专利名称：一种用于测井的动调式陀螺测斜仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种陀螺测斜仪，尤其是一种抗磁性干扰并能自动寻北的用于测井的动调式陀螺测斜仪。
技术背景通常的测斜仪无法抗拒磁性干扰，不能在完井后的套管内或钻杆内进行测量；并且不能自动寻北，在测量前需在井上人工对准北向，测量后还要再次进行人工寻北，操作烦琐、测量误差大。在油井的实际测量中急需大幅度地提高了井眼轨迹的测量精度，抗拒磁干扰，使仪器能够在完井后的套管内或钻杆内进行测量，为油田开发边缘区块提供了强有力的技术支持，在油田生产中的应用能够有效地降低油田二次开发的成本，减少和避免油田开发过程中的经济损失，因此推出更加实用的测井仪器势在必行。
发明内容
本实用新型的目的是设计了一种采用动力调谐式挠性陀螺作为传感器，抗磁性干扰，适用于有磁性干扰的丛式井、加密井的钻探测量及在完井后的套管内或钻杆内进行测量能力的，具有自动寻北功能的，用于测量油田油井的井斜、方位以及工具面的高精度仪器，它克服了现有技术存在的不足。
本实用新型的目的是这样实现的它包括有抗压外壳、马笼头和测井电缆，所述的减震器，其末端与抗压外壳的一端连接；抗压外壳的另一端与马笼头连接，马笼头与测井电缆连接，所述的抗压外壳内依次连接有惯性体、陀螺电源舱、微机舱和电源舱。
所述的减震器由导向杆和套装在其上的减震弹簧组成，惯性体由动调式陀螺和加速度计组成，所述的动调式陀螺和加速度计通过弹簧和径向减振装置安装在外壳内，它的输出端经航空电缆头与陀螺电源舱的输入端连接；陀螺电源舱由陀螺供电电路和力反馈电路组成；陀螺电源舱的输出端经航空电缆头与微机舱的输入端连接；将模拟信号转换为数字信号的微机舱由单片机系统、采集电路、通信电路组成；微机舱与电源舱连接，电源舱由输入滤波电路、输入稳压电路、脉冲宽度控制器、高频变换、输出整流滤波、稳压输出组成。
所述的惯性体内的陀螺信号器的反馈信号输入陀螺电源舱的力反馈电路，力反馈电路控制陀螺力矩器输出反向力矩，从而使陀螺转子所受到的合成力矩收敛，达到平衡状态。
所述的导向杆为尖顶。
所述的外壳为筒状，由金属制成。
由于本实用新型采用了以上方案，使得本测斜仪具有很强的抗磁性干扰能力，适用于有磁性干扰的丛式井、加密井的钻探测量及在完井后的套管内或钻杆内进行测量；其中动调式陀螺由结构新颖的挠性接头支撑，去除了传统陀螺的支撑框架。因此动力调谐挠性陀螺，在达到动力调谐时产生的反弹性力矩抵消了挠性支承的机械弹性力矩，使陀螺所受的弹性约束接近于零，从而使陀螺的漂移大大降低，每小时漂移仅为0.01°，并可自动寻北，做到无漂移，较大幅度地提高了井眼轨迹的测量精度，为油田开发边缘区块提供了强有力的技术支持，在油田生产中的应用能够有效地降低油田二次开发的成本，并对测量大斜度井、密度较大的丛式井发挥重要作用。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1为本实用新型外观示意图；图2为本实用新型减震器示意图；图3为本实用新型惯性体结构示意图；图4为本实用新型陀螺电路舱结构示意图；图5为本实用新型陀螺电路舱的电路方框图；图6为本实用新型力反馈系统原理方框图；图7为本实用新型微机舱的结构示意图；图8为本实用新型微机舱原理方框图；图9是微机舱工作程序流程图；图10是电源舱原理方框图；图11是本实用新型的原理方框图。
具体实施方式
图1为本实用新型外观示意图。它由六个单元组成，其中前部的减震器1其末端与抗压外壳的一端连接，抗压外壳的另一端与马笼头6连接，马笼头6与测井电缆14连接，在抗压外壳内依次连接有惯性体2、陀螺电源舱3、微机舱4和电源舱5。
