CN212272175U - 小直径光纤陀螺连续测斜仪、直读式测井仪及存储式测井仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小直径光纤陀螺连续测斜仪，包括筒状外壳以及设置在筒状外壳内部的核心处理模块、电机、传动轴、三轴加速度传感器和三轴光纤陀螺传感器，其中，传动轴与筒状外壳沿同一轴线设置；核心处理模块、电机和传动轴依次连接，核心处理模块用于通过电机驱动传动轴转动；三轴光纤陀螺传感器和三轴加速度传感器设置在传动轴上，用于测量角速率和线加速度；核心处理模块用于获取角速率和线加速度并计算井眼轨迹参数。本实用新型还公开了包括该小直径光纤陀螺连续测斜仪的直读式测井仪和存储式测井仪。该小直径光纤陀螺连续测斜仪能够满足小直径油管中的井眼轨迹测量及开窗侧钻等需求。

Description

小直径光纤陀螺连续测斜仪、直读式测井仪及存储式测井仪

技术领域

本实用新型属于石油、煤矿及地质勘探技术领域，具体涉及一种小直径光纤陀螺连续测斜仪和一种直读式测井仪及一种存储式测井仪。

背景技术

随着油气资源的不断排采开发，储量不断减少，一些老油田的产量逐渐下降，如何让老油田稳产增产已成为各大油田面临的严峻挑战。而对老井进行二次开发，按照实际油层方向重新开窗，不仅可以降低钻井费用，还可以提高采收率，有助于老井稳产增产。

陀螺测斜仪在老井井眼轨迹复测和开窗侧钻施工等过程中起着不可替代的作用。传统的动力调谐陀螺测斜仪，传感器机械机构复杂且运动部件多，使用中极易损坏，故障率高，严重制约了陀螺测斜仪在测井施工中的应用。而光纤陀螺仪具有无运动部件、抗冲击振动能力强、信号稳定和使用寿命长等特点，非常适合油田的使用环境要求。然而，目前的光纤陀螺连续测斜仪外径均在80mm以上，无法在油管及小直径套管中进行井眼轨迹测量或开窗侧钻等施工测量，这制约了光纤陀螺测斜仪的应用推广，不能满足油田的实际需求。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种小直径光纤陀螺连续测斜仪和一种直读式测井仪及一种存储式测井仪。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本实用新型的一个方面提供了一种小直径光纤陀螺连续测斜仪，包括筒状外壳、核心处理模块、电机、传动轴、三轴加速度传感器和三轴光纤陀螺传感器，其中，

所述核心处理模块、所述电机、所述传动轴、所述三轴加速度传感器和所述三轴光纤陀螺传感器均位于所述筒状外壳中，且所述传动轴与所述筒状外壳沿同一轴线设置；

所述核心处理模块、所述电机和所述传动轴依次连接，所述核心处理模块用于通过所述电机驱动所述传动轴转动；

所述三轴光纤陀螺传感器和所述三轴加速度传感器设置在所述传动轴上，用于分别测量角速率和线加速度；

所述核心处理模块连接所述三轴光纤陀螺传感器和所述三轴加速度传感器，用于获取所述角速率和所述线加速度并计算井眼轨迹参数。

在本实用新型的一个实施例中，所述三轴加速度传感器的一个轴沿所述传动轴的轴向方向设置，其余两个轴沿所述传动轴的径向方向设置。

在本实用新型的一个实施例中，所述筒状外壳的直径不大于38mm。

在本实用新型的一个实施例中，所述传动轴远离所述电机的一端套设有第一轴承，所述第一轴承的外表面卡在所述筒状外壳的内表面上；所述传动轴的中段套设有第二轴承，所述第二轴承的外表面卡在所述筒状外壳的内表面上。

在本实用新型的一个实施例中，所述核心处理模块为FPGA芯片。

在本实用新型的一个实施例中，所述小直径光纤陀螺连续测斜仪还包括模数转换模块，所述模数转换模块连接在所述三轴加速度传感器与所述核心处理模块之间，用于将来自所述三轴加速度传感器的线加速度数据转换为数字信号并传输至所述核心处理模块。

在本实用新型的一个实施例中，所述小直径光纤陀螺连续测斜仪还包括通信接口，所述通信接口的输入端连接至所述核心处理模块，输出端连接至位于所述小直径光纤陀螺连续测斜仪上或地面端的数据存储模块。

