本發(fā)明涉及石油天然氣勘探開發(fā)中隨鉆測井工程領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光學(xué)引擎的隨鉆測斜儀器及其測量裝置。

背景技術(shù)：

井身質(zhì)量是鉆井工程質(zhì)量的重要組成部分，是鉆井勘探開發(fā)目的和要求的保證，關(guān)系到能否順利實現(xiàn)鉆井目的，還對鉆井后續(xù)工程（如固井、采油等）的質(zhì)量和安全產(chǎn)生重要影響。在鉆井工程中，通過采用合理的措施，控制井斜角，強(qiáng)制鉆頭沿著設(shè)計的井眼軌跡鉆進(jìn)。直井要求井斜越小越好，而在定向井和水平井鉆井中，則要把井斜控制在合適的范圍內(nèi)。實踐表明，由于地質(zhì)特性（各向異性、地層傾斜和井眼直徑等）、鉆具組合結(jié)構(gòu)、井眼軌跡幾何形狀、鉆井工藝參數(shù)等因素影響，鉆井過程中出現(xiàn)井眼軌跡漂移是必然的。為了提高中靶率，在施工過程中必須對鉆頭鉆井方向?qū)嵤┻M(jìn)行控制，且井眼質(zhì)量越高，鉆井越容易。而實際的井眼軌跡參數(shù)只能通過隨鉆測斜儀器檢測，并傳輸?shù)降孛嫔喜拍塬@得。

目前，市場上銷售和使用的隨鉆測斜儀器通常采用獨立分體結(jié)構(gòu)，加工精度要求高，連接調(diào)試繁瑣。自尋北陀螺儀是最高水平、用途最廣的測斜儀，它是利用兩個加速度計敏感地球重力加速度，從而得到載體的俯仰角與傾斜角。由于加速度計在使用一段時間后會產(chǎn)生消磁現(xiàn)象，必須將儀器返廠進(jìn)行標(biāo)定，使得自尋北陀螺儀的價格較為昂貴。常規(guī)MWD/LWD是以磁力儀作為測量方位角的主要傳感器，使用單個三軸磁力儀測量地球磁場的各個分量，從而獲取井眼方位角。在確定情況下，重力保持不變。在強(qiáng)磁場干擾的環(huán)境中,通過磁力傳感器的磁通量就不僅僅是大地磁場，還有外部干擾磁場的迭加，這給測量帶來誤差， 進(jìn)而給井眼軌跡的判斷或修正帶來障礙。在開窗側(cè)鉆、分支井鉆井和套管鉆井等作業(yè)中，套管、鄰井和具有磁性的鋼制品等磁力干擾源對測量儀器，特別是測量方位角的磁力傳感器產(chǎn)生較大的影響，使測量偏差增大，給井眼軌跡預(yù)測和控制帶來困難，且三軸磁力儀的價格也較為昂貴。

因此，有必要設(shè)計一種新的隨鉆測斜儀器，以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于光學(xué)引擎的隨鉆測斜儀器及其測量裝置，旨在用于提高測量精度，消除方位測量誤差，降低儀器成本。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種基于光學(xué)引擎的隨鉆測斜儀器的測量裝置，其特征在于：包括密封缸筒，所述密封缸筒內(nèi)具有一固定支架，所述固定支架上懸掛有一重力桿，所述重力桿的末端連接有一光學(xué)引擎封裝，所述光學(xué)引擎封裝內(nèi)固定有激光二極管、光學(xué)透鏡組件和傳感器，所述光學(xué)引擎封裝下方具有與所述密封缸筒固定的一半球形殼體，所述光學(xué)引擎封裝位于所述半球形殼體的腔體內(nèi)且與所述半球形殼體之間具有間隙。

