專利名稱：定向井連續(xù)陀螺測(cè)斜系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于慣性技術(shù)實(shí)現(xiàn)的定向井連續(xù)陀螺測(cè)斜系統(tǒng)，屬于石油工業(yè)中定向井技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
測(cè)斜儀器是石油及天然氣井、煤礦礦井中進(jìn)行井眼軌跡測(cè)量時(shí)被廣泛使用的一種測(cè)量工具。目前，國(guó)內(nèi)外大多采取將磁通門傳感器或機(jī)械陀螺或光纖陀螺與加速度計(jì)相組合的方式來(lái)測(cè)量井眼的方位角、井斜角和工具面角。磁通門式測(cè)斜儀具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低、性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，但是，該儀器無(wú)法對(duì)定向井等有磁性干擾的油井進(jìn)行測(cè)量。機(jī)械陀螺式測(cè)斜儀可以彌補(bǔ)磁通門式測(cè)斜儀的上述缺憾，但是，定向井的井眼體積小，目前國(guó)內(nèi)還沒有出現(xiàn)小型化且可保證精度的機(jī)械陀螺來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器軸向角速率的測(cè)量，而國(guó)外的小型、高精度機(jī)械陀螺對(duì)國(guó)內(nèi)禁運(yùn)，國(guó)內(nèi)需求無(wú)法滿足。光纖陀螺式測(cè)斜儀中的光纖陀螺雖為固態(tài)結(jié)構(gòu)，并具有可靠性高、耐沖擊、低功耗和動(dòng)態(tài)范圍大的優(yōu)點(diǎn)，但是，其同樣具有體積大、易受溫度影響的缺陷，無(wú)法滿足目前的測(cè)斜要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種定向井連續(xù)陀螺測(cè)斜系統(tǒng)，該系統(tǒng)能全方位連續(xù)測(cè)量井眼軌跡，測(cè)量效率高。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案一種定向井連續(xù)陀螺測(cè)斜系統(tǒng)，其特征在于它包括計(jì)算機(jī)、控制箱和測(cè)斜儀，該計(jì)算機(jī)的串口與該控制箱的通訊口連接，該控制箱的電纜接口經(jīng)由電纜與該測(cè)斜儀的端部連接，其中該測(cè)斜儀包括依次相連的電纜頭、上扶正器、儀器短節(jié)、下扶正器、加重桿、減震器和引鞋，該電纜頭的連接端與該電纜連接。所述儀器短節(jié)包括短節(jié)體，該短節(jié)體的上、下端分別設(shè)有上接頭、下接頭，在該短節(jié)體內(nèi)依次設(shè)有上吸熱器、電源、控制器、測(cè)量短節(jié)和下吸熱器，該上吸熱器與該上接頭相鄰，該下吸熱器與該下接頭相鄰，該電源為該控制器和該測(cè)量短節(jié)供電。所述測(cè)量短節(jié)包括保溫瓶，該保溫瓶?jī)?nèi)設(shè)有短節(jié)骨架，該短節(jié)骨架上依次設(shè)有旋轉(zhuǎn)骨架、旋轉(zhuǎn)變壓器和直流伺服電機(jī)，該旋轉(zhuǎn)骨架上依次設(shè)有第一加速度計(jì)、微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺、第二加速度計(jì)、動(dòng)力調(diào)諧陀螺，該第一加速度計(jì)、微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺、第二加速度計(jì)沿該旋轉(zhuǎn)骨架的徑向方向設(shè)置，該微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺的一個(gè)敏感軸與該旋轉(zhuǎn)骨架的旋轉(zhuǎn)軸平行，該動(dòng)力調(diào)諧陀螺與該旋轉(zhuǎn)骨架同軸設(shè)置，該旋轉(zhuǎn)骨架的軸接端經(jīng)由該旋轉(zhuǎn)變壓器與該直流伺服電機(jī)的輸出軸連接，該直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)該旋轉(zhuǎn)骨架繞自身旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)骨架上設(shè)有溫度傳感器，該溫度傳感器、第一加速度計(jì)、第二加速度計(jì)、微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺、動(dòng)力調(diào)諧陀螺、旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)端口經(jīng)由信號(hào)線與所述控制器的信號(hào)端口連接，該直流伺服電機(jī)、微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺的控制端口經(jīng)由控制線與所述控制器的控制端口連接。