專利名稱：無線隨鉆測斜儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于石油勘探儀器設備領域，涉及ー種無線隨鉆測斜儀，尤其涉及ー種在定向鉆井過程中測量井眼軌跡用無線隨鉆測斜儀。
背景技術：
在石油行業(yè)定向鉆井過程中常使用磁通門隨鉆測斜儀施工。該類隨鉆測斜儀以井ロ地垂線和地磁場組成的直角坐標系為基準定義方向參數(shù)，并利用探管坐標系對基準坐標系的相互關系測量方向參數(shù)。隨鉆測斜儀分有線和無線兩類?，F(xiàn)有無線隨鉆測斜儀使用磁通門傳感器作為方位傳感器，通過測量地球磁場的方向來換算出地球的地理方位，從而確定井眼軌跡走向。這種測量方法傳感器性能穩(wěn)定可靠，但易受周圍磁場的影響，要求調試環(huán)境在3米內(nèi)無鐵磁物質，10米內(nèi)無強磁場存在，只能用于裸眼井的測量，應用范圍受到一定的限制。在ー些鉆井過程中，由于所鉆井眼與臨井間距很近，經(jīng)常會產(chǎn)生磁干擾，使磁通門傳感器無法正常使用。如何在磁干擾環(huán)境下進行隨鉆測斜工作，成為亟待解決的ー個問題。

實用新型內(nèi)容為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本實用新型提供一種測量精度高、可消除噪聲干擾和陀螺的隨機漂移以及拓寬儀器適用范圍的無線隨鉆測斜儀。本實用新型的技術解決方案是本實用新型提供了ー種無線隨鉆測斜儀，包括測量短節(jié)骨架，其特殊之處在于所述無線隨鉆測斜儀還包括設置在短節(jié)骨架上的陀螺儀組。上述陀螺儀組包括第一動カ調諧陀螺以及第ニ動カ調諧陀螺；所述第一動カ調諧陀螺沿測量短節(jié)骨架的徑向方向設置于測量短節(jié)骨架上；所述第二動カ調諧陀螺沿測量短節(jié)骨架的軸向方向設置于測量短節(jié)骨架上。上述無線隨鉆測斜儀還包括與陀螺儀組依次設置在短節(jié)骨架上的加速度計組。上述加速度計組包括第一加速度計、第二加速度計以及第三加速度計；所述第一加速度計、第二加速度計以及第三加速度計依次沿測量短節(jié)骨架的軸向方向正交設置于測量短節(jié)骨架的軸向方向上。上述第一動カ調諧陀螺包括第一動カ調諧陀螺的X向敏感軸以及第ー動カ調諧陀螺的Y向敏感軸；所述第二動カ調諧陀螺包括第二動カ調諧陀螺的X向敏感軸以及第ニ動カ調諧陀螺的Y向敏感軸；所述第一加速度計包括第一加速度計Gx的敏感軸；所述第二加速度計包括第二加速度計Gy的敏感軸；所述第三加速度計包括第三加速度計Gz的敏感軸；所述第一動カ調諧陀螺的X向敏感軸與第一加速度計Gx的敏感軸方向保持一致；所述第一動カ調諧陀螺的Y向敏感軸與第二加速度計Gy的敏感軸方向保持一致；所述第二動カ調諧陀螺的X向敏感軸與第一動カ調諧陀螺的X向敏感軸方向保持一致；所述第二動カ調諧陀螺的Y向敏感軸與第三加速度計Gz的敏感軸方向保持一致。上述第一加速度計、第二加速度計以及第三加速度計均是石英撓性加速度計。、[0012]上述無線隨鉆測斜儀還包 括與測量短節(jié)骨架相連的信號采集及處理單元；所述信號采集及處理單元包括采樣器、放大器、濾波器、調理器、AD轉換器、可編程邏輯器件CPLD以及數(shù)字信號處理器DSP ;所述采樣器、放大器、濾波器、調理器、AD轉換器、可編程邏輯器件CPLD以及數(shù)字信號處理器DSP依次連接。上述無線隨鉆測斜儀還包括設置在測量短節(jié)骨架上的用于測量傳感器工作環(huán)境的溫度的溫度傳感器。