專利名稱：一種隨鉆測量鉆井方位角測量裝置的制作方法
一種隨鉆測量鉆井方位角測量裝置，它適用于油田油井的開發(fā)等。
在石油鉆井中，由于所鉆油井不能保證是垂直的而有一定的斜度。有時，為了采油和管理的方便，以及少占鉆井用地和減少移動井架及鉆井平臺，在同一個地點鉆叢式斜井。這些油井傾斜的方位角是油井的重要參數(shù)。測量鉆井傾斜方位角的方法，可以采用陀螺定位和地球磁場使磁針定位的方法。陀螺定位是使用陀螺在旋轉(zhuǎn)時的慣性定位來測量方位角的。由于陀螺系統(tǒng)要有比較復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，很高的結(jié)構(gòu)精度，因而不適于在井下惡劣環(huán)境中使用。有的鉆井方位角測量裝置，采用磁針在地球磁場中定位的方法來測量鉆井方位角。雖然它可以克服陀螺系統(tǒng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、因有漂移而不能長時間工作的問題，但在要求有一定測量精度時，其磁針和角位置傳感器的徑向尺寸都很大，只能做成一個專門的測量鉆具，這種鉆具的成本昂貴，因而不能在一般鉆井作業(yè)過程中與其它隨鉆測量裝置一起工作。
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種隨鉆測量鉆井方位角測量裝置，它使用地磁定位，有較小的結(jié)構(gòu)尺寸。
本發(fā)明如附

圖1的示，它有地磁感應(yīng)磁體1、磁體支承2、殼體3，其特征在于在磁體1外有讀數(shù)轉(zhuǎn)子7，在磁體1上有標(biāo)記反光體4，在讀數(shù)轉(zhuǎn)子7與磁體1上標(biāo)記反光體4對應(yīng)處有發(fā)光元件5和光敏元件6，在讀數(shù)轉(zhuǎn)子7下部接有減速器9以及數(shù)控電機(jī)8。
本發(fā)明的工作原理如下本發(fā)明整體安裝于鉆桿隨鉆測量系統(tǒng)鉆桿中，隨鉆桿一起伸入井下。磁體1被磁化有徑向磁場，并與反光體4的位置相一致。在井下，磁體1被地球磁場定位，在進(jìn)行測量時，由隨鉆測量系統(tǒng)的控制計算機(jī)控制數(shù)控電機(jī)8以一定速率旋轉(zhuǎn)，通過減速器9減速后帶動讀數(shù)轉(zhuǎn)子7緩慢旋轉(zhuǎn)。在讀數(shù)轉(zhuǎn)子7上有發(fā)光元件5和光敏元件6，當(dāng)讀數(shù)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到相對于磁體1上反光體4的角向位置時，發(fā)光元件5發(fā)出的光線經(jīng)反光體4反射后被光敏元件6接收，在光敏元件6檢測到光線輸入后，隨鉆測量系統(tǒng)的控制計算機(jī)記錄數(shù)控電機(jī)8的轉(zhuǎn)數(shù)，從而得到磁體1繞磁體支承2軸線的相對于記數(shù)零點的角度α。由于本發(fā)明軸線的傾斜，反光體確定的方位在水平面的投影就是磁體1磁場反光體4所標(biāo)記的方向(例如，在磁體1上反光體4固定在相對于它的磁場N極上，標(biāo)記了S極，則反光體4位置在水平方向所指的是地球S極)。由于本發(fā)明裝于隨鉆測量系統(tǒng)中，它與傾角測量裝置裝在相近位置上，它的轉(zhuǎn)子7起始轉(zhuǎn)動的位置與傾斜方向的夾角量固定的，設(shè)為φ。通過傾角測量裝置測得鉆井傾角γ，這樣，通過計算便可算出鉆井傾斜軸的方位角β。
tgβ＝tg(90°-(α+φ))×cosγβ角是鉆井軸線(也是本發(fā)明的軸線)相對于反光體4磁場標(biāo)記方向的水平方位角。
在本發(fā)明中，磁體1和轉(zhuǎn)子7的徑向尺寸都不大。在本發(fā)明中，轉(zhuǎn)子7旋轉(zhuǎn)功率很小，因而所用數(shù)控電機(jī)8和減速器9的傳動功率都很小，因此結(jié)構(gòu)尺寸也不大。整體包容在一個非磁性殼體中。本發(fā)明使用地磁進(jìn)行鉆井傾斜軸的方位角測量，有較小的結(jié)構(gòu)尺寸，適用于做隨鉆測量系統(tǒng)的方位角測量。