所述旋轉(zhuǎn)骨架的一端設(shè)有滑環(huán)，從所述溫度傳感器、第一加速度計(jì)、第二加速度計(jì)、微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺、動(dòng)力調(diào)諧陀螺、旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)端口引出的所述信號(hào)線穿設(shè)過(guò)該滑環(huán)后與所述控制器的信號(hào)端口連接；從所述直流伺服電機(jī)、微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺的控制端口引出的所述控制線經(jīng)由所述短節(jié)骨架上開設(shè)的槽而與所述控制器的控制端口連接。所述第一加速度計(jì)、第二加速度計(jì)為石英撓性加速度計(jì)。所述控制器包括信號(hào)處理電路和通訊電路，該信號(hào)處理電路包括平臺(tái)伺服回路電路、電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換電路、相位比較及除法運(yùn)算電路、采樣濾波放大電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字信號(hào)處理器，該通訊電路包括功率放大電路、比較器、濾波器、放大器和耦合器，其中所述溫度傳感器、第一加速度計(jì)、第二加速度計(jì)、動(dòng)力調(diào)諧陀螺的信號(hào)端分別經(jīng)由相應(yīng)的采樣濾波放大電路與該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路上相應(yīng)的輸入端連接，所述旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)端經(jīng)由該相位比較及除法運(yùn)算電路與該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路上相應(yīng)的輸入端連接，該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出端與該數(shù)字信號(hào)處理器上相應(yīng)的IO端連接，所述微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺的信號(hào)端經(jīng)由該電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換電路與該數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，該數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸入端與該數(shù)字信號(hào)處理器上相應(yīng)的IO端連接，所述微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺的控制端經(jīng)由該平臺(tái)伺服回路電路與該直流伺服電機(jī)的控制端連接；該耦合器的信號(hào)輸出端依次經(jīng)由該放大器、濾波器、比較器與該數(shù)字信號(hào)處理器上相應(yīng)的IO端連接，該耦合器的信號(hào)輸入端經(jīng)由功率放大電路與該數(shù)字信號(hào)處理器上相應(yīng)的IO端連接，該耦合器的通訊端與所述電纜連接。本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型基于慣性原理以及建立的角速率誤差和加速度誤差數(shù)學(xué)模型，在消除零偏、溫漂等誤差的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了測(cè)斜儀靜態(tài)下初始尋北作業(yè)以及動(dòng)態(tài)、連續(xù)、全方位測(cè)斜功能，且對(duì)測(cè)斜誤差可進(jìn)行重力和地速補(bǔ)償，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)井跡動(dòng)態(tài)連續(xù)地準(zhǔn)確測(cè)量，大大提高了井跡測(cè)量精度和效率。由于本實(shí)用新型設(shè)置有保溫瓶，因此，處于高溫或低溫等惡劣環(huán)境下時(shí)，本實(shí)用新型仍可正常使用，不受環(huán)境溫度影響，工作可靠性高。本實(shí)用新型體積小，成本低，可全方位、連續(xù)測(cè)量井眼軌跡，測(cè)量精度高，效率高，可在定向鉆井、井跡測(cè)量中使用，不僅可適用于石油及天然氣井、煤礦礦井，還可適用于定向井等有磁性干擾的油井，且對(duì)于小井斜下、大井斜下情形均可適用。

圖I是本實(shí)用新型定向井連續(xù)陀螺測(cè)斜系統(tǒng)的組成示意圖；圖2是本實(shí)用新型的儀器短節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的測(cè)量短節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型的信號(hào)處理電路和通訊電路的組成框圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，本實(shí)用新型定向井連續(xù)陀螺測(cè)斜系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)10、控制箱20和測(cè)斜儀40，計(jì)算機(jī)10和控制箱20置于地面，測(cè)斜儀40置于井下進(jìn)行測(cè)量，該計(jì)算機(jī)10的串口與該控制箱20的通訊口連接，該控制箱20的電纜接口經(jīng)由千米電纜30與該測(cè)斜儀40的端部連接，控制箱20用于把計(jì)算機(jī)10的控制信號(hào)進(jìn)行功率放大并耦合到電纜30上，向井下設(shè)備傳輸，另外，控制箱20對(duì)接收到的井下設(shè)備發(fā)送來(lái)的采集信號(hào)可進(jìn)行調(diào)制、濾波和比較，從而最終將解碼結(jié)果傳送到計(jì)算機(jī)10上。