本實用新型的優(yōu)點是本實用新型提供的無線隨鉆測斜儀，是隨鉆測斜儀使用陀螺儀和磁通門來進行定向。通過井上向井下儀器信號接收裝置發(fā)送控制信號來控制隨鉆測斜儀的工作方式。工作方式ー是同時使用陀螺和磁通門進行定向，通過將二者發(fā)送的數(shù)據(jù)進行比較，以保證磁異常區(qū)域的測量精度。工作方式ニ是使用磁通門定向，即在無磁異常區(qū)域使用磁通門儀進行定向，減少功耗同時延長陀螺儀壽命。具體而言，其具有以下優(yōu)點本實用新型隨環(huán)境磁場變化而改變測斜方式，滿足測量精度要求。第二，本實用新型所提供的陀螺定向部分在鉆井或測井過程中通過對測斜儀的瞬時角速度進行積分來獲得測斜儀沿三個軸向旋轉的角度，實時輸出油井的方位信息。同吋，采用卡爾曼濾波方法對輸入數(shù)據(jù)進行處理，以消除噪聲干擾和陀螺的隨機漂移。第三，本實用新型在磁干擾環(huán)境下也可以進行隨鉆測斜，拓寬了儀器的適用范圍，適用于加密井，叢式井以及側鉆井等。

圖I是本實用新型所提供的測斜儀的總體結構框架示意圖；圖2是本實用新型所提供的測斜儀中陀螺、加速度計、磁通門傳感器的配置方案示意圖；圖3是本實用新型所采用的信號采集及處理單元框圖。
具體實施方式
本實用新型的工作原理是本實用新型提供的無線隨鉆測斜儀，是隨鉆測斜儀使用陀螺儀和磁通門來進行定向。通過井上向井下儀器信號接收裝置發(fā)送控制信號來控制隨鉆測斜儀的工作方式。工作方式一是同時使用陀螺和磁通門進行定向，通過將二者發(fā)送的數(shù)據(jù)進行比較，以保證磁異常區(qū)域的測量精度。工作方式ニ是使用磁通門定向，即在無磁異常區(qū)域使用磁通門儀進行定向，減少功耗同時延長陀螺儀壽命。本實用新型既能使用同時使用陀螺和磁通門進行定向，又能単獨使用磁通門定向。通過井上向井下儀器信號接收裝置發(fā)送控制信號來控制隨鉆測斜儀的工作方式。如果采用陀螺定向，是指由測量短節(jié)骨架、第一動カ調諧陀螺、第二動カ調諧陀螺、第一加速度計、第二加速度計、第三加速度計組合進行測量；第一動カ調諧陀螺沿測量短節(jié)骨架的徑向方向設置于測量短節(jié)骨架上；第二動カ調諧陀螺沿測量短節(jié)骨架的軸向方向設置于測量短節(jié)骨架上；第一加速度計、第二加速度計以及第三加速度計依次沿測量短節(jié)骨架的軸向方向正交設置于測量短節(jié)骨架的軸向方向上；陀螺定向的第一加速度計、第二加速度計以及第三加速度計是石英撓性加速度計。如果采用磁通門定向，是指由測量短節(jié)骨架、三個磁通門計、三個加速度計組合進行測量；所述測量短節(jié)骨架和加速度計就是上述測量短節(jié)骨架和加速度計；所述第一磁通門傳感器、第二磁通門傳感器以及第三磁通門傳感器依次沿測量短節(jié)骨架的軸向方向正交設置于測量短節(jié)骨架的軸向方向上；陀螺定向和磁通門定向還包括信號采集及處理單元，包括采樣器、放大器、濾波器、調理器、AD轉換器、可編程邏輯器件CPLD以及數(shù)字信號處理器DSP ;所述采樣器、放大器、濾波器、調理器、AD轉換器、可編程邏輯器件CPLD以及數(shù)字信號處理器DSP依次連接。針對上述問題，提出一種改進的隨鉆測斜儀實施例該隨鉆測斜儀為無線隨鉆測斜儀，采用泥漿脈沖方式來傳輸數(shù)據(jù)。