连续测斜短节以及具备该短节的高速遥传测井仪的制作方法

本发明属于石油测井仪器中的对井斜度和方位进行高精度测量的仪器的领域，特别涉及一种基于高速遥传测井仪的CAN总线的高精度高可靠性的连续测斜短节以及具备该短节的高速遥传测井仪，连续测斜短节是高速遥传测井仪集成的重要测量短节之一。

背景技术：

在石油钻测行业中，对斜度和方位的测量一直有着较高的要求。因为一口井能否按所要求的斜度和走向钻探，关系着这口井最终能否到达目的层（油层）并且能否出油。尤其是现在，随着易开采石油资源的日益枯竭，国内外钻井界纷纷将目光投向滩海、湖泊、稠油油藏以及海洋等复杂地况的勘探和开发。小块零散油层的开采和大位移井、大斜度井、丛式井、水平井的日益增多，需要精度更高、使用上更加可靠的测斜仪器。

惯性导航系统是利用惯性敏感元件、基准方向以及最初的位置信息来确定运载体的方位、位置和速度的自主式航位推算导航系统。惯性技术的引入，采用高精度、高分辨率的重力及磁传感器进行裸眼井的井斜、方位的精确测量得以实现。通过将对地球重力场和磁场的测量应用于测斜技术，即以三向量轴重力加速度计和三向量轴磁通门磁力计（简称磁通门）为测角传感器构成测量系统，测量物体轴向的静态重力加速度分量和磁场强度分量，把物体坐标系旋转到大地坐标系下，通过数值计算以及误差校正，能准确地确定物体的倾斜和倾向，判断物体的空间位置。在图1中示出仪器坐标系和地理坐标系的关系图。

根据定义，探管倾斜角是仪器坐标系OZ_b轴与地理坐标系OZ_i轴之间的夹角，如图1中的∠D角。地磁方位角是探管轴向OZ_b和OZ_i轴所在平面OZ_bZ_i与地理坐标系指北轴OX_i和OZ_i轴所在平面OX_iZ_i之间的夹角，如图1 中的∠A角，顺时针，从北向东转角为正。工具面角是探管以OZ_b为轴，顺时针自旋转，从探管轴线OZ_b所在的地垂平面OZ_bZ_i转到由仪器坐标系OZ_b和OX_b轴所在的平面OX_bZ_b之间的夹角为工具面角，顺时针为正，又称重力工具面角，如图1 中的∠R。测斜仪探管的仪器坐标系OX_bY_bZ_b可以看作是由地理坐标系OX_iY_iZ_i经三次坐标旋转后达到的。

以下，对连斜仪器的工作原理进行说明。

连斜测井仪用于测量整个井眼的斜度和方位，确定仪器在井中的姿态，得出井身轨迹。因此，需要利用客观存在的两个基本的物理量，即重力加速度和地磁场。采用三加速度计和三磁通门传感器与仪器骨架建立一致的仪器坐标系XYZ，用地磁场的北方向、东方向和重力加速度的方向建立一个坐标系称为大地坐标系NEV。根据刚体力学中的欧拉定理，可以把坐标系XYZ看作是由坐标系NEV经过三次转动而形成，三个转动角称为欧拉角，因而一个空间坐标系的任意矢量坐标都可以通过这种转换而表示为另一空间坐标系的矢量坐标。

用三个加速度计可以测得重力加速度在仪器坐标系XYZ的三个分量，用三个磁通门可以测得地磁场在仪器坐标系XYZ的三个分量，从而确定仪器坐标系在空间的位置，而大地坐标系是固定不变的，重力加速度和地磁场在大地坐标系中的值是不变的，因而它们之间进行坐标转换的三个欧拉角就被唯一地确定，而其中的两个就是所要测量的井斜角和方位角。仪器位置变了，仪器坐标系也随之发生变化，所以，通过测量六个分量值就可以测出仪器的方位角和倾斜角，确定仪器在井中的姿态，从而得知井身的轨迹。此外，井斜角的定义是，在测井中指井轴（仪器轴）与铅垂线的夹角DEV。此外，方位角也叫倾斜方位角或者井轴倾斜方位角，是指井轴的水平投影线与地磁北极间按顺时针方向之间的夹角AZIM。

在本申请中提出一种采用加速度计、磁通门传感器和FPGA、DSP实现的高精度定位装置及其算法，该装置通过测量地球的重力场及磁场来给出精确的定位信息，在恶劣井况下，既要保证仪器测量的精度，又要保证加速度计中挠性结构不致因较大冲击载荷而损坏，设计了相应的减震装置，并通过软件误差矩阵算法，大大简化了刻度过程中不断人为调节传感器角度的过程，降低了仪器的操作难度，因此该仪器具有精度高、性能稳定、体积小、易操作、功耗低的特点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于高速遥传测井仪的CAN总线的高精度高可靠性的连续测斜短节以及具备该短节的高速遥传测井仪，解决了测井行业日益增多的对于高精度井斜及方位测量的需求，特别是在恶劣井况下的高精度测量和高可靠性应用，并大大缩短仪器尺寸。

