專利名稱：一種方位角測量儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及鉆井測量領域，更具體地說，涉及一種方位角測量儀。
背景技術：
在鉆井工作中，鉆井工程孔(簡稱鉆孔)的方位角角是很重要的參數(shù)，鉆孔的方位角是指鉆孔的軸線在水平面的投影和地理北的夾角，通過測量該參數(shù)可以判斷鉆孔的軌跡?，F(xiàn)有的鉆孔方位角測量采用磁場測量方法，即利用磁阻傳感器測量鉆孔的方位角，但是，這種方法受外磁場環(huán)境影響很大，不能準確確定鉆孔的方位角。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種方位角測量儀，以解決因外磁場影響而導致的不能準確確定鉆孔的方位角的問題。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了如下技術方案一種方位角測量儀，包括測量裝置和封裝所述測量裝置的探管；所述測量裝置包括獲取測試點處重力加速度的水平分量的第一加速度計；獲取所述測試點處重力加速度的垂直分量的第二加速度計；動調(diào)陀螺；與所述動調(diào)陀螺相連接，在接收到控制信號時，驅(qū)動所述動調(diào)陀螺旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動器；與所述動調(diào)陀螺相連接，獲取所述動調(diào)陀螺輸出的所述測試點處地球自轉(zhuǎn)角速度水平分量和垂直分量的測量電路；分別與所述第一加速度計、所述第二加速度計、所述驅(qū)動器和所述測量電路相連接，發(fā)送控制信號，并依據(jù)所述測試點處地球自轉(zhuǎn)角速度、地球自轉(zhuǎn)角速度的水平分量、地球自轉(zhuǎn)角速度的垂直分量、重力加速度、重力加速度的水平分量和垂直分量，以及所述測試點處的緯度值計算方位角的處理器。上述方位角測量儀,優(yōu)選的,還包括分別與所述動調(diào)陀螺和所述處理器相連接，提供所述動調(diào)陀螺、所述處理器所需電源的供電裝置。上述方位角測量儀，優(yōu)選的，還包括與所述處理器相連接，存儲所述方位角的存儲器。上述方位角測量儀,優(yōu)選的,還包括與所述處理器相連接，顯示所述方位角數(shù)據(jù)的顯示器。上述方位角測量儀，優(yōu)選的，所述處理器為DSP處理器。通過以上方案可知，本申請?zhí)峁┑囊环N方位角測量儀，通過控制動調(diào)陀螺旋轉(zhuǎn)測量地球自轉(zhuǎn)角速度的水平分量和垂直分量，通過加速度計計算重力加速度計的水平分量和垂直分量，依據(jù)所述測試點處地球自轉(zhuǎn)角速度、地球自轉(zhuǎn)角速度的水平分量、地球自轉(zhuǎn)角速度的垂直分量、重力加速度、重力加速度的水平分量和垂直分量，以及所述測試點處的緯度值計算方位角，本方案在測量過程中不依賴于電磁波進行測量，而是通過各部分動態(tài)特性進行測量，進而通過測得的數(shù)據(jù)計算得到方位角。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本申請實施例提供的一種方位角測量儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本申請實施例提供的另一種方位角測量儀的結(jié)構(gòu)示意圖。說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”、“第三” “第四”等(如果存在)是用于區(qū)別類似的部分，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當情況下可以互換，以便這里描述的本申請的實施例例如能夠以除了在這里圖示的以外的順序?qū)嵤?br> 具體實施方式
