一種用於組合測井的陀螺姿態測量儀器的製作方法

2023-05-11 17:22:21 1

專利名稱：一種用於組合測井的陀螺姿態測量儀器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及陀螺姿態測量儀器在組合測井中的應用，利用陀螺姿態測量儀器可以為在裸眼井和套管井進行工程作業的組合測井系統提供精確的方位及斜度信息，既能實現井眼軌跡連續測量，又能實現為組合測井系統中其他儀器提供工具面及方位信息。
背景技術：
石油測井市場上陀螺姿態測量儀器主要有兩類一類是在地面進行外部基準標定尋北，無法進行自對準和陀螺校漂，儀器只能進行單點測量、無法實現連續姿態更新；另一類是半連續的陀螺姿態測量儀器，其自成系統，無法與其他儀器組合使用，且連續測量一段時間，必須停止進行陀螺校漂。 本實用新型主要應用於油田開採中的測井工程，與成像測井儀器、聲學測井儀器及核測井儀器等組合使用，在裸眼井內對油層評價提供精確方位，在套管井內為套管損傷提供精確方位，並能夠連續測量完成井眼軌跡測繪，無須停止對陀螺儀進行校漂。本實用新型不僅解決了常規磁性測斜儀無法在地磁場受到影響的油井中提供方位的難題，而且實現了全連續組合測量，使其不僅能夠在套管井內工程作業，也能在裸眼井內工程作業，彌補了現有市場上陀螺姿態測量儀器無法組合測量及全連續工作的缺點。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題在於提供一種能夠實現全連續組合測井的陀螺姿態測量儀器。為實現上述目的，本實用新型採取以下技術方案—種用於組合測井的陀螺姿態測量儀器，包括探測器總成、電路總成、隔溫設備、保護總成；探測器總成和電路總成通過滑環和接插件相連；隔溫設備將探測器總成和電路總成與井下高溫環境相隔離，以保證儀器在可允許的溫度下工作；保護總成用於提高井下儀器抗壓和連接。其中，探測器總成包括三軸加速度計、雙軸陀螺儀、旋轉結構體；所述旋轉結構體為包括步進電機、絕對式光電編碼器、軸承和齒輪，旋轉結構體將所有傳感器組合一起，在步進電機的驅動下，按照特定的控制率進行旋轉；隔熱設備包括保溫瓶體、吸熱體和隔熱體，隔熱體通過連接器與電路總成相連，保溫瓶體和隔熱體組合使用防止外界環境溫度進入瓶內，吸熱體通過液相變化對瓶內溫度進行吸收，達到降溫目的；保護總成包括抗壓管體、上端頭、下端頭，抗壓管體起到抗壓作用，上端頭通過連接器與隔熱設備相連，且通過連接器與其他儀器相連，下端頭通過連接器與隔熱設備相連，且通過連接器與其他儀器相連；電路總成包括導航採集電路、二次電源電路和傳感器驅動電路。按照本實用新型提供的一種用於組合測井的陀螺姿態測量儀器，還具有如下附屬技術特徵所述陀螺儀為光纖陀螺儀。所述加速度計為石英撓性加速度計。[0011]所述旋轉結構體為包括步進電機、絕對式光電編碼器、軸承和齒輪。所述保溫瓶體為保溫真空夾層瓶體，瓶體內設有液相變化吸熱體和金屬真空隔熱體。所述保護總成包括抗壓外殼、上下端頭，上下端頭含有與其他組合儀器相連的連接器和貫通線。所述導航採集電路包括電子電路、採集軟體、控制軟體和慣性導航軟體。本實用新型的優點是由於本實用新型的隔溫設備、保護總成等結構，使得該專利儀器能夠適應井下高溫、高壓和強衝擊工作環境；通過控制軟體和旋轉結構體配合，使得三軸加速度計和雙軸陀螺儀實現了姿態自尋北和全連續測量，無需測井過程中停止進行陀螺儀和姿態校漂；通過導航採集電路和慣性導航軟體實現了儀器姿態井下解算，直接上傳姿 態信息，達到了與其他測井儀器組合使用的目的。所以本實用新型具有適應惡劣工作環境、自尋北、全連續組合測量等優點，能夠適應於裸眼井和套管井所有井況的井身軌跡和方位測量，具有使用範圍廣、測速快、精度高等特點，克服了現有磁性測斜儀、單點陀螺測斜儀和半連續陀螺測斜儀的使用局限性和不能組合測量的缺點。


圖I為本實用新型的一種用於組合測井的陀螺姿態測量儀器示意圖；圖2為本實用新型一種用於組合測井的陀螺姿態測量儀器探測器總成的結構示意圖；圖3為本實用新型一種用於組合測井的陀螺姿態測量儀器隔溫設備部分的結構示意圖；圖4為本實用新型一種用於組合測井的陀螺姿態測量儀器保護總成部分的結構示意圖；圖5為本實用新型一種用於組合測井的陀螺姿態測量儀器電源電路的電路框圖；圖6為本實用新型一種用於組合測井的陀螺姿態測量儀器導航採集電路的電路框圖。
