HKTL陀螺测斜系统 技术及维护手册
北京航空航天大学207教研室 北京航天凯悦科技有限公司
2006年2月
陀螺测斜仪技术手册
目 录
第一章 概论 ……………………………………………………………….. 3
1．1 测斜仪发展概况 ……………………………………………….. 3 1．2 研制陀螺测斜仪的意义 ………………………………………… 3
1．3 技术指标及参数 ………………………………………………… 6 1．4 陀螺测斜仪的组成 ……………………………………………….6
第二章 陀螺测斜仪结构与测量原理……………………………………….. 7
2．1 前言 ……………………………………………………………… 7 2．2 惯性测量组件的结构 …………………………………………… 8 2．3 惯性体的设计与要求 …………………………………………… 8 2．4 陀螺测斜仪的三个坐标系 ………………………………………10
2．5 石英加速度计测量 ………………………………………………11
第三章 惯性测量组件的主要部件 ………………………………………..12
3．1 动力调谐式陀螺仪 ………………………………………………12 3．2 陀螺马达驱动电源 ………………………………………………21 3．3 陀螺传感器及解调基准信号源 …………………………………22 3．4 陀螺模拟力反馈电路 ……………………………………………24 3．5 石英挠性加速度计 ………………………………………………24
第四章 陀螺测斜仪的井下电源 …………………………………………..28
4．1 技术要求 …………………………………………………………28 4．2 开关电源介绍 ……………………………………………………29
第五章 井下微机及电缆通讯系统 ………………………………………..31
5．1 设计思想及原始参数 …………………………………………..,.31 5．2 电缆通讯 ………………………………………………………...31 5．3 A/D采集电路设计 ……………………………………………...32
5．4 5．5 5．6
通讯驱动电路 …………………………………………………..35 温度传感器电路 ………………………………………………..36 磁定位器电路 …………………………………………………..37
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陀螺测斜仪技术手册
第六章 陀螺测斜仪地面系统 ……………………………………………...38
6．1 系统基本功能 …………………………………………………….38 6．2 系统基本硬件配置 ……………………………………………….39 6．3 系统技术指标 …………………………………………………….39 6．4 系统工作原理 …………………………………………………….40 6．5 接口箱原理简介 ………………………………………………….41
第七章 仪器结构和装卸说明 …………………………………………….. 48
7．1 仪器结构 ………………………………………………………….48 7．2 装卸说明 ………………………………………………………….49
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陀螺测斜仪技术手册
第一章 概 论
1 .1 陀螺测斜仪发展概况
陀螺测斜系统是九十年代初期才发展起来的一种不受地质和周围环境影响的测斜系统，早期使用的陀螺测斜仪，称为框架式陀螺测斜仪，它有两个缺点：一个是测量过程繁琐，待陀螺仪放井之前要多次校陀螺北极，测量完成之后，拿到地面后，陀螺还要重新进行校准，以补偿误差数据；另一个缺点是结构上的内外框支承的摩擦力造成陀螺漂移较大，使其不仅精度低而且口径小不下来。为了克服以上缺点，研制小口径高精度短半径陀螺测斜仪是我国石油工业当前迫切需要解决的课题，为此我们研制了没有内外框架、将转子悬挂在与驱动电机隔开的弹性支承上的挠性陀螺。再利用动力调谐抵消弹性支承的正弹性力矩，使转子所受到的弹性约束近似为零。因此测量精度得到了提高，而体积重量、耗电功率和造价却得到了降低，可应用于有磁性干扰的从式井加密井的钻探测量以及在完井后的套管内或钻杆内进行测量。
目前，在美国等一些先进国家已研制并已批量生产出陀螺测斜系统，但它们所用陀螺仪是框架陀螺。在国内虽也有个别单位在研制该项目，但都没有形成产品。这次我们选择挠性陀螺构成测斜系统的方案，并且形成产品推出。
1 .2 研制陀螺测斜仪的意义
在油田开采的初期，由于测井技术落后，钻杆在地下的实际运行轨迹并不十分清楚，钻头走向又是“欺软怕硬”，甚至出现钻头从一处钻入，
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又从另一处钻出的极端情况。而且，井上测得的深度并非井的垂直深度，在打到预定“深度”时仍未发现出油，就会得出错误的“此地无油”的结论，造成废井（见图１－１）。现代地质勘探及测井技术的发展，为油井走向的测量及控制提供了可能。在石油资源日益枯竭的情况下，如何使老油井焕发出新的活力，同时在新油井开发过程中，如何为钻头走向提供正确的控制信息，提高油井的产出效费比，运用现代测井技术是一种必不可少的手段。
地面井下油井走向油层
图１－１
水平钻井（简称水平井），是指垂直井打到一定深度后，控制钻井向水平方向钻进。采用水平井技术基于三个原因，一方面由于油层上方的地面恰为公路或建筑物，无法在当地打垂直井；另一方面在近海地区，为了避免在海上建钻井平台的高昂费用，可在靠近油气藏的陆地上打水平井；最重要的一点是，由于水平井具有特殊的井身结构，几百米水平段在油层
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