專利名稱：一種用于組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器在組合測(cè)井中的應(yīng)用，利用陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器可以為在裸眼井和套管井進(jìn)行工程作業(yè)的組合測(cè)井系統(tǒng)提供精確的方位及斜度信息，既能實(shí)現(xiàn)井眼軌跡連續(xù)測(cè)量，又能實(shí)現(xiàn)為組合測(cè)井系統(tǒng)中其他儀器提供工具面及方位信息。
背景技術(shù)：
石油測(cè)井市場(chǎng)上陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器主要有兩類一類是在地面進(jìn)行外部基準(zhǔn)標(biāo)定尋北，無法進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)和陀螺校漂，儀器只能進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)量、無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)姿態(tài)更新；另一類是半連續(xù)的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器，其自成系統(tǒng)，無法與其他儀器組合使用，且連續(xù)測(cè)量一段時(shí)間，必須停止進(jìn)行陀螺校漂。 本實(shí)用新型主要應(yīng)用于油田開采中的測(cè)井工程，與成像測(cè)井儀器、聲學(xué)測(cè)井儀器及核測(cè)井儀器等組合使用，在裸眼井內(nèi)對(duì)油層評(píng)價(jià)提供精確方位，在套管井內(nèi)為套管損傷提供精確方位，并能夠連續(xù)測(cè)量完成井眼軌跡測(cè)繪，無須停止對(duì)陀螺儀進(jìn)行校漂。本實(shí)用新型不僅解決了常規(guī)磁性測(cè)斜儀無法在地磁場(chǎng)受到影響的油井中提供方位的難題，而且實(shí)現(xiàn)了全連續(xù)組合測(cè)量，使其不僅能夠在套管井內(nèi)工程作業(yè)，也能在裸眼井內(nèi)工程作業(yè)，彌補(bǔ)了現(xiàn)有市場(chǎng)上陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器無法組合測(cè)量及全連續(xù)工作的缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)全連續(xù)組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案—種用于組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器，包括探測(cè)器總成、電路總成、隔溫設(shè)備、保護(hù)總成；探測(cè)器總成和電路總成通過滑環(huán)和接插件相連；隔溫設(shè)備將探測(cè)器總成和電路總成與井下高溫環(huán)境相隔離，以保證儀器在可允許的溫度下工作；保護(hù)總成用于提高井下儀器抗壓和連接。其中，探測(cè)器總成包括三軸加速度計(jì)、雙軸陀螺儀、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體；所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體為包括步進(jìn)電機(jī)、絕對(duì)式光電編碼器、軸承和齒輪，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體將所有傳感器組合一起，在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，按照特定的控制率進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；隔熱設(shè)備包括保溫瓶體、吸熱體和隔熱體，隔熱體通過連接器與電路總成相連，保溫瓶體和隔熱體組合使用防止外界環(huán)境溫度進(jìn)入瓶?jī)?nèi)，吸熱體通過液相變化對(duì)瓶?jī)?nèi)溫度進(jìn)行吸收，達(dá)到降溫目的；保護(hù)總成包括抗壓管體、上端頭、下端頭，抗壓管體起到抗壓作用，上端頭通過連接器與隔熱設(shè)備相連，且通過連接器與其他儀器相連，下端頭通過連接器與隔熱設(shè)備相連，且通過連接器與其他儀器相連；電路總成包括導(dǎo)航采集電路、二次電源電路和傳感器驅(qū)動(dòng)電路。按照本實(shí)用新型提供的一種用于組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器，還具有如下附屬技術(shù)特征所述陀螺儀為光纖陀螺儀。所述加速度計(jì)為石英撓性加速度計(jì)。[0011]所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體為包括步進(jìn)電機(jī)、絕對(duì)式光電編碼器、軸承和齒輪。所述保溫瓶體為保溫真空夾層瓶體，瓶體內(nèi)設(shè)有液相變化吸熱體和金屬真空隔熱體。所述保護(hù)總成包括抗壓外殼、上下端頭，上下端頭含有與其他組合儀器相連的連接器和貫通線。所述導(dǎo)航采集電路包括電子電路、采集軟件、控制軟件和慣性導(dǎo)航軟件。