本实用新型的另一方面提供了一种直读式测井仪，包括遥传短节以及上述实施例中任一项所述的小直径光纤陀螺连续测斜仪，其中，所述小直径光纤陀螺连续测斜仪连接至所述遥传短节，所述遥传短节用于接收来自所述小直径光纤陀螺连续测斜仪的测量数据并实时上传至地面数控系统。

本实用新型的又一方面提供了一种存储式测井仪，包括存储短节以及上述实施例中任一项所述的小直径光纤陀螺连续测斜仪，其中，所述小直径光纤陀螺连续测斜仪连接至所述存储短节，所述存储短节用于接收和存储来自所述小直径光纤陀螺连续测斜仪的测量数据。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型的小直径光纤陀螺连续测斜仪具有较小的直径，能够满足小直径套管、油管中的井眼轨迹测量及开窗侧钻等施工需求。

2、本实用新型的小直径光纤陀螺连续测斜仪即可连接遥传短节进行直读电缆式测井，也可配接存储短节进行存储式测井，能够满足大斜度井、水平定向等井眼轨迹测量、开窗侧钻或定向射孔等施工需求。

3、本实用新型的小直径光纤陀螺连续测斜仪选用高集成度FPGA芯片完成传感器数据采集与复杂的浮点数运算，数据采集处理速率更快，减小了等效旋转不可交互性引起的测量误差，提高了方位角测量精度，同也使得测量数据的更新速率可达到100Hz。

以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种小直径光纤陀螺连续测斜仪的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种小直径光纤陀螺连续测斜仪的电路框图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种小直径光纤陀螺连续测斜仪的电路结构图；

图4是本实用新型实施例提供的一种直读式测井仪的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种存储式测井仪的结构示意图。

附图标记如下：

1-小直径光纤陀螺连续测斜仪；101-筒状外壳；102-核心处理模块；103- 电机；104-传动轴；105-三轴光纤陀螺传感器；106-三轴加速度传感器；107- 第一轴承；108-第二轴承；109-模数转换模块；110-通信接口；111-电机驱动电路；2-遥传短节；3-存储短节；4-电缆头；5-上扶正器；6-下扶正器； 7-减震器；8-绳帽头；9-电池短节。

具体实施方式

为了进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本实用新型提出的小直径光纤陀螺连续测斜仪和直读式测井仪及存储式测井仪进行详细说明。

有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型的技术方案加以限制。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例一

请参见图1和图2，图1是本实用新型实施例提供的一种小直径光纤陀螺连续测斜仪的结构示意图；图2是本实用新型实施例提供的一种小直径光纤陀螺连续测斜仪的电路框图。本实施例的小直径光纤陀螺连续测斜仪包括筒状外壳101、核心处理模块102、电机103、传动轴104、三轴光纤陀螺传感器105和三轴加速度传感器106，其中，核心处理模块102、电机 103、传动轴104、三轴光纤陀螺传感器105和三轴加速度传感器106均设置在筒状外壳101的内部。

传动轴104与筒状外壳101沿同一轴线设置，也就是说，传动轴104 沿筒状外壳101的长度方向延伸。核心处理模块102连接至电机103，用于控制电机103转动，并且电机103连接至传动轴104，电机103能够带动传动轴104转动，即核心处理模块102能够通过电机103驱动传动轴104转动。请参见图3，图3是本实用新型实施例提供的另一种小直径光纤陀螺连续测斜仪的电路结构图。在核心处理模块102与电机103之间连接有电机驱动电路111，核心处理模块102通过电机驱动电路111控制电机103运动，从而带动传动轴104转动。

在本实施例中，传动轴104的远离电机103的一端套设有第一轴承107，第一轴承107的外表面卡在筒状外壳101的内表面上；传动轴104的中段套设有第二轴承108，第二轴承108的外表面卡在筒状外壳101的内表面上。第一轴承107和第二轴承108用于将传动轴104支撑在筒状外壳101内部，防止传动轴104在转动时与筒状外壳101发生碰撞。

