[實用新型]一種旋轉狀態下測量鉆具角度位置的磁柵單元盤、磁柵碼盤及裝置

有效

• 申請號: 201220739905.7
• 申請日: 2012-12-30
• 公開（公告）號: CN203081428U
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 楊錦舟;肖紅兵;韓來聚;李作會;崔海波;張?；?/a>
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石化集團勝利石油管理局鉆井工藝研究院
• 主分類號: E21B47/0228
• 分類號: E21B47/0228
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司 37107
• 代理人: 侯華頌

技術領域

本實用新型涉及石油鉆井和測井測量裝置領域，特別是涉及到旋轉導向鉆井技術、地質導向鉆井技術、隨鉆成像測井技術，具體地講是一種用于井下動態測量旋轉鉆具角度位置的旋轉狀態下測量鉆具角度位置的磁柵單元盤、磁柵碼盤及裝置。

背景技術

在定向井、水平井的鉆井過程中，需要實時測量井下工具或儀器的基準線或基準面所在的角度，即工具面或工具面角。它有兩種表示方法：重力工具面和磁工具面。重力工具面是沿井眼向下看時,由重力矢量所確定的高邊和加速度計X軸之間的夾角；磁工具面角為以正北方向線為始邊，順時針轉到工具面與井底圓平面的交線在水平面上的投影線所轉過的角度。當井斜較小時，重力工具面無法準確測出，工具面通常以磁工具面表示，當井斜超過一定角度時，工具面通常以重力工具面表示。

無論是隨鉆測量（MWD）、旋轉導向、隨鉆測井或地質導向工具、儀器，都需要準確測量工具面以及各自系統內井下傳感器與工具面的偏移角。例如，MWD儀器通過測量工具面，為定向工程師提供井眼軌跡控制信息；旋轉導向系統為了使鉆頭沿預定的軌跡鉆進，需要使導向機構向預定的角度方向造斜；隨鉆成像測井或具有方位探測能力的隨鉆測井及地質導向儀器則需要將測量信息與工具面關聯，得到井眼周向某一角度方位的測量結果，以實現井眼成像或方位扇區掃描。

目前，公知的測量鉆具角度位置或工具面的方法有。當隨鉆儀器或工具不旋轉時，工具面可以利用加速度計傳感器和磁通門傳感器測量得到。但是當隨鉆儀器或工具處于旋轉狀態時，由于加速度計受到振動以及旋轉離心力的影響，這種靜態測量的精度受到嚴重影響，即使從理論上講，可以對加速度計的輸出進行離心加速度修正，但要準確測出離心加速度又存在很大困難，而且修正方法的復雜性也影響測量的實時性，不適于旋轉導向、隨鉆方位測井等實時性要求高的儀器或工具。

由于振動、旋轉對磁通門傳感器的輸出幾乎沒有影響，為解決井下振動及工具儀器旋轉時離心加速度的影響，又出現了另一種測量方法。該方法認為，在井斜、方位、地磁傾角一定的情況下，重力工具面與磁工具面存在基本固定的關系，因此，當工具或儀器靜止時，利用加速度計和磁通門傳感器，測量得到重力工具面與磁工具面的偏差角，當工具或儀器旋轉時，由磁通門傳感器測量得到磁工具面，加上偏差角之后，即得到重力工具面。由于重力工具面與磁工具面的偏差角受井斜、方位、地磁傾角等因素的影響，當其中某一因素發生變化時，兩者之間的關系也會變化，因此要實現準確的測量，必須經常性地進行靜態測量，得到重力工具面與磁工具面的偏差角，這無疑會影響鉆井的速度，而且測量參數的增多也增加了系統的復雜度。

發明內容

本實用新型的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種在井下工具旋轉狀態下進行角度的精確測量的旋轉狀態下測量鉆具角度位置的磁柵單元盤、磁柵碼盤及裝置。

本實用新型的技術方案包括：

首先是一種旋轉狀態下測量鉆具角度位置的磁柵單元盤。該磁柵單元盤具有兩個平行的端面的基片材料，并在兩個平行端面開設兩條相互垂直的走線槽，兩條走線槽內分別鑲嵌一條磁敏元件；磁柵單元盤的基片材料為具有一定強度的非導磁材料，包括鋁合金或玻璃鋼；磁敏元件是具有巨磁阻抗效應的軟磁材料，包括Co基非晶絲。

上述的旋轉狀態下測量鉆具角度位置的磁柵單元盤端面呈圓形、正方形、長方形、或其它形狀。

其次是利用前述述的旋轉狀態下測量鉆具角度位置的磁柵單元盤的旋轉狀態下測量鉆具角度位置的磁柵碼盤。該磁柵碼盤由多個磁柵單元盤疊加而成，所有磁柵單元盤內的磁敏元件在圓周方向均勻分布，所有磁柵單元盤的中心保持在同一軸線上。

上述旋轉狀態下測量鉆具角度位置的磁柵碼盤還包括：相鄰兩個磁柵單元盤之間有非導磁材料制成的隔離件，彼此用膠粘接在一起，然后裝入碼盤骨架上，并將所有磁敏元件的引出線引出至碼盤骨架外，然后將碼盤骨架內部用膠灌封。

上述旋轉狀態下測量鉆具角度位置的磁柵碼盤進一步包括，第一個磁柵單元盤正面磁敏元件對應的位置刻有一個碼盤0°標志。

最后是一種利用前述的旋轉狀態下測量鉆具角度位置的磁柵碼盤的旋轉狀態下測量鉆具角度位置的裝置，其技術方案是，磁柵碼盤中的所有磁敏元件引出線連接到磁柵測量電路，磁柵測量電路包括激勵電路、信號調理電路、過零比較器、倍頻電路、脈沖合成電路、計數器、方向判別電路、微控制器、存儲器、通訊接口和電源電路；其中，信號調理電路包括檢波器、濾波器和放大器，激勵電路包括采用分立元件組成的振蕩器或集成門電路振蕩器、有源晶振、DDS頻率合成器，微控制器包括單片機或DSP機。