本發(fā)明涉及一種用于定向鉆井井下導(dǎo)向工具的定向傳感器，具體的，涉及一種全旋轉(zhuǎn)指向式導(dǎo)向工具的定向傳感器，這種全旋轉(zhuǎn)指向式導(dǎo)向工具適于結(jié)合到鉆井井下鉆探裝置中。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中，在石油天然氣鉆井工程中，定向井、水平井、大位移井的數(shù)量占比越來(lái)越高，隨鉆測(cè)量工具的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，目前，最常用的石油鉆井隨鉆工具為mwd(無(wú)線隨鉆測(cè)量?jī)x)。作為旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，鉆桿在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下即能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)井眼軌跡的導(dǎo)向控制，通常，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具按導(dǎo)向方式分為鉆頭推靠式和鉆頭指向式，按動(dòng)力傳遞結(jié)構(gòu)方式可劃分為“驅(qū)動(dòng)軸—不旋轉(zhuǎn)套”結(jié)構(gòu)和“全旋轉(zhuǎn)”結(jié)構(gòu)等，其中全旋轉(zhuǎn)指向式導(dǎo)向工具結(jié)合了指向式導(dǎo)向和全旋轉(zhuǎn)鉆井兩者的優(yōu)點(diǎn)，更能適應(yīng)各種復(fù)雜的地層和作業(yè)工況，是導(dǎo)向鉆井技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具設(shè)計(jì)研發(fā)上各式紛呈，諸如貝克休斯公司的autotrack即是鉆頭推靠式工具，研發(fā)的“驅(qū)動(dòng)軸—不旋轉(zhuǎn)套”結(jié)構(gòu)中，通過(guò)控制不旋轉(zhuǎn)外套上推力塊作用于井壁的合力大小及方向進(jìn)行導(dǎo)向(例如參照專利文獻(xiàn)wo2008101020a)。作為鉆頭指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，諸如哈里伯頓公司的geo-pilot(例如參照專利文獻(xiàn)wo2014055068a)、威德福公司的revolution(例如參照專利文獻(xiàn)wo2008120025a)及斯倫貝謝公司的powerdrivexceed(例如參照專利文獻(xiàn)no20061119a)等。其中，所述powerdrivexceed是“全旋轉(zhuǎn)”結(jié)構(gòu)，即全旋轉(zhuǎn)指向式導(dǎo)向工具，通過(guò)交替變化的導(dǎo)向和穩(wěn)斜鉆進(jìn)模式來(lái)修正造斜率，并根據(jù)地面系統(tǒng)下傳導(dǎo)向參數(shù)來(lái)進(jìn)行控制。此時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)造成振動(dòng)干擾，定向?qū)驎r(shí)很容易受其影響并使得磁分量產(chǎn)生較大偏差，這給連接在旋轉(zhuǎn)軸上的隨鉆測(cè)量(mwd)工具的測(cè)量精度帶來(lái)挑戰(zhàn)。

現(xiàn)有技術(shù)中，存在這樣一種鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的方案，所述導(dǎo)向工具置于鉆桿內(nèi)，包括非旋轉(zhuǎn)的套筒，該套筒具有一個(gè)或多個(gè)可伸縮的推動(dòng)器，用于調(diào)整該套筒相對(duì)于鉆井的定向，在套筒內(nèi)可旋轉(zhuǎn)地安裝有一個(gè)空心軸，其限定作為鉆探泥漿的通道，并且與鉆頭連接。其中，為了調(diào)整鉆探裝置的鉆探方向，通過(guò)調(diào)整該空心軸中的鉆探泥漿的壓力而促成該一個(gè)或多個(gè)推動(dòng)器與鉆井的壁抵接，從而調(diào)整非旋轉(zhuǎn)套筒相對(duì)于鉆井的定向，同時(shí)調(diào)整鉆探的方向。

