關(guān)于陀螺測井儀在濱南油區(qū)中的改進(jìn)與應(yīng)用

【摘 要】這些年來，定向井、叢式井技術(shù)在我國發(fā)展很快，從鉆井、完井到投產(chǎn)后的過程中都需要對井斜進(jìn)行監(jiān)測或檢測，特別在下套管井或在地磁異常地區(qū)，用磁法來確定井斜的方位角成為不可能的了。GYRO 型陀螺測斜儀，是高科技技術(shù)產(chǎn)品。它以地球的自轉(zhuǎn)角速度方向和重力為參考，應(yīng)用速率陀螺和加速度計構(gòu)成捷聯(lián)式，數(shù)學(xué)平臺進(jìn)行定向參數(shù)的測量，而且具有自動尋北的功能。使用時只需輸入當(dāng)?shù)氐乩砭暥燃纯蓪?shí)現(xiàn)真北方位測量，是一種先進(jìn)的慣導(dǎo)級陀螺測量儀器。

【關(guān)鍵詞】陀螺測斜；工作原理；應(yīng)用

0.引言

GYRO型陀螺儀優(yōu)點(diǎn)是不需要在地面校北，而是在井下直接尋北，它的溫漂很小，因?yàn)閮x器是在保溫筒中使用，所以在設(shè)計的工作時間內(nèi)一般不需要做溫度校正。是一種性能好，成本低，體積小的陀螺方位測井儀。它采用雙自由度撓性陀螺及三個加速度計作為測量元件，可解算出傾斜角，方位角，方向角等信息。

1.儀器的工作原理

GYRO陀螺測斜儀又叫全姿態(tài)陀螺儀，區(qū)別于其他陀螺儀的特征是可以在任意姿態(tài)下啟動、任意姿態(tài)下工作、任意姿態(tài)下斷電、并可給出任意姿態(tài)下準(zhǔn)確的測量結(jié)果。GYRO型陀螺儀所使用的陀螺傳感器是撓性陀螺傳感器，原理是以地球的自轉(zhuǎn)角速度方向和重力為參考，應(yīng)用速率陀螺和加速度計構(gòu)成捷聯(lián)式數(shù)學(xué)平臺進(jìn)行傾斜、參數(shù)的測量。

GYRO型陀螺測斜儀的核心部件是慣性測量組，它包括一個雙軸動力調(diào)諧陀螺和三個石英加速度計，它們在設(shè)計上采用捷聯(lián)式機(jī)械編排，因此必須設(shè)計具有精密定位基準(zhǔn)的慣性體。陀螺傳感器和加速度計通過定位面直接安裝在慣性體上，組成慣性測量組件，該組件通過一對軸承被支撐在外殼上。慣性體組件由對轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)在測量點(diǎn)上的0°和180°上定位。慣性體組件的旋轉(zhuǎn)軸與井下探管軸重合，通過探管扶正器又可認(rèn)為與井筒軸線平行。動力調(diào)諧陀螺和加速度計都工作在力反饋狀態(tài)，陀螺傳感器測量地球自轉(zhuǎn)角速率分量，加速度計測量重力加速度分量。所測信號經(jīng)采集編碼通過單芯電纜送至地面系統(tǒng)，經(jīng)計算機(jī)計算可得出井筒的傾斜角、方位角等參數(shù)。

2.測井儀器連接結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

在施工現(xiàn)場儀器連接上還存在一點(diǎn)不足，GYRO型陀螺測斜儀的電源短節(jié)和測量短節(jié)是通過12芯插頭連接后完成信號傳輸，在現(xiàn)場經(jīng)常遇到插頭承重部位彎曲。

2.1儀器結(jié)構(gòu)

GYRO 型陀螺儀的井下儀器由兩部分組成，分別是電源短節(jié)和測量短節(jié)。

2.1.1電源短節(jié)的作用

為陀螺儀提供+15V，-15V，+12V，-12V，+5V，GND，曼碼通訊線和纜頭電壓測試線等。通過12 芯插頭和陀螺儀測量短節(jié)對接。內(nèi)部由多個高溫電源模塊組成，輸入直流電壓范圍是80V-130V，輸出分別是±15V，±12V和±5V；結(jié)構(gòu)上，外部無保溫瓶，由外殼保護(hù)。

2.1.2測量短節(jié)的作用

采集傳感器數(shù)據(jù)并完成與外部通訊。測量短節(jié)命令下發(fā)、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)上傳的過程：陀螺儀解碼下發(fā)命令：纜頭傳進(jìn)來下發(fā)曼碼命令，通過隔直傳給通訊板。通訊板把下發(fā)的曼碼數(shù)據(jù)放大，翻轉(zhuǎn)和電平比較傳給通訊板CPU。CPU解碼地面下發(fā)的命令后，控制陀螺儀采樣板，信號板，直流電機(jī)，光耦板通訊總線和控制電平，通訊板解碼后負(fù)責(zé)各個模塊的通訊和數(shù)據(jù)上傳。

