三分量重力仪以及三分量重力勘探数据采集系统的制作方法

本实用新型涉及地球物理勘探技术领域，尤其涉及一种三分量重力仪以及三分量重力勘探数据采集系统。

背景技术：

重力勘探数据采集是指对油、气田钻井中的地层密度的测量。一般该地层密度根据重力仪在油、气田钻井中的不同深度处所测得的重力进行获取。但是由于重力仪在井中测量时可能存在沿井斜而产生歪斜的情况，所以导致重力仪所测量的重力的方向将产生随机的变化，从而影响了根据该重力判断地层密度的准确性。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施方式提供了一种能提高数据的准确性的三分量重力仪以及三分量重力勘探数据采集系统。

本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：一种三分量重力仪，其包括：外壳；三分量重力传感器，其设置于所述外壳内；三分量姿态传感器，其设置于所述外壳内，且所述三分量姿态传感器设置于所述三分量重力传感器上；所述三分量姿态传感器用于测量所述三分量重力传感器的倾角、方位角和倾向。

作为一种优选的实施方式，所述外壳为由钛合金钢、增强玻璃纤维或增强碳纤维中的一种材料制成。

作为一种优选的实施方式，所述三分量重力传感器为多个，多个所述三分量重力传感器沿上下方向间隔排列，所述三分量姿态传感器为多个，且多个所述三分量姿态传感器与多个所述三分量重力传感器相对应，每个所述三分量姿态传感器设置于对应的所述三分量重力传感器上。

作为一种优选的实施方式，每个所述三分量姿态传感器设置于对应的所述三分量重力传感器的底部。

一种三分量重力勘探数据采集系统，其包括：多个如上所述的三分量重力仪；多条铠装电缆，每条铠装电缆连接两个所述三分量重力仪。

本申请提供的三分量重力仪以及三分量重力勘探数据采集系统的有益效果是：本申请实施方式所述的三分量重力仪以及三分量重力勘探数据采集系统通过在三分量重力仪内设置三分量姿态传感器能在获取三分量重力仪所测量的三分量重力场的同时获取三分量重力传感器位置的倾角、方位角和倾向，从而能够根据该倾角、方位角和倾向获知三分量重力仪在测量时的倾斜情况，如此能计算三分量重力仪所测得的三分量重力场的垂直分量或者水平分量；并根据三分量重力场的分量参数判断地层密度沿不同分量方向的变化或均匀性。因此本申请实施方式所述的三分量重力仪以及三分量重力勘探数据采集系统能在三分量重力仪所测量的三分量重力场的方向随机变化时，获取三分量重力场的分量参数，并根据该分量参数判断地层密度沿分量方向的变化，如此保证对地层密度的变化进行准确判断，从而提高数据的准确性。因此，本申请实施方式提供了一种能提高数据的准确性的三分量重力仪以及三分量重力勘探数据采集系统。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一个实施方式提供的重力勘探数据采集方法的流程图；

图2是本实用新型一个实施方式提供的三分量重力仪的结构示意图；

图3是本实用新型另一个实施方式提供的三分量重力仪的结构示意图；

图4是本实用新型另一个实施方式提供的三分量重力勘探数据采集系统的结构示意图；

图5是本实用新型另一个实施方式提供的三分量重力勘探数据采集系统的结构示意图；

图6是本实用新型一个实施方式提供的三分量重力传感器的结构示意图。

附图标记说明：

11、三分量重力传感器；13、三分量姿态传感器；15、三分量重力仪；17、铠装电缆；21、外壳；23、第一模块；25、第二模块；27、第三模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图2至图3。本申请实施方式提供了一种三分量重力仪，其包括：外壳21；三分量重力传感器11，其设置于外壳21内；三分量姿态传感器13，其设置于外壳21内，且三分量姿态传感器13设置于三分量重力传感器11上；三分量姿态传感器13用于测量三分量重力传感器11的倾角、方位角和倾向。

从以上技术方案可以看出：本申请实施方式所述的三分量重力仪通过在三分量重力传感器11上设置三分量姿态传感器13，能在获取三分量重力仪15所测量的三分量重力场的同时获取三分量重力传感器11的倾角、方位角和倾向，从而能够根据该倾角、方位角和倾向获知三分量重力仪15在测量时的倾斜情况，如此能计算三分量重力仪15所测得的三分量重力场的分量参数，例如垂直重力分量参数或者水平重力分量参数；并根据三分量重力场的分量参数判断地层密度的变化或均匀性。因此本申请实施方式所述的三分量重力仪15能在三分量重力仪15所测量的三分量重力场的方向随机变化时，通过三分量姿态传感器所测量的三分量重力传感器11的倾角、方位角和倾向获取三分量重力场的分量参数，并根据该分量参数判断地层密度沿该分量方向的变化或均匀性，如此保证对地层密度沿不同分量方向的变化或均匀性进行准确判断，从而提高数据的准确性。

