本發(fā)明屬于石油測井儀器中的對井斜度和方位進(jìn)行高精度測量的儀器的領(lǐng)域，特別涉及一種基于高速遙傳測井儀的CAN總線的高精度高可靠性的連續(xù)測斜短節(jié)以及具備該短節(jié)的高速遙傳測井儀，連續(xù)測斜短節(jié)是高速遙傳測井儀集成的重要測量短節(jié)之一。

背景技術(shù)：

在石油鉆測行業(yè)中，對斜度和方位的測量一直有著較高的要求。因?yàn)橐豢诰芊癜此蟮男倍群妥呦蜚@探，關(guān)系著這口井最終能否到達(dá)目的層（油層）并且能否出油。尤其是現(xiàn)在，隨著易開采石油資源的日益枯竭，國內(nèi)外鉆井界紛紛將目光投向?yàn)┖?、湖泊、稠油油藏以及海洋等?fù)雜地況的勘探和開發(fā)。小塊零散油層的開采和大位移井、大斜度井、叢式井、水平井的日益增多，需要精度更高、使用上更加可靠的測斜儀器。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是利用慣性敏感元件、基準(zhǔn)方向以及最初的位置信息來確定運(yùn)載體的方位、位置和速度的自主式航位推算導(dǎo)航系統(tǒng)。慣性技術(shù)的引入，采用高精度、高分辨率的重力及磁傳感器進(jìn)行裸眼井的井斜、方位的精確測量得以實(shí)現(xiàn)。通過將對地球重力場和磁場的測量應(yīng)用于測斜技術(shù)，即以三向量軸重力加速度計(jì)和三向量軸磁通門磁力計(jì)（簡稱磁通門）為測角傳感器構(gòu)成測量系統(tǒng)，測量物體軸向的靜態(tài)重力加速度分量和磁場強(qiáng)度分量，把物體坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)到大地坐標(biāo)系下，通過數(shù)值計(jì)算以及誤差校正，能準(zhǔn)確地確定物體的傾斜和傾向，判斷物體的空間位置。在圖1中示出儀器坐標(biāo)系和地理坐標(biāo)系的關(guān)系圖。

根據(jù)定義，探管傾斜角是儀器坐標(biāo)系OZ_b軸與地理坐標(biāo)系OZ_i軸之間的夾角，如圖1中的∠D角。地磁方位角是探管軸向OZ_b和OZ_i軸所在平面OZ_bZ_i與地理坐標(biāo)系指北軸OX_i和OZ_i軸所在平面OX_iZ_i之間的夾角，如圖1 中的∠A角，順時(shí)針，從北向東轉(zhuǎn)角為正。工具面角是探管以O(shè)Z_b為軸，順時(shí)針自旋轉(zhuǎn)，從探管軸線OZ_b所在的地垂平面OZ_bZ_i轉(zhuǎn)到由儀器坐標(biāo)系OZ_b和OX_b軸所在的平面OX_bZ_b之間的夾角為工具面角，順時(shí)針為正，又稱重力工具面角，如圖1 中的∠R。測斜儀探管的儀器坐標(biāo)系OX_bY_bZ_b可以看作是由地理坐標(biāo)系OX_iY_iZ_i經(jīng)三次坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)后達(dá)到的。

以下，對連斜儀器的工作原理進(jìn)行說明。

連斜測井儀用于測量整個(gè)井眼的斜度和方位，確定儀器在井中的姿態(tài)，得出井身軌跡。因此，需要利用客觀存在的兩個(gè)基本的物理量，即重力加速度和地磁場。采用三加速度計(jì)和三磁通門傳感器與儀器骨架建立一致的儀器坐標(biāo)系XYZ，用地磁場的北方向、東方向和重力加速度的方向建立一個(gè)坐標(biāo)系稱為大地坐標(biāo)系NEV。根據(jù)剛體力學(xué)中的歐拉定理，可以把坐標(biāo)系XYZ看作是由坐標(biāo)系NEV經(jīng)過三次轉(zhuǎn)動而形成，三個(gè)轉(zhuǎn)動角稱為歐拉角，因而一個(gè)空間坐標(biāo)系的任意矢量坐標(biāo)都可以通過這種轉(zhuǎn)換而表示為另一空間坐標(biāo)系的矢量坐標(biāo)。

