[发明专利]一种陀螺测斜仪全方位连续测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油测井、地质勘探方法，尤其涉及一种陀螺测斜仪全方位连续测量方法。

背景技术

目前，在石油测井施工使用的测斜仪主要是磁通门式的测斜仪。它采用三轴正交角速度计测量地球重力加速度，三轴正交磁通门测量地磁场矢量。虽然这种测斜仪传感器性能可靠，但要求磁通门周围不能有任何铁磁物质。而老井有套管，无法给测斜仪提供良好的无磁环境，因此利用磁通门测量老井的井眼轨迹无法实现。

采用机械框架结构的陀螺测斜仪利用悬挂的悬锤提供垂直基准，当井轴倾斜时悬锤与井轴夹角即为倾斜角。其在测量前要求进行初始对准，在测量时偏心活动框架平面要跟踪倾斜方位角，因此框架平面会转动而陀螺将保持原方向不变，此时框架与陀螺的相对转角就是要求的方位角。而由于这种测量方法全是由机械结构采用机电式测量，其精度必将受到机械构件运动精度的极大限制；同时井眼的方位角的精度受到了井斜角的限制，只有当井斜角大于一定角度(一般＞5°)时，才能保证方位角的精度。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种利用数学平台来实现全方位测量，不受任何角度上的限制，并能够保证测量精度，大大缩短测量时间的陀螺测斜仪全方位测量方法。

本发明提供的一种陀螺测斜仪全方位连续测量方法，该方法包括如下步骤：

(1)、将装有两个双自由度挠性陀螺和三个石英加速度计的陀螺测斜仪固定在载体上，并随载体伸入井眼内；

(2)建立仪器坐标系OX_bOY_bOZ_b和地理坐标系OX_iY_iZ_i：

在陀螺测斜仪上建立仪器坐标系OX_bOY_bOZ_b，纵轴OZ_b为仪器探管轴向，指向探管上端；OX_b和OY_b在水平平面内，其中OX_b轴指向仪器的前端，OY_b指向仪器左端；仪器坐标系OX_bOY_bOZ_b为符合右手定则的正交坐标系；

地理坐标系OX_iY_iZ_i中，OX_i指向惯性真北，OY_i指向惯性真西，OZ_i为地垂线指向天，地理坐标系OX_iY_iZ_i为符合右手定则的正交坐标系；

(3)定义井斜角I、方位角A和工具面角T：

井斜角I是仪器坐标系OZ_b轴与地理坐标系OZ_i轴之间的夹角；

方位角A是探管轴向OZ_b轴和地理坐标系OZ_i所在平面OZ_bZ_i与地理坐标系指北轴OX_i和OZ_i轴所在平面OX_iZ_i之间的夹角，顺时针，从北向东转角为正；

工具面角T是探管以OZ_b为轴，顺时针自旋转，从探管轴线OZ_b轴所在的地垂平面OZ_bZ_i转到由仪器坐标系OZ_b轴和OX_b轴所在的平面OX_bZ_b之间的夹角，顺时针为正；

(4)将测斜仪的仪器坐标系OX_bOY_bOZ_b看作地理坐标系OX_iY_iZ_i经过三次坐标旋转得到：

第一次旋转是以OZ_i为旋转轴，将OX_i轴顺时针向东转动一个方位角A，转动后的坐标系为OX₁Y₁Z₁，OZ₁轴与OZ_i轴重合；