如圖1，該測(cè)斜儀40包括依次首尾相連的電纜頭41、上扶正器42、儀器短節(jié)43、下扶正器44、加重桿45、減震器46和引鞋47，該電纜頭41的連接端與該電纜30連接，用于連接固定電纜30，而電纜30與測(cè)斜儀40中相應(yīng)的器件連接。如圖2所示，儀器短節(jié)43包括短節(jié)體437，該短節(jié)體437的上、下端分別設(shè)有上接頭431、下接頭438，在該短節(jié)體437內(nèi)，從短節(jié)體437的一端至另一端依次設(shè)有上吸熱器432、電源433、控制器434、測(cè)量短節(jié)435和下吸熱器436，該上吸熱器432與該上接頭431 相鄰，該下吸熱器436與該下接頭438相鄰，該測(cè)量短節(jié)435上的控制端口、信號(hào)端口分別與該控制器434上的控制端口、信號(hào)端口相連，該控制器434上的通訊端口與該電纜30相連，該上、下吸熱器432、436的控制端口與該電纜30相連，該電源433為該控制器434和該測(cè)量短節(jié)435等供電，該電源433可選用高電壓輸入的開關(guān)電源。如圖3所示，測(cè)量短節(jié)435包括保溫瓶211，該保溫瓶211內(nèi)設(shè)有短節(jié)骨架209，在該短節(jié)骨架209上，從短節(jié)骨架209的一端至另一端依次設(shè)有旋轉(zhuǎn)骨架208、旋轉(zhuǎn)變壓器206和直流伺服電機(jī)207，在該旋轉(zhuǎn)骨架208上，從旋轉(zhuǎn)骨架208的一端至另一端依次設(shè)有第一加速度計(jì)202、微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203、第二加速度計(jì)204、動(dòng)力調(diào)諧陀螺205。該第一加速度計(jì)202、微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203、第二加速度計(jì)204沿該旋轉(zhuǎn)骨架208的徑向方向設(shè)置在該旋轉(zhuǎn)骨架208上。以第一加速度計(jì)202為例說(shuō)明，此處所謂的“徑向方向設(shè)置”是指第一加速度計(jì)202的中心軸沿旋轉(zhuǎn)骨架208的一個(gè)徑向方向設(shè)置，該徑向方向處于與該旋轉(zhuǎn)骨架208的旋轉(zhuǎn)軸500垂直的一個(gè)平面內(nèi)，其為公知術(shù)語(yǔ)，不再給出圖示說(shuō)明。該微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203的一個(gè)敏感軸與該旋轉(zhuǎn)骨架208的旋轉(zhuǎn)軸500平行，該微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203具有多個(gè)敏感軸，在本實(shí)用新型中，只令其中一個(gè)敏感軸與旋轉(zhuǎn)軸500平行即可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型達(dá)到的功能。該動(dòng)力調(diào)諧陀螺205與該旋轉(zhuǎn)骨架208同軸設(shè)置，此處的“同軸”是指動(dòng)力調(diào)諧陀螺205的中心軸與該旋轉(zhuǎn)骨架208的旋轉(zhuǎn)軸500處于同一直線上。該動(dòng)力調(diào)諧陀螺205用來(lái)測(cè)量地球自轉(zhuǎn)角速度的兩個(gè)水平分量，該第一加速度計(jì)202、第二加速度計(jì)204分別用來(lái)測(cè)量測(cè)斜儀40在井下的兩個(gè)水平分量，從而通過(guò)這兩個(gè)水平分量來(lái)計(jì)算測(cè)斜儀40軸向加速度。該旋轉(zhuǎn)骨架208的軸接端(該軸接端即為旋轉(zhuǎn)軸500的一端)經(jīng)由該旋轉(zhuǎn)變壓器206與該直流伺服電機(jī)207的輸出軸連接。一般，旋轉(zhuǎn)骨架208的旋轉(zhuǎn)軸500即設(shè)定為其中心軸，且旋轉(zhuǎn)骨架208的旋轉(zhuǎn)軸500與該測(cè)量短節(jié)435的中心軸同軸，短節(jié)骨架209也可設(shè)置為與該旋轉(zhuǎn)骨架208同軸，因此，該旋轉(zhuǎn)變壓器206的具體設(shè)置可為其定子沿短節(jié)骨架209的軸向方向設(shè)置，其轉(zhuǎn)子套接在該直流伺服電機(jī)207的輸出軸上，該旋轉(zhuǎn)變壓器206用于測(cè)量該旋轉(zhuǎn)骨架208的旋轉(zhuǎn)位移，從而精確控制旋轉(zhuǎn)骨架208的旋轉(zhuǎn)角度。該直流伺服電機(jī)207驅(qū)動(dòng)該旋轉(zhuǎn)骨架208繞自身旋轉(zhuǎn)軸500旋轉(zhuǎn)，而該直流伺服電機(jī)207的旋轉(zhuǎn)受微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203的控制，該直流伺服電機(jī)207的旋轉(zhuǎn)角度即為微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203的旋轉(zhuǎn)角度。