用三個(gè)加速度計(jì)可以測得重力加速度在儀器坐標(biāo)系XYZ的三個(gè)分量，用三個(gè)磁通門可以測得地磁場在儀器坐標(biāo)系XYZ的三個(gè)分量，從而確定儀器坐標(biāo)系在空間的位置，而大地坐標(biāo)系是固定不變的，重力加速度和地磁場在大地坐標(biāo)系中的值是不變的，因而它們之間進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的三個(gè)歐拉角就被唯一地確定，而其中的兩個(gè)就是所要測量的井斜角和方位角。儀器位置變了，儀器坐標(biāo)系也隨之發(fā)生變化，所以，通過測量六個(gè)分量值就可以測出儀器的方位角和傾斜角，確定儀器在井中的姿態(tài)，從而得知井身的軌跡。此外，井斜角的定義是，在測井中指井軸（儀器軸）與鉛垂線的夾角DEV。此外，方位角也叫傾斜方位角或者井軸傾斜方位角，是指井軸的水平投影線與地磁北極間按順時(shí)針方向之間的夾角AZIM。

在本申請中提出一種采用加速度計(jì)、磁通門傳感器和FPGA、DSP實(shí)現(xiàn)的高精度定位裝置及其算法，該裝置通過測量地球的重力場及磁場來給出精確的定位信息，在惡劣井況下，既要保證儀器測量的精度，又要保證加速度計(jì)中撓性結(jié)構(gòu)不致因較大沖擊載荷而損壞，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的減震裝置，并通過軟件誤差矩陣算法，大大簡化了刻度過程中不斷人為調(diào)節(jié)傳感器角度的過程，降低了儀器的操作難度，因此該儀器具有精度高、性能穩(wěn)定、體積小、易操作、功耗低的特點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于高速遙傳測井儀的CAN總線的高精度高可靠性的連續(xù)測斜短節(jié)以及具備該短節(jié)的高速遙傳測井儀，解決了測井行業(yè)日益增多的對于高精度井斜及方位測量的需求，特別是在惡劣井況下的高精度測量和高可靠性應(yīng)用，并大大縮短儀器尺寸。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種連續(xù)測斜短節(jié)，其特征在于，具備：

探頭部分，由石英撓性加速度計(jì)和三軸磁通門傳感器模塊構(gòu)成；

備份測量部分，由MEMS三軸加速度傳感器和三軸磁阻傳感器構(gòu)成，在所述探頭部分出現(xiàn)故障或者所述探頭部分無法測量時(shí)進(jìn)行工作；以及

數(shù)模電路處理部分，用于對由所述探頭部分采集到的信號以及由所述備份測量部分采集到的信號進(jìn)行處理。

此外，在本發(fā)明的連續(xù)測斜短節(jié)中，還具備：CAN總線收發(fā)模塊，用于通過CAN總線向高速遙傳測井儀傳輸由所述數(shù)模電路處理部分進(jìn)行了處理的信號，并且接收來自高速遙傳測井儀的信號。

此外，在本發(fā)明的連續(xù)測斜短節(jié)中，所述數(shù)模電路處理部分根據(jù)由所述探頭部分采集到的信號對角度進(jìn)行計(jì)算，從而能夠判斷出傾角的大小，所述數(shù)模電路處理部分根據(jù)所述探頭部分采集到的信號得到質(zhì)量監(jiān)控參數(shù)，當(dāng)所述質(zhì)量監(jiān)控參數(shù)出現(xiàn)問題時(shí)，則判斷為采集信號出現(xiàn)問題，從而起動備份測量部分進(jìn)行測量。

