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1.光纖陀螺鉆孔測(cè)斜儀陀螺鉆孔測(cè)斜儀是一種不受地磁干擾和周圍境磁性影響的鉆孔軌跡測(cè)量?jī)x器，主要用于磁性礦區(qū)鉆孔、套管、鉆桿等進(jìn)行鉆孔軌跡測(cè)量，當(dāng)然也可在其他不受磁干擾的鉆孔中進(jìn)行軌跡測(cè)量
1.光纖陀螺鉆孔測(cè)斜儀
陀螺鉆孔測(cè)斜儀是一種不受地磁干擾和周圍境磁性影響的鉆孔軌跡測(cè)量?jī)x器，主要用于磁性礦區(qū)鉆孔、套管、鉆桿等進(jìn)行鉆孔軌跡測(cè)量，當(dāng)然也可在其他不受磁干擾的鉆孔中進(jìn)行軌跡測(cè)量。測(cè)井用陀螺儀較之航空器用陀螺儀，受其使用環(huán)境的影響具有以下特點(diǎn)。
◆ 體積要求嚴(yán)格，尤其直徑要小，要求形成儀器后適應(yīng)套管井井徑要求，甚至能在開天窗時(shí)從鉆桿投入；
◆ 較強(qiáng)的抗振性，測(cè)鉆開天窗或投入井底時(shí)，不會(huì)損壞陀螺本體;
◆ 寬溫要求，即儀器能在125°環(huán)境中正常工作至少2小時(shí)且在環(huán)境溫度-10-125°范圍內(nèi)儀器總體精度滿足設(shè)計(jì)要求。
陀螺儀從結(jié)構(gòu)和制造工藝上陀螺儀可以分為機(jī)械陀螺、光學(xué)陀螺、半導(dǎo)體陀螺。其中機(jī)械陀螺又有框架陀螺、動(dòng)力調(diào)諧陀螺、液浮速率積分陀螺、靜電陀螺。光學(xué)陀螺主要有激光和光纖陀螺2種。
綜合比較以上各種陀螺的特點(diǎn)，光纖陀螺在井下測(cè)斜方面具有的優(yōu)勢(shì)。光纖陀螺儀現(xiàn)代光纖陀螺儀是根據(jù)sagnac理論發(fā)展起來的。sagnac理論的要點(diǎn)是：當(dāng)光束在一個(gè)環(huán)形的通道中前進(jìn)時(shí)，如果環(huán)形通道本身具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，那么光線沿著通道轉(zhuǎn)動(dòng)的方向前進(jìn)所需要的時(shí)間要比沿著這個(gè)通道轉(zhuǎn)動(dòng)相反的方向前進(jìn)所需要的時(shí)間要多。也就是說當(dāng)光學(xué)環(huán)路轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在不同的前進(jìn)方向上，光學(xué)環(huán)路的光程相對(duì)于環(huán)路在靜止時(shí)的光程都會(huì)產(chǎn)生變化。利用這種光程的變化，如果使不同方向上前進(jìn)的光之間產(chǎn)生干涉來測(cè)量環(huán)路的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，這樣就可以制造出干涉式光纖陀螺儀。光纖陀螺儀的基本光學(xué)器件有光源、耦合器、起偏器，光纖線圈、檢測(cè)器等。光纖陀螺組件多為半導(dǎo)體器件，相互之間靠接插連接，并直接焊接在印刷電路板上。光纖陀螺使用在石油儀器上克服了機(jī)械式陀螺的幾乎所有缺點(diǎn)，諸如抗振性差、磁場(chǎng)變化、漂移力矩因素多、工作受環(huán)境溫度影響大等。光纖陀螺是十分適用于陀螺測(cè)斜儀的方位傳感器。 光纖陀螺的重要本體缺陷是組成器件造價(jià)昂貴，抗 高溫能力較差。且為了保證精度，采用越來越多的光纖 匝數(shù)，因而導(dǎo)致體積相對(duì)較大。解決的方法是通過外加裝高效保溫瓶，使光纖陀螺儀工作環(huán)境溫度保證在80°以下，這樣可以基本滿足4000米以內(nèi)井深的測(cè)量需求。對(duì)應(yīng)于油井井徑限制，通過改變光纖纏繞方式， 可以使其直徑得到有效縮小，滿足放置在鉆桿中的要求。由無錫慧聯(lián)科技有限公司和北京大學(xué)合作研制的AgileLight-IM系列光纖陀螺是專門為油井測(cè)斜所定制的光纖陀螺，該陀螺外徑只有32mm， 量程±4°，零偏0.5°/hr(熱平衡下0.2°/hr)， 比例因子0.000125， 帶寬10Hz。抗沖擊100g，使用溫度范圍-40°～+75，壽命55000小時(shí)，在運(yùn)輸和使用過程中對(duì)環(huán)境沒有特殊要求，非常適宜在測(cè)斜儀中使用。
測(cè)斜儀組成和原理測(cè)斜儀主要包括地面部分和井下部分，地面部分和井下部分通過測(cè)井電纜相連。測(cè)斜儀結(jié)構(gòu)圖地面部分地面部分主要包括信號(hào)接收和解碼電路、深度顯示、地面電源和計(jì)算機(jī)。信號(hào)接收和解碼電路的作用是接收從井下發(fā)送到地面的信號(hào)，解碼后再轉(zhuǎn)發(fā)到地面計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。深度顯示部分是接收絞車控制系統(tǒng)的光電脈沖信號(hào)，將其轉(zhuǎn)變成深度值并顯示。地面電源的功能是將交流電源轉(zhuǎn)變成直流電源，供井下傳感器和電路部分使用，與信號(hào)接收和解碼電路以及深度顯示等組裝在一起，成為地面控制箱。地面計(jì)算機(jī)的功能是根據(jù)井下發(fā)送到地面的陀螺和加速度計(jì)信號(hào)值，計(jì)算出儀器所在鉆孔位置的空間方位，即頂角、方位角和工具面角，同時(shí)通過其發(fā)出控制指令對(duì)井下儀器進(jìn)行不同的操作。井下部分井下部分包括光纖陀螺和加速度計(jì)傳感器組成的慣性體組件、電機(jī)、井下二次電源、數(shù)據(jù)采集及編碼電路和陀螺、加速度計(jì)二次電路等。