參照圖1，該隨鉆測斜儀包括井上部分以及井下儀器；井上部分包括立管壓カ傳感器(信號接收單元)、信 號解碼單元以及與信號解碼單元相連的PC機；井下儀器由I個溫度傳感器、2個陀螺儀、3個磁通門計、3個加速度計、壓カ開關(井上信號接收裝置)、數(shù)據(jù)存儲単元、信號調理和數(shù)據(jù)采集単元、控制和數(shù)據(jù)處理単元、電源、泥漿脈沖發(fā)生器驅動電路以及泥漿脈沖發(fā)生器(遙傳單元)組成。參照圖2，3個石英撓性加速度計兩兩相互正交，安裝方向平行于儀器坐標軸方向，與儀器固聯(lián)。在機械加工過程中通過精密校準，三軸保持高度一致，安裝誤差小于I °。安裝陀螺時，第一動カ調諧陀螺的X向敏感軸與第一加速度計Gx的敏感軸方向保持一致，第一動カ調諧陀螺的Y向敏感軸與第二加速度計Gy的敏感軸方向保持一致，第二動カ調諧陀螺的X向敏感軸與第一動カ調諧陀螺的X向敏感軸方向保持一致，第二動カ調諧陀螺的Y向敏感軸與第三加速度計Gz的敏感軸方向保持一致。3個磁通門傳感器兩兩相互正交，安裝方向平行于儀器坐標軸方向，與儀器固聯(lián)。第一磁通門傳感器Bx與第一加速度計Gx相互平行，第二磁通門傳感器By與第二加速度計Gy相互平行，第三磁通門傳感器Bz與第三加速度計Gz相互同軸。壓カ開關用來檢測泥漿壓力，當井上控制泥漿泵的開關而使泥漿壓カ發(fā)生規(guī)律性變化時，壓カ開關相應的產(chǎn)生規(guī)律性通斷變化，這些變化被控制和調理電路接收，進而控制井下儀器轉入相應的工作模式，如由陀螺+磁通門+加速度計的工作狀態(tài)轉為磁通門+加速度計工作狀態(tài)。數(shù)據(jù)存儲単元，其主要功能是將井下儀器送來的信號以文件的形式記錄在大容量存儲體中(該信號是以等時的方式進行采樣的)，從而獲得數(shù)據(jù)與時間的對應關系。當儀器提出井口后，將存儲的井下測井數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機中。PC機將地面系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)和井下系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)進行處理，即得到完整的測井資料。在井下儀器向上發(fā)送數(shù)據(jù)時，也是由控制和調理電路將要發(fā)送的數(shù)據(jù)轉化為2進制表示的脈沖串形式，然后通過脈沖發(fā)生器驅動的電磁閥將電脈沖轉化為相應的泥漿脈沖發(fā)送到地面。地面由立管壓カ傳感器采集泥漿脈沖，通過地面控制箱將脈沖串進行譯碼，之后再將得到的數(shù)據(jù)傳給計算機。信息采集與處理部分參見圖3，信號采集及處理單元由兩個動カ調諧陀螺測量的角速率信息、三個石英加速度計測量的比力信息、三個磁通門傳感器測量的地磁場信息、溫度傳感器測量的慣性測量単元溫度信息經(jīng)過采樣、放大、濾波、調理環(huán)節(jié)處理后送給A/D轉換器后，送給CPLD芯片進行處理，完成后將處理結果送DSP進行算法解算，信號采集及處理単元包括采樣器、放大器、濾波器、調理器、轉換器、可編程邏輯器件CPLD以及數(shù)字信號處理器DSP ;采樣器、放大器、濾波器、調理器、轉換器、可編程邏輯器件CPLD以及數(shù)字信號處理器DSP依次連接。以上對本實用新型實施例進行了詳細介紹，本文中應用了具體實施方式