为了达到上述目的，本发明提供一种连续测斜短节，其特征在于，具备：

探头部分，由石英挠性加速度计和三轴磁通门传感器模块构成；

备份测量部分，由MEMS三轴加速度传感器和三轴磁阻传感器构成，在所述探头部分出现故障或者所述探头部分无法测量时进行工作；以及

数模电路处理部分，用于对由所述探头部分采集到的信号以及由所述备份测量部分采集到的信号进行处理。

此外，在本发明的连续测斜短节中，还具备：CAN总线收发模块，用于通过CAN总线向高速遥传测井仪传输由所述数模电路处理部分进行了处理的信号，并且接收来自高速遥传测井仪的信号。

此外，在本发明的连续测斜短节中，所述数模电路处理部分根据由所述探头部分采集到的信号对角度进行计算，从而能够判断出倾角的大小，所述数模电路处理部分根据所述探头部分采集到的信号得到质量监控参数，当所述质量监控参数出现问题时，则判断为采集信号出现问题，从而起动备份测量部分进行测量。

此外，在本发明的连续测斜短节中，在所述连续测斜短节中，采用双O圈减震以及半环压板固定方式来固定所述石英挠性加速度计。

此外，在本发明的连续测斜短节中，所述连续测斜短节还具备定位装置。

此外，本发明提供一种高速遥传测井仪，其特征在于，

具备连续测斜短节，

所述连续测斜短节具备：探头部分，由石英挠性加速度计和三轴磁通门传感器模块构成；备份测量部分，由MEMS三轴加速度传感器和三轴磁阻传感器构成，在所述探头部分出现故障或者所述探头部分无法测量时进行工作；数模电路处理部分，用于对由所述探头部分采集到的信号以及由所述备份测量部分采集到的信号进行处理。

此外，在本发明的高速遥传测井仪中，所述连续测斜短节还具备：CAN总线收发模块，用于通过CAN总线向高速遥传测井仪传输由所述数模电路处理部分进行了处理的信号，并且接收来自高速遥传测井仪的信号。

此外，在本发明的高速遥传测井仪中，所述数模电路处理部分根据由所述探头部分采集到的信号对角度进行计算，从而能够判断出倾角的大小，所述数模电路处理部分根据所述探头部分采集到的信号得到质量监控参数，当所述质量监控参数出现问题时，则判断为采集信号出现问题，从而起动备份测量部分进行测量。

此外，在本发明的高速遥传测井仪中，在所述连续测斜短节中，采用双O圈减震以及半环压板固定方式来固定所述石英挠性加速度计。

此外，在本发明的高速遥传测井仪中，所述连续测斜短节还具备定位装置。

发明的效果

根据本申请发明，基于高速遥传测井仪的CAN总线的高精度高可靠性连续测斜短节，通过软件自动化刻度校正算法、数字信号处理方法和独特的抗震机械结构设计，实现了井斜方位数据的高精度和高可靠性测量，并通过CAN总线集成到高速遥传测井仪中，仪器内部总线结构简洁，使得短节功能更为独立，调试方便，易于操作且误差小，抗干扰能力强，提高了测量的可靠性和稳定性。

附图说明

图1是测井仪器中仪器坐标系和地理坐标系的关系图。

图2是本发明的连续测斜短节的外观图。

具体实施方式

以下，详细地对本发明进行说明。

图2是本发明的连续测斜短节的外观图。本发明的连续测斜短节的整体结构与现有技术基本相同，但是，在本发明中，除了探头部分之外，连续测斜短节还具备备份传感器，即，备份测量部分。具体地说，本发明的连续测斜短节具备探头部分、备份测量部分以及数模电路处理部分。探头部分由石英挠性加速度计和三轴磁通门传感器模块构成，备份测量部分由MEMS三轴加速度传感器和三轴磁阻传感器构成，备份测量部分在探头部分出现故障或者探头部分无法测量时进行工作，数模电路处理部分用于对由所述探头部分采集到的信号以及由所述备份测量部分采集到的信号进行处理。

根据本发明的连续测斜短节，由于具有备份测量部分，因此，在主传感器（探头部分）出现问题例如产生了故障时可以替换输出数据，保证测量过程。此外，在倾角小于3度的情况下，主传感器无法测量方位角，所以，会导致测量无法进行，但是，在本发明中，由备份测量部分与主传感器组成了冗余多轴传感器组，从而在主传感器输出很小无法计算方位角的时候，通过备份测量部分的输出，能够准确地计算出方位角。

此外，在本发明的连续测斜短节中，还具备CAN总线收发模块，能够通过CAN总线向高速遥传测井仪传输由所述数模电路处理部分进行了处理的信号，并且接收来自高速遥传测井仪的信号。