进一步地，三轴光纤陀螺传感器105和三轴加速度传感器106设置在传动轴104上，能够随传动轴104一起转动，分别用于在传动轴104转动时测量角速率和线加速度；核心处理模块102连接三轴光纤陀螺传感器105 和三轴加速度传感器106，用于获取三轴光纤陀螺传感器105和三轴加速度传感器106采集的角速率和线加速度，并根据所述角速率和线加速度等测量数据计算井眼的轨迹参数。本实施例采用航天导航级的高精度小直径光纤陀螺传感器与加速度传感器，并且本实施例的筒状外壳101的直径不大于38mm，以满足小直径套管、油管中的井眼轨迹测量及开窗侧钻等施工需求。

在本实施例中，三轴加速度传感器106的一个轴沿传动轴104的轴向方向设置，用于在传动轴104旋转过程中测量传动轴104的轴向方向上的线加速度，其余两个轴沿传动轴104的径向方向设置，用于在传动轴104旋转过程中测量传动轴104的径向方向上的线加速度。三轴光纤陀螺传感器105与两个加速度传感器106构成正交的三轴测量坐标系。本实施例的核心处理模块102优选地为FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列) 芯片。

进一步地，本实施例的小直径光纤陀螺连续测斜仪还包括模数转换模块109，模数转换模块109连接三轴加速度传感器106和核心处理模块102(在本实施例中为FPGA)，用于将来自三轴加速度传感器106的线加速度数据转换为数字信号并传输至核心处理模块102。

进一步地，本实施例的小直径光纤陀螺连续测斜仪还包括通信接口110，通信接口110的输入端连接至核心处理模块102，输出端有线或无线连接至位于仪器上或地面端的数据存储模块。

在工作时，该小直径光纤陀螺连续测斜仪首先保持静止3-5min，接着，通过核心处理模块102控制电机103转动，电机103带动传动轴104上的三轴光纤陀螺传感器105旋转，完成自寻北测量，建立测斜仪初始姿态矩阵；随后进入连续测量模式，通过三轴光纤陀螺传感器105和三轴加速度传感器 106测量仪器线加速度与角速率等参数，随后核心处理模块102采集所述线加速度与角速率等参数，通过四元数算法得到姿态更新矩阵，进而实时解算得到井斜角、方位角等井眼轨迹参数。

本实用新型的小直径光纤陀螺连续测斜仪具有更小的直径，能够满足小直径套管、油管中的井眼轨迹测量及开窗侧钻等施工需求；选用高集成度FPGA芯片完成传感器数据采集与复杂的浮点数运算，数据采集处理速率更快，减小了等效旋转不可交互性引起的测量误差，提高了方位角测量精度，同也使得仪器测量数据更新速率可达到100Hz。

实施例二

在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种直读式测井仪，包括遥传短节2以及实施例一中所述小直径光纤陀螺连续测斜仪1，其中，小直径光纤陀螺连续测斜仪1连接至遥传短节2，遥传短节2用于接收来自小直径光纤陀螺连续测斜仪1的测量数据并实时上传至地面数控系统。

具体地，请参见图4，图4是本实用新型实施例提供的一种直读式测井仪的结构示意图。该直读式测井仪由电缆头4、遥传短节2、上扶正器5、小直径光纤陀螺连续测斜仪1、下扶正器6及减震器7组成，其中，小直径光纤陀螺连续测斜仪1连接至遥传短节2，遥传短节2通过电缆连接至地面数控系统。小直径光纤陀螺连续测斜仪1的测量数据由遥传短节2进行编码处理，通过电缆实时上传到地面数控系统进行数据及曲线显示。

需要说明的是，本实施例的电缆头4、上扶正器5、下扶正器6及减震器 7均可以使用本领域通用的部件，其具体结构和使用过程在此不再赘述。

实施例三

在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种存储式测井仪，包括存储短节3和实施例一种所述的小直径光纤陀螺连续测斜仪1，其中，小直径光纤陀螺连续测斜仪1连接至存储短节3，存储短节3用于接收和存储来自小直径光纤陀螺连续测斜仪1的测量数据。

具体地，请参见图5，图5是本实用新型实施例提供的一种存储式测井仪的结构示意图。该存储式测井仪串由绳帽头8、电池短节9、存储短节3、上扶正器5、小直径光纤陀螺连续测斜仪1、下扶正器6及减震器7组成。在使用时，仪器通过钢丝或油管等下放到油井中，井下仪器由电池短节9供电、仪器测量数据由存储短节3存储，具体地，电池短节9中设置有蓄电池，存储短节3中设置有数据存储模块。当该存储式测井仪从井口取出后，将测量数据从位于存储短节3的数据存储模块传输至地面数控系统，以进行测量数据回放、显示测井数据及曲线。