在本發(fā)明中，減速器9可以使用多級普通減速器，也可以使用諧波齒輪減速器，有較大的減速比。還可以使用如專利申請?zhí)枮镃N91103849的“一種大速比差動端面輸出減速器”，有很高的減速比和很小的體積。在本發(fā)明中的數(shù)控電機(jī)，可以使用普通的步進(jìn)電機(jī)，但為簡化電機(jī)控制與驅(qū)動系統(tǒng)，也可以采用用稀土永磁材料做轉(zhuǎn)子的交流同步電動機(jī)。如使用變頻電源進(jìn)行驅(qū)動，可以通過調(diào)整變頻電源的頻率來調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，例如專利號為CN89209067的專利?；蚴褂靡曰魻栐闊o機(jī)械接觸同步換向控制器的檢測元件的隨機(jī)同軸換向電動機(jī)，例如專利號為CN89215098的專利。和普通直流電機(jī)一樣，可以通過輸入電壓控制電機(jī)工作工況，也可以用數(shù)控方法對其控制。采用稀土材料的永磁轉(zhuǎn)子，可以比感應(yīng)電機(jī)有更大的起動力矩，制造簡單。本發(fā)明還可以把電機(jī)與減速器做成一個整體，例如專利申請?zhí)枮镃N91103850的“一種差動減速外輸出數(shù)控伺服單元”的專利，有更小的組合結(jié)構(gòu)尺寸。
在本發(fā)明中，發(fā)光元件5可以使用發(fā)光二極管，可以是可見光的，也可以是紅外線的。在光敏元件6前可以加與發(fā)光元件5所發(fā)光波長相適應(yīng)的濾光片，以加強(qiáng)防干擾性能。
在本發(fā)明中，磁體1可以使用稀土永磁材料制造，有更高的磁感應(yīng)強(qiáng)度?？梢灾瞥煽招牡模詼p輕重量。磁體1上的標(biāo)記反光體4可以是嵌入的一種反光金屬，也可以是在磁體1上特定部位鍍一層反光材料，還可以是對磁體1上特定部位進(jìn)行拋光。反光體4應(yīng)比較窄，能得到比較高的測角精度。磁體1應(yīng)進(jìn)行靜平衡處理，以保證磁體1不受重力的影響。在轉(zhuǎn)子7上的發(fā)光元件5和光敏元件6的電接觸可以使用電刷的形式。轉(zhuǎn)子7應(yīng)使用非磁性的絕緣體制造，如塑料、電木、陶瓷等。
權(quán)利要求
1.一種隨鉆測量鉆井方位角測量裝置，它有地磁感應(yīng)磁體1、磁體支承2、殼體3，其特征在于在磁體1外有讀數(shù)轉(zhuǎn)子7，在磁體1上有標(biāo)記反光體4，在讀數(shù)轉(zhuǎn)子7與磁體1上標(biāo)記反光體4對應(yīng)處有發(fā)光元件5和光敏元件6，在讀數(shù)轉(zhuǎn)子7下部接有減速器9以及數(shù)控電機(jī)8。
全文摘要
一種隨鉆測量鉆井方位角測量裝置，它適用于油田井的開發(fā)等。它有地磁感應(yīng)磁體、磁體支承、殼體。其特征在于在磁體外有讀數(shù)轉(zhuǎn)子，磁體上有反光體，在轉(zhuǎn)子上有發(fā)光元件和光敏元件，在轉(zhuǎn)子下部接有減速器以及數(shù)控電機(jī)。工作時，地磁場使磁體定位，反光體指向標(biāo)定方向，通過數(shù)控電機(jī)帶動轉(zhuǎn)子緩慢旋轉(zhuǎn)計數(shù)到光敏元件測得反光體信號的轉(zhuǎn)數(shù)，便得到轉(zhuǎn)動角，通過與由測傾裝置測得的傾斜角聯(lián)合就可解算出方位角。
文檔編號E21B47/02GK1072753SQ9111103
公開日1993年6月2日 申請日期1991年11月28日 優(yōu)先權(quán)日1991年11月28日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