连续测斜短节以及具备该短节的高速遥传测井仪制造技术

本发明专利技术提供连续测斜短节及具备该短节的高速遥传测井仪。连续测斜短节具备：探头部分，由石英挠性加速度计和三轴磁通门传感器模块构成；备份测量部分，由MEMS三轴加速度传感器和三轴磁阻传感器构成，在探头部分出现故障或者探头部分无法测量时工作；数模电路处理部分，用于对由探头部分采以及由备份测量部分采集到的信号进行处理。根据本发明专利技术，通过自动化刻度校正算法、数字信号处理方法和独特的抗震机械结构设计，实现了井斜方位数据的高精度和高可靠性测量，通过CAN总线集成到高速遥传测井仪中，仪器内部总线结构简洁，使得短节功能更为独立，调试方便，易于操作且误差小，抗干扰能力强，提高了测量的可靠性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石油测井仪器中的对井斜度和方位进行高精度测量的仪器的领域，特别涉及一种基于高速遥传测井仪的CAN总线的高精度高可靠性的连续测斜短节以及具备该短节的高速遥传测井仪，连续测斜短节是高速遥传测井仪集成的重要测量短节之一。
技术介绍
在石油钻测行业中，对斜度和方位的测量一直有着较高的要求。因为一口井能否按所要求的斜度和走向钻探，关系着这口井最终能否到达目的层（油层）并且能否出油。尤其是现在，随着易开采石油资源的日益枯竭，国内外钻井界纷纷将目光投向滩海、湖泊、稠油油藏以及海洋等复杂地况的勘探和开发。小块零散油层的开采和大位移井、大斜度井、丛式井、水平井的日益增多，需要精度更高、使用上更加可靠的测斜仪器。惯性导航系统是利用惯性敏感元件、基准方向以及最初的位置信息来确定运载体的方位、位置和速度的自主式航位推算导航系统。惯性技术的引入，采用高精度、高分辨率的重力及磁传感器进行裸眼井的井斜、方位的精确测量得以实现。通过将对地球重力场和磁场的测量应用于测斜技术，即以三向量轴重力加速度计和三向量轴磁通门磁力计（简称磁通门）为测角传感器构成测量系统，测量物体轴向的静态重力加速度分量和磁场强度分量，把物体坐标系旋转到大地坐标系下，通过数值计算以及误差校正，能准确地确定物体的倾斜和倾向，判断物体的空间位置。在图1中示出仪器坐标系和地理坐标系的关系图。根据定义，探管倾斜角是仪器坐标系OZb轴与地理坐标系OZi轴之间的夹角，如图1中的∠D角。地磁方位角是探管轴向OZb和OZi轴所在平面OZbZi与地理坐标系指北轴OXi和OZi轴所在平面OXiZi之间的夹角，如图1中的∠A角，顺时针，从北向东转角为正。工具面角是探管以OZb为轴，顺时针自旋转，从探管轴线OZb所在的地垂平面OZbZi转到由仪器坐标系OZb和OXb轴所在的平面OXbZb之间的夹角为工具面角，顺时针为正，又称重力工具面角，如图1中的∠R。测斜仪探管的仪器坐标系OXbYbZb可以看作是由地理坐标系OXiYiZi经三次坐标旋转后达到的。以下，对连斜仪器的工作原理进行说明。连斜测井仪用于测量整个井眼的斜度和方位，确定仪器在井中的姿态，得出井身轨迹。因此，需要利用客观存在的两个基本的物理量，即重力加速度和地磁场。采用三加速度计和三磁通门传感器与仪器骨架建立一致的仪器坐标系XYZ，用地磁场的北方向、东方向和重力加速度的方向建立一个坐标系称为大地坐标系NEV。根据刚体力学中的欧拉定理，可以把坐标系XYZ看作是由坐标系NEV经过三次转动而形成，三个转动角称为欧拉角，因而一个空间坐标系的任意矢量坐标都可以通过这种转换而表示为另一空间坐标系的矢量坐标。用三个加速度计可以测得重力加速度在仪器坐标系XYZ的三个分量，用三个磁通门可以测得地磁场在仪器坐标系XYZ的三个分量，从而确定仪器坐标系在空间的位置，而大地坐标系是固定不变的，重力加速度和地磁场在大地坐标系中的值是不变的，因而它们之间进行坐标转换的三个欧拉角就被唯一地确定，而其中的两个就是所要测量的井斜角和方位角。仪器位置变了，仪器坐标系也随之发生变化，所以，通过测量六个分量值就可以测出仪器的方位角和倾斜角，确定仪器在井中的姿态，从而得知井身的轨迹。此外，井斜角的定义是，在测井中指井轴（仪器轴）与铅垂线的夹角DEV。此外，方位角也叫倾斜方位角或者井轴倾斜方位角，是指井轴的水平投影线与地磁北极间按顺时针方向之间的夹角AZIM。在本申请中提出一种采用加速度计、磁通门传感器和FPGA、DSP实现的高精度定位装置及其算法，该装置通过测量地球的重力场及磁场来给出精确的定位信息，在恶劣井况下，既要保证仪器测量的精度，又要保证加速度计中挠性结构不致因较大冲击载荷而损坏，设计了相应的减震装置，并通过软件误差矩阵算法，大大简化了刻度过程中不断人为调节传感器角度的过程，降低了仪器的操作难度，因此该仪器具有精度高、性能稳定、体积小、易操作、功耗低的特点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于高速遥传测井仪的CAN总线的高精度高可靠性的连续测斜短节以及具备该短节的高速遥传测井仪，解决了测井行业日益增多的对于高精度井斜及方位测量的需求，特别是在恶劣井况下的高精度测量和高可靠性应用，并大大缩短仪器尺寸。