控制系统，保证了仪器姿态的全连续测量；三是导航采集电路中的输出单元的信号输出协议采用了组合测井用的信号输出协议，使得本实用新型的信号输出能够被组合测井地面系统辨识和接收。 

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。 

Claims (8)

1.一种用于组合测井的陀螺姿态测量仪器，其特征在于，包括探测器总成(1)、电路总成(2)、隔温设备(3)、保护总成(4)；探测器总成(1)和电路总成(2)通过滑环和接插件相连；隔温设备(3)将探测器总成(1)和电路总成(2)与井下高温环境相隔离，以保证仪器在可允许的温度下工作；保护总成(4)用于提高井下仪器抗压和连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于组合测井的陀螺姿态测量仪器，其特征在于，探测器总成(1)包括三轴加速度计(21、22、23)、双轴陀螺仪(24)、旋转结构体(27)；所述旋转结构体(27)为包括步进电机(26)、绝对式光电编码器(25)、轴承和齿轮，旋转结构体(27)将所有传感器组合一起，在步进电机(26)的驱动下，按照特定的控制率进行旋转，三轴加速度计(21、22、23)固定在双轴陀螺仪(24)的上端结构本体上，双轴陀螺仪(24)的下端结构本体与旋转结构体(27)相连，旋转结构体(27)上端通过轴承与光电编码器(25)相连，旋转结构体(27)下端通过轴承和齿轮与步进电机(26)相连。

3.根据权利要求1所述的一种用于组合测井的陀螺姿态测量仪器，其特征在于，隔温设备(3)包括保温瓶体(31)、吸热体(32)和隔热体(33)，隔热体(33)通过连接器(34)与电路总成(2)相连，保温瓶体(31)和隔热体(33)组合使用防止外界环境温度进入瓶内，吸热体(32)通过液相变化对瓶内温度进行吸收，达到降温目的，吸热体(32)下端与隔热体(33)上端相连，隔热体(33)下端通过连接器(34)与电路总成相连，吸热体(32)上端与保温瓶体(31)相连。

4.根据权利要求1所述的一种用于组合测井的陀螺姿态测量仪器，其特征在于，保护总成(4)包括抗压管体(41)、上端头(42)、下端头(43)，抗压管体(41)起到抗压作用，上端头(42)通过连接器(44)与隔温设备(3)相连，且通过连接器(45)与其他仪器相连，下端头(43)通过连接器(46)与隔热温设备(3)相连，且通过连接器(47)与其他仪器相连，上端头(42)与抗压管体(41)上端相连，下端头(43)与抗压管体(41)下端相连。

5.根据权利要求1所述的一种用于组合测井的陀螺姿态测量仪器，其特征在于，电路总成包括导航采集电路、二次电源电路和传感器驱动电路。

6.根据权利要求2所述的一种用于组合测井的陀螺姿态测量仪器，其特征在于，所述陀螺仪(24)为光纤陀螺仪。

7.根据权利要求2所述的一种用于组合测井的陀螺姿态测量仪器，其特征 在于，所述加速度计(21、22、23)为石英挠性加速度计。

8.根据权利要求3所述的一种用于组合测井的陀螺姿态测量仪器，其特征在于，所述保温瓶体(31)为保温真空夹层瓶体，瓶体内设有液相变化吸热体和金属真空隔热体。

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