调谐陀螺仪1-1测量X轴和Y轴两个轴向 上地球自转角速率大小；同时，通过第一MEMS加速度计1-2测量X轴和Y轴两个轴向上的 加速度大小；之后，通过第一模数转换电路1-3将动力调谐陀螺仪1-1和第一MEMS加速度 计1-2所测量数据传送至第一数据处理器1-4 ;所述第一数据处理器1-4接收到动力调谐 陀螺仪1-1和第一MEMS加速度计1-2所测量的数据后，对第一MEMS加速度计1-2所测量 数据进行非线性标定，并对动力调谐陀螺仪1-1所测量数据进行八位置标定，并根据标定 结果，分别对动力调谐陀螺仪1-1和第一MEMS加速度计1-2所测量的数据进行分段补偿； 并且，所述第一数据处理器1-4结合通过第一参数设置单元输入的当地炜度值，通过方位 角解算，计算得出寻北仪1的真方位角
[0075] 同时，所述第一数据处理器1-4能对第一供电电源1-7的剩余电量进行检测，并通 过液晶显示屏1-6对第一供电电源1-7的剩余电量进行同步显示。
【主权项】
1. 一种钻机姿态测量仪，其特征在于：包括寻北仪（I)和对寻北仪（I)与待测钻机之间 的水平夹角进行测量的方位调节仪（2);所述方位调节仪（2)平放于寻北仪（1)的第一外壳 (1-10)上，所述第一外壳（1-10)呈水平布设且其上部设置有基准平台（1-11 )，所述基准平 台（1-11)的上表面呈水平布设且其为寻北仪（1)和方位调节仪（2)的基准面；所述方位调 节仪（2)平放于所述基准面上，且方位调节仪（2)位于基准平台（1-11)的正上方；所述方位 调节仪（2)包括第二外壳（2-10)和布设在第二外壳（2-10)内的第二电子线路板，所述第二 电子线路板上设置有第二数据处理器（2-4)、三轴陀螺仪、第二三轴加速度计以及分别与第 二数据处理器（2-4 )相接的第二模数转换电路（2-3 )和第二供电电源（2-7 )，所述三轴陀螺 仪和所述第二三轴加速度计均与第二模数转换电路（2-3)相接，所述第二外壳（2-10)的外 侧壁上装有与第二数据处理器（2-4)相接的第二参数设置单元。
2. 按照权利要求1所述的一种钻机姿态测量仪，其特征在于：所述三轴陀螺仪为MEMS 陀螺仪（2-1)，所述第二三轴加速度计为第二MEMS加速度计（2-2);所述第二外壳（2-10)的 外侧壁上装有与第二数据处理器（2-4)相接的第二显示单元。
3. 按照权利要求1或2所述的一种钻机姿态测量仪，其特征在于：所述基准平台 (1-11)呈水平布设且其为圆形平台、圆环形平台、长方形平台或正多边形平台。
4. 按照权利要求1或2所述的一种钻机姿态测量仪，其特征在于：所述寻北仪（1)包 括布设在第一外壳（1-10)内的第一电子线路板，所述第一电子线路板上设置有第一数据处 理器（1-4)、动力调谐陀螺仪（1-1)、第一 MEMS加速度计（1-2)以及分别与第一数据处理器 (1-4)相接的第一模数转换电路（1-3)和第一供电电源（1-7)，所述动力调谐陀螺仪（1-1) 和第一 MEMS加速度计（1-2)均与第一模数转换电路（1-3)相接，所述第一外壳（1-10)的外 侧壁上装有与第一数据处理器（1-4)相接的第一显示单元，且第一外壳（1-10)的外侧壁上 装有用于输入当地炜度值的第一参数设置单元，所述第一参数设置单元与第一数据处理器 (1-4)相接。
5. 按照权利要求4所述的一种钻机姿态测量仪，其特征在于：所述第二外壳（2-10)的 外侧壁上还装有第二充电口（2-9)和第二开关（2-8)，所述第二充电口（2-9)和第二开关 (2-8)均与第二供电电源（2-7)相接；所述第一外壳（1-10)的外侧壁上还装有第一充电口 (1-9)和第一开关（1 -8)，所述第一充电口（ 1_9)和第一开关（1-8)均与第一供电电源（1-7) 相接；所述第一充电口（1-9)和第二充电口（2-9)上均设置有防护盖（3)。
6. -种利用如权利要求1所述钻机姿态测量仪对钻机的钻孔方位进行调节的方法，其 特征在于该方法包括以下步骤： 步骤一、静止寻北：通过寻北仪（1)测量真方位角，所测得的真方位角为寻北仪（1)的 真方位角； 步骤二、钻孔方位调节：采用方位调节仪（2)对寻北仪（1)与待测钻机之间的水平夹角 ΔΦ进行测量，并根据方位调节仪（2)的测量结果，将所述待测钻机在水平面上进行逆时针 或顺时针旋转，直至ΔΦ +φι = φ〇 ; 其中，iIj1为步骤一中所测得寻北仪（1)的真方位角，为预先确定的待测钻机的目标 真方位角。