进一步地，该重力传感器11可以为三分量重力传感器11。即如图6所示，该三分量重力传感器11包括用于测量沿第一水平方向的第一水平重力的第一模块23、用于测量沿第三方向的垂直重力的第二模块25以及用于测量沿第二水平方向的第二水平重力的第三模块27。该第一水平重力的方向、第二水平重力的方向以及垂直重力的方向两两垂直。也即该第一水平重力的方向、第二水平重力的方向以及垂直重力的方向中任意两个重力的方向均相互垂直。也即，第一水平方向、第二水平方向以及第三方向构成一个三维的正交坐标系。例如如图6所示，第一水平方向为X轴方向，第二水平方向为Y轴方向，第三方向为Z轴方向。进一步地，该第一模块23、第二模块25以及第三模块27可以采用现有的构造，对此本申请不作规定。当然该重力传感器11不限于三分量重力传感器11，还可以是只能测量一个方向重力的重力传感器11，对此本申请不作规定。

进一步地，三分量重力传感器为多个，多个三分量重力传感器沿上下方向间隔排列，三分量姿态传感器为多个，且多个三分量姿态传感器与多个三分量重力传感器相对应，每个三分量姿态传感器设置于对应的三分量重力传感器上。

如图3所示，在一个实施方式中，外壳21内设置有两个三分量重力传感器11和两个三分量姿态传感器13，两个三分量重力传感器11沿上下方向间隔设置，每个三分量重力传感器11的底部设置有一个三分量姿态传感器13。从而一方面每个三分量重力传感器11能测量其所处位置处的三分量重力场且每个三分量重力传感器11的倾角、方位角和倾向可以由其底部的三分量姿态传感器13获得，另一方面能根据该两个三分量重力传感器11测量该两个三分量重力传感器11所处位置的重力梯度。

当然，外壳21内设置的三分量重力传感器11的数量不限于两个，还可以是一个。例如如图2所示，外壳21内设置有一个三分量重力传感器11和一个三分量姿态传感器13，且该三分量姿态传感器13设置于三分量重力传感器11的底部。从而该三分量重力传感器11能测量其所处位置处的三分量重力场且该三分量重力传感器11的倾角、方位角和倾向可以由其底部的三分量姿态传感器13获得。

优选地，每个三分量姿态传感器设置于对应的三分量重力传感器的底部。

进一步地，如图4、图5所示，本申请实施方式提供了一种三分量重力勘探数据采集系统，其包括：多个如上所述的三分量重力仪15；多条铠装电缆17，每条铠装电缆17连接两个所述三分量重力仪15。

从以上技术方案可以看出：本申请实施方式所述的三分量重力勘探数据采集系统通过在三分量重力传感器11上设置三分量姿态传感器13，能在获取三分量重力仪15所测量的三分量重力场的同时获取三分量重力传感器11的倾角、方位角和倾向，从而能够根据该倾角、方位角和倾向获知三分量重力仪15在测量时的倾斜情况，如此能计算三分量重力仪15所测得的三分量重力场的分量参数，例如垂直分量参数或者水平分量参数；并根据三分量重力场的分量参数判断地层密度沿不同方向的变化或均匀性。因此本申请实施方式所述的三分量重力仪15能在三分量重力仪15所测量的三分量重力场的方向随机变化时，通过三分量姿态传感器所测量的三分量重力传感器11的倾角、方位角和倾向获取三分量重力场的分量参数，并根据该分量参数判断地层密度沿该分量方向的变化或均匀性，如此保证对地层密度沿不同分量方向的变化或均匀性进行准确判断，从而提高数据的准确性。

如图4、图5所示，进一步地，该三分量重力仪15为多个，多个三分量重力仪15沿上下方向间隔排列。具体地，多个外壳21通过铠装电缆17相串联，从而形成多个独立的测量单元，每个测量单元由每个外壳21内的三分量重力传感器11和三分量姿态传感器13构成。从而能测量井内不同深度的三分量重力场。从而一方面每个三分量重力传感器11能测量其所处位置处的三分量重力场且每个三分量重力传感器11的倾角、方位角和倾向可以由对应的三分量姿态传感器13获得，另一方面能根据相邻两个外壳21内的两个三分量重力传感器11测量重力梯度。优选地，相邻外壳21之间的间距相等。从而可以根据各个三分量重力传感器11所测量的三分量重力场和相邻三分量重力传感器11之间的间距计算出重力梯度。