在現(xiàn)有技術(shù)中，通常的情況是，在隨鉆測(cè)量工具中，布置有用于測(cè)量定向參數(shù)、振動(dòng)參數(shù)、電阻率以及伽馬等的測(cè)量短節(jié)(隨鉆測(cè)量工具由多個(gè)測(cè)量短節(jié)串接而成)，其中，磁方位角即是隨鉆測(cè)量工具測(cè)量的井筒重要參數(shù)之一。通常，隨鉆測(cè)量工具中裝有定向傳感器組件，定向傳感器組件中的核心部件定位傳感器含有3個(gè)重力加速度傳感器和3個(gè)磁場(chǎng)傳感器，該3個(gè)重力加速度傳感器與3個(gè)磁場(chǎng)傳感器分別正交安裝于傳感器龍骨上，所述重力加速度傳感器用于測(cè)量重力加速度分量gx、gy、gz，所述磁場(chǎng)傳感器用于測(cè)量地球磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度分量bx、by、bz，根據(jù)測(cè)量的上述6個(gè)參數(shù)，即可以計(jì)算出傳感器中心軸線所指的磁方位角。為此，現(xiàn)有技術(shù)中，還存在這樣一種通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)定向傳感器連接到其旋轉(zhuǎn)軸上的隨鉆測(cè)量(mwd)工具的技術(shù)方案，其提供了相對(duì)于外套筒垂直方向的定向指示，該定向傳感器和mwd工具均安裝在旋轉(zhuǎn)軸上。由于定向傳感器對(duì)于振動(dòng)干擾敏感，電磁干擾敏感，因而在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)要從安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的定向傳感器中獲得信號(hào)是非常困難或甚至不可能的，因此，只能在旋轉(zhuǎn)軸靜止或緩慢移動(dòng)時(shí)才能獲得定向傳感器的信號(hào)和外套筒相對(duì)于鉆井的定向指示，這樣，要么獲得離散的導(dǎo)向結(jié)果，要么得到精度極差的連續(xù)導(dǎo)向結(jié)果。

基于此，本申請(qǐng)團(tuán)隊(duì)在針對(duì)鉆頭指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，特別是針對(duì)斯倫貝謝公司的powerdrivexceed全旋轉(zhuǎn)指向式導(dǎo)向工具，提出了一種改進(jìn)的全旋轉(zhuǎn)指向式導(dǎo)向工具，使用一種全新的定位傳感器，具有較高的抗干擾能力，能夠?qū)圮壍谰?xì)控制，大大提高了井眼軌道控制精度和導(dǎo)向鉆井作業(yè)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)抗干擾能力強(qiáng)，精度高，導(dǎo)向作業(yè)效率高的，通過(guò)插接軸與隨鉆測(cè)量工具連接的測(cè)控系統(tǒng)中安裝的鉆井用定向傳感器，以及使用該定向傳感器的導(dǎo)向工具。

具體的，本發(fā)明提供一種鉆井用定向傳感器，該定向傳感器包括安裝在與隨鉆測(cè)量工具連接的測(cè)控系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)外套筒內(nèi)壁上的至少一個(gè)的定位傳感器，位于該至少一個(gè)的定位傳感器附近并與其連接的至少一個(gè)磁方位角補(bǔ)償器，位于該至少一個(gè)的定位傳感器附近并與其連接的至少一個(gè)感應(yīng)線圈的第一部分，以及安裝于旋轉(zhuǎn)芯軸上的所述至少一個(gè)感應(yīng)線圈的第二部分，其中，所述定位傳感器用于提供通過(guò)所述磁方位角補(bǔ)償器對(duì)所述旋轉(zhuǎn)外套筒的磁方位角補(bǔ)償后的定向信號(hào)，通過(guò)所述感應(yīng)線圈的第一部分和第二部分的耦合作用發(fā)送至地面。

根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將至少一個(gè)定位傳感器設(shè)置在與隨鉆測(cè)量工具連接的測(cè)控系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)外套筒內(nèi)壁，使定位傳感器與測(cè)控系統(tǒng)的外套筒同步，通過(guò)感應(yīng)線圈傳輸電磁信號(hào)，這樣大大降低了定位傳感器信號(hào)接收的難度，并且受電磁干擾強(qiáng)度大大降低，即使受到總線電流的電磁影響，也能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，以消除電磁干擾造成的定向精度的擾動(dòng)。

根據(jù)本發(fā)明，無(wú)需將定位傳感器安裝于旋轉(zhuǎn)芯軸上，巧妙的解決了離散導(dǎo)向的問(wèn)題，通過(guò)反演計(jì)算，大大提高了導(dǎo)向精度。

根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)增加至少一組感應(yīng)線圈，使定位傳感器所產(chǎn)生的信號(hào)同時(shí)能夠供給至連接在旋轉(zhuǎn)芯軸上的隨鉆測(cè)量工具，同時(shí)促進(jìn)了與地面信號(hào)的傳遞作用。