該旋轉(zhuǎn)骨架208上設(shè)有溫度傳感器210，該溫度傳感器210用于測(cè)量溫度數(shù)值，從而對(duì)微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203進(jìn)行溫漂誤差消除，該溫度傳感器210、第一加速度計(jì)202、第二加速度計(jì)204、微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203、動(dòng)力調(diào)諧陀螺205、旋轉(zhuǎn)變壓器206的信號(hào)端口經(jīng)由信號(hào)線與控制器434的信號(hào)端口連接，該直流伺服電機(jī)207、微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203的控制端口經(jīng)由控制線與控制器434的控制端口連接。如圖3，旋轉(zhuǎn)骨架208的一端設(shè)有滑環(huán)201，該滑環(huán)201的活動(dòng)端設(shè)于該旋轉(zhuǎn)骨架208上，該滑環(huán)201的定子端設(shè)于該短節(jié)骨架209上，該第一加速度計(jì)202與該滑環(huán)201相鄰，從溫度傳感器210、第一加速度計(jì)202、第二加速度計(jì)204、微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203、動(dòng)力調(diào)諧陀螺205、旋轉(zhuǎn)變壓器206的信號(hào)端口引出的信號(hào)線穿設(shè)過(guò)該滑環(huán)201后與控制器434的信號(hào)端口連接，該滑環(huán)201用于使通過(guò)其內(nèi)的信號(hào)線可以實(shí)現(xiàn)任意角度的旋轉(zhuǎn)，而從直流伺服電機(jī)207、微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203的控制端口引出的控制線可經(jīng)由短節(jié)骨架209上開設(shè)的槽而與控制器434的控制端口連接。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，第一加速度計(jì)202、第二加速度計(jì)204可選為石英撓性加速度計(jì)。如圖4所示，控制器434包括信號(hào)處理電路301和通訊電路302，該信號(hào)處理電 路301包括平臺(tái)伺服回路電路3011、電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換電路3012、相位比較及除法運(yùn)算電路3013、采樣濾波放大電路3014、3015、3016、3017、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路3018、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3019和數(shù)字信號(hào)處理器3020，該通訊電路302包括功率放大電路3021、比較器3024、濾波器3023、放大器3022和耦合器3025，其中溫度傳感器210、第一加速度計(jì)202、第二加速度計(jì)204、動(dòng)力調(diào)諧陀螺205的信號(hào)端分別經(jīng)由采樣濾波放大電路3017、3015、3016、3014與該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3019上相應(yīng)的輸入端連接，旋轉(zhuǎn)變壓器206的信號(hào)端經(jīng)由該相位比較及除法運(yùn)算電路3013與該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3019上相應(yīng)的輸入端連接，該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3019的輸出端與該數(shù)字信號(hào)處理器3020上相應(yīng)的IO端連接，微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203的信號(hào)端經(jīng)由該電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換電路3012與該數(shù)模轉(zhuǎn)換電路3018的輸出端連接，該數(shù)模轉(zhuǎn)換電路3018的輸入端與該數(shù)字信號(hào)處理器3020上相應(yīng)的IO端連接，微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203的控制端經(jīng)由該平臺(tái)伺服回路電路3011與該直流伺服電機(jī)207的控制端連接；該耦合器3025的信號(hào)輸出端依次經(jīng)由該放大器3022、濾波器3023、比較器3024與該數(shù)字信號(hào)處理器3020上相應(yīng)的IO端連接，該耦合器3025的信號(hào)輸入端經(jīng)由功率放大電路3021與該數(shù)字信號(hào)處理器3020上相應(yīng)的IO端連接，該耦合器3025的通訊端與電纜30連接。