位置测量装置4、旋转驱动装置5、通讯模块6、动力传递装置7 (主要利用旋转驱动装置通过皮带或者联轴器驱动测试骨架旋转)、光学仪器8 (例如激光经纬仪或者激光准直仪)、计算机9 (例如具备通讯接口和安装有数据处理软件的笔记本电脑或者台式计算机)、压盖12。安装底座I及测试骨架2都采用无磁干扰的铝板，既便于加工也使旋转方位测试骨架2减轻重量。通过动力传递装置7将旋转驱动装置5与测试骨架2连接，利用旋转驱动装置5带动测试骨架2旋转，在测试骨架2上安装有角度位置测量装置4和旋转方位测量模块3，通过通讯模块6将角度位置测量装置4所测的角度信息发送到计算机9，计算机9负责方位角度信息的实时显示和比对。
[0016]旋转方位测量模块3测量的方位角精度由角度位置测量装置4进行比对，通过比对结果判断旋转方位测量模块3的测量精度。旋转方位测量3与角度位置测量装置4所测角度信息完成有效性比对功能，要求角度位置测量装置4具有有效的过零检测功能，例如角度位置测量装置4采用编码器时，要得到旋转角度，需要检测零位脉冲和正交脉冲，通过零位脉冲确定是否过零，两路正交脉冲的相位关系确定过零的方向。要完成所测角度信息的比对，首先对角度位置测量装置4过零位置的正上方安装固定光学仪器8，旋转方位测量模块3的正上方同样安装固定光学仪器8，利用两个光学仪器给出一条标准的光束作为测量基准线，保证角度测量装置4和旋转方位测量模块3在同一条轴系理论中心线上；在旋转驱动装置5的驱动下，角度位置测量装置4和旋转方位测量模块3同步旋转，由此确定实际方位角度位置和测量精度。
[0017]测试骨架2由压盖12压紧，固定在安装底座I上，旋转驱动装置5带动测试骨架2旋转，测试骨架2以速度O?180转/分钟旋转，转速可调。旋转方位测试系统中旋转方位测量模块3的选择对整个测量精度的影响显著。结合随钻方位测井仪器自身特点，选用由一个高速三轴加速度传感器13、处理电路14组成的旋转方位测量模块3，利用加速度传感器13测量地磁方位信息计算得出工具面角的旋转位置，经过处理电路14完成对方位参数的测量。三轴加速度传感器13可安装在测试骨架2腔体的一侧或者居中也可直接固定至测试骨架2的某一端。处理电路14是旋转方位测试系统控制中心，用于系统测量数据处理、方法计算、误差修正补偿以及与通讯模块6实时通讯等。为提高工具控制系统的精度，处理电路14采用高速微处理机，CPU主频工作在40MHz，提高系统采样率，保证了系统的快速实时性。
[0018]图3为旋转方位测试系统和计算机之间进行无线数据通讯示意图。在该实施例中，通讯模块6获取角度位置测量装置4和旋转方位测量模块3所测角度信息发送到计算机9进行对比判断旋转方位测量模块3的测量精度。通讯模块6与计算机9之间可以通过无线通讯方式或者数据线连接到计算机9。无线通讯模块由天线15、收发一体通讯装置16(例如低成本高集成的FSK收发器)、可编程控制器17 (例如西门子S7-200系列PLC可编程控制器)、计算机9组成。可编程控制器和计算机都经串口 RS232与收发一体通讯模块连接。通过无线通讯可以节省旋转方位测试系统各通讯线的布置，从而节省时间和将来的维护费用。无线通讯模块采用双压控振荡器来分别产生用于接收和发射的射频信号，可实现接收和发射之间的快速转换。
[0019]综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种旋转方位测试系统，包括安装底座、测试骨架、旋转方位测量模块、角度位置测量装置、旋转驱动装置和通讯模块、电源模块，其特征是:测试骨架固定在安装底座上，旋转方位测量模块和角度位置测量装置间隔安装在测试骨架的上，其安装位置包括，旋转方位测量模块和/或角度位置测量装置固定在测试骨架腔体内或者直接固定在测试骨架外端部；旋转驱动装置与测试骨架的一端通过联轴器或者通过皮带、齿轮构成旋转驱动连接，通讯模块采集旋转方位测量模块和角度位置测量装置的方位角信息并通过有线或无线方式连接到计算机；旋转方位测量模块由三轴加速度传感器和处理电路组成；角度位置测量装置具有有效的过零检测功能。
2.根据权利要求1所述的旋转方位测试系统，其特征是:角度测量装置和旋转方位测量模块在同一条轴系中心线上。
3.根据权利要求2所述的旋转方位测试系统，其特征是实现角度测量装置和旋转方位测量模块在同一条轴系中心线上的方式是:在角度位置测量装置过零位置的正上方固定光学仪器，旋转方位测量模块的正上方同样安装固定光学仪器，两个光学仪器给出一条标准的光束作为测量基准线。
4.根据权利要求3所述的旋转方位测试系统，其特征是:所述光学仪器包括激光经纬仪或者激光准直仪。
5.根据权利要求1或2、3、4所述的旋转方位测试系统，其特征是:通讯模块采用双压控振荡器来分别产生用于接收和发射的射频信号的无线通讯模式，主要由天线、收发一体通讯装置、可编程控制器、计算机组成；其中可编程控制器和计算机都经串口 RS232与收发一体通讯模块连接。
6.根据权利要求5所述的旋转方位测试系统，其特征是:所述收发一体通讯装置采用高集成的FSK收发器；所述的可编程控制器采用PLC可编程控制器。
【专利摘要】本发明涉及一种旋转方位测试系统，包括：安装底座、测试骨架、旋转方位测量模块、角度位置测量装置、旋转驱动装置、通讯模块和计算机。其中，安装底座上固定有测试骨架，测试骨架上固定有旋转方位测量模块和角度位置测量装置；在旋转驱动装置的驱动下，角度位置测量装置和旋转方位测量模块以一定的转速同步旋转，传输模块将角度位置测量装置和旋转方位测量模块测量的方位角度信息发送到计算机，通过所测角度信息有效性比对结果判断旋转方位测量模块的测量精度。本发明适用于石油钻井角度方位的实时测量，若将方位测量信息与工具面关联，得到井眼周向某一角度方位的测量结果，可以实现随钻成像测井或具有方位探测能力的随钻测井或地质导向钻井。
【IPC分类】E21B47-024
【公开号】CN104847336
【申请号】CN201410056290
【发明人】杨锦舟, 肖红兵, 杨全进, 唐海全, 施斌全, 马海, 陈沛沛
【申请人】中国石油化工集团公司, 中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2014年2月19日