图2是减震器的示意图。它是一个由导向杆8和减震弹簧7组成的金属部件。减震器1安装在仪器的最前端，它具有定位和减震作用。导向杆8在测井过程中，其尖锐的顶端和自身的重量引导仪器沿油井的套管行进，一旦行进中遇到意外阻障，减震弹簧7将起到减小冲击、释放冲量的作用。
图3是惯性体结构示意图。它由动调式陀螺13、加速度计12、弹簧10、径向减震装置11和外壳9组成。动调式陀螺13由结构新颖的挠性接头支撑，去除了传统陀螺的支撑框架。因此动力调谐挠性陀螺，在达到动力调谐时产生的反弹性力矩抵消了挠性支承的机械弹性力矩，使陀螺所受的弹性约束接近于零，从而使陀螺的漂移大大降低，每小时漂移仅为0.01°，并可自动寻北，使仪器使用非常方便。动调式陀螺13利用测量地球自转的角速度得到油井的方位；2支加速度计分别用来测量油井的井斜。惯性体2测得的模拟信号通过航空电缆头输出至微机舱4。弹簧10和径向减震装置11都是为加强惯性体抗震性能而采取的必要措施。惯性体2安装在筒状的金属外壳9内。
图4是陀螺电源舱3结构示意图。包括有陀螺供电电路和力反馈系统，安装在外壳15内，一端与惯性体2连接，另一端与微机舱4连接。陀螺供电电路是一个频率为410Hz，幅度为±12V的三相电源。
图5是陀螺电路舱3的电路方框图，此电路均采用现有技术。其中陀螺供电电源，采用石英晶体振荡器产生方波，并进行三项分频，产生的三个不同频率的信号输入到逻辑电路，由逻辑电路输出触发信号至分相电路，再由分相电路产生三个频率、幅度相同，相位相差120°的方波信号，经过电压放大，功率放大作为陀螺的电源。力反馈系统，采用负反馈闭环控制机理使陀螺转子的合成力矩达到平衡状态。
图6是力反馈系统原理方框图，此电路也采用现有技术。其中陀螺信号器的输出反映了陀螺仪转子所受力矩的状况，该反馈信号输入力反馈电路，经过处理后，力反馈电路控制陀螺力矩器输出反向力矩，从而使陀螺转子所受到的合成力矩收敛，将达到平衡状态，即使得陀螺的漂移接近为零。
图7是微机舱4的结构示意图。微机舱4由单片机系统、采集电路、通信电路组成，安装在外壳15内，一端与陀螺电源舱3连接，另一端与电源舱5连接。对惯性体测量得到的各参量的数据进行采集、控制及完成与地面的通讯。
图8是微机舱4的原理方框图。其中的电路均采用现有技术，从采集电路输入模拟信号，采集电路选用AD1674作为转换芯片，将惯性体输出的模拟信号转换为数字信号，输入通信电路，通信电路采用曼彻斯特码的方式经马笼头6和测井电缆14把测量数据发送至地面。采集和通信两个电路均由单片机系统控制。
图9是微机舱4的工作程序流程图，均通过现有技术来完成。
图10是电源舱5的原理方框图。由输入滤波电路、输入稳压电路、脉冲宽度控制器、高频变换、输出整流滤波、稳压输出等组成，均采用现有技术实现，滤波电路连接来自井上的直流高压，稳压输出至仪器各单元。其中由电感和电容组成滤波器，对井上提供的直流高压进行滤波。经过滤波的直流高压进入输入稳压电路，对电压进行稳压，并为脉冲宽度控制器提供起始工作电压。脉冲宽度控制器是电源舱关键的部分，选用SG1525芯片。该芯片具有较完整的脉冲宽度控制功能。经过脉宽控制的信号输出至高频变换，高频变换的开关管选用IRF840，这是一种VMOS场效应晶体管，它具有高压、高速，安全工作区不受二次击穿限制，经过变压器得到±5VH和±12V。将这两组直流电压输至输出整流滤波，整流管选用MBA390，该晶体管的电流可达3A。稳压输出将输出整流滤波得到的两组电压进行稳压，选用的是低压降、低功耗的三端稳压器，LM2990T和LM2940T。其输出电流可达1A。