如图1所示，本申请一种实施方式提供的重力勘探数据采集方法，其可以包括：步骤S11：将三分量重力仪下入井内；其中，所述三分量重力仪内设置有三分量姿态传感器；步骤S13：获取所述三分量重力仪所测量的三分量重力场；并在所述三分量重力仪测量所述三分量重力场时通过所述三分量姿态传感器测量三分量重力传感器的倾角、方位角和倾向；步骤S15：根据所述倾角、所述方位角和所述倾向计算所述三分量重力场的分量参数；步骤S17：根据所述三分量重力场的分量参数判断地层密度沿不同分量方向的变化或均匀性。

从以上技术方案可以看出：本申请实施方式所述的重力勘探数据采集方法通过在三分量重力仪15内设置三分量姿态传感器13能在获取三分量重力仪15所测量的三分量重力场的同时获取三分量重力传感器11的倾角、方位角和倾向，从而能够根据该倾角、方位角和倾向获知三分量重力仪15在测量时的倾斜情况，如此能计算三分量重力仪15所测得的三分量重力场的分量参数，例如垂直分量参数或者水平分量参数；并根据三分量重力场的分量参数判断地层密度沿不同分量方向的变化或均匀性。因此本申请实施方式所述的重力勘探数据采集方法能在三分量重力仪15所测量的重力场的方向随机变化时，获取三分量重力场的分量参数，并根据该分量参数判断地层密度沿该分量方向的变化或均匀性，如此保证对地层密度沿不同分量方向的变化或均匀性进行准确判断，从而提高数据的准确性。

如图1所示，在本实施方式中，步骤S11：将三分量重力仪15下入井内。其中，三分量重力仪15上设置有三分量姿态传感器13。具体地，三分量重力仪15可以与铠装电缆17相连接，从而能通过下放铠装电缆17，以使重三分量重力仪15下入待测井段内。

进一步地，三分量重力传感器11和三分量姿态传感器均固定于外壳21内。从而能避免三分量重力传感器11和三分量姿态传感器13与井内障碍物相碰撞。进一步地，为了抵抗井下高温高压的井液对该外壳21内的三分量重力传感器11和三分量姿态传感器13的损坏，所述外壳21为由钛合金钢、增强玻璃纤维或增强碳纤维中的一种材料制成，用以抵抗井下的高压并保护外壳内的所有传感器和信号放大、采集和存储电路板。

进一步地，三分量姿态传感器13设置于三分量重力传感器11的底部。

进一步地，该外壳21与铠装电缆17相连接。从而能通过下放铠装电缆17，以使三分量重力传感器11随外壳21下入待测井段内。

在本实施方式中，步骤S13：获取三分量重力仪15所测量的三分量重力场；并在三分量重力仪15测量三分量重力场时通过三分量姿态传感器13测量三分量重力传感器11的倾角、方位角和倾向。该倾角可以是直线或平面与水平线或水平面所成的角，或者直线与其在平面上的射影所成的角。该方位角可以是从某点的指北方向线起，依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角。该倾向可以是层面上与走向线垂直并沿斜面向下所引的直线的方向。从而通过该倾角、方位角和倾向能确定三分量重力仪15在测量三分量重力场时的姿态，如此能对三分量重力仪15所测量的三分量重力场进行换算。

进一步地，可以通过铠装电缆17将三分量重力仪15所测量的三分量重力场和三分量姿态传感器13所测量的倾角、方位角和倾向传输至地面上。当然，三分量重力仪15和三分量姿态传感器13还可以电性连接有存储装置，从而可以将三分量重力仪15所测量的三分量重力场和三分量姿态传感器13所测量的倾角、方位角和倾向存储于该存储装置内以获取重力仪15所测量的三分量重力场。该存储装置例如为磁盘，当然该存储装置不限于此，还可以是其他的硬件，对此本申请不作规定。由于三分量姿态传感器13与三分量重力传感器11均与外壳21相固定，所以当三分量重力仪15发生倾斜时，外壳21也发生倾斜，从而三分量姿态传感器13能测量出三分量重力传感器11的倾角、方位角和倾向。该三分量姿态传感器13可以采用现有的构造，对此本申请不作规定。