为了达到上述目的，本专利技术提供一种连续测斜短节，其特征在于，具备：探头部分，由石英挠性加速度计和三轴磁通门传感器模块构成；备份测量部分，由MEMS三轴加速度传感器和三轴磁阻传感器构成，在所述探头部分出现故障或者所述探头部分无法测量时进行工作；以及数模电路处理部分，用于对由所述探头部分采集到的信号以及由所述备份测量部分采集到的信号进行处理。此外，在本专利技术的连续测斜短节中，还具备：CAN总线收发模块，用于通过CAN总线向高速遥传测井仪传输由所述数模电路处理部分进行了处理的信号，并且接收来自高速遥传测井仪的信号。此外，在本专利技术的连续测斜短节中，所述数模电路处理部分根据由所述探头部分采集到的信号对角度进行计算，从而能够判断出倾角的大小，所述数模电路处理部分根据所述探头部分采集到的信号得到质量监控参数，当所述质量监控参数出现问题时，则判断为采集信号出现问题，从而起动备份测量部分进行测量。此外，在本专利技术的连续测斜短节中，在所述连续测斜短节中，采用双O圈减震以及半环压板固定方式来固定所述石英挠性加速度计。此外，在本专利技术的连续测斜短节中，所述连续测斜短节还具备定位装置。此外，本专利技术提供一种高速遥传测井仪，其特征在于，具备连续测斜短节，所述连续测斜短节具备：探头部分，由石英挠性加速度计和三轴磁通门传感器模块构成；备份测量部分，由MEMS三轴加速度传感器和三轴磁阻传感器构成，在所述探头部分出现故障或者所述探头部分无法测量时进行工作；数模电路处理部分，用于对由所述探头部分采集到的信号以及由所述备份测量部分采集到的信号进行处理。此外，在本专利技术的高速遥传测井仪中，所述连续测斜短节还具备：CAN总线收发模块，用于通过CAN总线向高速遥传测井仪传输由所述数模电路处理部分进行了处理的信号，并且接收来自高速遥传测井仪的信号。此外，在本专利技术的高速遥传测井仪中，所述数模电路处理部分根据由所述探头部分采集到的信号对角度进行计算，从而能够判断出倾角的大小，所述数模电路处理部分根据所述探头部分采集到的信号得到质量监控参数，当所述质量监控参数出现问题时，则判断为采集信号出现问题，从而起动备份测量部分进行测量。此外，在本专利技术的高速遥传测井仪中，在所述连续测斜短节中，采用双O圈减震以及半环压板固定方式来固定所述石英挠性加速度计。此外，在本专利技术的高速遥传测井仪中，所述连续测斜短节还具备定位装置。专利技术的效果根据本申请专利技术，基于高速遥传测井仪的CAN总线的高精度高可靠性连续测斜短节，通过软件自动化刻度校正算法、数字信号处理方法和独特的抗震机械结构设计，实现了井斜方位数据的高精度和高可靠性测量，并通过CAN总线集成到高速遥传测井仪中，仪器内部总线结构简洁，使得短节功能更为独立，调试方便，易于操作且误差小，抗干扰能力强，提高了测量的可靠性和稳定性。附图说明图1是测井仪器中仪器坐标系和地理坐标系的关系图。图2是本专利技术的连续测斜短节的外观图。具体实施方式以下，详细地对本专利技术进行说明。图2是本专利技术的连续测斜短节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续测斜短节，其特征在于，具备：探头部分，由石英挠性加速度计和三轴磁通门传感器模块构成；备份测量部分，由MEMS三轴加速度传感器和三轴磁阻传感器构成，在所述探头部分出现故障或者所述探头部分无法测量时进行工作；以及数模电路处理部分，用于对由所述探头部分采集到的信号以及由所述备份测量部分采集到的信号进行处理。

【技术特征摘要】
1.一种连续测斜短节，其特征在于，具备：探头部分，由石英挠性加速度计和三轴磁通门传感器模块构成；备份测量部分，由MEMS三轴加速度传感器和三轴磁阻传感器构成，在所述探头部分出现故障或者所述探头部分无法测量时进行工作；以及数模电路处理部分，用于对由所述探头部分采集到的信号以及由所述备份测量部分采集到的信号进行处理。2.如权利要求1所述的连续测斜短节，其特征在于，还具备：CAN总线收发模块，用于通过CAN总线向高速遥传测井仪传输由所述数模电路处理部分进行了处理的信号，并且接收来自高速遥传测井仪的信号。3.如权利要求1或2所述的连续测斜短节，其特征在于，所述数模电路处理部分根据由所述探头部分采集到的信号对角度进行计算，从而能够判断出倾角的大小，所述数模电路处理部分根据所述探头部分采集到的信号得到质量监控参数，当所述质量监控参数出现问题时，则判断为采集信号出现问题，从而起动备份测量部分进行测量。4.如权利要求1或2所述的连续测斜短节，其特征在于，在所述连续测斜短节中，采用双O圈减震以及半环压板固定方式来固定所述石英挠性加速度计。5.如权利要求3所述的连续测斜短节，其特征在于，在所述连续测斜短节中，采用双O圈减震以及半环压板固定方式来固定所述石英挠性加速度计。6.如权利要求1或2所述的连续测斜短节，其特征在于，所述连续测斜短节还具备定位装置。7.如权利要求3所述的连续测斜短节，其特征在于，所述连续测斜短节还具备定位装置。8.一种高速遥传测井仪，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱新楷，
申请(专利权)人：中国石油集团长城钻探工程有限公司，中油测井技术服务有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11