[实用新型]一种旋转状态下测量钻具角度位置的磁栅单元盘、磁栅码盘及装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油钻井和测井测量装置领域，特别是涉及到旋转导向钻井技术、地质导向钻井技术、随钻成像测井技术，具体地讲是一种用于井下动态测量旋转钻具角度位置的旋转状态下测量钻具角度位置的磁栅单元盘、磁栅码盘及装置。

背景技术

在定向井、水平井的钻井过程中，需要实时测量井下工具或仪器的基准线或基准面所在的角度，即工具面或工具面角。它有两种表示方法：重力工具面和磁工具面。重力工具面是沿井眼向下看时,由重力矢量所确定的高边和加速度计X轴之间的夹角；磁工具面角为以正北方向线为始边，顺时针转到工具面与井底圆平面的交线在水平面上的投影线所转过的角度。当井斜较小时，重力工具面无法准确测出，工具面通常以磁工具面表示，当井斜超过一定角度时，工具面通常以重力工具面表示。

无论是随钻测量（MWD）、旋转导向、随钻测井或地质导向工具、仪器，都需要准确测量工具面以及各自系统内井下传感器与工具面的偏移角。例如，MWD仪器通过测量工具面，为定向工程师提供井眼轨迹控制信息；旋转导向系统为了使钻头沿预定的轨迹钻进，需要使导向机构向预定的角度方向造斜；随钻成像测井或具有方位探测能力的随钻测井及地质导向仪器则需要将测量信息与工具面关联，得到井眼周向某一角度方位的测量结果，以实现井眼成像或方位扇区扫描。

目前，公知的测量钻具角度位置或工具面的方法有。当随钻仪器或工具不旋转时，工具面可以利用加速度计传感器和磁通门传感器测量得到。但是当随钻仪器或工具处于旋转状态时，由于加速度计受到振动以及旋转离心力的影响，这种静态测量的精度受到严重影响，即使从理论上讲，可以对加速度计的输出进行离心加速度修正，但要准确测出离心加速度又存在很大困难，而且修正方法的复杂性也影响测量的实时性，不适于旋转导向、随钻方位测井等实时性要求高的仪器或工具。

由于振动、旋转对磁通门传感器的输出几乎没有影响，为解决井下振动及工具仪器旋转时离心加速度的影响，又出现了另一种测量方法。该方法认为，在井斜、方位、地磁倾角一定的情况下，重力工具面与磁工具面存在基本固定的关系，因此，当工具或仪器静止时，利用加速度计和磁通门传感器，测量得到重力工具面与磁工具面的偏差角，当工具或仪器旋转时，由磁通门传感器测量得到磁工具面，加上偏差角之后，即得到重力工具面。由于重力工具面与磁工具面的偏差角受井斜、方位、地磁倾角等因素的影响，当其中某一因素发生变化时，两者之间的关系也会变化，因此要实现准确的测量，必须经常性地进行静态测量，得到重力工具面与磁工具面的偏差角，这无疑会影响钻井的速度，而且测量参数的增多也增加了系统的复杂度。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种在井下工具旋转状态下进行角度的精确测量的旋转状态下测量钻具角度位置的磁栅单元盘、磁栅码盘及装置。

本实用新型的技术方案包括：

首先是一种旋转状态下测量钻具角度位置的磁栅单元盘。该磁栅单元盘具有两个平行的端面的基片材料，并在两个平行端面开设两条相互垂直的走线槽，两条走线槽内分别镶嵌一条磁敏元件；磁栅单元盘的基片材料为具有一定强度的非导磁材料，包括铝合金或玻璃钢；磁敏元件是具有巨磁阻抗效应的软磁材料，包括Co基非晶丝。

上述的旋转状态下测量钻具角度位置的磁栅单元盘端面呈圆形、正方形、长方形、或其它形状。

其次是利用前述述的旋转状态下测量钻具角度位置的磁栅单元盘的旋转状态下测量钻具角度位置的磁栅码盘。该磁栅码盘由多个磁栅单元盘叠加而成，所有磁栅单元盘内的磁敏元件在圆周方向均匀分布，所有磁栅单元盘的中心保持在同一轴线上。

上述旋转状态下测量钻具角度位置的磁栅码盘还包括：相邻两个磁栅单元盘之间有非导磁材料制成的隔离件，彼此用胶粘接在一起，然后装入码盘骨架上，并将所有磁敏元件的引出线引出至码盘骨架外，然后将码盘骨架内部用胶灌封。

上述旋转状态下测量钻具角度位置的磁栅码盘进一步包括，第一个磁栅单元盘正面磁敏元件对应的位置刻有一个码盘0°标志。

最后是一种利用前述的旋转状态下测量钻具角度位置的磁栅码盘的旋转状态下测量钻具角度位置的装置，其技术方案是，磁栅码盘中的所有磁敏元件引出线连接到磁栅测量电路，磁栅测量电路包括激励电路、信号调理电路、过零比较器、倍频电路、脉冲合成电路、计数器、方向判别电路、微控制器、存储器、通讯接口和电源电路；其中，信号调理电路包括检波器、滤波器和放大器，激励电路包括采用分立元件组成的振荡器或集成门电路振荡器、有源晶振、DDS频率合成器，微控制器包括单片机或DSP机。