[發明專利]一種基于冗余并聯機構的鉆井用三維加速度傳感器

在審

• 申請號: 201711016198.2
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN107632170A
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 吳川;丁華鋒;張丹;韓磊;張心心;姚翔宇;楊文劍
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01P15/18
• 分類號: G01P15/18;E21B47/022
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司42238
• 代理人: 付春霞

技術領域

本發明涉及油氣鉆井及地質鉆探領域，尤其涉及一種基于冗余并聯機構的鉆井用三維加速度傳感器。

背景技術

隨著中國經濟和社會的持續快速發展，對地下礦產資源的需求和消耗量亦逐年增加，現階段中國大部分地區的淺層礦產資源已被探明且開采趨于枯竭，而相關的研究成果表明中國大陸深部蘊藏著潛力巨大的礦產資源，因此深部找礦成為礦產資源開采發展的重要方向。深部找礦的關鍵是鉆井技術，對于鉆井技術而言，當鉆孔深度較深時，鉆桿及鉆頭的受力狀態將變得越發復雜，在復雜的合力作用下，鉆孔的軌跡將不可能保持為垂直，此時軌跡形狀將復雜多變，由此導致鉆桿旋轉過程中與鉆孔內壁的摩擦增大，尤其是對于深部鉆井而言，由于自地表到鉆孔底部的鉆桿長度較長，此時鉆桿所受到的摩擦阻力大大增加，導致鉆機所提供的動力將很難傳遞到井底，從而大大降低鉆進的效率，此外，較大的摩擦阻力還有可能磨斷鉆桿，造成鉆井事故。因此，必須實時對鉆孔軌跡進行測量，根據測量結果實現對鉆孔軌跡的實時糾偏。

現有鉆孔軌跡測量方法依靠捷聯慣導系統實現，捷聯慣導系統由三維加速度計及三維陀螺儀組合形成，將三維加速度計及三維陀螺儀的輸出數據建模計算后便可得到鉆孔軌跡。而現有的三維加速度計在鉆孔底部使用時存在可靠性較低、溫漂影響大、誤差較大和抗振效果差等諸多問題，不能適應鉆孔底部的工況環境，制約著深部找礦的發展。

發明內容

有鑒于此，本發明的實施例提供了一種基于冗余并聯機構的鉆井用三維加速度傳感器。

本發明的實施例提供一種基于冗余并聯機構的鉆井用三維加速度傳感器，包括端蓋和具有內腔的殼體，所述端蓋安裝于所述內腔上端口，所述傳感器還包括冗余并聯機構和電路板，所述電路板位于所述內腔且連接所述冗余并聯機構，所述冗余并聯機構收容于所述內腔，所述冗余并聯機構包括質量球、支架和六條連接臂，所述質量球位于所述支架內部，每一所述連接臂的相對兩端分別動連接所述支架和所述質量球，且每一所述連接臂上均設有光柵尺，每一所述光柵尺檢測加速度的相關信息并傳輸至所述電路板，所述電路板處理相關信息得到三維加速度數據。

進一步地，每一所述連接臂還包括并排設置的第一轉接板和第二轉接板，并列設置的二第一連接桿的相對兩端均分別與所述第一轉接板和所述第二轉接板球鉸接連接，每一所述連接臂上的光柵尺具有二個，分別安裝于二所述第一連接桿上，所述第一轉接板通過一第二連桿球鉸接所述質量球，每一所述第二轉接板通過一第三連桿與所述支架連接，且所述第二轉接板與所述第三連桿球鉸接連接。

進一步地，所述質量球與所述六條連接臂的六個連接處均勻分布于所述質量球表面且相對所述質量球球心對稱。

進一步地，所述支架為六個欄桿面圍成的長方體。

進一步地，所述內腔上端設有第一凹槽，下端設有第二凹槽，所述端蓋安裝于所述第一凹槽，所述冗余并聯機構安裝于所述第二凹槽內。

進一步地，所述端蓋與所述第一凹槽的連接處設有密封圈。

進一步地，所述第二凹槽包括凹腔和位于所述凹腔上端的支撐部，所述支架安裝于所述凹腔，底座被所述支撐部支撐且向下壓緊所述支架，所述底座通過螺栓固定于所述支撐部。

進一步地，所述底座上方設有支柱，所述電路板通過螺栓安裝于所述支柱上。

進一步地，每一所述第三連接桿遠離所述質量球的一端通過螺紋連接所述支架。

進一步地，每個所述光柵尺均通過導線連接所述電路板。

本發明的實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：本發明基于冗余并聯機構的鉆井用三維加速度傳感器采用冗余并聯機構作為彈性體結構，具有可靠性高，抗震效果好的優點；以光柵尺作為檢測元件，極大減小了傳感器的溫漂誤差，大幅度提高傳感器的測量精度，從而提高了深部找礦過程中鉆孔軌跡測量的準確度。

附圖說明

圖1是本發明基于冗余并聯機構的鉆井用三維加速度傳感器的結構示意圖；

圖2是本發明基于冗余并聯機構的鉆井用三維加速度傳感器的剖視圖；

圖3是圖1中所示冗余并聯機構的結構示意圖；

圖4是圖3中所示A的局部放大圖。

圖中：1-端蓋，2-殼體，3-冗余并聯機構，4-電路板，5-支架，6-質量球，7-連接臂，8-底座，9-密封圈，71-第一轉接板，72-第二轉接板，73-第一連接桿，74-第二連接桿，75第三連接桿,76-光柵尺。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地描述。