陀螺测斜仪技术.pptx

北京三孚莱石油科技有限公司主要内容陀螺测斜仪的国内外应用陀螺测斜仪的组成结构三只石英挠性加速度表敏感轴（输入轴）组成的正交坐标系O-XaYaZa同探头坐标O-XYZ对准。挠性陀螺敏感轴Xg,Yg分别同探头坐标系X,Y轴对准，转子轴Zg同探头纵轴Z对准。石英挠性加速度表和挠性陀螺仪的输出信息经电缆传送到地面计算机用以计算机井眼的方位角、倾斜角和工具面角。并利用缆绳长度计算油井的地理坐标。电路板上装有加速度表，陀螺仪的力矩反馈电路和数据采集电路。利用仪器上装置的惯性仪表（陀螺仪和加速度表）测量测点的地球自转角度速度和重力加速度分量，计算出测点井斜及方位角，同时给出测点的地理位置坐标。陀螺测斜仪测角原理及算法姿态角定义方位角A：探头纵轴Z在水平面NOE上的投影与北向N的夹角；倾斜角I：探头纵轴Z与地垂线D的夹角;工具面角T:探头绕纵轴Z的转角。探头姿态角算法在测量过程中，探头坐标系O-XYZ和地理坐标O-NED的几何关系如下图所示，其方向余弦矩阵为：由（1）式个元素的表达式可知井眼坐标计算挠性速率陀螺仪具有高速旋转的转子和二个框架组成框架陀螺仪称为自由陀螺，其基本功能是指示载体运动角度和方位。挠性陀螺仪的基本特性定轴性：当陀螺转子高速旋转，具有较大动量矩H时，如果转子不复外力矩的作用，转子轴相对惯性空间不变。进动性：外力矩沿内框轴作用，转子轴绕外框轴转动。若外力矩沿外框轴的作用，转子轴则绕内框轴转动。章动性：当转子受到冲击力矩作用时，转子轴则绕其方向作较高频率的圆锥形摆动，称为章动运动。摆动角速度ωn=H/JeJe：转子赤道方向转动变量挠性陀螺仪的功能挠性陀螺仪的功能测量载体相对惯性空间的运动角速度。挠性陀螺基本结构为了提高陀螺仪的精度可靠性，科学技术，发明了各式各样陀螺仪。其中由于挠性陀螺体积小，性能可靠、精度较高具价格适中，在油井测量中得到了广泛的应用。其基本结构见下图：挠性陀螺结构特点它有一个结构特殊的“挠性接头”。高速转动的转子同驱动电机轴不是刚性连接，而是通过“挠性接头”连接。挠性接头代替了框架，用来支撑转子。由于载体角运动便挠性接头变形，挠性接头将产生正弹性力矩，同时由于接头部件的旋转、摆动同时将产生方向相反的负弹性力矩。如果仪表设计、调正确，使正弹性力矩和负弹性力矩大子相等，方向相反，则轴作用在转子上的约束力矩为零，即达到了“动力调谐”。这时，转子称为无约束的自由转子。转子不复基座运动约束而保持轴性。而能测量载体的角运动，指示方位。挠性陀螺主要组成部件挠性陀螺力反馈电路挠性陀螺力矩反馈控制电路实际应用中，挠性陀螺必须同伺服控制电路一起构成闭路系统称该伺服控制电路为力矩反馈控制回路。力矩反馈控制回路结构如下图：力矩反馈控制回路工作过程：载体转动某一小角度Δα（角增量）转子偏离其零位角传感器输出电压信号UαUα经放大、滤波、校正产生相应控制电流IαIα送入陀螺力矩器产生反馈力矩MCMC作用于转子使转子进动回到零位Iα同角增量Δx成比例，对Ic采样、积分，即可得到载体角运动信息。陀螺电源电路框图为了获得较高的测量精度，必须保证交流信号的频率稳定性、幅值稳定性、相位稳定性均达到较高的水平。在陀螺测斜仪探管中，像力反馈电路一样，该电路已经集成为一块厚模电路，使用中只需正确接线即可。其主要技术参数如下：输入电压±15V输出电压19V输出功率≥3W频率510Hz相位差1200信号器是陀螺测量的基准电源，供给陀螺传感器，同时也是力反馈电路的解调基准源。陀螺测斜仪对信号源的要求：正弦波失真小，频率稳定，输出电压稳定。其原理框图如图：工作原理当沿x轴有加速度ax有惯性力：F=max作用在偏心质量m上F相对输出轴y产生力矩MaMa=lmaxMa使输出轴y转动，同时并输出轴连接的弹簧，产生弹性力矩Mc使定弹性并输出轴转角θ成比例，c为比例系数，Mc=cθ力矩平衡时，转轴停止转动，此时Ma=Mc，由此可知：Cθ=lmaxθ=lm/cax=kaxk=lm/c-比例系数石英挠性加速度表功能测量载体相对惯性空间的线加速度石英加速度表原理结构及主要部件石英挠性加速度表结构特点石英挠性加速度表是摆动加速度表，偏心质量为石英晶体偏心质量不是通过转轴和轴承安装在壳体上挠性支撑是经过特加工的石英晶体同挠性陀螺一样，须力反馈电子线路构成闭路系统石英挠性加速度表体积小、重量轻、精度高、广泛应用于航天、航空武器系统和民用领域。地面主机电源部分为陀螺测斜仪系统各部分提供所需的电源。主要包括：多路稳定电源为地面仪器提供±5V，±15V稳压电源，供接收、解调、接口、单片机部分供电以及输出显示部分供电；恒流源为井下仪器探管部分提供稳定电流，其输出电压跟踪范围为0～85V，保证满足一般测井电缆为井下仪器供电的要求。对于小陀螺恒流电源输出调整在165mA。信号接收部分将由井下仪