根據(jù)本發(fā)明，在感應(yīng)線圈的第一部分和第二部分各自均具有電流回路，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的發(fā)送和接收功能，由此，使得該定向傳感器無(wú)需額外提供電源，可以減少現(xiàn)有技術(shù)中需要裝卸電池的麻煩。

根據(jù)本發(fā)明，還能夠通過(guò)在磁方位角補(bǔ)償器的校正電路中連接截止或屏蔽元件來(lái)消除由于振動(dòng)所產(chǎn)生的不期望的電磁噪音，這樣，能夠消除由于旋轉(zhuǎn)芯軸的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)所產(chǎn)生的電磁干擾。

根據(jù)本發(fā)明，還可以在磁方位角補(bǔ)償器附近靠近感應(yīng)線圈的位置設(shè)置溫度傳感器，以監(jiān)控周圍電子線路附近的溫度是否因?yàn)樾D(zhuǎn)芯軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而導(dǎo)致升溫過(guò)高而致使定位傳感器靈敏度下降，使測(cè)量精度下降。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種使用上述定向傳感器的導(dǎo)向工具，其特征在于，包括測(cè)控系統(tǒng)、導(dǎo)向軸，位于最后一級(jí)的導(dǎo)向軸與鉆頭連接，為鉆頭的鉆進(jìn)提供導(dǎo)向，其中，所述定向傳感器位于所述測(cè)控系統(tǒng)中，利用該定向傳感器，進(jìn)行井斜角、磁方位角等參數(shù)的測(cè)量，并由此調(diào)整導(dǎo)向軸的方向，以進(jìn)行導(dǎo)向作業(yè)。

根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樗鲂D(zhuǎn)導(dǎo)向工具包括依次按順序連接的隨鉆測(cè)量工具、插接軸、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、測(cè)控系統(tǒng)、導(dǎo)向軸，利用插接軸連接隨鉆測(cè)量工具和位于后級(jí)的導(dǎo)向系統(tǒng)，不但形成全旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，而且能夠利用測(cè)控系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)向進(jìn)行精確控制，利用所述測(cè)控系統(tǒng)的定向傳感器(組件)，進(jìn)行井斜角、磁方位角以及工具面角等參數(shù)的測(cè)量和校準(zhǔn)，并由此進(jìn)行導(dǎo)向作業(yè)。

根據(jù)本發(fā)明，還可以在測(cè)控系統(tǒng)中植入聲學(xué)位置探測(cè)裝置，并將之與定向傳感器電連接。該聲學(xué)位置探測(cè)裝置包括聲波發(fā)射器、聲波接收器和聲波處理裝置，通過(guò)所述聲波處理裝置，將基于鉆井中反射的聲波特征形成數(shù)字信息，并將其轉(zhuǎn)換成位置數(shù)據(jù)傳輸至隨鉆測(cè)量工具。其中，所述聲學(xué)位置探測(cè)裝置通過(guò)該定向傳感器確定定向參考位置，并且接收并處理反射得到的地下聲波，以測(cè)定與地面的相對(duì)位置或者邊界的距離，因此，能夠進(jìn)一步確定鉆井處于目標(biāo)結(jié)構(gòu)內(nèi)的位置，從而為導(dǎo)向作業(yè)提供依據(jù)。

附圖說(shuō)明

下面將參照附圖以具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作出詳細(xì)的描述，其中：

圖1是示出本發(fā)明具體實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的示意圖；

圖2是示出本發(fā)明具體實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具中使用的定向傳感器的示意圖；

圖3是示出本發(fā)明具體實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具中使用的定向傳感器的磁方位角補(bǔ)償器的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面，利用具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作出詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員懂得，該說(shuō)明是示例性的，并非限定性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于具體實(shí)施方式之中。

常用的石油鉆井隨鉆工具有mwd(無(wú)線隨鉆測(cè)量?jī)x)、lwd(無(wú)線隨鉆測(cè)井儀)、rss(旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng))等，在所述隨鉆測(cè)量工具中，通常布置有用于測(cè)量定向參數(shù)、振動(dòng)參數(shù)、電阻率以及伽馬等的測(cè)量短節(jié)(隨鉆測(cè)量工具由多個(gè)測(cè)量短節(jié)串接而成)，其中，磁方位角是隨鉆測(cè)量工具測(cè)量的井筒重要參數(shù)之一。通常，隨鉆測(cè)量工具中裝有定向傳感器組件，定向傳感器組件中的核心部件定位傳感器含有3個(gè)重力加速度傳感器和3個(gè)磁場(chǎng)傳感器，該3個(gè)重力加速度傳感器與3個(gè)磁場(chǎng)傳感器分別正交安裝于傳感器龍骨上，所述重力加速度傳感器用于測(cè)量重力加速度分量gx、gy、gz，所述磁場(chǎng)傳感器用于測(cè)量地球磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度分量bx、by、bz，根據(jù)測(cè)量的上述6個(gè)參數(shù)，即可以計(jì)算出傳感器中心軸線所指的磁方位角。磁方位角易受外部磁干擾的影響，磁干擾越強(qiáng)，磁方位角的測(cè)量誤差就越大。