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是由于本實(shí)用新型的隔溫設(shè)備、保護(hù)總成等結(jié)構(gòu)，使得該專利儀器能夠適應(yīng)井下高溫、高壓和強(qiáng)沖擊工作環(huán)境；通過控制軟件和旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體配合，使得三軸加速度計(jì)和雙軸陀螺儀實(shí)現(xiàn)了姿態(tài)自尋北和全連續(xù)測(cè)量，無需測(cè)井過程中停止進(jìn)行陀螺儀和姿態(tài)校漂；通過導(dǎo)航采集電路和慣性導(dǎo)航軟件實(shí)現(xiàn)了儀器姿態(tài)井下解算，直接上傳姿 態(tài)信息，達(dá)到了與其他測(cè)井儀器組合使用的目的。所以本實(shí)用新型具有適應(yīng)惡劣工作環(huán)境、自尋北、全連續(xù)組合測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，能夠適應(yīng)于裸眼井和套管井所有井況的井身軌跡和方位測(cè)量，具有使用范圍廣、測(cè)速快、精度高等特點(diǎn)，克服了現(xiàn)有磁性測(cè)斜儀、單點(diǎn)陀螺測(cè)斜儀和半連續(xù)陀螺測(cè)斜儀的使用局限性和不能組合測(cè)量的缺點(diǎn)。


圖I為本實(shí)用新型的一種用于組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器示意圖；圖2為本實(shí)用新型一種用于組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器探測(cè)器總成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型一種用于組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器隔溫設(shè)備部分的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型一種用于組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器保護(hù)總成部分的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型一種用于組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器電源電路的電路框圖；圖6為本實(shí)用新型一種用于組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器導(dǎo)航采集電路的電路框圖。
具體實(shí)施方案下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能解釋為對(duì)本實(shí)用新型的限制。在本實(shí)用新型的描述中，術(shù)語“內(nèi)側(cè)”、“外側(cè)”、“上”、“下”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型而不是要求本實(shí)用新型必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。參見圖1，其中示出本實(shí)用新型一種組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器的示意圖，包括探測(cè)器總成I、電路總成2、隔溫設(shè)備3和保護(hù)總成4。其中，探測(cè)器總成I和電路總成2通過滑環(huán)和接插件相連；隔溫設(shè)備3可以將探測(cè)器總成I和電路總成2與井下高溫環(huán)境相隔離，以保證儀器在可允許的溫度下工作；保護(hù)總成4具有提高井下儀器抗壓和與組合測(cè)量?jī)x器連接的功能。[0026]參考圖2，給出了本實(shí)用新型所述一種組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器所有核心傳感器組合和旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體27。傳感器組合包括三軸加速度計(jì)21、22、23以及雙軸陀螺儀24、一軸光電編碼器25和一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)26 ;旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體27將所有傳感器組合一起，在步進(jìn)電機(jī)26的驅(qū)動(dòng)下，按照特定的控制率進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。三軸加速度計(jì)21、22、23通過螺釘緊固的方式固定在雙軸陀螺儀24的上端結(jié)構(gòu)本體上，雙軸陀螺儀24的下端結(jié)構(gòu)本體通過螺釘緊固的方式與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體27相連，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體27上端通過軸承與光電編碼器25相連，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體27下端通過軸承和齒輪與步進(jìn)電機(jī)26相連。