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，該數(shù)模轉(zhuǎn)換電路3018可選用數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD5742構(gòu)成，該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3019可由兩個(gè)6路并行16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7656構(gòu)成，該數(shù)字信號(hào)處理器3020可選用 TMS320F2812 芯片。在本實(shí)用新型中，計(jì)算機(jī)10、控制箱20、電纜30、電纜頭41、上扶正器42、下扶正器44、加重桿45、減震器46、引鞋47、上、下接頭431、438、上吸熱器432、電源433、下吸熱器436、保溫瓶211、溫度傳感器210、第一加速度計(jì)202、第二加速度計(jì)204、動(dòng)力調(diào)諧陀螺205、微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203、旋轉(zhuǎn)變壓器206、直流伺服電機(jī)207、滑環(huán)201均為公知設(shè)備或器件，而平臺(tái)伺服回路電路3011、電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換電路3012、相位比較及除法運(yùn)算電路3013、采樣濾波放大電路3014、3015、3016、3017、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路3018、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3019、數(shù)字信號(hào)處理器3020、功率放大電路3021、比較器3024、濾波器3023、放大器3022、耦合器3025均為本領(lǐng)域的熟知電路或器件，故不在這里詳述。本實(shí)用新型的工作過(guò)程和工作原理為將本實(shí)用新型的測(cè)斜儀40放置井底，首先進(jìn)行初始尋北作業(yè)，具體為[0034]通過(guò)計(jì)算機(jī)10向井下測(cè)斜儀40中的控制器434發(fā)送尋北指令，該尋北指令經(jīng)由耦合器3025、放大器3022、濾波器3023、比較器3024后傳送給數(shù)字信號(hào)處理器3020，數(shù)字信號(hào)處理器3020將接收到的尋北指令進(jìn)行解碼后，根據(jù)尋北指令發(fā)出設(shè)定電壓信號(hào)，該設(shè)定電壓信號(hào)經(jīng)由電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換電路3012轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電流后輸送給微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203的力矩器(此時(shí)與力矩器主端通訊)，使微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度。微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203經(jīng)由平臺(tái)伺服回路電路3011將角度信號(hào)傳送給直流伺服電機(jī)207，直流伺服電機(jī)207受微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203的控制，由于微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度，從而直流伺服電機(jī)207也帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)骨架208繞自身旋轉(zhuǎn)軸500旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度。當(dāng)旋轉(zhuǎn)骨架208旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)變壓器206采集此時(shí)旋轉(zhuǎn)骨架208的旋轉(zhuǎn)位移信息并經(jīng)由相位比較及除法運(yùn)算電路3013處理，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3019進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，而后送入數(shù)字信號(hào)處理器3020，使數(shù)字信號(hào)處理器3020根據(jù)接收到的旋轉(zhuǎn)位移信息來(lái)精確控制旋轉(zhuǎn)骨架208的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)骨架208旋轉(zhuǎn)到預(yù)定位置時(shí)，溫度傳感器210、第一加速度計(jì)202、第二加速度計(jì)204、動(dòng)力調(diào)諧陀螺205便各自采集相應(yīng)信息，溫度傳感器210采集溫度信息并經(jīng)由采樣濾波放大電路3017處理，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3019模數(shù)轉(zhuǎn)換后，