需要说明的是，本实施例的绳帽头8、电池短节9、上扶正器5、下扶正器6及减震器7均可以使用本领域通用的部件，其具体结构和使用过程均为现有技术，在此不再赘述。

进一步地，两种测井方式的切换，只需通过更换遥测短节或存储短节即可完成。仪器整体设计简洁，便于扩展。进一步地，本实用新型实施例的小直径光纤陀螺连续测斜仪还可与套损类仪器及声波变密度仪器配接进行直读或存储式测井，以提供井斜、方位等信息。

本实用新型的小直径光纤陀螺连续测斜仪即可连接遥传短节进行直读电缆式测井，也可配接存储短节进行存储式测井，能够满足大斜度井、水平定向等井眼轨迹测量、开窗侧钻或定向射孔等施工需求。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种小直径光纤陀螺连续测斜仪(1)，其特征在于，包括筒状外壳(101)、核心处理模块(102)、电机(103)、传动轴(104)、三轴光纤陀螺传感器(105)和三轴加速度传感器(106)，其中，

所述核心处理模块(102)、所述电机(103)、所述传动轴(104)、所述三轴光纤陀螺传感器(105)和所述三轴加速度传感器(106)均位于所述筒状外壳(101)中，且所述传动轴(104)与所述筒状外壳(101)沿同一轴线设置；

所述核心处理模块(102)、所述电机(103)和所述传动轴(104)依次连接，所述核心处理模块(102)用于通过所述电机(103)驱动所述传动轴(104)转动；

所述三轴光纤陀螺传感器(105)和所述三轴加速度传感器(106)设置在所述传动轴(104)上，用于分别测量角速率和线加速度；

所述核心处理模块(102)连接所述三轴光纤陀螺传感器(105)和所述三轴加速度传感器(106)，用于获取所述角速率和所述线加速度并计算井眼轨迹参数。

2.根据权利要求1所述的小直径光纤陀螺连续测斜仪(1)，其特征在于，所述三轴加速度传感器(106)的一个轴沿所述传动轴(104)的轴向方向设置，其余两个轴沿所述传动轴(104)的径向方向设置。

3.根据权利要求1所述的小直径光纤陀螺连续测斜仪(1)，其特征在于，所述筒状外壳(101)的直径不大于38mm。

4.根据权利要求1所述的小直径光纤陀螺连续测斜仪(1)，其特征在于，所述传动轴(104)远离所述电机(103)的一端套设有第一轴承(107)，所述第一轴承(107)的外表面卡在所述筒状外壳(101)的内表面上；所述传动轴(104)的中段套设有第二轴承(108)，所述第二轴承(108)的外表面卡在所述筒状外壳(101)的内表面上。

5.根据权利要求1所述的小直径光纤陀螺连续测斜仪(1)，其特征在于，所述核心处理模块(102)为FPGA芯片。

6.根据权利要求1所述的小直径光纤陀螺连续测斜仪(1)，其特征在于，还包括模数转换模块(109)，所述模数转换模块(109)连接在所述三轴加速度传感器(106)与所述核心处理模块(102)之间，用于将来自所述三轴加速度传感器(106)的线加速度数据转换为数字信号并传输至所述核心处理模块(102)。

7.根据权利要求1所述的小直径光纤陀螺连续测斜仪(1)，其特征在于，还包括通信接口(110)，所述通信接口(110)的输入端连接至所述核心处理模块(102)，输出端连接至位于所述小直径光纤陀螺连续测斜仪(1)上或地面端的数据存储模块。

8.一种直读式测井仪，其特征在于，包括遥传短节(2)以及权利要求1至7中任一项所述的小直径光纤陀螺连续测斜仪(1)，其中，所述小直径光纤陀螺连续测斜仪(1)连接至所述遥传短节(2)，所述遥传短节(2)用于接收来自所述小直径光纤陀螺连续测斜仪(1)的测量数据并实时上传至地面数控系统。

9.一种存储式测井仪，其特征在于，包括存储短节(3)和权利要求1至7中任一项所述的小直径光纤陀螺连续测斜仪(1)，其中，所述小直径光纤陀螺连续测斜仪(1)连接至所述存储短节(3)，所述存储短节(3)用于接收和存储来自所述小直径光纤陀螺连续测斜仪(1)的测量数据。

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