參考圖3，給出了本實(shí)用新型所述的隔熱設(shè)備3的結(jié)構(gòu)組成，包括保溫瓶體31、吸熱體32和隔熱體33，隔熱體33通過連接器34與電路總成相連。保溫瓶體31和隔熱體33組合使用防止外界環(huán)境溫度進(jìn)入瓶?jī)?nèi)，吸熱體32通過液相變化對(duì)瓶?jī)?nèi)溫度進(jìn)行吸收，達(dá)到降溫目的。吸熱體32下端與隔熱體33上端通過螺釘緊固的方式相連，隔熱體33下端通過連接器34與電路總成相連，吸熱體32上端通過螺紋方式與保溫瓶體31相連。 參考圖4，給出了本實(shí)用新型所述的保護(hù)總成4的結(jié)構(gòu)組成，包括抗壓管體41、上端頭42、下端頭43?？箟汗荏w41起到抗壓作用，上端頭42通過連接器44與隔溫設(shè)備3相連，且通過連接器45與組合測(cè)井中的其他儀器相連，下端頭43通過連接器46與隔溫設(shè)備3相連，且通過連接器47與組合測(cè)井中的其他儀器相連。上端頭42通過螺紋與抗壓管體41上端相連，下端頭43通過螺紋與抗壓管體41下端相連。參考圖5，給出了電路總成中電源電路的原理框圖，該電路實(shí)現(xiàn)了傳感器及電路工作所需要的直流電源。其中，通過變壓轉(zhuǎn)換將輸入交流電轉(zhuǎn)換為直流電，通過降噪電路將電源中的交流噪聲成分降低，通過DC/DC電路將直流電轉(zhuǎn)換成不同電壓幅值的直流電源，通過濾波電路進(jìn)一步提升輸出直流電源的品質(zhì)，最終輸出傳感器及電路工作所需要的直流電源(±5V、±12V)。參考圖6，給出了電路總成中導(dǎo)航采集電路的原理框圖，該電路實(shí)現(xiàn)了傳感器數(shù)據(jù)采集、導(dǎo)航解算及控制系統(tǒng)運(yùn)行。其中，信號(hào)處理單元將傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，采集單元對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)，控制單元根據(jù)采集單元的傳感器數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)的控制率控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)航單元將采集單元的傳感器信息按照設(shè)計(jì)的導(dǎo)航算法進(jìn)行導(dǎo)航運(yùn)算解算出儀器姿態(tài)角，輸出單元將姿態(tài)信息按照規(guī)定的協(xié)議發(fā)送至地面系統(tǒng)。在實(shí)際工程測(cè)量時(shí)，具體的電信號(hào)流程如下地面系統(tǒng)通過測(cè)井電纜給該儀器提供交流電源，電路總成中電源電路實(shí)現(xiàn)傳感器及電路工作所需要的直流電源，導(dǎo)航采集電路實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集，并通過特定的導(dǎo)航算法及獨(dú)特的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)儀器姿態(tài)的連續(xù)測(cè)量，并通過輸出單元按照組合測(cè)井儀器的傳輸協(xié)議將姿態(tài)信息傳輸至地面系統(tǒng)。本實(shí)用新型之所以能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)組合測(cè)井，主要取決于以下幾個(gè)方面一是本實(shí)用新型在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用了組合測(cè)井用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要體現(xiàn)在上端頭42和下端頭43，達(dá)到了該實(shí)用新型能夠在結(jié)構(gòu)上直接與其它組合測(cè)井儀器相連；二是本實(shí)用新型在探測(cè)器總成的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上設(shè)計(jì)了獨(dú)特的旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)27，其與導(dǎo)航采集電路中的控制單元組成自動(dòng)控制系統(tǒng)，保證了儀器姿態(tài)的全連續(xù)測(cè)量；三是導(dǎo)航采集電路中的輸出單元的信號(hào)輸出協(xié)議采用了組合測(cè)井用的信號(hào)輸出協(xié)議，使得本實(shí)用新型的信號(hào)輸出能夠被組合測(cè)井地面系統(tǒng)辨識(shí)和接收。[0033]盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而 言，可以理解在不脫離本實(shí)用新型的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求1.