马笼头6是金属机械构件，用于仪器和测井电缆的连接，为现有技术。
本实用新型整机包括减震器1、惯性体2、陀螺电源舱3、微机舱4、电源舱5和马笼头6等六个单元组成；减震器1安装在仪器的最前端，它具有定位和减震作用，在井下的行进中遇到阻碍、撞击，减震器1可缓解对一起的冲力，对仪器起到保护作用；它与仪器的抗压外壳连接，其他单元安装在抗压外壳内。惯性体2内装动调式陀螺13和加速度计12，为惯性传感组件得到测井各种模拟信号，由于动调式陀螺13是通过测量地球自转的角速度获得信息的与电磁无关，因此不受磁场变化的影响；其输出端经航空电缆插头与微机舱4的输入端连接，通过微机舱4中的采集电路，把得到的模拟信号进行数字化处理，并通过微机舱4中的通信电路将代表测井信息的数字信号以曼彻斯特码的方式，通过马笼头6经测井电缆传输到地面处理系统。陀螺电路舱3为惯性体2供电。电源舱5为整个仪器供电。
权利要求1.一种用于测井的动调式陀螺测斜仪，包括有抗压外壳、马笼头(6)和测井电缆(14)，其特征是所述的减震器(1)，其末端与抗压外壳的一端连接；抗压外壳的另一端与马笼头(6)连接，马笼头(6)与测井电缆(14)连接，所述的抗压外壳内依次连接有惯性体(2)、陀螺电源舱(3)、微机舱(4)和电源舱(5)。
2.根据权利要求1所述的一种用于测井的动调式陀螺测斜仪，其特征是所述的减震器(1)由导向杆(8)和套装在其上的减震弹簧(7)组成，惯性体(2)由动调式陀螺(13)和加速度计(12)组成，所述的动调式陀螺(13)和加速度计(12)通过弹簧(10)和径向减振装置(11)安装在外壳(9)内，它的输出端经航空电缆头与陀螺电源舱(3)的输入端连接；陀螺电源舱(3)由陀螺供电电路和力反馈电路组成；陀螺电源舱(3)的输出端经航空电缆头与微机舱(4)的输入端连接；将模拟信号转换为数字信号的微机舱(4)由单片机系统、采集电路、通信电路组成；微机舱(4)与电源舱(5)连接，电源舱(5)由输入滤波电路、输入稳压电路、脉冲宽度控制器、高频变换、输出整流滤波、稳压输出组成。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于测井的动调式陀螺测斜仪，其特征是所述的惯性体(2)内的陀螺信号器的反馈信号输入陀螺电源舱(3)的力反馈电路，力反馈电路控制陀螺力矩器输出反向力矩，从而使陀螺转子所受到的合成力矩收敛，达到平衡状态。
4.根据权利要求2所述的一种用于测井的动调式陀螺测斜仪，其特征是所述的导向杆(8)为尖顶。
5.根据权利要求2所述的一种用于测井的动调式陀螺测斜仪，其特征是所述的外壳(9)为筒状，由金属制成。
专利摘要一种完整的用于测量油田油井的井斜、方位以及工具面的仪器。它包括减震器、惯性体、陀螺电路舱、微机舱、电源舱和马笼头6个单元；减震器安装在仪器的最前端，它具有定位和减震作用，它与仪器的抗压外壳连接。仪器的其它单元安装在抗压外壳内。惯性体内装动调式陀螺和加速度计，为惯性传感组件得到测井模拟信号，其输出端与微机舱的输入端连接，把得到的模拟信号进行数字化处理并将信号通过电缆传输到地面。该仪器特别适用于有磁性干扰的丛式井、加密井的钻探测量及在完井后的套管内或钻杆内进行测量。可以较大幅度地提高了井眼轨迹的测量精度，为油田开发边缘区块提供了强有力的技术支持；在油田生产中的应用能够有效地降低油田二次开发的成本，从而获得良好的经济效益。
文档编号G01C9/02GK2638030SQ0326627
公开日2004年9月1日 申请日期2003年6月30日 优先权日2003年6月30日
发明者蔡捷, 吴昊 申请人:北京兴捷科技发展有限公司