送入數(shù)字信號(hào)處理器3020，動(dòng)力調(diào)諧陀螺205采集角速率信息(地球自轉(zhuǎn)角速度的兩個(gè)水平分量)并經(jīng)由采樣濾波放大電路3014處理，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3019模數(shù)轉(zhuǎn)換后，送入數(shù)字信號(hào)處理器3020，第一加速度計(jì)202、第二加速度計(jì)204采集加速度信息(第一加速度計(jì)202、第二加速度計(jì)204分別采集此時(shí)測(cè)斜儀40在井下的兩個(gè)水平分量)并分別經(jīng)由采樣濾波放大電路3015、3016處理，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3019模數(shù)轉(zhuǎn)換后，送入數(shù)字信號(hào)處理器3020。數(shù)字信號(hào)處理器3020接收到這些信息后，便可通過(guò)尋北算法(公知算法)進(jìn)行分析處理，計(jì)算出測(cè)斜儀40此時(shí)所處位置的真實(shí)地速和加速度，最終得到初始的井斜角、方位角、工具面、陀螺工具面。較佳地，可采取多位置的初始尋北。以四位置為例，使旋轉(zhuǎn)骨架208分別旋轉(zhuǎn)O、90度、180度和360度，在該四個(gè)位置上，第一加速度計(jì)202、第二加速度計(jì)204、動(dòng)力調(diào)諧陀螺205分別進(jìn)行測(cè)量，數(shù)字信號(hào)處理器3020對(duì)第一加速度計(jì)202、第二加速度計(jì)204、動(dòng)力調(diào)諧陀螺205分別在四個(gè)位置上所測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行相減對(duì)消，從而基本消除這些器件的初始零偏，實(shí)現(xiàn)初始對(duì)準(zhǔn)。并且，可根據(jù)溫度傳感器210測(cè)得的溫度信息來(lái)對(duì)微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203進(jìn)行溫度漂移誤差的消除。然后，控制箱20便可控制測(cè)斜儀40沿井向上慢慢移動(dòng)。在測(cè)斜儀40向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，測(cè)斜儀40實(shí)時(shí)測(cè)量其在井下的方位。下面以測(cè)斜儀40運(yùn)動(dòng)到某一位置時(shí)為例進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)測(cè)斜儀40運(yùn)動(dòng)到某一位置時(shí)，由于微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203的一個(gè)敏感軸與旋轉(zhuǎn)骨架208的軸向方向(旋轉(zhuǎn)軸500)平行，此時(shí)微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203敏感旋轉(zhuǎn)骨架208軸向方向的角速率(旋轉(zhuǎn)骨架208的角速率為軸向的非地球自轉(zhuǎn)角速率)，微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203根據(jù)對(duì)旋轉(zhuǎn)骨架208軸向方向的敏感角度以及伺服模式(小井斜下、大井斜下分別設(shè)計(jì)有不同的伺服模式，對(duì)應(yīng)的單軸伺服算法(屬公知算法)也不同)經(jīng)由平臺(tái)伺服回路電路3011來(lái)控制直流伺服電機(jī)207的旋轉(zhuǎn)角度，使直流伺服電機(jī)207帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)骨架208旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)骨架208旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，根據(jù)地速和重力加速度在旋轉(zhuǎn)骨架208軸向投影的變 化及根據(jù)溫度傳感器210測(cè)得的溫度信息而計(jì)算出的微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203的溫度漂移，通過(guò)補(bǔ)償算法(公知算法)將補(bǔ)償信號(hào)經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換電路3018、電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換電路3012傳送給微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203，從而對(duì)微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺203進(jìn)行地速補(bǔ)償(此時(shí)與力矩器的副端通訊而進(jìn)行補(bǔ)償)。