對(duì)于一般的mwd工具，定向傳感器安裝于井下測(cè)量工具組合的最下端，上部電路對(duì)定向傳感器磁方位角的影響可忽略不計(jì)。隨著石油鉆探技術(shù)的發(fā)展，隨鉆工具的功能越來(lái)越多，不但進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)還要進(jìn)行控制操作，本發(fā)明獨(dú)辟蹊徑，將定向傳感器安裝于通過(guò)插接軸與所述測(cè)量工具連接的測(cè)控系統(tǒng)上，通過(guò)總線向井下工具的測(cè)量工具和測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行供電與通訊，通過(guò)安裝磁方位角補(bǔ)償器來(lái)規(guī)避一系列電磁干擾。此時(shí)，當(dāng)井下系統(tǒng)工作時(shí)，流經(jīng)總線的直流電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，會(huì)改變定向傳感器所在位置的磁場(chǎng)環(huán)境，使定向傳感器測(cè)量磁方位角的誤差變大，此時(shí)，對(duì)定向傳感器所測(cè)磁分量進(jìn)行校驗(yàn)補(bǔ)償，以消除總線直流電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)磁方位角的測(cè)量誤差，提高磁方位角的測(cè)量精度。另一方面，由于旋轉(zhuǎn)芯軸的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，通過(guò)在磁方位角補(bǔ)償器中連接屏蔽或截止元件來(lái)消除類似的噪音。另外，還通過(guò)設(shè)置感應(yīng)線圈，將定向傳感器的定位信號(hào)傳送至地面。

如上所述，總線直流電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)使定向傳感器測(cè)量磁方位角的誤差變大，該誤差為磁方位角主要誤差來(lái)源，其可使磁方位角的測(cè)量誤差成倍數(shù)增加，這也是現(xiàn)有技術(shù)中在定向?qū)蚓壬虾茈y有大的突破的原因。本發(fā)明很好的解決了這樣的問(wèn)題，提高定向傳感器的測(cè)量精度，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁方位角的精確測(cè)量。

圖1是示出本發(fā)明具體實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的示意圖。

在本發(fā)明具體實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具包括依次按順序連接的隨鉆測(cè)量工具1、插接軸2、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)3、測(cè)控系統(tǒng)4、導(dǎo)向軸6，位于最后一級(jí)的導(dǎo)向軸6與鉆頭7連接，為鉆頭7的鉆進(jìn)提供導(dǎo)向。所述隨鉆測(cè)量工具1本身可以包括定向參數(shù)、電阻率等測(cè)量短節(jié)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)井下測(cè)量數(shù)據(jù)向地面上傳的功能。插接軸2用于連接隨鉆測(cè)量工具1和位于后級(jí)的導(dǎo)向系統(tǒng)，通過(guò)在兩端分別設(shè)置卯榫卡口結(jié)構(gòu)，與前端的隨鉆測(cè)量工具1和后級(jí)的導(dǎo)向系統(tǒng)卡接，以形成全旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。所述后級(jí)的導(dǎo)向系統(tǒng)包括渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)3、測(cè)控系統(tǒng)4、導(dǎo)向軸6等，所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)3為整個(gè)測(cè)量工具1、測(cè)控系統(tǒng)4、導(dǎo)向軸6提供電力。所述測(cè)控系統(tǒng)4包括定向傳感器(組件)5，利用該定向傳感器5，進(jìn)行井斜角、磁方位角等參數(shù)的測(cè)量，并由此調(diào)整導(dǎo)向軸的方向，以進(jìn)行導(dǎo)向作業(yè)。