此外，在本發(fā)明的連續(xù)測斜短節(jié)中，在所述連續(xù)測斜短節(jié)中，采用雙O圈減震以及半環(huán)壓板固定方式來固定所述石英撓性加速度計(jì)。

此外，在本發(fā)明的連續(xù)測斜短節(jié)中，所述連續(xù)測斜短節(jié)還具備定位裝置。

此外，本發(fā)明提供一種高速遙傳測井儀，其特征在于，

具備連續(xù)測斜短節(jié)，

所述連續(xù)測斜短節(jié)具備：探頭部分，由石英撓性加速度計(jì)和三軸磁通門傳感器模塊構(gòu)成；備份測量部分，由MEMS三軸加速度傳感器和三軸磁阻傳感器構(gòu)成，在所述探頭部分出現(xiàn)故障或者所述探頭部分無法測量時(shí)進(jìn)行工作；數(shù)模電路處理部分，用于對由所述探頭部分采集到的信號以及由所述備份測量部分采集到的信號進(jìn)行處理。

此外，在本發(fā)明的高速遙傳測井儀中，所述連續(xù)測斜短節(jié)還具備：CAN總線收發(fā)模塊，用于通過CAN總線向高速遙傳測井儀傳輸由所述數(shù)模電路處理部分進(jìn)行了處理的信號，并且接收來自高速遙傳測井儀的信號。

此外，在本發(fā)明的高速遙傳測井儀中，所述數(shù)模電路處理部分根據(jù)由所述探頭部分采集到的信號對角度進(jìn)行計(jì)算，從而能夠判斷出傾角的大小，所述數(shù)模電路處理部分根據(jù)所述探頭部分采集到的信號得到質(zhì)量監(jiān)控參數(shù)，當(dāng)所述質(zhì)量監(jiān)控參數(shù)出現(xiàn)問題時(shí)，則判斷為采集信號出現(xiàn)問題，從而起動備份測量部分進(jìn)行測量。

此外，在本發(fā)明的高速遙傳測井儀中，在所述連續(xù)測斜短節(jié)中，采用雙O圈減震以及半環(huán)壓板固定方式來固定所述石英撓性加速度計(jì)。

此外，在本發(fā)明的高速遙傳測井儀中，所述連續(xù)測斜短節(jié)還具備定位裝置。

發(fā)明的效果

根據(jù)本申請發(fā)明，基于高速遙傳測井儀的CAN總線的高精度高可靠性連續(xù)測斜短節(jié)，通過軟件自動化刻度校正算法、數(shù)字信號處理方法和獨(dú)特的抗震機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了井斜方位數(shù)據(jù)的高精度和高可靠性測量，并通過CAN總線集成到高速遙傳測井儀中，儀器內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)簡潔，使得短節(jié)功能更為獨(dú)立，調(diào)試方便，易于操作且誤差小，抗干擾能力強(qiáng)，提高了測量的可靠性和穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是測井儀器中儀器坐標(biāo)系和地理坐標(biāo)系的關(guān)系圖。

圖2是本發(fā)明的連續(xù)測斜短節(jié)的外觀圖。

具體實(shí)施方式

以下，詳細(xì)地對本發(fā)明進(jìn)行說明。

圖2是本發(fā)明的連續(xù)測斜短節(jié)的外觀圖。本發(fā)明的連續(xù)測斜短節(jié)的整體結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)基本相同，但是，在本發(fā)明中，除了探頭部分之外，連續(xù)測斜短節(jié)還具備備份傳感器，即，備份測量部分。具體地說，本發(fā)明的連續(xù)測斜短節(jié)具備探頭部分、備份測量部分以及數(shù)模電路處理部分。探頭部分由石英撓性加速度計(jì)和三軸磁通門傳感器模塊構(gòu)成，備份測量部分由MEMS三軸加速度傳感器和三軸磁阻傳感器構(gòu)成，備份測量部分在探頭部分出現(xiàn)故障或者探頭部分無法測量時(shí)進(jìn)行工作，數(shù)模電路處理部分用于對由所述探頭部分采集到的信號以及由所述備份測量部分采集到的信號進(jìn)行處理。