2.1.3傳感器數(shù)據(jù)采集

采樣板負(fù)責(zé)采集三個加速度計和溫度傳感器的數(shù)據(jù)，輸入采樣板的信號是模擬信號，經(jīng)過A＼D轉(zhuǎn)換后傳給采樣板上的CPU；信號板負(fù)責(zé)為陀螺傳感器提供勵磁信號和力矩器扶正電流，采集陀螺傳感器的扶正信號（模擬信號）和陀螺溫度傳感器輸出信號，經(jīng)過A＼D轉(zhuǎn)換后傳給信號板上的CPU。采樣板和信號板上的CPU和通訊板上的CUP時鐘和片選信號同步，采樣板和信號板把所采集的傳感器數(shù)據(jù)傳給通訊板，由通訊板上傳給地面，再由地面系統(tǒng)解碼，再由數(shù)據(jù)處理終端顯示在計算機(jī)上。由數(shù)據(jù)處理終端顯示在計算機(jī)上。

2.2改進(jìn)前儀器在工作中的弊端

GYRO型陀螺測斜儀的電源短節(jié)和測量短節(jié)是通過12芯插頭實(shí)現(xiàn)對接在現(xiàn)場施工過程中，12芯插頭在實(shí)現(xiàn)電源短節(jié)與測量短節(jié)的通訊時還承擔(dān)兩者連接的拉力和扭力。12芯插針容易扭曲、變形而無法實(shí)現(xiàn)兩者的連接，給儀器元器件造成損傷，而且返廠維修一次就是2000元費(fèi)用，針對這一現(xiàn)狀，結(jié)合儀器的實(shí)際情況，我們提出了改進(jìn)GYRO型測斜儀器連接插頭的想法。

2.3 GYRO型陀螺儀器的改進(jìn)

2.3.1帶螺絲扣插針式接頭

從減少連接插針的受力方面考慮，將12芯插頭改進(jìn)為半圓形公母扣對接，對接牢靠，不易損害。為了減少原有插頭所受的扭力，我們最初選用了一種帶有剛性外殼的連接線。在連接試驗(yàn)的過程中卻發(fā)現(xiàn)，剛性外殼一方面外徑較大，另一方面連接線會出現(xiàn)折線的現(xiàn)象，易導(dǎo)致斷線的發(fā)生，使得測井任務(wù)無法完成。

2.3.2定位銷式接頭

連接吸取以上的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，再一次對問題進(jìn)行了剖析，探討和總結(jié)，最終確定出了如下的方案：從減少連接插針的受力方面及易于插針與插孔的對接兩個方面著手進(jìn)行了改進(jìn)。此種定位銷式連接插頭采納后，我們對此進(jìn)行了地面試驗(yàn)，下井試驗(yàn)以及多次實(shí)際測井使用，現(xiàn)場反應(yīng)的情況是良好的，不但沒有發(fā)現(xiàn)問題，還為工作帶來了很大的便利，更易于儀器的連接，儀器插針不再出現(xiàn)扭曲等等。此項建議十分適合在GYRO型測斜儀器中推廣使用。

3.儀器在采油廠開發(fā)中的實(shí)際應(yīng)用

由于陀螺儀采用石英伺服重力加速度計和單片機(jī)技術(shù)，在測量中提高了測量小斜度方位的精度，也提高了測量的可靠性。

GYRO 型陀螺儀，在現(xiàn)場應(yīng)用中證明了儀器的可靠性和資料的可信性，而且在資料的應(yīng)用上通過采集的“三圖一表”進(jìn)行資料解釋，即直觀又準(zhǔn)確。對老井井斜數(shù)據(jù)校正、井網(wǎng)歸位等方面有很好的實(shí)際效果，對于油田開發(fā)后期，為套管大修提供數(shù)據(jù)，為研究套管損壞機(jī)理提供可靠的資料，尤其在叢式井、老井的井跡測量中，GYRO型陀螺測井是必需的儀器。

4.經(jīng)濟(jì)效益

GYRO 型陀螺儀接頭改進(jìn)后實(shí)施陀螺測井的工作任務(wù)，全部快速完成對接，提高了現(xiàn)場施工的工作效率及工作質(zhì)量。該儀器技改后簡便易行，適合在監(jiān)測系統(tǒng)推廣。

4.1經(jīng)濟(jì)效益

（1）新接頭加工成本2000元。

（2）原接頭每季更換一個2000元。

（3）年經(jīng)濟(jì)效益：2000*4-2000=6000元。

4.2社會效益

有效提高了測井成功率，為地質(zhì)部門提供準(zhǔn)確詳實(shí)的測井?dāng)?shù)據(jù)；降低了儀器故障率，減少了維修儀器帶來的怠工。

5.結(jié)論

自從改進(jìn)GYRO型陀螺測斜儀的連接接頭后，在現(xiàn)場對接簡便快速，方便施工，降低了儀器的故障率，同時提高了儀器的穩(wěn)定性能，提高了工作效率，又為現(xiàn)場創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

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