无缆存储式光纤陀螺测斜仪

本技术属于钻孔测量设备领域，具体涉及一种无缆存储式光纤陀螺测斜仪。

背景技术：

1、钻孔弯曲对钻探施工安全和施工成本有着极大的影响，特别是深孔尤其突出，钻孔测斜仪是测量钻孔弯曲的唯一仪器，是钻探工程中了解钻孔施工质量的重要仪器。其主要功能是测量井斜角(测点井身轴线的切线与铅垂线的夹角，又称顶角)和方位角(测点井身轴线切线的水平投影的方向)。通过各测点井斜角值、方位角值以及各测点的孔深值，再通过适当的计算方法计算即可间接求得各测点的空间位置，从而获得钻孔轨迹数据，为钻探施工提供数据支持，以便采取措施确保实际轨迹和设计轨迹保持一致，节约施工成本。

2、目前应用较多的钻孔测斜仪是基于地球磁场定向原理制作的钻孔测斜仪，但其只能适用于无磁性干扰或弱磁性矿区进行测量，不能满足在强磁性矿区或者受磁干扰情况下(钻杆内、套管内等)的钻孔测斜要求。

3、同时，目前常规的钻孔测斜仪，大多是通过测井电缆进行数据的采集与传输，仪器作业时需要配置测井绞车和测井电缆等设备，大大增加了仪器的配套成本，而且测井绞车和电缆的重量也比较重，在野外搬迁运输都很不方便，给钻孔的测量带来了极大的不便。

4、因此，如何提供一种有效的方案以方便对受磁干扰条件下钻孔的测量，已成为现有技术中一亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种无缆存储式光纤陀螺测斜仪，用以解决现有技术中存在的上述问题。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

3、一种无缆存储式光纤陀螺测斜仪，包括：钢丝绳接头、密封接头、控制接头、电池组、测量控制模块、伺服电机、导电滑环、六轴姿态模块、单轴光纤陀螺仪、承压外管、下接头和导向头；

4、所述密封接头的一端与所述钢丝绳接头连接，所述密封接头的另一端与所述控制接头的一端密封连接，所述控制接头的另一端与所述承压外管的一端密封连接，所述电池组、所述测量控制模块、所述伺服电机、所述导电滑环、所述六轴姿态模块和所述单轴光纤陀螺仪均位于所述承压外管内，所述下接头的两端分别与所述承压外管的另一端以及所述导向头连接；

5、所述电池组与所述测量控制模块电连接，所述测量控制模块通过所述导电滑环分别与所述伺服电机、所述六轴姿态模块和所述单轴光纤陀螺仪电连接，所述伺服电机的驱动轴分别与所述单轴光纤陀螺仪和所述六轴姿态模块连接，用于驱动所述单轴光纤陀螺仪和所述六轴姿态模块转动；

6、所述控制接头上设置有无线通信模块，所述无线通信模块与所述测量控制模块电连接，用于将所述测量控制模块所存储的所述单轴光纤陀螺仪检测到的钻孔方位角数据以及所述六轴姿态模块所检测到的钻孔顶角数据和运动状态数据发送给与之通信连接的终端设备，以便终端设备基于接收到的数据确定出钻孔各测点的顶角数据与方位角数据。

7、在一个可能的设计中，所述电池组、测量控制模块、所述伺服电机、所述导电滑环、所述六轴姿态模块和所述单轴光纤陀螺仪沿从所述控制接头到所述下接头方向依次分布；

8、且所述电池组、测量控制模块、所述伺服电机、所述导电滑环、所述六轴姿态模块和所述单轴光纤陀螺仪依次连接固定。

9、在一个可能的设计中，所述六轴姿态模块包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，所述三轴加速度计和所述三轴陀螺仪分别与所述测量控制模块电连接。

10、在一个可能的设计中，所述控制接头上还设置有电源开关、充电座和指示灯，所述电源开关和所述指示灯均与所述测量控制模块电连接，所述充电座与所述电池组电连接。

11、在一个可能的设计中，所述无线通信模块、所述电源开关和所述充电座均位于所述控制接头上且与所述密封接头围成的密闭空间内。

12、在一个可能的设计中，所述控制接头与所述承压外管之间设置有密封圈，控制接头与密封接头之间也设置有密封圈。

13、在一个可能的设计中，所述钢丝绳接头与密封接头螺纹连接，所述密封接头与所述控制接头螺纹连接，所述承压外管与所述下接头螺纹连接，所述下接头与所述导向头螺纹连接。

