[發明專利]一種用于石油測斜儀器的光纖陀螺IMU組合體

有效

• 申請號: 201310016313.1
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103147739A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 章博;李立京;林鐵;高爽;張春熹;許文淵
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: E21B47/022
• 分類號: E21B47/022;E21B47/017
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 李有浩

技術領域

本發明涉及一種用于石油測斜儀器的光纖陀螺IMU組合體，是利用骨架決定了安裝在其上的石油測斜儀所需零件的坐標關系。

背景技術

測斜儀是油井井眼軌跡的主要測量工具，傳統的測斜儀主要采用機械陀螺作為角速度傳感器測量井斜及方位角、采用加速度計（即加表組件）采集相對慣性空間的信息。隨著技術的進步，光纖陀螺型石油測斜儀的研制和應用日益廣泛。光纖陀螺技術應用于石油測斜領域，需要重點解決的問題是：

（1）尺寸限制。測斜儀通常為筒形結構，光纖陀螺（即敏感環組件）和加表組件在測斜儀內部的布局既要保證與IMU基準坐標系O-XYZ正交的一致，又要適應測斜儀軸向/徑向尺寸比極大的結構特點。

（2）復雜的強磁場應用環境。井下作業的地磁環境復雜，測斜儀必須有相應的抗地磁干擾措施。

（3）長時間高溫工作。測斜儀在井下工作時的溫度相對較高，測試時間長，要保證IMU單元具有較好的溫度適應性，結構設計必須要有與之適應的措施。

（4）坐標基準傳遞。特殊的應用環境決定了測斜儀必須采用多層嵌套和分段連接的內部結構，做為核心器件的IMU單元，其坐標基準必須能從測斜儀的內層有效傳遞到儀器的外部。

目前已開發的光纖陀螺石油測斜儀，其IMU組合體存在的主要問題是：（1）不能實現模塊化設計，結構復雜、裝配工藝性差。（2）不能實現有效的內部熱均衡，溫度性能不佳。（3）磁屏蔽效果不好，或者磁屏蔽的結構復雜、加工、裝配困難。光纖陀螺技術在油井測斜領域的應用，必須考慮上述行業背景和行業應用的特殊性。石油測斜儀用光纖陀螺IMU骨架的結構設計應兼顧IMU單元的技術要求和測斜儀的特點。IMU，Inertial?measurement?unit，慣性測量單元。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于石油測斜儀的光纖陀螺IMU組合體，該IMU組合體包括了IMU骨架、磁屏蔽圓筒外套、光纖陀螺敏感環模塊、數據處理電路模塊、光源組件模塊和加速度計模塊。該IMU組合體實現了模塊化的設計，各組件可以單獨裝配后再安裝到IMU骨架上，裝配過程簡單、可維護性好。雙重磁屏蔽防護設計、組件的交叉空間布局和安裝凸臺設計，保證了IMU組合在復雜井下環境中具備良好的環境適應性和溫度性能。所述IMU骨架采用一體成型技術制造，空間呈筒形與框架組合的結構布局，這樣的結構布局有利于實現石油測斜儀用IMU骨架的組件化、模塊化設計；也使得IMU組合體上的各部件之間的空間交叉布局和光纖走纖通道的合理布局。本發明設計的骨架重量輕、強度高、易于加工和零件裝配，能滿足井下應用的溫度適應性要求。結合安裝在外部的磁屏蔽圓筒外套，對井下的復雜地磁條件具有較強的環境適應性。其中，用于石油測斜儀的光纖陀螺敏感環裝置適應石油測斜儀應用的要求，結構簡單、裝配方便，具有磁屏蔽能力和一定的密封性，在批量生產時有利于實現性能的一致性。

其中，用于石油測斜儀器的光纖陀螺IMU骨架包括有Z軸向腔體（1）、X軸向腔體（2）、Y軸向腔體（3）、電路板安裝腔體（4）、光源組件安裝腔體（5）、加表組件安裝腔體（6）和IMU坐標基準導出腔體（7）；

所述骨架在空間上呈圓筒與框架組合的結構布局，即Z軸向腔體（1）為圓筒形結構；X軸向腔體（2）為箱型框架結構；Y軸向腔體（3）為箱型框架結構；電路板安裝腔體（4）為箱型框架結構；光源組件安裝腔體（5）為箱型框架結構；加表組件安裝腔體（6）為箱型框架結構；IMU坐標基準導出腔體（7）為圓筒形結構；

Z軸向腔體（1）的底部加工有第一安裝凸臺（11），所述第一安裝凸臺（11）上設有第一固定孔（12）；

Z軸向腔體（1）的第一外筒安裝面板（14）上設有第二固定孔（13）、第三固定孔（15）、光纖導引槽（16）；所述光纖導引槽（16）的一端開口與腔體導通，所述光纖導引槽（16）的另一端開口與X軸向腔體（2）的第一走纖通道（23）連續；

X軸向腔體（2）上下為開放式的；X軸向腔體（2）的左側板（2A）上設有矩形通孔（2C），左側板（2A）的上端設有第一走纖通道（23），該第一走纖通道（23）與光纖導引槽（16）為連續結構；X軸向腔體（2）的右側板（2B）的內側壁上設有第二安裝凸臺（21），第二安裝凸臺（21）上開有第四固定孔（22）；