進(jìn)一步地，所述固定支架上具有一球鉸座，所述重力桿的頂端具有一圓球，所述圓球鉸接于所述球鉸座中。

進(jìn)一步地，所述固定支架包括固定于所述密封缸筒內(nèi)壁上的一橫桿以及自所述橫桿的中部向下延伸的一豎直桿，所述球鉸座固定于所述豎直桿的末端。

進(jìn)一步地，所述圓球位于所述半球形殼體的球心處。

進(jìn)一步地，所述半球形殼體四周的邊緣與所述密封缸筒的內(nèi)壁貼合并固定。

進(jìn)一步地，所述半球形殼體的球心位于所述密封缸筒的軸線上。

進(jìn)一步地，所述光學(xué)引擎封裝的下端面與所述半球形殼體的內(nèi)表面之間的間隙為1-4mm。

進(jìn)一步地，所述傳感器為帶有微型攝像機(jī)的光學(xué)傳感器。

本發(fā)明還提供一種基于光學(xué)引擎的隨鉆測斜儀器，其特征在于：包括上述任一項所述的測量裝置以及一外殼，所述測量裝置位于所述外殼中。

進(jìn)一步地，還包括脈沖發(fā)生器、電池、驅(qū)動裝置和控制裝置，所述脈沖發(fā)生器、所述電池、所述驅(qū)動裝置、所述控制裝置以及所述測量裝置依次連接并整體固定于所述外殼內(nèi)。

本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）本發(fā)明能夠通過光學(xué)引擎封裝直接測量方位角和傾斜角，不需要價格昂貴的陀螺儀和三軸磁通門，降低了儀器成本，且不需要傳統(tǒng)的三軸磁通門感應(yīng)周圍磁場來測量方向，從而避免磁場干擾帶來的測量誤差。

（2）本發(fā)明采用光學(xué)引擎進(jìn)行位移測量，測量精度高，能夠達(dá)到0.003mm；井斜角和方位角是根據(jù)光學(xué)引擎的傳感器與半球形殼體內(nèi)表面之間的相對位置進(jìn)行計算獲得的，因此最終獲得的井斜角和方位角的精度更高，能將井眼軌跡控制地更精確，提高井眼質(zhì)量。

（3）本發(fā)明為非接觸式測量，光學(xué)引擎封裝的端部與半球形殼體內(nèi)表面之間存在間隙，抗振，耐用，不拍摔，節(jié)能，從而解決了傳統(tǒng)的隨鉆測量儀器需要小心翼翼運輸，不能摔，而且容易損壞的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的基于光學(xué)引擎的隨鉆測斜儀器處于豎直狀態(tài)時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為如圖1中Ⅰ處局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3 為本發(fā)明實施例的基于光學(xué)引擎的隨鉆測斜儀器處于垂直狀態(tài)時光學(xué)引擎位置示意圖；

圖4 為本發(fā)明實施例的基于光學(xué)引擎的隨鉆測斜儀器傾斜時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5 為如圖4中Ⅱ處局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6 為本發(fā)明實施例的基于光學(xué)引擎的隨鉆測斜儀器處于傾斜狀態(tài)時光學(xué)引擎位置示意圖。

附圖標(biāo)記說明：1-脈沖發(fā)生器；2-電池；3-驅(qū)動裝置；4-控制裝置；5-測量裝置；51-固定支架；511-橫桿；512-豎直桿；513-球鉸座；52-密封缸筒；53-半球形殼體；54-重力桿；541-圓球；55-光學(xué)引擎封裝；551-激光二極管；552-光學(xué)透鏡組件；553-傳感器；6-外殼。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1和圖4所示，本發(fā)明實施例提供一種基于光學(xué)引擎的隨鉆測斜儀器，包括外殼6、脈沖發(fā)生器1、電池2、驅(qū)動裝置3、控制裝置4以及測量裝置5，所述脈沖發(fā)生器1、所述電池2、所述驅(qū)動裝置3、所述控制裝置4以及所述測量裝置5均為模塊化封裝并且依次通過螺紋連接組合在一起，其整體固定于所述外殼6內(nèi)。

如圖2和圖5所示，所述測量裝置5包括一密封缸筒52，所述密封缸筒52內(nèi)具有一固定支架51，所述固定支架51上懸掛有一重力桿54，所述重力桿54的末端連接有一光學(xué)引擎封裝55，所述光學(xué)引擎封裝55內(nèi)固定有激光二極管551、光學(xué)透鏡組件552和傳感器553，所述光學(xué)引擎封裝55下方具有與所述密封缸筒52固定的一半球形殼體53，所述光學(xué)引擎封裝55位于所述半球形殼體53的腔體內(nèi)且與所述半球形殼體53之間具有間隙。

