CN2250422Y - 用于钻井测斜的压电陀螺测斜仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了用于钻井测斜的压电陀螺测斜仪，它由两部分组成：1.井下仪器包括：一个装有压电线加速度计(4)其电路的顶角测量筒，一个装有压电陀螺(7)的方位角测量筒，两个无触点接头(3)分别传送顶角传感器和方位角传感器的电源导线和信号导线，一个对信号导线送来的信号进行转换和发送的单片机接收器(5)；2.地面仪器包括：一个单片机接收器和一台便携式电子计算机，二者为电连接。该仪器具有结构简单，测量精度高等优点。

Description

用于钻井测斜的压电陀螺测斜仪

本实用新型涉及钻井测斜仪，尤其是由压电陀螺、压电线加速度计和实时电子跟踪测量系统组成的测斜仪。

陀螺测斜仪是磁性矿区和有磁性干扰地区钻井测斜的主要测量工具。目前国内外使用的陀螺测斜仪主要采用机械式陀螺测量钻井的方位角，采用悬锤测量钻井的顶角。如美国的GP型、伊斯特曼型，我国上海地质仪器厂生产的JTL-50型、北京地质仪器厂生产的JXL-1型等都属于这类测斜仪。由于机械式陀螺测斜仪具有框架支承、高速旋转的陀螺电机、框架支承的悬锤以及电刷组件，使得这类仪器存在着结构复杂、易损坏、防振性差、陀螺工作寿命短、漂移大，精度差及操作维修不方便的缺点。此外，机械式陀螺测斜仪的测量电路采用电桥电路通过顶角电位计和方位角电位计检测钻井顶角和方位角的变化，方位角读数需要校正，即测方位角时要记下每个测点方位角的读数和测量时间，测量结束后根据陀螺的漂移误差值，对各测点的方位角读数进行校正，校正后的角度才是钻井的方位角，因此，它不能实时测量钻井方位角。这类测斜仪不能对水平井进行测斜。

本实用新型的目的是提供一种结构简单、不易损坏、陀螺工作寿命长、漂移小、精度高、操作维修方便和可实时跟踪测量钻井方位角和顶角的测斜仪；另一个目的是提供一种可用于水平井的测斜仪，它也具备结构简单、不易损坏、陀螺工作寿命长、漂移小、精度高、操作维修方便和可实时跟踪测量钻井方位角和顶角的变化值的特点。

本实用新型是通过下述方案实现的：提供一种压电陀螺测斜仪，它由井下仪器和地面接收仪器两部分组成，井下仪器部分包括：一个顶角测量筒，在该测量筒中装有压电线加速度计及其电路；一个方位角测量筒，在该测量筒中，压电陀螺及其电路安装在方位灵敏块上；两个无触点接头，一个传送顶角传感器的电源导线和信号导线，另一个传送方位角传感器的电源导线和信号导线；一个单片机发送器，它与顶角传感器和方位角传感器的信号导线连接，对其送来的信号进行转换和发送。地面接收仪器包括一个单片机接收器和一台便携式电子计算机，二者为电连接。单片机接收器接收来自于井下的发送信号，经处理后传送给便携式电子计算机，由电子计算机计算出方位角和顶角。

在上述技术方案中，压电陀螺测斜仪可以由一个压电陀螺和两个压电线加速度计组成，在方位角测量筒中，压电陀螺沿井下仪器的Z轴方向安装，在顶角测量筒中，两个压电线加速度计分别安装在井下仪器正交90°的X、Y两轴线方向上，这种测斜仪的测量范围为顶角：0°-70°，方位角：0°-360°。

在上述技术方案中，压电陀螺测斜仪还可以由两个压电陀螺和两个压电线加速度计组成，在方位角测量筒中，两个压电陀螺一个沿井下仪器的Z轴方向安装，另一个沿X轴或Y轴方向安装，在顶角测量筒中两个压电线加速度计分别安装在井下仪器正交90°的X、Y两轴线方向上。这种测斜仪的测量范围是：顶角50°-90°，方位角0°-360°可测水平井的井斜。

采用上述方案，由于压电陀螺为压电振动陀螺，无任何高速转动部件、无框架支承结构、电刷组件；而压电线加速度计也无框架支承结构及电刷组件，因此它结构简单、不易损坏、漂移小、精度高、操作维修方便。由于压电陀螺寿命大于1万小时(机械陀螺为250小时)，其寿命大大高于机械陀螺。采用两个压电陀螺和两个压电线加速度计的方案，使得测斜仪不但可以在倾斜平面内测钻井方位角，还可以在水平面内测钻井的方位角，即测水平井的井斜。在测量电路中采用单片机发射电路和单片机接收电路实时跟踪测量钻井终点角和顶角的变化，并通过微机实时换算成消除了漂移误差的方位角度值，因此它可以实时读出钻井方位角。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型的井下探管的示意图。

