CN211201936U - 一种定向传感器的标定校验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种定向传感器的标定校验系统，包括工控机和定向传感器，工控机分别连接传感器信号采集系统、第一三轴亥姆霍兹线圈和第二三轴亥姆霍兹线圈，第一三轴亥姆霍兹线圈内设置有加温标定转台，加温标定转台用于对定向传感器进行标定，第二三轴亥姆霍兹线圈内设置有高精度倾角方位测试转台，高精度倾角方位测试转台用于对定向传感器进行校验。本实用新型通过对定向传感器的全温度标定，达到在高温复杂的地质环境中高精度地质导向的目的，满足越来越苛刻的钻井施工要求。

Description

一种定向传感器的标定校验系统

技术领域

本实用新型属于石油钻井、测井仪器的标定和校验技术领域，具体涉及一种定向传感器的标定校验系统。

背景技术

在石油行业，定向传感器在井下测量井斜、方位、工具面等工程参数，它的测量准确性直接影响着井眼轨迹的精度。随着大斜度定向井、水平井和丛式井的施工作业数量不断增长，钻井工程对井眼轨迹的要求越来越高，如何保证定向传感器测量数据的准确性，证明定向传感器测量数据的有效性成为了一个需要解决的问题。

目前，在石油行业，基于加速度传感器和磁性传感器结构的定向传感器多采用总场标定(total field calibration)的标定方法。由于该方法利用地球总磁场和总重力场对定向传感器的每个传感器进行单独标定，所以它对环境磁场有苛刻的要求，使得维护和建立标定系统需要高昂的成本。

另外，使用“总场标定”方法的标定设备没有精确地倾角、方位、工具面标识，标定后的定向传感器常采用在标定设备上进行旋转测试的方法证明标定结果的测量精度。这种方法缺少对上述关键测量数据的校验。

在其它使用三轴亥姆霍兹线圈标定定向传感器的现有研究中，局限于研究利用三轴亥姆霍兹线圈抵消静态磁场生成无磁环境，和在这种无磁环境下，定向传感器的磁性传感器的标定。而没有研究在三轴亥姆霍兹线圈抵消磁场并生成一定方向的标准直流磁场的环境下，定向传感器的标定。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种定向传感器的标定校验系统，可以利用多种设备对定向传感器实施标定和校验。在石油工程中，通过提高井下定向传感器的标定和校验精度，用以减小井眼轨迹的不确定度，提高钻井施工的中靶率。

本实用新型采用以下技术方案：

一种定向传感器的标定校验系统，包括工控机和定向传感器，工控机分别连接传感器信号采集系统、第一三轴亥姆霍兹线圈和第二三轴亥姆霍兹线圈，第一三轴亥姆霍兹线圈内设置有加温标定转台，加温标定转台用于对定向传感器进行加温和标定，第二三轴亥姆霍兹线圈内设置有高精度倾角方位测试转台，高精度倾角方位测试转台用于对定向传感器进行校验。

具体的，第一三轴亥姆霍兹线圈内设置有第一底座，加温标定转台设置在第一底座上，通过加温标定转台温度控制器与工控机连接。

进一步的，第一三轴亥姆霍兹线圈内部50cm×50cm×50cm空间的三轴上能够产生三个-100uT至100uT的均匀直流磁场，加温标定转台的装载高度和倾角转动轴设置在第一三轴亥姆霍兹线圈均匀磁场空间内。

具体的，第二三轴亥姆霍兹线圈内设置有第二底座；高精度倾角方位测试转台设置在第二底座上，与工控机连接。

进一步的，第二三轴亥姆霍兹线圈内部50cm×50cm×50cm空间的三轴上能够产生三个-100uT至100uT的均匀直流磁场，高精度倾角方位测试转台的装载高度和倾角转动轴在第二三轴亥姆霍兹线圈均匀磁场空间内。

进一步的，高精度倾角方位测试转台的检测精度为倾角小于0.01°，方位角小于0.05°。

具体的，工控机经三轴亥姆霍兹线圈电源控制器连接三轴亥姆霍兹线圈切换控制器，三轴亥姆霍兹线圈切换控制器分别连接第一三轴亥姆霍兹线圈电源和第二三轴亥姆霍兹线圈电源，第一三轴亥姆霍兹线圈电源连接第一三轴亥姆霍兹线圈，第二三轴亥姆霍兹线圈电源连接第二三轴亥姆霍兹线圈。

具体的，第一三轴亥姆霍兹线圈和第二三轴亥姆霍兹线圈放置的最短距离为1米。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

本实用新型一种定向传感器的标定校验系统，通过调节三轴亥姆霍兹线圈系统内空间磁场的大小和方向，可以为石油工程测井、钻井类定向传感器的磁性传感器提供可溯源的标准磁场环境；通过摆动加温标定转台的空间姿态，可以在不同温度条件下对定向传感器进行标定，保证定向传感器在不同温度条件下的测量准确性；通过高精度倾角方位测试转台的校验，可以对定向传感器标定后的工程测量值，如井斜、方位、工具面等进行验证，对定向传感器的标定精度给出结论，最终达到提升井眼轨迹测量精度的目的。