具體實施方案下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。在本實用新型的描述中，術語「內側」、「外側」、「上」、「下」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型而不是要求本實用新型必須以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。參見圖1，其中示出本實用新型一種組合測井的陀螺姿態測量儀器的示意圖，包括探測器總成I、電路總成2、隔溫設備3和保護總成4。其中，探測器總成I和電路總成2通過滑環和接插件相連；隔溫設備3可以將探測器總成I和電路總成2與井下高溫環境相隔離，以保證儀器在可允許的溫度下工作；保護總成4具有提高井下儀器抗壓和與組合測量儀器連接的功能。[0026]參考圖2，給出了本實用新型所述一種組合測井的陀螺姿態測量儀器所有核心傳感器組合和旋轉結構體27。傳感器組合包括三軸加速度計21、22、23以及雙軸陀螺儀24、一軸光電編碼器25和一臺步進電機26 ;旋轉結構體27將所有傳感器組合一起，在步進電機26的驅動下，按照特定的控制率進行旋轉。三軸加速度計21、22、23通過螺釘緊固的方式固定在雙軸陀螺儀24的上端結構本體上，雙軸陀螺儀24的下端結構本體通過螺釘緊固的方式與旋轉結構體27相連，旋轉結構體27上端通過軸承與光電編碼器25相連，旋轉結構體27下端通過軸承和齒輪與步進電機26相連。參考圖3，給出了本實用新型所述的隔熱設備3的結構組成，包括保溫瓶體31、吸熱體32和隔熱體33，隔熱體33通過連接器34與電路總成相連。保溫瓶體31和隔熱體33組合使用防止外界環境溫度進入瓶內，吸熱體32通過液相變化對瓶內溫度進行吸收，達到降溫目的。吸熱體32下端與隔熱體33上端通過螺釘緊固的方式相連，隔熱體33下端通過連接器34與電路總成相連，吸熱體32上端通過螺紋方式與保溫瓶體31相連。 參考圖4，給出了本實用新型所述的保護總成4的結構組成，包括抗壓管體41、上端頭42、下端頭43。抗壓管體41起到抗壓作用，上端頭42通過連接器44與隔溫設備3相連，且通過連接器45與組合測井中的其他儀器相連，下端頭43通過連接器46與隔溫設備3相連，且通過連接器47與組合測井中的其他儀器相連。上端頭42通過螺紋與抗壓管體41上端相連，下端頭43通過螺紋與抗壓管體41下端相連。參考圖5，給出了電路總成中電源電路的原理框圖，該電路實現了傳感器及電路工作所需要的直流電源。其中，通過變壓轉換將輸入交流電轉換為直流電，通過降噪電路將電源中的交流噪聲成分降低，通過DC/DC電路將直流電轉換成不同電壓幅值的直流電源，通過濾波電路進一步提升輸出直流電源的品質，最終輸出傳感器及電路工作所需要的直流電源(±5V、±12V)。參考圖6，給出了電路總成中導航採集電路的原理框圖，該電路實現了傳感器數據採集、導航解算及控制系統運行。其中，信號處理單元將傳感器數據進行預處理，採集單元對傳感器數據進行採集，並將模擬信號變換為數位訊號，控制單元根據採集單元的傳感器數據和設計的控制率控制步進電機進行運轉，導航單元將採集單元的傳感器信息按照設計的導航算法進行導航運算解算出儀器姿態角，輸出單元將姿態信息按照規定的協議發送至地面系統。在實際工程測量時，具體的電信號流程如下地面系統通過測井電纜給該儀器提供交流電源，電路總成中電源電路實現傳感器及電路工作所需要的直流電源，導航採集電路實現傳感器數據的採集，並通過特定的導航算法及獨特的控制系統設計，實現儀器姿態的連續測量，並通過輸出單元按照組合測井儀器的傳輸協議將姿態信息傳輸至地面系統。本實用新型之所以能夠實現連續組合測井，主要取決於以下幾個方面一是本實用新型在結構設計上採用了組合測井用的結構設計，主要體現在上端頭42和下端頭43，達到了該實用新型能夠在結構上直接與其它組合測井儀器相連；二是本實用新型在探測器總成的結構設計上設計了獨特的旋轉體結構27，其與導航採集電路中的控制單元組成自動控制系統，保證了儀器姿態的全連續測量；三是導航採集電路中的輸出單元的信號輸出協議採用了組合測井用的信號輸出協議，使得本實用新型的信號輸出能夠被組合測井地面系統辨識和接收。[0033]儘管已經示出和描述了本實用新型的實施例，對於本領域的普通技術人員而 言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的範圍由所附權利要求及其等同限定。