14、在一个可能的设计中，所述无线通信模块为蓝牙模块。

15、本实用新型提供的无缆存储式光纤陀螺测斜仪具有如下有益效果：

16、(1)采用六轴姿态模块加单轴光纤陀螺仪的测量方案，可通过单轴光纤陀螺仪测量地球自转角速率，六轴姿态模块中的三轴加速度计测量地球重力场分量，从而可利用捷联式惯性导航原理进行钻孔顶角和方位角的解算，使得仪器测量不受磁场干扰、没有累计误差，解决了磁干扰环境下的钻孔测量难题，而且可以在钻杆与套管内完成测量工作，较裸孔测量(仪器容易遇卡受阻)提升了测量的安全性。

17、(2)通过采用无缆存储式数据采集方式，在对钻孔进行测量时，无需专门配置测井绞车和测井电缆等设备等，降低了仪器的配套成本，方便对钻孔进行测量。

18、(3)采用无线通信代替有线通信，可利用app实现井下探管的操作，提高了操作便利性。

19、(4)采用单轴光纤陀螺仪，配合带绝对式编码器的伺服电机进行4个正交位置的转动测量，实现双轴陀螺仪测量数据的效果，降低了仪器的成本；利用绝对式编码器进行转位位置的测量，较相对式编码器也提升了转位的精度，从而提高仪器测量精度。

20、(5)可利用六轴姿态模块中的三轴陀螺仪进行仪器运动状态的智能判断，自动启动测量流程，较定时启动测量流程方式，提高了测量效率。

技术特征：

1.一种无缆存储式光纤陀螺测斜仪，其特征在于，包括：钢丝绳接头(1)、密封接头(2)、控制接头(3)、电池组(4)、测量控制模块(5)、伺服电机(6)、导电滑环(7)、六轴姿态模块(8)、单轴光纤陀螺仪(9)、承压外管(10)、下接头(11)和导向头(12)；

2.根据权利要求1所述的无缆存储式光纤陀螺测斜仪，其特征在于，所述电池组(4)、测量控制模块(5)、所述伺服电机(6)、所述导电滑环(7)、所述六轴姿态模块(8)和所述单轴光纤陀螺仪(9)沿从所述控制接头(3)到所述下接头(11)方向依次分布；

3.根据权利要求1所述的无缆存储式光纤陀螺测斜仪，其特征在于，所述六轴姿态模块(8)包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，所述三轴加速度计和所述三轴陀螺仪分别与所述测量控制模块(5)电连接。

4.根据权利要求1所述的无缆存储式光纤陀螺测斜仪，其特征在于，所述控制接头(3)上还设置有电源开关、充电座和指示灯，所述电源开关和所述指示灯均与所述测量控制模块(5)电连接，所述充电座与所述电池组(4)电连接。

5.根据权利要求4所述的无缆存储式光纤陀螺测斜仪，其特征在于，所述无线通信模块、所述电源开关和所述充电座均位于所述控制接头(3)上且与所述密封接头(2)围成的密闭空间内。

6.根据权利要求1所述的无缆存储式光纤陀螺测斜仪，其特征在于，所述控制接头(3)与所述承压外管(10)之间设置有密封圈，控制接头(3)与密封接头(2)之间也设置有密封圈。

7.根据权利要求1所述的无缆存储式光纤陀螺测斜仪，其特征在于，所述钢丝绳接头(1)与密封接头(2)螺纹连接，所述密封接头(2)与所述控制接头(3)螺纹连接，所述承压外管(10)与所述下接头(11)螺纹连接，所述下接头(11)与所述导向头(12)螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的无缆存储式光纤陀螺测斜仪，其特征在于，所述无线通信模块为蓝牙模块。

技术总结
本技术公开一种无缆存储式光纤陀螺测斜仪，涉及钻孔测量设备领域。无缆存储式光纤陀螺测斜仪包括钢丝绳接头、密封接头、控制接头、电池组、测量控制模块、伺服电机、导电滑环、六轴姿态模块、单轴光纤陀螺仪、承压外管、下接头和导向头；密封接头的一端与钢丝绳接头连接，另一端与控制接头的一端密封连接，控制接头的另一端与承压外管的一端密封连接，电池组、测量控制模块、伺服电机、导电滑环、六轴姿态模块和单轴光纤陀螺仪均位于承压外管内，下接头的两端分别与承压外管的另一端以及导向头连接；控制接头上设置有无线通信模块，无线通信模块与测量控制模块电连接。本技术公开的无缆存储式光纤陀螺测斜仪可方便对钻孔进行测量。

技术研发人员：李忠,赵燕来,李扬,罗光强,陈文俊
受保护的技术使用者：中国地质科学院探矿工艺研究所
技术研发日：20230824
技术公布日：2024/3/11