进一步的，三轴亥姆霍兹线圈可以在其内部50cm×50cm×50cm空间内产生均匀磁场，该空间尺寸大于不同规格的定向传感器在标定校验时的空间转动范围，保证了定向传感器在标定校验过程中环境磁场的均匀性。

进一步的，三轴亥姆霍兹线圈每个轴产生的磁场强度为-100uT至100uT。保证了每个轴产生的磁场足够抵消地球静态磁场在该方向的矢量磁场；并能够在抵消地球磁场的条件下，在任何方向生成近似地球磁场场强的标准磁场。

进一步的，高精度倾角方位测试转台的检测精度为倾角小于0.01°，方位角小于0.05°高于定向传感器的测量精度，方便对其进行校准测试。

进一步的，通过三轴亥姆霍兹线圈切换控制器控制两组三轴亥姆霍兹线圈系统，避免两组三轴亥姆霍兹线圈发生磁场的互相干扰，从而减小两组线圈的放置距离，使两个线圈放置的最短距离为1米，减少系统的占地面积，降低系统的维护成本。

综上所述，本实用新型通过对定向传感器的全温度标定，达到在高温复杂的地质环境中高精度地质导向的目的，满足越来越苛刻的钻井施工要求。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型系统示意图；

图2为本实用新型三轴亥姆霍兹线圈控制示意图；

图3为本实用新型定向传感器数据采集示意图。

其中：1.第一三轴亥姆霍兹线圈；2.第二三轴亥姆霍兹线圈；3.加温标定转台；4.高精度倾角方位测试转台；5.第一底座；6.第二底座；7.第一三轴亥姆霍兹线圈电源；8.第二三轴亥姆霍兹线圈电源；9.三轴亥姆霍兹线圈控制器；10.三轴亥姆霍兹线圈切换控制器；11.工控机；12.传感器信号采集系统；13.显示器；14.加温标定转台温度控制器；15.定向传感器。

具体实施方式

本实用新型提供了一种定向传感器的标定校验系统，采用标准直流磁场环境可以为定向仪器中的磁性传感器提供更精确的溯源。

请参阅图1，本实用新型一种定向传感器的标定校验系统，包括第一三轴亥姆霍兹线圈1、第二三轴亥姆霍兹线圈2、加温标定转台3、高精度倾角方位测试转台4、第一底座5、第二底座6、第一三轴亥姆霍兹线圈电源7、第二三轴亥姆霍兹线圈电源8、三轴亥姆霍兹线圈电源控制器9、三轴亥姆霍兹线圈切换控制器10、工控机11、传感器信号采集系统12、显示器13、加温标定转台温度控制器14和定向传感器15。

工控机11上设置有第一三轴亥姆霍兹线圈电源7、第二三轴亥姆霍兹线圈电源8、三轴亥姆霍兹线圈电源控制器9和三轴亥姆霍兹线圈切换控制器10，工控机11经三轴亥姆霍兹线圈电源控制器9连接三轴亥姆霍兹线圈切换控制器10，三轴亥姆霍兹线圈切换控制器10连接第一三轴亥姆霍兹线圈电源7和第二三轴亥姆霍兹线圈电源8，用于第一三轴亥姆霍兹线圈1和第二三轴亥姆霍兹线圈2的工作切换，第一三轴亥姆霍兹线圈电源7连接第一三轴亥姆霍兹线圈1，第二三轴亥姆霍兹线圈电源8连接第二三轴亥姆霍兹线圈2，第一三轴亥姆霍兹线圈1和第二三轴亥姆霍兹线圈2放置的最短距离为1米，定向传感器15分别设置在第一三轴亥姆霍兹线圈1和第二三轴亥姆霍兹线圈2内，与传感器信号采集系统12连接，并连接显示器13用于显示。

第一三轴亥姆霍兹线圈1内部放置第一底座5和加温标定转台3，加温标定转台3设置在第一底座5上，与加温标定转台温度控制器14连接，加温标定转台3上用于装载定向传感器15，并使其磁性传感器处于均匀直流磁场区域。

第一三轴亥姆霍兹线圈1能够在其内部的50cm×50cm×50cm空间内的三轴上产生三个均匀直流磁场，在空间三轴的每个轴产生-100uT至100uT的均匀直流磁场；加温标定转台3的装载高度和倾角转动轴设置在第一三轴亥姆霍兹线圈1均匀磁场空间内。

第二三轴亥姆霍兹线圈2内部放置第二底座6；第二底座6上放置高精度倾角方位测试转台4，高精度倾角方位测试转台4上用于装载定向传感器15，并使其磁性传感器处于均匀直流磁场区域。