图2为具有一个压电陀螺、两个压电线加速度计的测斜仪的安装示意图。

图3为具有两个压电陀螺、两个压电线加速度计的测斜仪的安装示意图。

图4为本实用新型的电路工作原理框图。

压电陀螺测斜仪包括井下仪器和地面接收仪器两部分。

图1是井下仪器部分，电缆1传送电信号和供给电源；旋转接头2防止电缆1旋转，3是无触点接头，来自于压电线加速度计的电源导线和信号导线绕成多圈，正反绕各半，传送井下信号。导线绕成多圈是为了防止井下导线连接件转动时，导线发生旋紧而扭断；在顶角测量筒中，装有压电线加速度计4及其电路，它是测量钻井顶角的传感器主件，如图2所示，两个压电线加速度计4和4’分别安装在顶角测量筒处于正交90°的X、Y两轴线方向上；单片机发送器5是由多路开关、滤波放大器、A/D转换器、单片机、与非门和可编程运算放大器依次电连接组成的集成电路块，是井下顶角传感器和方位角传感器电信号的变换和发送系统；在方位角测量筒中，方位灵敏块6是定向测量钻井方位角的主件，压电陀螺7及其电路安装在其上，方位灵敏块6上、下两端装有轴承，保证其自由转动，在该方位角测量筒中，一个压电陀螺7沿着井下仪器的Z轴方向安装(见图2)，其电源导线和方位角信号导线在另一个无触点接头3中绕成多圈，正反绕各半，传送井下信号；两个无触点接头3中的信号导线与单片机发送器5连接，将信号送入单片机发送器进行变换和发送。上述部件依次螺纹连接组成井下探管。

图3是具有两个压电陀螺和两个电线加速度计的测斜仪的安装示意图。在方位角测量筒中，压电陀螺7沿着井下仪器的Z轴方向安装，另一个压电陀螺7’沿着Y轴方向安装，陀螺7’也可以沿着X轴方向安装；在顶角测量筒中，两个压电线加速度计4和4’分别安装在顶角测量筒处于正交90°的X、Y两轴线上。

地面接收仪器主要包括单片机接收器和便携式电子计算机(见图4)，二者为电连接。单片机接收器是由与单片机电连接的光电耦合器、电平转换驱动器、三态输出锁存器、D/A转换器组成的集成电路。

图4是本实用新型的电路工作原理框图。来自于压电陀螺方位传感器和压电线加速度计顶角传感器的方位信号和顶角信号经单片机发送电路发送至地面单片机接收电路后，在地面经微机处理，实时消除漂移误差，即可得到钻井方位角和顶角读数。在电路中采用单片机发送电路和接收电路跟踪测量各测点钻井终点角和顶角的变化值，以此计算出方位角和顶角。井下单片机发送电路发送速度为4800波特/秒，采用单工方式，时序制先顶角后方位角串行传送到地面仪器，串行传送一个周期为33毫秒。地面接收单片机电路将井下传送上来的数据信号进行采集处理。

Claims (3)

1.用于钻井测斜的压电陀螺测斜仪，它由井下仪器和地面仪器两部分组成，其特征在于：

1)所说的井下仪器包括：一个顶角测量筒，该测量筒中装有压电线加速度计(4)及其电路；一个方位角测量筒，在该测量筒中，压电陀螺(7)及其电路安装在方位灵敏块(6)上；两个无触点接头(3)，一个传送顶角传感器的电源导线和信号导线，另一个传送方位角传感器的电源导线和信号导线；一个单片机发送器(5)，它与顶角传感器和方位角传感器的信号导线连接，对其送来的信号进行转换和发送；

2)所说的地面仪器包括：一个单片机接收器和一台便携式电子计算机，二者为电连接。

2.根据权利要求1所述的压电陀螺测斜仪，其特征在于：在顶角测量筒中有两个压电线加速度计(4)和(4’)，压电线加速度计(4)沿着井下仪器正交90°的X轴方向安装，另一个压电线加速度计(4’)沿着井下仪器正交90°的Y轴方向安装；在方位角测量筒中，有一个压电陀螺(7)，它沿着井下仪器的Z轴方向安装。

3.根据权利要求1所述的压电陀螺测斜仪，其特征在于：在顶角测量筒中有两个压电线加速度计(4)和(4’)，压电线加速度计(4)沿着井下仪器正交90°的X轴方向安装，压电线加速度计(4’)沿着井下仪器正交90°的Y轴方向安装；在方位角测量筒中，有两个压电陀螺(7)和(7’)，压电陀螺(7)沿着井下仪器的Z轴方向安装，另一个压电陀螺(7’)沿着Y轴方向安装，也可以沿着X轴方向安装。

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