CN220566066U - 无缆存储式光纤陀螺测斜仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种无缆存储式光纤陀螺测斜仪，涉及钻孔测量设备领域。无缆存储式光纤陀螺测斜仪包括钢丝绳接头、密封接头、控制接头、电池组、测量控制模块、伺服电机、导电滑环、六轴姿态模块、单轴光纤陀螺仪、承压外管、下接头和导向头；密封接头的一端与钢丝绳接头连接，另一端与控制接头的一端密封连接，控制接头的另一端与承压外管的一端密封连接，电池组、测量控制模块、伺服电机、导电滑环、六轴姿态模块和单轴光纤陀螺仪均位于承压外管内，下接头的两端分别与承压外管的另一端以及导向头连接；控制接头上设置有无线通信模块，无线通信模块与测量控制模块电连接。本实用新型公开的无缆存储式光纤陀螺测斜仪可方便对钻孔进行测量。

Description

无缆存储式光纤陀螺测斜仪

技术领域

本实用新型属于钻孔测量设备领域，具体涉及一种无缆存储式光纤陀螺测斜仪。

背景技术

钻孔弯曲对钻探施工安全和施工成本有着极大的影响，特别是深孔尤其突出，钻孔测斜仪是测量钻孔弯曲的唯一仪器，是钻探工程中了解钻孔施工质量的重要仪器。其主要功能是测量井斜角(测点井身轴线的切线与铅垂线的夹角，又称顶角)和方位角(测点井身轴线切线的水平投影的方向)。通过各测点井斜角值、方位角值以及各测点的孔深值，再通过适当的计算方法计算即可间接求得各测点的空间位置，从而获得钻孔轨迹数据，为钻探施工提供数据支持，以便采取措施确保实际轨迹和设计轨迹保持一致，节约施工成本。

目前应用较多的钻孔测斜仪是基于地球磁场定向原理制作的钻孔测斜仪，但其只能适用于无磁性干扰或弱磁性矿区进行测量，不能满足在强磁性矿区或者受磁干扰情况下(钻杆内、套管内等)的钻孔测斜要求。

同时，目前常规的钻孔测斜仪，大多是通过测井电缆进行数据的采集与传输，仪器作业时需要配置测井绞车和测井电缆等设备，大大增加了仪器的配套成本，而且测井绞车和电缆的重量也比较重，在野外搬迁运输都很不方便，给钻孔的测量带来了极大的不便。

因此，如何提供一种有效的方案以方便对受磁干扰条件下钻孔的测量，已成为现有技术中一亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种无缆存储式光纤陀螺测斜仪，用以解决现有技术中存在的上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种无缆存储式光纤陀螺测斜仪，包括：钢丝绳接头、密封接头、控制接头、电池组、测量控制模块、伺服电机、导电滑环、六轴姿态模块、单轴光纤陀螺仪、承压外管、下接头和导向头；

所述密封接头的一端与所述钢丝绳接头连接，所述密封接头的另一端与所述控制接头的一端密封连接，所述控制接头的另一端与所述承压外管的一端密封连接，所述电池组、所述测量控制模块、所述伺服电机、所述导电滑环、所述六轴姿态模块和所述单轴光纤陀螺仪均位于所述承压外管内，所述下接头的两端分别与所述承压外管的另一端以及所述导向头连接；

所述电池组与所述测量控制模块电连接，所述测量控制模块通过所述导电滑环分别与所述伺服电机、所述六轴姿态模块和所述单轴光纤陀螺仪电连接，所述伺服电机的驱动轴分别与所述单轴光纤陀螺仪和所述六轴姿态模块连接，用于驱动所述单轴光纤陀螺仪和所述六轴姿态模块转动；

所述控制接头上设置有无线通信模块，所述无线通信模块与所述测量控制模块电连接，用于将所述测量控制模块所存储的所述单轴光纤陀螺仪检测到的钻孔方位角数据以及所述六轴姿态模块所检测到的钻孔顶角数据和运动状态数据发送给与之通信连接的终端设备，以便终端设备基于接收到的数据确定出钻孔各测点的顶角数据与方位角数据。