數(shù)字信號(hào)處理器3020根據(jù)動(dòng)力調(diào)諧陀螺205采集的角速率信息、第一加速度計(jì)202和第二加速度計(jì)204采集的加速度信息、旋轉(zhuǎn)變壓器206采集的旋轉(zhuǎn)骨架208的旋轉(zhuǎn)位移信息以及角速率誤差數(shù)學(xué)模型和加速度誤差數(shù)學(xué)模型(公知技術(shù))，通過(guò)相應(yīng)的單軸伺服算法(公知算法)進(jìn)行分析處理，計(jì)算出測(cè)斜儀40此時(shí)所處位置的工具面、陀螺工具面、真實(shí)地速、加速度等，最終得到此時(shí)測(cè)斜儀40所處位置的井斜角、方位角，然后數(shù)字信號(hào)處理器3020將得到的井斜角、方位角信息編碼后經(jīng)由功率放大電路3021、耦合器3025發(fā)送到電纜30上，繼而通過(guò)控制箱20傳送給計(jì)算機(jī)10。由上可見，通過(guò)測(cè)斜儀40在井下各個(gè)位置對(duì)井斜角及方位角進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)的測(cè)量，便可得到該井的井眼軌跡。本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn) 本實(shí)用新型基于慣性原理以及建立的角速率誤差和加速度誤差數(shù)學(xué)模型，在消除零偏、溫漂等誤差的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了測(cè)斜儀靜態(tài)下初始尋北作業(yè)以及動(dòng)態(tài)、連續(xù)、全方位測(cè)斜功能，且對(duì)測(cè)斜誤差可進(jìn)行重力和地速補(bǔ)償，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)井跡動(dòng)態(tài)連續(xù)地準(zhǔn)確測(cè)量，大大提高了井跡測(cè)量精度和效率。由于本實(shí)用新型設(shè)置有保溫瓶，因此，處于高溫或低溫等惡劣環(huán)境下時(shí)，本實(shí)用新型仍可正常使用，不受環(huán)境溫度影響，工作可靠性高。本實(shí)用新型體積小，成本低，可全方位、連續(xù)測(cè)量井眼軌跡，測(cè)量精度高，效率高，可在定向鉆井、井跡測(cè)量中使用，不僅可適用于石油及天然氣井、煤礦礦井，還可適用于定向井等有磁性干擾的油井，且對(duì)于小井斜下、大井斜下情形均可適用。上述是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例及其所運(yùn)用的技術(shù)原理，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不背離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，任何基于本實(shí)用新型技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換、簡(jiǎn)單替換等顯而易見的改變，均屬于本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種定向井連續(xù)陀螺測(cè)斜系統(tǒng)，其特征在于它包括計(jì)算機(jī)、控制箱和測(cè)斜儀，該計(jì)算機(jī)的串口與該控制箱的通訊口連接，該控制箱的電纜接口經(jīng)由電纜與該測(cè)斜儀的端部連接，其中 該測(cè)斜儀包括依次相連的電纜頭、上扶正器、儀器短節(jié)、下扶正器、加重桿、減震器和引鞋，該電纜頭的連接端與該電纜連接。
2.如權(quán)利要求I所述的定向井連續(xù)陀螺測(cè)斜系統(tǒng)，其特征在于 所述儀器短節(jié)包括短節(jié)體，該短節(jié)體的上、下端分別設(shè)有上接頭、下接頭，在該短節(jié)體內(nèi)依次設(shè)有上吸熱器、電源、控制器、測(cè)量短節(jié)和下吸熱器，該上吸熱器與該上接頭相鄰，該下吸熱器與該下接頭相鄰，該電源為該控制器和該測(cè)量短節(jié)供電。
3.如權(quán)利要求2所述的定向井連續(xù)陀螺測(cè)斜系統(tǒng)，其特征在于 所述測(cè)量短節(jié)包括保溫瓶，該保溫瓶?jī)?nèi)設(shè)有短節(jié)骨架，該短節(jié)骨架上依次設(shè)有旋轉(zhuǎn)骨架、旋轉(zhuǎn)變壓器和直流伺服電機(jī)，該旋轉(zhuǎn)骨架上依次設(shè)有第一加速度計(jì)、微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺、第二加速度計(jì)、動(dòng)力調(diào)諧陀螺，該第一加速度計(jì)、微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺、第二加速度計(jì)沿該旋轉(zhuǎn)骨架的徑向方向設(shè)置，該微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺的一個(gè)敏感軸與該旋轉(zhuǎn)骨架的旋轉(zhuǎn)軸平行，該動(dòng)力調(diào)諧陀螺與該旋轉(zhuǎn)骨架同軸設(shè)置，該旋轉(zhuǎn)骨架的軸接端經(jīng)由該旋轉(zhuǎn)變壓器與該直流伺服電機(jī)的輸出軸連接，該直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)該旋轉(zhuǎn)骨架繞自身旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)骨架上設(shè)有溫度傳感器，該溫度傳感器、第一加速度計(jì)、第二加速度計(jì)、微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺、動(dòng)力調(diào)諧陀螺、旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)端口經(jīng)由信號(hào)線與所述控制器的信號(hào)端口連接，該直流伺服電機(jī)、微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺的控制端口經(jīng)由控制線與所述控制器的控制端口連接。