第二三轴亥姆霍兹线圈2能够在其内部的50cm×50cm×50cm空间内的三轴上产生三个均匀直流磁场，在空间三轴的每个轴产生-100uT至100uT的均匀直流磁场，高精度倾角方位测试转台4的装载高度和倾角转动轴在第二三轴亥姆霍兹线圈2均匀磁场空间内。

高精度倾角方位测试转台4的检测精度为倾角小于0.01°，方位角小于0.05°。

请参阅图2和图3，操作工控机11，通过控制三轴亥姆霍兹线圈电源控制器9和三轴亥姆霍兹线圈切换控制器10，使第一三轴亥姆霍兹线圈1内部产生一定方向的标准磁场；

操作加温标定转台3，按照“总场标定”方法在空间转动，使用传感器信号采集系统12记录加温标定转台3上设置的定向传感器15的加速度传感器和磁性传感器的数据，并将结果显示在显示器13上；通过操作加温标定转台温度控制器14，将加温标定转台3升温至不同温度点，并重复按照“总场标定”的方法进行定向传感器15的标定；

操作传感器信号采集系统12将记录的定向传感器15的加速度传感器和磁性传感器的数据生成标定模型，并下载到定向传感器15上。

将标定后的定向传感器15固定到高精度倾角方位测试转台4上，操作三轴亥姆霍兹线圈切换控制器10，将第一三轴亥姆霍兹线圈电源7关闭，并切换控制第二三轴亥姆霍兹线圈电源8；

通过操作工控机11，使第二三轴亥姆霍兹线圈2的内部产生一定方向的标准磁场，定向传感器15测量的倾角、方位、工具面等数据通过传感器信号采集系统12的采集显示在显示器13上，通过转动高精度倾角方位测试转台4，校验定向传感器15的测量值。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本实用新型实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

通过本实用新型标定校验系统进行标定，可以在不同温度下，使定向传感器的测量精度达到：倾角≤±0.1°；方位角≤±0.6°；本实用新型标定校验系统可以模拟不同的磁场环境，并为定向传感器的测量精度进行校验。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种定向传感器的标定校验系统，其特征在于，包括工控机(11)和定向传感器(15)，工控机(11)分别连接传感器信号采集系统(12)、第一三轴亥姆霍兹线圈(1)和第二三轴亥姆霍兹线圈(2)，第一三轴亥姆霍兹线圈(1)内设置有加温标定转台(3)，加温标定转台(3)用于对定向传感器(15)进行加温和标定，第二三轴亥姆霍兹线圈(2)内设置有高精度倾角方位测试转台(4)，高精度倾角方位测试转台(4)用于对定向传感器(15)进行校验。

2.根据权利要求1所述的定向传感器的标定校验系统，其特征在于，第一三轴亥姆霍兹线圈(1)内设置有第一底座(5)，加温标定转台(3)设置在第一底座(5)上，通过加温标定转台温度控制器(14)与工控机(11)连接。

3.根据权利要求2所述的定向传感器的标定校验系统，其特征在于，第一三轴亥姆霍兹线圈(1)内部50cm×50cm×50cm空间的三轴上能够产生三个-100uT至100uT的均匀直流磁场，加温标定转台(3)的装载高度和倾角转动轴设置在第一三轴亥姆霍兹线圈(1)均匀磁场空间内。

4.根据权利要求1所述的定向传感器的标定校验系统，其特征在于，第二三轴亥姆霍兹线圈(2)内设置有第二底座(6)；高精度倾角方位测试转台(4)设置在第二底座(6)上，与工控机(11)连接。

5.根据权利要求4所述的定向传感器的标定校验系统，其特征在于，第二三轴亥姆霍兹线圈(2)内部50cm×50cm×50cm空间的三轴上能够产生三个-100uT至100uT的均匀直流磁场，高精度倾角方位测试转台(4)的装载高度和倾角转动轴在第二三轴亥姆霍兹线圈(2)均匀磁场空间内。

6.根据权利要求4所述的定向传感器的标定校验系统，其特征在于，高精度倾角方位测试转台(4)的检测精度为倾角小于0.01°，方位角小于0.05°。

7.根据权利要求1所述的定向传感器的标定校验系统，其特征在于，工控机(11)经三轴亥姆霍兹线圈电源控制器(9)连接三轴亥姆霍兹线圈切换控制器(10)，三轴亥姆霍兹线圈切换控制器(10)分别连接第一三轴亥姆霍兹线圈电源(7)和第二三轴亥姆霍兹线圈电源(8)，第一三轴亥姆霍兹线圈电源(7)连接第一三轴亥姆霍兹线圈(1)，第二三轴亥姆霍兹线圈电源(8)连接第二三轴亥姆霍兹线圈(2)。

8.根据权利要求1所述的定向传感器的标定校验系统，其特征在于，第一三轴亥姆霍兹线圈(1)和第二三轴亥姆霍兹线圈(2)放置的最短距离为1米。

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