陀螺測(cè)斜儀是利用慣性導(dǎo)航技術(shù)來進(jìn)行鉆孔測(cè)量，它利用了慣性導(dǎo)航裝置自主性強(qiáng)、導(dǎo)航精度高、可靠性好的特點(diǎn)，采用光纖陀螺和加速度計(jì)傳感器組成的捷聯(lián)式尋北系統(tǒng)，通過陀螺測(cè)量出地球自轉(zhuǎn)角速率的分量、通過加速度計(jì)測(cè)量地球重力加速度分量，再通過相關(guān)公式計(jì)算出鉆孔頂角、方位角和工具面角。陀螺測(cè)斜儀具有以下特點(diǎn)：
◆ 漂移小、精度高、各測(cè)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)沒有關(guān)聯(lián)，消除了以往陀螺測(cè)斜儀的累計(jì)誤差，有效地提高 了鉆孔軌跡測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
◆ 工作過程自動(dòng)尋北，不需要地面初始定向，測(cè)量前后均無需校北，消除了人為誤差。
◆ 不受地質(zhì)和周圍環(huán)境影響，抗磁性干擾，可在鉆桿、磁性套管及磁性礦區(qū)使用。
光纖陀螺測(cè)斜儀克服了以往陀螺測(cè)斜儀的所有不足，山東盛和電子的系列光纖陀螺儀專門為測(cè)斜儀定制，性價(jià)比高，使用方便，質(zhì)量可靠，經(jīng)多家使用單位測(cè)試，性能要求，是廣大測(cè)斜儀廠家的理想選擇。
2.高精度雙軸傾角傳感器
鉆孔測(cè)斜儀是地球物理測(cè)井技術(shù)的重要組成部分。通用測(cè)斜儀采用重力加速度計(jì)來測(cè)量?jī)A角，其溫度性能、抗振動(dòng)能力差且價(jià)格高昂，無法滿足井下作業(yè)需要。山東盛和電子有限公司的高精度雙軸傾角傳感器，其體積小、抗跌落性和抗振動(dòng)性均優(yōu)于通用的重力加速度計(jì)。
山東盛和電子有限公司基于傾角傳感器的鉆孔測(cè)斜儀產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)如下：
◆ 采用傾角傳感器代替通用重力加速度計(jì)，其體積小，抗跌落性和抗振動(dòng)性及成本等指標(biāo)均有很大改進(jìn)。
◆ 用一個(gè)雙軸傾角傳感器代替通用的3個(gè)重力加速度計(jì)，使安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。
由于該傳感器測(cè)量?jī)A角時(shí)對(duì)溫度特性、穩(wěn)定性和對(duì)稱性有一定要求，安裝傳感器時(shí)要盡量保證位置的精確性，確保每次測(cè)量時(shí)3個(gè)軸位置的一致性，避免安裝不當(dāng)帶來的測(cè)量誤差。
◆ 傾角傳感器能夠進(jìn)行測(cè)量。
◆ 通過應(yīng)用實(shí)際測(cè)量得到的標(biāo)定數(shù)據(jù)對(duì)散點(diǎn)圖進(jìn)行分析，得出傾角推算值的回歸模型。借助提出的算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差補(bǔ)償。
光纖傾角傳感器性能指標(biāo)：
◆ 測(cè)量范圍為1 g，應(yīng)用在測(cè)斜儀中，具有過阻尼敏感元，能避免振動(dòng)的影響。通過使用單獨(dú)的溫度補(bǔ)償，以及通過補(bǔ)償傾斜面中的角度安裝誤差，能使測(cè)量非常準(zhǔn)確。
◆ 雙軸傾角傳感器；
◆ 測(cè)量范圍±90度；
◆ 內(nèi)置溫度傳感器；
◆ 長(zhǎng)期穩(wěn)定性能指標(biāo)優(yōu)于0.002度，抗沖擊能力強(qiáng)；
◆ 高分辨率，低噪聲，工作溫度范圍寬；
◆ 有過阻尼感應(yīng)元件，能夠承受大于20000g的機(jī)械振動(dòng)。
由于實(shí)測(cè)方法、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等一些外界因素的影響，不可避免地會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)干擾和誤差。在進(jìn)行補(bǔ)償函數(shù)的分析方法中，數(shù)據(jù)擬合與插值都是用來找出自變量與因變量的關(guān)系。其中插值對(duì)于初始數(shù)據(jù)有誤差時(shí)也將繼承其誤差并且高次插值會(huì)導(dǎo)致計(jì)算復(fù)雜度增大且整體趨勢(shì)性不好。而擬合具有很好的整體相似性，且比插值函數(shù)有更好的趨勢(shì)性。
對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合時(shí)，決定自變量與因變量的關(guān)系，原則上首先是根據(jù)理論上是什么關(guān)系，然后盡可能地將其變換為線性關(guān)系進(jìn)行擬合，因此自變量與因變量的確定對(duì)補(bǔ)償函數(shù)的精確度起著重要的作用。將雙軸傾角傳感器應(yīng)用在鉆孔測(cè)斜儀中測(cè)量?jī)A角，工程上要求誤差補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果應(yīng)保證傾角在±40度時(shí)使實(shí)際誤差盡可能小。
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