進(jìn)一步地，所述密封缸筒52呈圓筒狀，所述固定支架51包括固定于所述密封缸筒52內(nèi)壁上的一橫桿511以及自所述橫桿511的中部向下延伸的一豎直桿512，所述豎直桿512的末端固定有一球鉸座513，所述重力桿54的頂端具有一圓球541，所述圓球541鉸接于所述球鉸座513中，使得所述重力桿54可以自由擺動并且始終沿著重力方向自由下垂，優(yōu)選地，所述圓球541的球心位于所述密封缸筒52的軸線上。如圖2所示，當(dāng)本發(fā)明實施例的基于光學(xué)引擎的隨鉆測斜儀器處于豎直狀態(tài)時，所述重力桿54沿著豎直方向自由下垂，如圖5所示，當(dāng)本發(fā)明實施例的基于光學(xué)引擎的隨鉆測斜儀器傾斜時，所述重力桿54依然沿著豎直方向自由下垂，但由于所述半球形殼體53的位置發(fā)生變化，所述光學(xué)引擎封裝55與所述半球形殼體53之間產(chǎn)生相對位移，從而檢測到井斜角和方位角的變化。

進(jìn)一步地，所述半球形殼體53位于所述光學(xué)引擎封裝55下方且腔體朝上，其球心也位于所述密封缸筒52的軸線上并且與所述圓球541同心，所述半球形殼體53四周的邊緣與所述密封缸筒52的內(nèi)壁貼合并且相互固定。所述圓球541的球心到所述光學(xué)引擎封裝55下端面的距離小于所述半球形殼體53的半徑，使得所述光學(xué)引擎封裝55始終位于所述半球形殼體53的腔體內(nèi)且其下端面與所述半球形殼體53的內(nèi)表面之間具有間隙，由于所述半球形殼體53的球心與所述圓球541同心，使得所述光學(xué)引擎封裝55旋轉(zhuǎn)到任意位置時其下端面與所述半球形殼體53內(nèi)表面的距離保持不變，從而方便測量且測量結(jié)果更加精確。優(yōu)選地，所述光學(xué)引擎封裝55的下端面與所述半球形殼體53的內(nèi)表面之間的間隙為1-4mm，既能保證測量的精度，又能防止儀器在運輸時受到損傷。

如圖3和圖6所示，所述光學(xué)引擎封裝55與傳統(tǒng)的光學(xué)鼠標(biāo)內(nèi)的光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)和原理類似，其包括激光二極管551、光學(xué)透鏡組件552和傳感器553等，所述傳感器553為帶有微型攝像機(jī)的光學(xué)傳感器，利用激光二極管551照射半球形殼體53內(nèi)表面，并被反射回所述傳感器553，捕捉任意位置的畫面，用以記錄移動動作。激光光線具有一致的特性，當(dāng)光線從表面反射時可產(chǎn)生高反差圖形，出現(xiàn)在傳感器553上的圖形會顯示物體表面上的細(xì)節(jié)。當(dāng)傳感器553與半球形殼體53內(nèi)表面發(fā)生相對移動時，傳感器553會連續(xù)拍攝物體表面，并利用數(shù)字信號處理來比較各個影像，以決定移動的距離和方向，并換算成井斜角和方位角。如圖3所示，當(dāng)本發(fā)明實施例的基于光學(xué)引擎的隨鉆測斜儀器處于豎直狀態(tài)時，所述傳感器553可以捕捉位置A處的畫面，如圖5所示，當(dāng)本發(fā)明實施例的基于光學(xué)引擎的隨鉆測斜儀器處于傾斜狀態(tài)時，所述傳感器553可以捕捉位置B處的畫面，所述傳感器553根據(jù)位置B處相對位置A處的位移?S換算出井斜角θ以及方位角。

本發(fā)明實施例的基于光學(xué)引擎的隨鉆測斜儀器在使用時，所述測量裝置5將測得的井斜角和方位角數(shù)據(jù)以電信號的方式傳遞給所述控制裝置4，所述控制裝置4進(jìn)而控制所述驅(qū)動裝置3來驅(qū)動所述脈沖發(fā)生器1，通過所述脈沖發(fā)生器1將信息上傳至地面，此過程中，所述電池2負(fù)責(zé)給需要電能的裝置供電。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。