4.如權(quán)利要求3所述的定向井連續(xù)陀螺測(cè)斜系統(tǒng)，其特征在于 所述旋轉(zhuǎn)骨架的一端設(shè)有滑環(huán)，從所述溫度傳感器、第一加速度計(jì)、第二加速度計(jì)、微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺、動(dòng)力調(diào)諧陀螺、旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)端口引出的所述信號(hào)線穿設(shè)過(guò)該滑環(huán)后與所述控制器的信號(hào)端口連接； 從所述直流伺服電機(jī)、微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺的控制端口引出的所述控制線經(jīng)由所述短節(jié)骨架上開設(shè)的槽而與所述控制器的控制端口連接。
5.如權(quán)利要求3所述的定向井連續(xù)陀螺測(cè)斜系統(tǒng)，其特征在于 所述第一加速度計(jì)、第二加速度計(jì)為石英撓性加速度計(jì)。
6.如權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的定向井連續(xù)陀螺測(cè)斜系統(tǒng)，其特征在于 所述控制器包括信號(hào)處理電路和通訊電路，該信號(hào)處理電路包括平臺(tái)伺服回路電路、電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換電路、相位比較及除法運(yùn)算電路、采樣濾波放大電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字信號(hào)處理器，該通訊電路包括功率放大電路、比較器、濾波器、放大器和耦合器，其中 所述溫度傳感器、第一加速度計(jì)、第二加速度計(jì)、動(dòng)力調(diào)諧陀螺的信號(hào)端分別經(jīng)由相應(yīng)的采樣濾波放大電路與該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路上相應(yīng)的輸入端連接，所述旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)端經(jīng)由該相位比較及除法運(yùn)算電路與該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路上相應(yīng)的輸入端連接，該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出端與該數(shù)字信號(hào)處理器上相應(yīng)的IO端連接，所述微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺的信號(hào)端經(jīng)由該電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換電路與該數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，該數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸入端與該數(shù)字信號(hào)處理器上相應(yīng)的IO端連接，所述微型動(dòng)力調(diào)諧陀螺的控制端經(jīng)由該平臺(tái)伺服回路電路與該直流伺服電機(jī)的控制端連接；該耦合器的信號(hào)輸出端依次經(jīng)由該放大器、濾波器、比較器與該數(shù)字信號(hào)處理器上相應(yīng)的IO端連接，該耦合器的信號(hào)輸入端經(jīng)由功率 放大電路與該數(shù)字信號(hào)處理器上相應(yīng)的IO端連接，該耦合器的通訊端與所述電纜連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種定向井連續(xù)陀螺測(cè)斜系統(tǒng)，它包括計(jì)算機(jī)、控制箱和測(cè)斜儀，該計(jì)算機(jī)的串口與該控制箱的通訊口連接，該控制箱的電纜接口經(jīng)由電纜與該測(cè)斜儀的端部連接，其中該測(cè)斜儀包括依次相連的電纜頭、上扶正器、儀器短節(jié)、下扶正器、加重桿、減震器和引鞋，該電纜頭的連接端與該電纜連接。本實(shí)用新型可全方位、連續(xù)測(cè)量井眼軌跡，測(cè)量精度高，效率高，可在定向鉆井、井跡測(cè)量中使用。
文檔編號(hào)E21B47/12GK202417480SQ20122002293
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者吳彥博, 曹陽(yáng), 繆存孝, 高瑞蘭 申請(qǐng)人:中海油田服務(wù)股份有限公司, 北京盛銳馬科技有限公司