權利要求1.一種用於組合測井的陀螺姿態測量儀器，其特徵在於，包括探測器總成(I)、電路總成(2)、隔溫設備(3)、保護總成(4);探測器總成⑴和電路總成(2)通過滑環和接插件相連；隔溫設備⑶將探測器總成⑴和電路總成⑵與井下高溫環境相隔離，以保證儀器在可允許的溫度下工作；保護總成(4)用於提高井下儀器抗壓和連接。
2.根據權利要求I所述的一種用於組合測井的陀螺姿態測量儀器，其特徵在於，探測器總成(I)包括三軸加速度計(21、22、23)、雙軸陀螺儀(24)、旋轉結構體(27);所述旋轉結構體(27)為包括步進電機(26)、絕對式光電編碼器(25)、軸承和齒輪，旋轉結構體(27)將所有傳感器組合一起，在步進電機(26)的驅動下，按照特定的控制率進行旋轉，三軸加速度計(21、22、23)固定在雙軸陀螺儀(24)的上端結構本體上，雙軸陀螺儀(24)的下端結構本體與旋轉結構體(27)相連，旋轉結構體(27)上端通過軸承與光電編碼器(25)相連，旋轉結構體(27)下端通過軸承和齒輪與步進電機(26)相連。
3.根據權利要求I所述的一種用於組合測井的陀螺姿態測量儀器，其特徵在於，隔溫設備(3)包括保溫瓶體(31)、吸熱體(32)和隔熱體(33)，隔熱體(33)通過連接器(34)與電路總成⑵相連，保溫瓶體(31)和隔熱體(33)組合使用防止外界環境溫度進入瓶內，吸熱體(32)通過液相變化對瓶內溫度進行吸收，達到降溫目的，吸熱體(32)下端與隔熱體(33)上端相連，隔熱體(33)下端通過連接器(34)與電路總成相連，吸熱體(32)上端與保溫瓶體(31)相連。
4.根據權利要求I所述的一種用於組合測井的陀螺姿態測量儀器，其特徵在於，保護總成(4)包括抗壓管體(41)、上端頭(42)、下端頭(43)，抗壓管體(41)起到抗壓作用，上端頭(42)通過連接器(44)與隔溫設備(3)相連，且通過連接器(45)與其他儀器相連，下端頭(43)通過連接器(46)與隔熱溫設備(3)相連，且通過連接器(47)與其他儀器相連，上端頭(42)與抗壓管體(41)上端相連，下端頭(43)與抗壓管體(41)下端相連。
5.根據權利要求I所述的一種用於組合測井的陀螺姿態測量儀器，其特徵在於，電路總成包括導航採集電路、二次電源電路和傳感器驅動電路。
6.根據權利要求2所述的一種用於組合測井的陀螺姿態測量儀器，其特徵在於，所述陀螺儀(24)為光纖陀螺儀。
7.根據權利要求2所述的一種用於組合測井的陀螺姿態測量儀器，其特徵在於，所述加速度計(21、22、23)為石英撓性加速度計。
8.根據權利要求3所述的一種用於組合測井的陀螺姿態測量儀器，其特徵在於，所述保溫瓶體(31)為保溫真空夾層瓶體，瓶體內設有液相變化吸熱體和金屬真空隔熱體。
專利摘要本實用新型在於提供一種用於組合測井的陀螺姿態測量儀器，包括探測器總成、電路總成；其中，探測器總成包括三軸加速度計、雙軸陀螺儀、旋轉結構體、隔溫設備、保護總成；隔溫設備包括保溫瓶體、吸熱體和隔熱體，隔熱體通過連接器與電路總成相連，電路總成包括導航採集電路、二次電源電路和傳感器驅動電路；探測器總成和電路總成通過滑環和接插件相連；隔溫設備將探測器總成和電路總成與井下高溫環境相隔離，以保證儀器在可允許的溫度下工作；保護總成用於提高井下儀器抗壓和連接。能夠適應於裸眼井和套管井所有井況的井身軌跡和方位測量，克服了現有磁性測斜儀、單點陀螺測斜儀和半連續陀螺測斜儀的使用局限性和不能組合測量的缺點。
文檔編號E21B47/12GK202611685SQ20112048680
公開日2012年12月19日 申請日期2011年11月30日 優先權日2011年11月30日
發明者呂偉, 張龍, 張曉麗, 劉慶成, 郭秋芬, 唐雅琴, 姜洪雷, 胡雄 申請人:航天科工慣性技術有限公司