在一个可能的设计中，所述电池组、测量控制模块、所述伺服电机、所述导电滑环、所述六轴姿态模块和所述单轴光纤陀螺仪沿从所述控制接头到所述下接头方向依次分布；

且所述电池组、测量控制模块、所述伺服电机、所述导电滑环、所述六轴姿态模块和所述单轴光纤陀螺仪依次连接固定。

在一个可能的设计中，所述六轴姿态模块包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，所述三轴加速度计和所述三轴陀螺仪分别与所述测量控制模块电连接。

在一个可能的设计中，所述控制接头上还设置有电源开关、充电座和指示灯，所述电源开关和所述指示灯均与所述测量控制模块电连接，所述充电座与所述电池组电连接。

在一个可能的设计中，所述无线通信模块、所述电源开关和所述充电座均位于所述控制接头上且与所述密封接头围成的密闭空间内。

在一个可能的设计中，所述控制接头与所述承压外管之间设置有密封圈，控制接头与密封接头之间也设置有密封圈。

在一个可能的设计中，所述钢丝绳接头与密封接头螺纹连接，所述密封接头与所述控制接头螺纹连接，所述承压外管与所述下接头螺纹连接，所述下接头与所述导向头螺纹连接。

在一个可能的设计中，所述无线通信模块为蓝牙模块。

本实用新型提供的无缆存储式光纤陀螺测斜仪具有如下有益效果：

(1)采用六轴姿态模块加单轴光纤陀螺仪的测量方案，可通过单轴光纤陀螺仪测量地球自转角速率，六轴姿态模块中的三轴加速度计测量地球重力场分量，从而可利用捷联式惯性导航原理进行钻孔顶角和方位角的解算，使得仪器测量不受磁场干扰、没有累计误差，解决了磁干扰环境下的钻孔测量难题，而且可以在钻杆与套管内完成测量工作，较裸孔测量(仪器容易遇卡受阻)提升了测量的安全性。

(2)通过采用无缆存储式数据采集方式，在对钻孔进行测量时，无需专门配置测井绞车和测井电缆等设备等，降低了仪器的配套成本，方便对钻孔进行测量。

(3)采用无线通信代替有线通信，可利用app实现井下探管的操作，提高了操作便利性。

(4)采用单轴光纤陀螺仪，配合带绝对式编码器的伺服电机进行4个正交位置的转动测量，实现双轴陀螺仪测量数据的效果，降低了仪器的成本；利用绝对式编码器进行转位位置的测量，较相对式编码器也提升了转位的精度，从而提高仪器测量精度。

(5)可利用六轴姿态模块中的三轴陀螺仪进行仪器运动状态的智能判断，自动启动测量流程，较定时启动测量流程方式，提高了测量效率。

附图说明

图1为本申请实施例提供的无缆存储式光纤陀螺测斜仪的结构示意图。

图标：1-钢丝绳接头；2-密封接头；3-控制接头；4-电池组；5-测量控制模块；6-伺服电机；7-导电滑环；8-六轴姿态模块；9-单轴光纤陀螺仪；10-承压外管；11-下接头；12-导向头。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本实用新型作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。

为了方便对钻孔进行测量，本申请实施例提供了一种无缆存储式光纤陀螺测斜仪，该无缆存储式光纤陀螺测斜仪可降低仪器的配套成本，方便对钻孔进行测量。

如图1所示，是本申请实施例提供的无缆存储式光纤陀螺测斜仪的结构示意图，该无缆存储式光纤陀螺测斜仪包括有钢丝绳接头1、密封接头2、控制接头3、电池组4、测量控制模块5、伺服电机6、导电滑环7、六轴姿态模块8、单轴光纤陀螺仪9、承压外管10、下接头11和导向头12。

其中，所述密封接头2的一端与所述钢丝绳接头1连接，所述密封接头2的另一端与所述控制接头3的一端密封连接，所述控制接头3的另一端与所述承压外管10的一端密封连接，所述电池组4、所述测量控制模块5、所述伺服电机6、所述导电滑环7、所述六轴姿态模块8和所述单轴光纤陀螺仪9均位于所述承压外管10内，所述下接头11的两端分别与所述承压外管10的另一端以及所述导向头12连接。所述电池组4与所述测量控制模块5电连接，所述测量控制模块5通过所述导电滑环7分别与所述伺服电机6、所述六轴姿态模块8和所述单轴光纤陀螺仪9电连接，所述伺服电机6的驱动轴分别与所述单轴光纤陀螺仪9和所述六轴姿态模块8连接，用于驱动所述单轴光纤陀螺仪9和所述六轴姿态模块8转动。所述控制接头3上设置有无线通信模块，所述无线通信模块与所述测量控制模块5电连接，用于将所述测量控制模块5所存储的所述单轴光纤陀螺仪9检测到的钻孔方位角数据以及所述六轴姿态模块8所检测到的钻孔顶角数据和运动状态数据发送给与之通信连接的终端设备，以便终端设备基于接收到的数据确定出钻孔各测点的顶角数据与方位角数据。