下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。請參閱圖1，圖I為本申請實施例提供的一種方位角測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，包括測量裝置I和探管2 ；其中，測量裝置I包括第一加速度計101，第二加速度計102，動調(diào)陀螺103，驅(qū)動器104，測量電路105和處理器106 ；第一加速度計101用于獲取測試點處重力加速度g的水平分量gx ;第二加速度計102用于獲取所述測試點處重力加速度g的垂直分量gy ;第一加速度計101與第二加速度計102相互垂直，其中一個重力加速度計(第一加速度計101或者第二加速度計102)的敏感軸與探管的軸線是平行的。驅(qū)動器104與動調(diào)陀螺103相連接，用于在接收到控制信號時，驅(qū)動動調(diào)陀螺103旋轉(zhuǎn)；測量電路105與動調(diào)陀螺103相連接，用于獲取所述動調(diào)陀螺輸出的所述測試點處地球自轉(zhuǎn)角速度ω的水平分量ωχ和垂直分量coy ；需要說明的是，上述測試點處的重力加速度g和地球自轉(zhuǎn)角速度ω是指測試點處,地理坐標系(η系，即北東地坐標系oxnynzn,也就是說北向坐標軸xn,東向坐標軸yn和地向坐標軸Zn構(gòu)成右手坐標系，Xn軸和yn所在的平面為水平面)中的重力加速度和地球自轉(zhuǎn)角速度；重力加速度g的水平分量gx和垂直分量gy，以及地球自轉(zhuǎn)角速度ω的水平分量ωχ和垂直分量是指重力加速度g和地球自轉(zhuǎn)角速度ω在探管坐標系中的分量，具體的，探管坐標系oxbybzb中，Zb軸為探管的軸線，Xb軸、yb軸垂直于探管軸線并在同一平面內(nèi)，Xb軸、Yb軸和Zb軸構(gòu)成右手坐標系,重力加速度g的水平分量gx,以及地球自轉(zhuǎn)角速度ω的水平分量《!￡是指重力加速度g和地球自轉(zhuǎn)角速度ω在探管坐標系中^軸的分量；重力加速度g的垂直分量gy，以及地球自轉(zhuǎn)角速度ω的垂直分量Oy是指重力加速度g和地球自轉(zhuǎn)角速度ω在探管坐標系中yb軸的分量；具體的，可以通過公式(I)計算地理坐標系中的地球自轉(zhuǎn)角速度ω在探管坐標系中的各個分量；通過公式(2)計算地理坐標系中的重力加速度g在探管坐標系中的各個分量;
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_旦」u_其中，=iocosf，為地球自轉(zhuǎn)角速度在地理坐標系中的水平分量；wer = Cosinp，為地球自轉(zhuǎn)角速度在地理坐標系中的垂直分量；爐為測試點處的緯度值，可以由測試者輸入；ωε為地球自轉(zhuǎn)角速度，15° /h 為變換矩陣，是一個3X3的矩陣，為已知量。處理器106分別與所述第一加速度計101、所述第二加速度計102、所述驅(qū)動器104和所述測量電路105相連接，發(fā)送控制信號，并依據(jù)所述測試點處地球自轉(zhuǎn)角速度ω、地球自轉(zhuǎn)角速度ω的水平分量ωχ、地球自轉(zhuǎn)角速度ω的垂直分量oy、重力加速度g、重力加速度g的水平分量gx和垂直分量gy，以及所述測試點處的緯度值爐計算方位角；優(yōu)選的，處理器106可以為DSP處理器。具體的，依據(jù)所述測試點處地球自轉(zhuǎn)角速度ω、地球自轉(zhuǎn)角速度ω的水平分量ωχ、地球自轉(zhuǎn)角速度ω的垂直分量Oy、重力加速度g、重力加速度g的水平分量gx和垂直分量gy，以及所述測試點處的緯度值免計算俯仰角Θ (探管坐標系中的^軸(水平縱軸)與地理坐標系的水平面之間的夾角)，橫滾角Y (探管坐標系的縱向?qū)ΨQ平面(Xb軸與Zb軸組成的平面)與縱向鉛垂面(xb軸與Zn軸組成的平面)之間的夾角)，北向工具面角Φ (探管坐標系中Xb軸(水平縱軸)在地理坐標系的水平面上的投影與地理子午線(北向軸)之間的夾角)，具體計算公式見公式(3)- (5)；Θ =arcsin(gx/g) (3)γ =arcsin [gy/ (g*cos Θ ) ] (4)