7. 按照权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤二中钻孔方位调节过程中，所述寻北 仪（I)保持静止不动； 步骤二中采用方位调节仪（2)对寻北仪（1)与待测钻机之间的水平夹角ΔΦ进行测量 时，过程如下： 步骤201、寻北仪寻北结果设定：通过所述第二参数设置单元输入步骤一中所测得寻 北仪（1)的真方位角A，所述第二数据处理器（2-4)接收到％后进行同步存储； 步骤202、方位调节仪移位及数据实时采集：将方位调节仪（2)移至所述待测钻机的基 准线上；所述方位调节仪（2 )移位过程中，通过第二模数转换电路（2-3 )对所述三轴陀螺仪 和所述第二三轴加速度计所测量的数据进行实时采集，且所述第二模数转换电路（2-3)将 所采集数据同步传送至第二数据处理器（2-4); 步骤203、水平夹角求解：所述第二数据处理器（2-4)调用定时增量法求解模块，并结 合方位调节仪（2)移位过程中模数转换电路（2-3)所采集的数据，计算得出方位调节仪（2) 从寻北仪（1)移至所述待测钻机的基准线时的水平转角，所计算得出的水平转角为寻北仪 (1)与待测钻机之间的水平夹角ΔΦ ; 步骤204、钻机方位调节判断：根据步骤203中计算得出的水平夹角ΔΦ，判断是否需 对所述待测钻机的钻孔方位进行调节：当ΔΦ十％ = 时，说明此时所述待测钻机的钻孔 方位为预先确定的目标钻孔方位，完成所述待测钻机的钻孔方位调节过程；否则，进入步骤 205 ； 步骤205、方位调节仪回移及钻机旋转：将方位调节仪（2)回移至寻北仪（1)的基准平 台（1-11)上，同时将所述待测钻机在水平面上进行逆时针或顺时针旋转； 步骤206、下一次钻孔方位调节：返回步骤201，按照步骤201至步骤205中所述的方 法，对所述待测钻机的钻孔方位进行下一次调节； 步骤207、多次重复步骤206,直至将所述待测钻机的钻孔方位调节为预先确定的目标 钻孔方位。
8. 按照权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤一中寻北仪（1)的真方位角为寻北仪 (1)的基准边与地理真北方向之间的水平夹角，所述寻北仪（1)与待测钻机之间的水平夹角 为寻北仪（1)的基准边与待测钻机的基准线之间的水平夹角；所述寻北仪（1)的基准边为 所述基准面的中心线； 所述第二外壳（2-10)的外侧壁上装有与第二数据处理器（2-4)相接的第二显示单元； 步骤203中水平夹角求解完成后，所述第二数据处理器（2-4)调用数值计算模块且根 据公式Φ; = ΛΦ + Φ:，计算得出此时所述待测钻机的真方位角《V，同时，所述第二数据处 理器（2-4)将计算得出的真方位角Φ;通过所述第二显示单元进行同步显示； 步骤202中对方位调节仪（2)进行移位之前，所述第二显示单元所显示的Φ〇· = ;步 骤203中水平夹角求解完成后，所述第二显示单元所显示的< =ΛΦ十Φ? ;步骤206中进 行下一次钻孔方位调节之前，所述第二显示单元所显示的= Φρ
9. 按照权利要求7或8所述的方法，其特征在于：步骤203中水平夹角求解完成后，所 述第二数据处理器（2-4)调用数值计算模块且根据公式《\； =Λφ +1^1，计算得出此时所述 待测钻机的真方位角Φ(；;步骤205中将所述待测钻机在水平面上进行逆时针或顺时针旋 转时，根据步骤203中所算得出的Φ〇·，对所述待测钻机进行旋转：当Φ<； > Φα时，对所述待 测钻机进行逆时针旋转；当Φ〇 < 时，对所述待测钻机进行顺时针旋转。
【专利摘要】本发明公开了一种钻机姿态测量仪及钻孔方位调节方法，该钻机姿态测量仪包括寻北仪和对寻北仪与待测钻机之间的水平夹角进行测量的方位调节仪；方位调节仪平放于寻北仪上，方位调节仪包括第二数据处理器、三轴陀螺仪、第二三轴加速度计、第二模数转换电路和第二供电电源；该钻孔方位调节方法包括步骤：一、静止寻北：通过寻北仪测量真方位角Φ1；二、钻孔方位调节：采用方位调节仪对寻北仪与待测钻机之间的水平夹角ΔΦ进行测量，并根据方位调节仪的测量结果对待测钻机进行旋转，直至ΔΦ+Φ1＝Φ0；Φ0为预先确定的待测钻机的目标真方位角。本发明设计合理、使用操作简便且实现方便、使用效果好，能对钻机钻孔方位进行准确测量，对钻机进行定向，并且定向准确度高。
【IPC分类】E21B47-022
【公开号】CN104653173
【申请号】CN201410850661
【发明人】杨少峰, 何永革, 由浩, 高美卿, 邢靖虹, 李书成, 付昌虎
【申请人】西安中星测控有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年12月31日