本申请实施例中，钢丝绳接头1用于连接钢丝绳，进行仪器(无缆存储式光纤陀螺测斜仪)提升与下放，其可以通过螺纹与密封接头2连接，如此方便钢丝绳接头1的安装。可以理解的，在其他的一些实施例中，钢丝绳接头1与密封接头2之间也可以采用其他的连接方式，例如可以通过螺钉连接或热熔连接。

密封接头2与控制接头3的一端密封连接，本申请实施例中密封接头2与所述控制接头3螺纹连接，并在密封接头2与控制接头3之间设置密封圈，从而实现密封接头2与控制接头3的密封连接。可以理解的，在其他的一些实施例中，密封接头2与控制接头3之间也可以采用其他的连接方式，例如密封接头2与控制接头3一体成型设置，或者密封接头2与控制接头3通过螺钉连接并在密封接头2与控制接头3之间设置密封圈。

控制接头3的另一端与所述承压外管10的一端密封连接，本申请实施例中控制接头3与承压外管10螺纹连接，为达到更好的防水效果，在控制接头3与所述承压外管10之间设置有密封圈。可以理解的，在其他的一些实施例中，控制接头3与承压外管10之间也可以采用其他的连接方式，如控制接头3与承压外管10通过螺钉连接并在两者之间设置密封圈。

所述控制接头3上设置有无线通信模块，无线通信模块与所述测量控制模块5电连接，并可与外部的终端设备通信，用于将所述测量控制模块5所存储的所述单轴光纤陀螺仪9检测到的钻孔方位角数据以及所述六轴姿态模块8所检测到的钻孔顶角数据和运动状态数据发送给与之通信连接的终端设备，以便终端设备基于接收到的数据确定出钻孔各测点的顶角数据与方位角数据。所述无线通信模块可以但不限于蓝牙通信模块、ZigBee通信模块或LoRa通信模块等。本申请实施例中，无线通信模块采用蓝牙通信模块。

本申请实施例中，控制接头3上还可设置电源开关、充电座和指示灯，电源开关和指示灯均与测量控制模块电连接，充电座与电池组4电连接，电源开关用于控制井下探管的电源供应，充电座用于给电池组4充电，指示灯用于查看仪器工作状态。在一个或多个实施例中，所述无线通信模块、所述电源开关和所述充电座可设置在控制接头3上且刚好位于控制接头3与密封接头2所围成的密闭空间内。

本申请实施例中，所述电池组4、所述测量控制模块5、所述伺服电机6、所述导电滑环7、所述六轴姿态模块8和所述单轴光纤陀螺仪9均位于所述承压外管10内。具体的，所述电池组4、测量控制模块5、所述伺服电机6、所述导电滑环7、所述六轴姿态模块8和所述单轴光纤陀螺仪9沿从所述控制接头3到所述下接头11方向依次分布。且所述电池组4、测量控制模块5、所述伺服电机6、所述导电滑环7、所述六轴姿态模块8和所述单轴光纤陀螺仪9依次连接固定。

电池组4与测量控制模块5电连接，用于为测量控制模块5和与测量控制模块5电连接的伺服电机6、六轴姿态模块8以及单轴光纤陀螺仪9等供电。电池组4在安装时可设置电池固定安装架，电池固定安装架的一端可通过螺钉与控制接头3连接，另一端通过螺钉与测量控制模块5。可以理解的，在其他的一些实施例中，电池固定安装架与控制接头3以及测量控制模块5也可以采用其他的连接方式，例如卡扣连接或粘接等方式。

测量控制模块5用于对仪器的工作状态信息控制，自动采集接收并存储六轴姿态模块8和单轴光纤陀螺仪9所检测到的数据等。所述测量控制模块5可以但不限于采用STM32F103系列芯片及其外围电路或STM32F407系列芯片及其外围电路等，本申请实施例中不做具体限定。所述测量控制模块5与伺服电机6连接，其可以但不限于采用螺钉连接或粘接等方式连接。