CAN总线作为成熟的工业总线标准，其抗干扰性能得到了充分的验证，并且，CAN总线每一个挂接的仪器都可以单独进行调试，因此，由于本发明的连续测斜短节采用CAN总线进行数据通信，所以，能够提高其抗干扰性能，即便在恶劣的环境下也能够准确地进行测量。

此外，在本发明的连续测斜短节中，所述数模电路处理部分能够根据由所述探头部分采集到的信号对角度进行计算，从而能够判断出倾角的大小，所述数模电路处理部分根据所述探头部分采集到的信号得到质量监控参数，当所述质量监控参数出现问题时，则判断为采集信号出现问题，从而起动备份测量部分进行测量。此外，在判断为倾角小于3度的情况下，起动备份测量部分进行测量。

此外，在本发明的连续测斜短节中，所述连续测斜短节还具备定位装置，定位装置是通过两个定位平面和一个定位销组成的，两个定位平面首先保证仪器与主轴在一条水平线上，定位硝保证短节在安装后不会因为振动而错位。

此外，在本发明的连续测斜短节中，采用双O圈减震以及半环压板固定方式来固定所述石英挠性加速度计。由此，使石英挠性加速度计既可以精确测量重力场信号，又可以有效缓冲冲击载荷，避免传感器损坏。

进而，本发明提供了一种高速遥传测井仪，其具有连续测斜短节，即，在本发明的高速遥传测井仪中集成了连续测斜短节，连续测斜短节通过CAN总线向高速遥传测井仪传输由所述数模电路处理部分进行了处理的信号，并且接收来自高速遥传测井仪的信号。在本发明中，通过将独立的仪器（连续测斜短节）变为遥传集成的短节，由此，省去了大部分的电源部分，同时采用了数字化采集方案和仪器内部总线，不仅缩短了仪器的尺寸，而且由于数字处理方式的灵活性，也增强了仪器对于不同套管直径的适应性。

此外，在本发明的高速遥传测井仪中，连续测斜短节是上述的短节，即，该短节具备由石英挠性加速度计和三轴磁通门传感器模块构成的探头部分、由MEMS三轴加速度传感器和三轴磁阻传感器构成的备份测量部分以及用于对由所述探头部分采集到的信号以及由所述备份测量部分采集到的信号进行处理的数模电路处理部分，其中，所述备份测量部分在所述探头部分出现故障或者所述探头部分无法测量时进行工作。

此外，在本发明的高速遥传测井仪中，所述连续测斜短节还具备：CAN总线收发模块，用于通过CAN总线向高速遥传测井仪传输由所述数模电路处理部分进行了处理的信号，并且接收来自高速遥传测井仪的信号。

此外，在本发明的高速遥传测井仪中，所述数模电路处理部分根据由所述探头部分采集到的信号对角度（即，仪器的角度，也就是仪器在井中的姿态）进行计算，从而能够判断出倾角的大小，所述数模电路处理部分根据所述探头部分采集到的信号得到质量监控参数，当所述质量监控参数出现问题时，则判断为采集信号出现问题，从而起动备份测量部分进行测量。此处，在本发明中，例如，在质量监控参数等于1（或者与1的差很小）时，表明探头部分能够正常工作，但是，当质量监控参数大于或者小于1太多（质量监控参数出现问题）时，那么表明探头部分不能够正常工作，此时，起动备份测量部分进行工作。

此外，在本发明的高速遥传测井仪中，在所述连续测斜短节中，采用双O圈减震以及半环压板固定方式来固定所述石英挠性加速度计。

此外，在本发明的高速遥传测井仪中，所述连续测斜短节还具备定位装置。

如上所述，在本申请中，对连续测斜短节的机械结构进行了创新设计，使之具有更好的抗冲击性能，提高了仪器频繁使用中的可靠性，特别是恶劣井况的测井作业情况。

将CAN总线作为仪器内部总线，实现探头与高速遥传系统的数据传输。

将CAN总线作为仪器内部的通信总线，实现探头与遥传系统的对接，避免了传统磁定位模拟信号传输过程中信噪比随线缆长度大幅度恶化的问题，保证了测量结果的稳定性和可靠性。

根据本申请发明，基于高速遥传测井仪的CAN总线的高精度高可靠性连续测斜短节，通过软件自动化刻度校正算法、数字信号处理方法和独特的抗震机械结构设计，实现了井斜方位数据的高精度和高可靠性测量，并通过CAN总线集成到高速遥传测井仪中，仪器内部总线结构简洁，使得短节功能更为独立，调试方便，易于操作且误差小，抗干扰能力强，提高了测量的可靠性和稳定性。

以上对本申请发明进行了说明，但是，但是并不限于此，应该理解为能够在本发明宗旨的范围内进行各种变更，并且，这些都在本发明的范围内。