根據(jù)本發(fā)明，還可以在測(cè)控系統(tǒng)4中植入聲學(xué)位置探測(cè)裝置(未圖示)，并將之與定向傳感器5電連接。該聲學(xué)位置探測(cè)裝置包括聲波發(fā)射器、聲波接收器和聲波處理裝置，通過(guò)所述聲波處理裝置，將基于鉆井中反射的聲波特征形成數(shù)字信息，并將其轉(zhuǎn)換成位置數(shù)據(jù)傳輸至隨鉆測(cè)量工具。其中，所述聲學(xué)位置探測(cè)裝置通過(guò)該定向傳感器5確定定向參考位置(該位置可以為特定時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)位置，即由局部重力垂線測(cè)得的位置，也可以為其他的傾斜的位置)，并且接收并處理反射得到的地下聲波，以測(cè)定與地面的相對(duì)位置或者邊界的距離，因此，能夠進(jìn)一步確定鉆井處于目標(biāo)結(jié)構(gòu)內(nèi)的位置，從而為導(dǎo)向作業(yè)提供依據(jù)。

圖2是示出本發(fā)明具體實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具中使用的定向傳感器的示意圖。

如圖2所示，該定向傳感器5包括安裝在與隨鉆測(cè)量工具1連接的測(cè)控系統(tǒng)4的旋轉(zhuǎn)外套筒內(nèi)壁上的至少一個(gè)的定位傳感器9，位于該至少一個(gè)的定位傳感器9附近并與其連接的至少一個(gè)磁方位角補(bǔ)償器10，位于該至少一個(gè)的定位傳感器9附近并與其連接的至少一個(gè)感應(yīng)線圈的第一部分11，以及安裝于旋轉(zhuǎn)芯軸13上的所述至少一個(gè)感應(yīng)線圈的第二部分12，其中，所述定位傳感器9用于提供通過(guò)所述磁方位角補(bǔ)償器10對(duì)所述旋轉(zhuǎn)外套筒的磁方位角補(bǔ)償后的定向信號(hào)，通過(guò)所述感應(yīng)線圈的第一部分11和第二部分12的耦合作用發(fā)送至地面。

在所述測(cè)控系統(tǒng)4的旋轉(zhuǎn)外套筒外部安裝多個(gè)推進(jìn)器8，其可以向鉆井壁部推進(jìn)，也可以向旋轉(zhuǎn)芯軸方向收縮，以此根據(jù)定向控制信號(hào)調(diào)整驅(qū)動(dòng)鉆頭的鉆探方向。

根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施方式，通過(guò)將至少一個(gè)定位傳感器9設(shè)置在與隨鉆測(cè)量工具1連接的測(cè)控系統(tǒng)4的旋轉(zhuǎn)外套筒內(nèi)壁，使定位傳感器9與測(cè)控系統(tǒng)的外套筒同步，通過(guò)感應(yīng)線圈11、12傳輸電磁信號(hào)，這樣大大降低了定位傳感器信號(hào)接收的難度，并且受電磁干擾強(qiáng)度大大降低，即使受到總線電流的電磁影響，也能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，以消除電磁干擾造成的定向精度的擾動(dòng)。

本發(fā)明中，所述感應(yīng)線圈的第一部分11和第二部分12可以分別纏繞在鐵芯(未圖示)上，該鐵芯優(yōu)選為永磁體，圍繞旋轉(zhuǎn)芯軸13的周圍等角度設(shè)置為若干個(gè)，這樣，在旋轉(zhuǎn)芯軸13旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)切割磁力線而產(chǎn)生電壓，然后通過(guò)整流器(未圖示)進(jìn)行整流，以提供足夠的功率用于激勵(lì)定位傳感器9，從定位傳感器9獲得的信號(hào)通過(guò)model或者ctrl器件(未圖示)傳送至所述感應(yīng)線圈的第一部分11，之后當(dāng)?shù)诙糠?2隨著旋轉(zhuǎn)芯軸的每次旋轉(zhuǎn)而靠近第一部分11時(shí)發(fā)送至第二部分12，然后由所述第二部分12發(fā)送到隨鉆測(cè)量工具1上，從而上傳至地面，此時(shí)，即使所述旋轉(zhuǎn)外套筒和轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)芯軸的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)較大偏差，因?yàn)榈冉嵌仍O(shè)置有多個(gè)這樣的耦合線圈，所以，能夠不受干擾的將定向信號(hào)傳送出去。

圖3是示出本發(fā)明具體實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具中使用的定向傳感器的磁方位角補(bǔ)償器的示意圖。