根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)測斜短節(jié)，由于具有備份測量部分，因此，在主傳感器（探頭部分）出現(xiàn)問題例如產(chǎn)生了故障時(shí)可以替換輸出數(shù)據(jù)，保證測量過程。此外，在傾角小于3度的情況下，主傳感器無法測量方位角，所以，會導(dǎo)致測量無法進(jìn)行，但是，在本發(fā)明中，由備份測量部分與主傳感器組成了冗余多軸傳感器組，從而在主傳感器輸出很小無法計(jì)算方位角的時(shí)候，通過備份測量部分的輸出，能夠準(zhǔn)確地計(jì)算出方位角。

此外，在本發(fā)明的連續(xù)測斜短節(jié)中，還具備CAN總線收發(fā)模塊，能夠通過CAN總線向高速遙傳測井儀傳輸由所述數(shù)模電路處理部分進(jìn)行了處理的信號，并且接收來自高速遙傳測井儀的信號。

CAN總線作為成熟的工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)，其抗干擾性能得到了充分的驗(yàn)證，并且，CAN總線每一個(gè)掛接的儀器都可以單獨(dú)進(jìn)行調(diào)試，因此，由于本發(fā)明的連續(xù)測斜短節(jié)采用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，所以，能夠提高其抗干擾性能，即便在惡劣的環(huán)境下也能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行測量。

此外，在本發(fā)明的連續(xù)測斜短節(jié)中，所述數(shù)模電路處理部分能夠根據(jù)由所述探頭部分采集到的信號對角度進(jìn)行計(jì)算，從而能夠判斷出傾角的大小，所述數(shù)模電路處理部分根據(jù)所述探頭部分采集到的信號得到質(zhì)量監(jiān)控參數(shù)，當(dāng)所述質(zhì)量監(jiān)控參數(shù)出現(xiàn)問題時(shí)，則判斷為采集信號出現(xiàn)問題，從而起動備份測量部分進(jìn)行測量。此外，在判斷為傾角小于3度的情況下，起動備份測量部分進(jìn)行測量。

此外，在本發(fā)明的連續(xù)測斜短節(jié)中，所述連續(xù)測斜短節(jié)還具備定位裝置，定位裝置是通過兩個(gè)定位平面和一個(gè)定位銷組成的，兩個(gè)定位平面首先保證儀器與主軸在一條水平線上，定位硝保證短節(jié)在安裝后不會因?yàn)檎駝佣e(cuò)位。

此外，在本發(fā)明的連續(xù)測斜短節(jié)中，采用雙O圈減震以及半環(huán)壓板固定方式來固定所述石英撓性加速度計(jì)。由此，使石英撓性加速度計(jì)既可以精確測量重力場信號，又可以有效緩沖沖擊載荷，避免傳感器損壞。

進(jìn)而，本發(fā)明提供了一種高速遙傳測井儀，其具有連續(xù)測斜短節(jié)，即，在本發(fā)明的高速遙傳測井儀中集成了連續(xù)測斜短節(jié)，連續(xù)測斜短節(jié)通過CAN總線向高速遙傳測井儀傳輸由所述數(shù)模電路處理部分進(jìn)行了處理的信號，并且接收來自高速遙傳測井儀的信號。在本發(fā)明中，通過將獨(dú)立的儀器（連續(xù)測斜短節(jié)）變?yōu)檫b傳集成的短節(jié)，由此，省去了大部分的電源部分，同時(shí)采用了數(shù)字化采集方案和儀器內(nèi)部總線，不僅縮短了儀器的尺寸，而且由于數(shù)字處理方式的靈活性，也增強(qiáng)了儀器對于不同套管直徑的適應(yīng)性。