對本實用新型進行了闡述，以具體實例的說明只是用于幫助理解本實用新型的系統(tǒng)及方法；同時，對于本領域的技術人員，依據(jù)本實用新型的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本實用新型的限制。
權利要求1.ー種無線隨鉆測斜儀，包括測量短節(jié)骨架，其特征在于所述無線隨鉆測斜儀還包括設置在短節(jié)骨架上的陀螺儀組。
2.根據(jù)權利要求I所述的無線隨鉆測斜儀，其特征在于所述陀螺儀組包括第一動カ調諧陀螺以及第ニ動カ調諧陀螺；所述第一動カ調諧陀螺沿測量短節(jié)骨架的徑向方向設置于測量短節(jié)骨架上；所述第二動カ調諧陀螺沿測量短節(jié)骨架的軸向方向設置于測量短節(jié)骨架上。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的無線隨鉆測斜儀，其特征在于所述無線隨鉆測斜儀還包括與陀螺儀組依次設置在短節(jié)骨架上的加速度計組。
4.根據(jù)權利要求3所述的無線隨鉆測斜儀，其特征在于所述加速度計組包括第一加速度計、第二加速度計以及第三加速度計；所述第一加速度計、第二加速度計以及第三加速度計依次沿測量短節(jié)骨架的軸向方向正交設置于測量短節(jié)骨架的軸向方向上。
5.根據(jù)權利要求4所述的無線隨鉆測斜儀，其特征在于所述第一動カ調諧陀螺包括第一動カ調諧陀螺的X向敏感軸以及第一動カ調諧陀螺的Y向敏感軸；所述第二動カ調諧陀螺包括第二動カ調諧陀螺的X向敏感軸以及第ニ動カ調諧陀螺的Y向敏感軸；所述第一加速度計包括第一加速度計Gx的敏感軸；所述第二加速度計包括第二加速度計Gy的敏感軸；所述第三加速度計包括第三加速度計Gz的敏感軸；所述第一動カ調諧陀螺的X向敏感軸與第一加速度計Gx的敏感軸方向保持一致；所述第一動カ調諧陀螺的Y向敏感軸與第二加速度計Gy的敏感軸方向保持一致；所述第二動カ調諧陀螺的X向敏感軸與第一動カ調諧陀螺的X向敏感軸方向保持一致；所述第二動カ調諧陀螺的Y向敏感軸與第三加速度計Gz的敏感軸方向保持一致。
6.根據(jù)權利要求5所述的無線隨鉆測斜儀，其特征在于所述第一加速度計、第二加速度計以及第三加速度計均是石英撓性加速度計。
7.根據(jù)權利要求6所述的無線隨鉆測斜儀，其特征在于所述無線隨鉆測斜儀還包括與測量短節(jié)骨架相連的信號采集及處理單元；所述信號采集及處理單元包括采樣器、放大器、濾波器、調理器、AD轉換器、可編程邏輯器件CPLD以及數(shù)字信號處理器DSP ;所述采樣器、放大器、濾波器、調理器、AD轉換器、可編程邏輯器件CPLD以及數(shù)字信號處理器DSP依次連接。
8.根據(jù)權利要求7所述的無線隨鉆測斜儀，其特征在于所述無線隨鉆測斜儀還包括設置在測量短節(jié)骨架上的用于測量傳感器工作環(huán)境的溫度的溫度傳感器。
專利摘要本實用新型涉及一種無線隨鉆測斜儀，包括測量短節(jié)骨架，該無線隨鉆測斜儀還包括設置在短節(jié)骨架上的陀螺儀組。本實用新型提供一種測量精度高、可消除噪聲干擾和陀螺的隨機漂移以及拓寬儀器適用范圍的無線隨鉆測斜儀。
文檔編號E21B47/022GK202391413SQ20112050527
公開日2012年8月22日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權日2011年12月7日
發(fā)明者劉立揚, 孫國鼎, 張亞軍, 李曉東, 程亮 申請人:西安思坦儀器股份有限公司