下面參照?qǐng)D3對(duì)本發(fā)明磁方位角補(bǔ)償器10進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明磁方位角補(bǔ)償器10可以采用常規(guī)磁方位角補(bǔ)償電路構(gòu)成。如圖3所示，所述磁方位角補(bǔ)償電路通常由磁方位角校正部和反演計(jì)算部?jī)刹糠纸M成，磁方位角校正部包括總線電流測(cè)量電路和校正電路。在無(wú)磁干擾的環(huán)境下，將隨鉆測(cè)量工具1水平放置在無(wú)磁龍骨上，并與定向傳感器5、總線電流測(cè)量電路連接，通過(guò)穩(wěn)壓直流總線向隨鉆測(cè)量工具供電。在本發(fā)明具體實(shí)施方式中，所述定向傳感器5含有3個(gè)重力加速度傳感器和3個(gè)磁場(chǎng)傳感器，所述傳感器的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)維度可以自由選擇，通常，在笛卡爾坐標(biāo)系中選擇數(shù)量各為3個(gè)，也可以選擇5個(gè)或6個(gè)等等。對(duì)應(yīng)各自為3個(gè)傳感器的場(chǎng)合，將流經(jīng)總線的電流為i，分別取三個(gè)電流分量i1、i2、i3，分別測(cè)得每個(gè)磁分量傳感器所對(duì)應(yīng)的3個(gè)分量值，即bx＝(bx1、bx2、bx3)，by＝(by1、by2、by3)，bz＝(bz1、bz2、bz3)，設(shè)定i1＝0時(shí)測(cè)得的磁分量bx、by、bz為無(wú)磁干擾的磁分量，i2設(shè)定為實(shí)際總線電流的一半，i3設(shè)定為實(shí)際總線電流的最大值，由此得到各磁分量傳感器的修正值bx’＝(0，bx1-bx0，bx2-bx0)、by’＝(0，by1-by0，by2-by0)、bz’＝(0，bz1-bz0，bz2-bz0)，根據(jù)磁方位角az計(jì)算公式，az＝arctan(bzgy-bygz)g/(bx(gy²+gz²)-bygxgy-bzgxgz)，即可得出定向傳感器所在的磁方位角。其中，重力加速度g＝(gx²+gy²+gz²)^1/2，gx、gy、gz為定向傳感器測(cè)量的三軸重力加速度分量。

根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)磁方位角補(bǔ)償器的總線電流測(cè)量電路，測(cè)量總線上的實(shí)時(shí)電流，找到總線電流i與bx、by、bz三軸磁場(chǎng)分量的變化關(guān)系，對(duì)bx、by、bz三軸磁場(chǎng)分量進(jìn)行補(bǔ)償，然后利用反演計(jì)算部中的計(jì)算回路，用該補(bǔ)償后的bx、by、bz三軸磁場(chǎng)分量計(jì)算磁方位角az，從而得到定向傳感器所在位置的真實(shí)的磁方位角。

如上所述，本發(fā)明具體實(shí)施方式中以三維度坐標(biāo)系作出的測(cè)量和計(jì)算，實(shí)際上，對(duì)于完善描述測(cè)井工具的定向而言，通常需要考慮5種坐標(biāo)系統(tǒng)。一般情況下，地層的層面是傾斜層面，層理面法線與絕對(duì)參考系之間的z軸是不一致的，絕對(duì)參考系的z軸指向地球重力方向，即俗稱的豎直向下方向，而其他參考系的z軸則與之存在一個(gè)夾角量，由于這不屬于本發(fā)明所討論的重點(diǎn)，所以不再贅述。

根據(jù)本發(fā)明，還能夠通過(guò)在磁方位角補(bǔ)償器的校正電路中連接截止或屏蔽元件來(lái)消除由于振動(dòng)所產(chǎn)生的不期望的電磁噪音，這樣，能夠消除由于旋轉(zhuǎn)芯軸的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)所產(chǎn)生的電磁干擾。

根據(jù)本發(fā)明，還可以在磁方位角補(bǔ)償器附近靠近感應(yīng)線圈的位置設(shè)置溫度傳感器，以監(jiān)控周圍電子線路附近的溫度是否因?yàn)樾D(zhuǎn)芯軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而導(dǎo)致升溫過(guò)高而致使定位傳感器靈敏度下降，使測(cè)量精度下降。

以上通過(guò)具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作出了詳細(xì)描述，然而，這些描述是非限定性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員懂得，本發(fā)明可以進(jìn)行各式各樣的修飾和變更，只要不脫離本發(fā)明精神和宗旨范圍內(nèi)，這些修飾和變更都應(yīng)該落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求書(shū)限定。