ψ = arctan ((g); * h;. + g2x * + g· * ω * gy * sin * wv + ω* gy * sin( 5 )依據(jù)所述俯仰角Θ，橫滾角Y，北向工具面角Φ以及所述測試點處的緯度值爐計算方位角Λ ψ，Αψ = sec 9 · (tan ^ - tan γ · cos ψ - sec Θ ■ 8 ηψ) ■ εχ / ω -(sec γ · sec ρ · cos ^/) · ay j ω( 6 )其中，ε χ，ε y分別為陀螺儀內(nèi)相互垂直的兩個軸(為了方便，這里記為X軸和y軸)的隨機漂移量。X軸與Y軸互相垂直。其中一個軸(X軸或Y軸)與探管軸線平行。本申請實施例提供的方位角測量儀，其對方位角的測量不依賴于磁場強度，只通過探管當前的俯仰角Θ，橫滾角Y，北向工具面角Φ、所述測試點處的緯度值A以及陀螺儀的隨機漂移來計算方位角，避免受外磁場環(huán)境影響而不能準確確定鉆孔的方位角的問題。本申請實施例提供的另一種方位角測量儀的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，在圖I所示方位角測量儀的基礎上，還包括供電裝置107，與所述動調(diào)陀螺103和所述處理器106相連接，用于提供所述動調(diào)陀螺、所述處理器所需電源； 存儲器108，與所述處理器106相連接，用于存儲所述處理器計算得到的方位角，方便用戶調(diào)取歷史數(shù)據(jù)。顯示器109，與所述處理器106相連接，用于顯示所述處理器計算得到的方位角，相應的，所述探管2上開設有窗口，方便用戶查看。對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求1.一種方位角測量儀，其特征在于，包括測量裝置和封裝所述測量裝置的探管；所述測量裝置包括 獲取測試點處重力加速度的水平分量的第一加速度計； 獲取所述測試點處重力加速度的垂直分量的第二加速度計； 動調(diào)陀螺； 與所述動調(diào)陀螺相連接，在接收到控制信號時，驅(qū)動所述動調(diào)陀螺旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動器； 與所述動調(diào)陀螺相連接，獲取所述動調(diào)陀螺輸出的所述測試點處地球自轉(zhuǎn)角速度水平分量和垂直分量的測量電路； 分別與所述第一加速度計、所述第二加速度計、所述驅(qū)動器和所述測量電路相連接，發(fā)送控制信號，并依據(jù)所述測試點處地球自轉(zhuǎn)角速度、地球自轉(zhuǎn)角速度的水平分量、地球自轉(zhuǎn)角速度的垂直分量、重力加速度、重力加速度的水平分量和垂直分量，以及所述測試點處的緯度值計算方位角的處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方位角測量儀，其特征在于，還包括 分別與所述動調(diào)陀螺和所述處理器相連接，提供所述動調(diào)陀螺、所述處理器所需電源的供電裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方位角測量儀，其特征在于，還包括 與所述處理器相連接，存儲所述方位角的存儲器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方位角測量儀，其特征在于，還包括 與所述處理器相連接，顯示所述方位角數(shù)據(jù)的顯示器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方位角測量儀，其特征在于，所述處理器為DSP處理器。
專利摘要本實用新型實施例公開了一種方位角測量儀，包括測量裝置和封裝測量裝置的探管；測量裝置包括兩個加速度計；動調(diào)陀螺；與動調(diào)陀螺相連接，驅(qū)動動調(diào)陀螺旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動器；與動調(diào)陀螺相連接，獲取動調(diào)陀螺輸出的測試點處地球自轉(zhuǎn)角速度水平分量和垂直分量的測量電路；分別與所述兩個加速度計、驅(qū)動器和測量電路相連接，依據(jù)測試點處地球自轉(zhuǎn)角速度、地球自轉(zhuǎn)角速度的水平分量、地球自轉(zhuǎn)角速度的垂直分量、重力加速度、所述兩個速度計測得的重力加速度的水平分量和垂直分量，以及測試點處的緯度值計算方位角的處理器，本申請?zhí)峁┑姆轿唤菧y量儀，不依賴于磁場強度對方位角的測量，避免受外磁場環(huán)境影響而不能準確確定鉆孔的方位角的問題。
文檔編號E21B47/022GK202707037SQ201220305218
公開日2013年1月30日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者蔡耀澤, 張 林 申請人:重慶地質(zhì)儀器廠