一種用于組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器，其特征在于，包括探測(cè)器總成(I)、電路總成(2)、隔溫設(shè)備(3)、保護(hù)總成(4);探測(cè)器總成⑴和電路總成(2)通過滑環(huán)和接插件相連；隔溫設(shè)備⑶將探測(cè)器總成⑴和電路總成⑵與井下高溫環(huán)境相隔離，以保證儀器在可允許的溫度下工作；保護(hù)總成(4)用于提高井下儀器抗壓和連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器，其特征在于，探測(cè)器總成(I)包括三軸加速度計(jì)(21、22、23)、雙軸陀螺儀(24)、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體(27);所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體(27)為包括步進(jìn)電機(jī)(26)、絕對(duì)式光電編碼器(25)、軸承和齒輪，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體(27)將所有傳感器組合一起，在步進(jìn)電機(jī)(26)的驅(qū)動(dòng)下，按照特定的控制率進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，三軸加速度計(jì)(21、22、23)固定在雙軸陀螺儀(24)的上端結(jié)構(gòu)本體上，雙軸陀螺儀(24)的下端結(jié)構(gòu)本體與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體(27)相連，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體(27)上端通過軸承與光電編碼器(25)相連，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體(27)下端通過軸承和齒輪與步進(jìn)電機(jī)(26)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器，其特征在于，隔溫設(shè)備(3)包括保溫瓶體(31)、吸熱體(32)和隔熱體(33)，隔熱體(33)通過連接器(34)與電路總成⑵相連，保溫瓶體(31)和隔熱體(33)組合使用防止外界環(huán)境溫度進(jìn)入瓶?jī)?nèi)，吸熱體(32)通過液相變化對(duì)瓶?jī)?nèi)溫度進(jìn)行吸收，達(dá)到降溫目的，吸熱體(32)下端與隔熱體(33)上端相連，隔熱體(33)下端通過連接器(34)與電路總成相連，吸熱體(32)上端與保溫瓶體(31)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器，其特征在于，保護(hù)總成(4)包括抗壓管體(41)、上端頭(42)、下端頭(43)，抗壓管體(41)起到抗壓作用，上端頭(42)通過連接器(44)與隔溫設(shè)備(3)相連，且通過連接器(45)與其他儀器相連，下端頭(43)通過連接器(46)與隔熱溫設(shè)備(3)相連，且通過連接器(47)與其他儀器相連，上端頭(42)與抗壓管體(41)上端相連，下端頭(43)與抗壓管體(41)下端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器，其特征在于，電路總成包括導(dǎo)航采集電路、二次電源電路和傳感器驅(qū)動(dòng)電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器，其特征在于，所述陀螺儀(24)為光纖陀螺儀。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器，其特征在于，所述加速度計(jì)(21、22、23)為石英撓性加速度計(jì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器，其特征在于，所述保溫瓶體(31)為保溫真空夾層瓶體，瓶體內(nèi)設(shè)有液相變化吸熱體和金屬真空隔熱體。
專利摘要本實(shí)用新型在于提供一種用于組合測(cè)井的陀螺姿態(tài)測(cè)量?jī)x器，包括探測(cè)器總成、電路總成；其中，探測(cè)器總成包括三軸加速度計(jì)、雙軸陀螺儀、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體、隔溫設(shè)備、保護(hù)總成；隔溫設(shè)備包括保溫瓶體、吸熱體和隔熱體，隔熱體通過連接器與電路總成相連，電路總成包括導(dǎo)航采集電路、二次電源電路和傳感器驅(qū)動(dòng)電路；探測(cè)器總成和電路總成通過滑環(huán)和接插件相連；隔溫設(shè)備將探測(cè)器總成和電路總成與井下高溫環(huán)境相隔離，以保證儀器在可允許的溫度下工作；保護(hù)總成用于提高井下儀器抗壓和連接。能夠適應(yīng)于裸眼井和套管井所有井況的井身軌跡和方位測(cè)量，克服了現(xiàn)有磁性測(cè)斜儀、單點(diǎn)陀螺測(cè)斜儀和半連續(xù)陀螺測(cè)斜儀的使用局限性和不能組合測(cè)量的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B47/12GK202611685SQ20112048680
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者呂偉, 張龍, 張曉麗, 劉慶成, 郭秋芬, 唐雅琴, 姜洪雷, 胡雄 申請(qǐng)人:航天科工慣性技術(shù)有限公司