伺服电机6的驱动轴分别与所述单轴光纤陀螺仪9和所述六轴姿态模块8连接，用于驱动所述单轴光纤陀螺仪9和所述六轴姿态模块8转动。所述伺服电机6包括步进电机、绝对式旋转编码器和电机驱动控制模块。

导电滑环7用于将测量控制模块5分别与所述伺服电机6、所述六轴姿态模块8和所述单轴光纤陀螺仪9电连接，确保转动状态下连线不缠绕，其一端与伺服电机6连接，另一端与六轴姿态模块8连接。本申请实施例中，导电滑环7通过螺钉分别与伺服电机6和六轴姿态模块8连接，可以理解的，在其他的一些实施例中，导电滑环7还可以通过其他方式与伺服电机6和六轴姿态模块8连接，例如还可以通过粘接或卡扣连接等。

六轴姿态模块8包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，所述三轴加速度计和所述三轴陀螺仪分别与所述测量控制模块5电连接，其中三轴加速度计用于钻孔顶角数据的测量，三轴陀螺仪用于仪器运动状态数据的测量从而判断仪器是否处于静止状态。

单轴光纤陀螺仪9，用于钻孔方位角数据的测量，在测量控制模块的控制下可通过伺服电机6带动单轴光纤陀螺仪9进行0°、90°、180°和270°位置的转动，可获得4个位置下地球自转角速率值，从而以单轴光纤陀螺仪9实现双轴数据测量的功能。本申请实施例中，单轴光纤陀螺仪9与六轴姿态模块8通过螺钉连接，可以理解的，在其他的一些实施例中，单轴光纤陀螺仪9还可以通过其他方式与六轴姿态模块8连接，例如可以通过粘接或卡扣连接等。

承压外管10背离控制接头3的一端与下接头11连接，下接头11与导向头12连接，本申请实施例中，所述承压外管10与所述下接头11螺纹连接，所述下接头11与所述导向头12螺纹连接。可以理解的，在其他的一些实施例中，承压外管10与下接头11之间以及下接头11与导向头12之间，还可以采用其他的连接方式，例如还可以采用一体成型设置或热熔连接等。

在通过无缆存储式光纤陀螺测斜仪对钻孔进行测量时，可通过钻孔施工的钻机配套钢丝绳将无缆存储式光纤陀螺测斜仪下放到需要测量的深度位置，保持无缆存储式光纤陀螺测斜仪静止指定时长(如3分钟)，等无缆存储式光纤陀螺测斜仪的测量控制模块自动识别到仪器处于静止状态后，启动数据采集流程，测量控制模块自动采集六轴姿态模块8和单轴光纤陀螺仪9的数据并存储采集到的数据，终端设备同时记录当前测点孔深与时间，完成后再次将无缆存储式光纤陀螺测斜仪下放到下一个测点，同样静止指定时长完成数据数据采集与存储，终端设备并记录测点孔深与时间，以此方法完成所有测点的测量后，将无缆存储式光纤陀螺测斜仪提出钻孔后，将无缆存储式光纤陀螺测斜仪与终端设备通过无线通信模块联机后进行数据读取与处理，从而得到各测点的顶角与方位角数据。

综上所述，本实用新型提供的无缆存储式光纤陀螺测斜仪具有如下有益效果：

(1)采用六轴姿态模块加单轴光纤陀螺仪的测量方案，可通过单轴光纤陀螺仪测量地球自转角速率，六轴姿态模块中的三轴加速度计测量地球重力场分量，从而可利用捷联式惯性导航原理进行钻孔顶角和方位角的解算，使得仪器测量不受磁场干扰、没有累计误差，解决了磁干扰环境下的钻孔测量难题，而且可以在钻杆与套管内完成测量工作，较裸孔测量(仪器容易遇卡受阻)提升了测量的安全性。

(2)通过采用无缆存储式数据采集方式，在对钻孔进行测量时，无需专门配置测井绞车和电缆等设备等，降低了仪器的配套成本，方便对钻孔进行测量。

(3)采用无线通信代替有线通信，可利用app实现对井下探管的操作，提高了操作便利性。

(4)采用单轴光纤陀螺仪，配合带绝对式编码器的伺服电机进行4个正交位置的转动测量，实现双轴陀螺仪测量数据的效果，降低了仪器的成本；利用绝对式编码器进行转位位置的测量，较相对式编码器也提升了转位的精度，从而提高仪器测量精度。