在一个实施方式中，步骤S13：获取三分量重力仪15所测量的三分量重力场；并在三分量重力仪15测量三分量重力场时通过三分量姿态传感器13测量三分量重力传感器11的倾角、方位角和倾向，具体包括：

获取三分量重力传感器11所测量的第一水平重力、第二水平重力以及垂直重力；并在三分量重力仪15测量三分量重力场时通过三分量姿态传感器13测量三分量重力传感器11的倾角、方位角和倾向。具体地，获取三分量重力仪15的第一模块23所测量的第一水平重力；获取三分量重力仪15的第二模块25所测量的垂直重力，获取三分量重力仪15的第三模块27所测量的第二水平重力；以及在三分量重力仪15测量三分量重力场时通过三分量姿态传感器13测量三分量重力传感器11的倾角、方位角和倾向。

在本实施方式中，步骤S15：根据倾角、方位角和倾向计算三分量重力场的分量参数。例如，根据倾角、方位角和倾向计算三分量重力场的垂直分量参数和/或水平分量参数。当然，该分量参数不限于垂直分量参数或水平分量参数，还可以是在其他方向的分量参数。例如，在固定方向上或者预先设定的方向上的分量参数，对此本申请不作规定。

在一个实施方式中，步骤S15：根据倾角、方位角和倾向计算三分量重力场的分量参数；具体包括：

步骤S151：根据倾角和倾向获取第一水平重力投影在倾角为0°的水平面上的第一水平重力分量；根据倾角和倾向获取第二水平重力投影在倾角为0°的水平面上的第二水平重力分量以及根据倾角和倾向获取垂直重力投影在倾角为90°的垂直面上的垂直重力分量；其中，第一水平重力、第二水平重力以及垂直重力为三分量重力仪在某一位置所测量到的三分量重力场；且第一水平重力的方向、第二水平重力的方向以及垂直重力的方向两两垂直。

也即将三分量重力传感器11在某一位置所测量到的第一水平重力、第二水平重力以及垂直重力依据此位置的三分量姿态传感器13提供的倾角和倾向进行旋转处理。如此将测量到的第一水平重力、第二水平重力以及垂直重力旋转到倾角为0°的三维空间内，此时垂直重力将变为垂直于地平面的垂直重力分量，测量到的两个相互正交的水平重力(即第一水平重力和第二水平重力)变为平行于地平面的两个相互正交的水平重力分量。

步骤S153：根据方位角获取第一水平重力分量投影在方位角为0°的方向上的第一水平分量；以及根据方位角获取第二水平重力分量投影在方位角为0°的方向上的第二水平分量。

也即根据此位置所测得的方位角将前述旋转后得到的第一水平重力分量以及第二水平重力分量旋转到方位角为零度的位置，此时重力的两个水平分量(即第一水平分量、第二水平分量)将变为一个水平分量为南北向，另一个水平分量为东西向，而垂直分量仍然保持垂直于水平地面。从而能在三分量重力仪15随机变化时，将三分量重力仪15所测量的三分量重力场换算成垂直分量参数和/或水平分量参数。

在本实施方式中，步骤S17：根据三分量重力场的分量参数判断地层密度沿不同分量方向的变化或均匀性。由于在三分量重力仪15随机变化时，三分量重力仪15所测量的三分量重力场能换算成垂直分量参数和/或水平分量参数，所以保证了根据三分量重力场的分量参数判断地层密度沿不同分量方向的变化或均匀性的准确性。

在一个实施方式中，在步骤S17根据所述三分量重力场的分量参数计算地层密度沿分量方向的变化或均匀性中，当所述三分量重力仪位于水平井内时，根据所述第一水平分量和所述第二水平分量判断所述地层密度沿水平方向的变化或均匀性。

由于在水平井和水平巷道中重力的水平分量随水平位置(或沿横向)的变化是由地下密度不均匀体(岩石或岩石孔隙中的流体)在横向位置上的变化所引起的。因此可以通过第一水平分量和第二水平分量判断地层密度沿水平方向的变化或均匀性，进而推断出钻井或巷道周围一定范围内岩石或岩石孔隙中流体密度的变化，可以用于研究区域地质构造、勘探固体矿产和油气资源、以及对进入开采期的油气田进行地下流体长期动态监测。

在另一个实施方式中，在步骤S17根据所述三分量重力场的分量参数计算地层密度沿分量方向的变化或均匀性中，当所述三分量重力仪位于竖井内时，根据所述第一水平分量和所述第二水平分量判断所述地层密度的变化或均匀性，并根据所述垂直分量计算所述地层密度。具体地，通过反演的方法根据所述垂直分量计算所述地层密度。