此外，在本發(fā)明的高速遙傳測井儀中，連續(xù)測斜短節(jié)是上述的短節(jié)，即，該短節(jié)具備由石英撓性加速度計(jì)和三軸磁通門傳感器模塊構(gòu)成的探頭部分、由MEMS三軸加速度傳感器和三軸磁阻傳感器構(gòu)成的備份測量部分以及用于對由所述探頭部分采集到的信號以及由所述備份測量部分采集到的信號進(jìn)行處理的數(shù)模電路處理部分，其中，所述備份測量部分在所述探頭部分出現(xiàn)故障或者所述探頭部分無法測量時(shí)進(jìn)行工作。

此外，在本發(fā)明的高速遙傳測井儀中，所述連續(xù)測斜短節(jié)還具備：CAN總線收發(fā)模塊，用于通過CAN總線向高速遙傳測井儀傳輸由所述數(shù)模電路處理部分進(jìn)行了處理的信號，并且接收來自高速遙傳測井儀的信號。

此外，在本發(fā)明的高速遙傳測井儀中，所述數(shù)模電路處理部分根據(jù)由所述探頭部分采集到的信號對角度（即，儀器的角度，也就是儀器在井中的姿態(tài)）進(jìn)行計(jì)算，從而能夠判斷出傾角的大小，所述數(shù)模電路處理部分根據(jù)所述探頭部分采集到的信號得到質(zhì)量監(jiān)控參數(shù)，當(dāng)所述質(zhì)量監(jiān)控參數(shù)出現(xiàn)問題時(shí)，則判斷為采集信號出現(xiàn)問題，從而起動備份測量部分進(jìn)行測量。此處，在本發(fā)明中，例如，在質(zhì)量監(jiān)控參數(shù)等于1（或者與1的差很?。r(shí)，表明探頭部分能夠正常工作，但是，當(dāng)質(zhì)量監(jiān)控參數(shù)大于或者小于1太多（質(zhì)量監(jiān)控參數(shù)出現(xiàn)問題）時(shí)，那么表明探頭部分不能夠正常工作，此時(shí)，起動備份測量部分進(jìn)行工作。

此外，在本發(fā)明的高速遙傳測井儀中，在所述連續(xù)測斜短節(jié)中，采用雙O圈減震以及半環(huán)壓板固定方式來固定所述石英撓性加速度計(jì)。

此外，在本發(fā)明的高速遙傳測井儀中，所述連續(xù)測斜短節(jié)還具備定位裝置。

如上所述，在本申請中，對連續(xù)測斜短節(jié)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使之具有更好的抗沖擊性能，提高了儀器頻繁使用中的可靠性，特別是惡劣井況的測井作業(yè)情況。

將CAN總線作為儀器內(nèi)部總線，實(shí)現(xiàn)探頭與高速遙傳系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。

將CAN總線作為儀器內(nèi)部的通信總線，實(shí)現(xiàn)探頭與遙傳系統(tǒng)的對接，避免了傳統(tǒng)磁定位模擬信號傳輸過程中信噪比隨線纜長度大幅度惡化的問題，保證了測量結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。

根據(jù)本申請發(fā)明，基于高速遙傳測井儀的CAN總線的高精度高可靠性連續(xù)測斜短節(jié)，通過軟件自動化刻度校正算法、數(shù)字信號處理方法和獨(dú)特的抗震機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了井斜方位數(shù)據(jù)的高精度和高可靠性測量，并通過CAN總線集成到高速遙傳測井儀中，儀器內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)簡潔，使得短節(jié)功能更為獨(dú)立，調(diào)試方便，易于操作且誤差小，抗干擾能力強(qiáng)，提高了測量的可靠性和穩(wěn)定性。

以上對本申請發(fā)明進(jìn)行了說明，但是，但是并不限于此，應(yīng)該理解為能夠在本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變更，并且，這些都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。