(5)利用六轴姿态模块中的三轴陀螺仪进行仪器运动状态的智能判断，自动启动测量流程，较定时启动测量流程方式，提高了测量效率。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无缆存储式光纤陀螺测斜仪，其特征在于，包括：钢丝绳接头(1)、密封接头(2)、控制接头(3)、电池组(4)、测量控制模块(5)、伺服电机(6)、导电滑环(7)、六轴姿态模块(8)、单轴光纤陀螺仪(9)、承压外管(10)、下接头(11)和导向头(12)；

所述密封接头(2)的一端与所述钢丝绳接头(1)连接，所述密封接头(2)的另一端与所述控制接头(3)的一端密封连接，所述控制接头(3)的另一端与所述承压外管(10)的一端密封连接，所述电池组(4)、所述测量控制模块(5)、所述伺服电机(6)、所述导电滑环(7)、所述六轴姿态模块(8)和所述单轴光纤陀螺仪(9)均位于所述承压外管(10)内，所述下接头(11)的两端分别与所述承压外管(10)的另一端以及所述导向头(12)连接；

所述电池组(4)与所述测量控制模块(5)电连接，所述测量控制模块(5)通过所述导电滑环(7)分别与所述伺服电机(6)、所述六轴姿态模块(8)和所述单轴光纤陀螺仪(9)电连接，所述伺服电机(6)的驱动轴分别与所述单轴光纤陀螺仪(9)和所述六轴姿态模块(8)连接，用于驱动所述单轴光纤陀螺仪(9)和所述六轴姿态模块(8)转动；

所述控制接头(3)上设置有无线通信模块，所述无线通信模块与所述测量控制模块(5)电连接，用于将所述测量控制模块(5)所存储的所述单轴光纤陀螺仪(9)检测到的钻孔方位角数据以及所述六轴姿态模块(8)所检测到的钻孔顶角数据和运动状态数据发送给与之通信连接的终端设备，以便终端设备基于接收到的数据确定出钻孔各测点的顶角数据与方位角数据。

2.根据权利要求1所述的无缆存储式光纤陀螺测斜仪，其特征在于，所述电池组(4)、测量控制模块(5)、所述伺服电机(6)、所述导电滑环(7)、所述六轴姿态模块(8)和所述单轴光纤陀螺仪(9)沿从所述控制接头(3)到所述下接头(11)方向依次分布；

且所述电池组(4)、测量控制模块(5)、所述伺服电机(6)、所述导电滑环(7)、所述六轴姿态模块(8)和所述单轴光纤陀螺仪(9)依次连接固定。

3.根据权利要求1所述的无缆存储式光纤陀螺测斜仪，其特征在于，所述六轴姿态模块(8)包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，所述三轴加速度计和所述三轴陀螺仪分别与所述测量控制模块(5)电连接。

4.根据权利要求1所述的无缆存储式光纤陀螺测斜仪，其特征在于，所述控制接头(3)上还设置有电源开关、充电座和指示灯，所述电源开关和所述指示灯均与所述测量控制模块(5)电连接，所述充电座与所述电池组(4)电连接。

5.根据权利要求4所述的无缆存储式光纤陀螺测斜仪，其特征在于，所述无线通信模块、所述电源开关和所述充电座均位于所述控制接头(3)上且与所述密封接头(2)围成的密闭空间内。

6.根据权利要求1所述的无缆存储式光纤陀螺测斜仪，其特征在于，所述控制接头(3)与所述承压外管(10)之间设置有密封圈，控制接头(3)与密封接头(2)之间也设置有密封圈。

7.根据权利要求1所述的无缆存储式光纤陀螺测斜仪，其特征在于，所述钢丝绳接头(1)与密封接头(2)螺纹连接，所述密封接头(2)与所述控制接头(3)螺纹连接，所述承压外管(10)与所述下接头(11)螺纹连接，所述下接头(11)与所述导向头(12)螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的无缆存储式光纤陀螺测斜仪，其特征在于，所述无线通信模块为蓝牙模块。