具体地，当三分量重力仪15位于竖井内时，三分量重力仪15所测得的三分量重力场沿水平方向的分量为零时，且三分量重力仪15所测得的三分量重力场沿垂直方向的分量不为零时，则三分量重力仪15测量点以下和测点周围的地层密度是均匀的且地层是水平的。当三分量重力仪15位于竖井内时，三分量重力仪15所测得的三分量重力场沿水平方向的分量和沿垂直方向的分量均不为零时，则重力仪15测量点以下和测点周围的地层密度是变化或不均匀的或地层不是水平的。由于地层密度的变化或均匀性是由地下密度不均匀体(岩石或岩石孔隙中的流体)的垂向位置或者横向位置的变化所引起的。所以根据地层密度的变化或均匀性能探测出地层内的不同密度的岩石或者流体的分布规律。

进一步地，本申请一种实施方式提供的重力勘探数据采集方法，还包括：

步骤S19：通过所述三分量重力仪15获取所述井内不同位置的所述三分量重力场；且在所述三分量重力仪15测量三分量重力场时通过所三分量述姿态传感器测量所述三分量重力传感器11的倾角、方位角和倾向。

具体地，当三分量重力仪15位于竖井内时，沿竖直方向移动三分量重力仪15，从而能在竖井内通过该三分量重力仪15获取竖井内不同深度位置的三分量重力场。当然获取竖井内不同深度位置的三分量重力场不限于移动三分量重力仪15，当采用上述的三分量重力仪15中具有多个三分量重力传感器11时，可以不移动三分量重力仪15，而通过多个重力传感器11获取竖井内不同深度位置的三分量重力场或两个相邻或不相邻的三分量重力传感器之间的重力梯度场。

当三分量重力仪15位于水平井内时，沿水平方向移动三分量重力仪15，从而能在水平井内通过该三分量重力仪15获取水平内不同水平位置的三分量重力场。当然获取水平井内不同水平位置的三分量重力场不限于移动重力仪15，当采用上述的三分量重力仪15中具有多个三分量重力传感器11时，可以不移动三分量重力仪15，而通过多个三分量重力传感器11获取水平内不同水平位置的三分量重力场或两个相邻或不相邻的三分量重力传感器之间的重力梯度场。

步骤S21：根据所述倾角、所述方位角和所述倾向计算各个位置的所述三分量重力场的分量参数。该分量参数可以是垂直分量参数和/或水平分量参数。当然，该分量参数不限于垂直分量参数或水平分量参数，还可以是在其他方向的分量参数。例如，在固定方向上或者预先设定的方向上的分量参数，对此本申请不作规定。

具体地，当三分量重力仪15内的重力传感器为上述的三分量重力传感器11时，且该三分量重力仪15位于竖井内时，根据倾角、方位角和倾向计算竖井内不同深度位置的第一水平重力分量、第二水平重力分量以及垂直重力分量。当三分量重力仪15位于水平井内时，根据倾角、方位角和倾向计算水平井内不同水平位置三分量重力场的第一水平分量、第二水平分量以及垂直重力分量。

步骤S23：根据各个位置的所述三分量重力场的分量参数判断地层密度沿不同分量方向的变化或均匀性。

具体地，当三分量重力仪15内的重力传感器为上述的三分量重力传感器11，且重力仪15位于竖井内时，根据不同深度位置的三分量重力场的垂直分量判断所述地层密度的随深度方向的变化或均匀性。

由于在竖井中的三分量重力场的垂直分量随深度的变化是由地下密度不均匀体(岩石或岩石孔隙中的流体)沿垂向位置的变化所引起的。所以根据地层密度的随深度的变化或均匀性能探测出地层内的不同密度的岩石或者流体的空间分布规律。

具体地，当三分量重力仪15内的重力传感器为上述的三分量重力传感器11，且三分量重力仪15位于水平井内时，根据不同深度位置的三分量重力场的第一水平分量和第二水平分量判断所述地层密度沿横向位置的变化或均匀性。

由于在水平井中的重力场的水平分量随水平方向的变化是由地下密度不均匀体(岩石或岩石孔隙中的流体)沿横向位置的变化所引起的。所以根据地层密度沿横向位置的变化或均匀性能探测出地层内的不同密度的岩石或者流体的空间分布规律。

以上仅为本实用新型的几个实施例，本领域技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。