[发明专利]用于井下测量工具的传感器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于井下测量的传感器装置，还涉及一种包含这种传感器装置的井下测量工具。本发明还涉及一种进行井下测量操作的方法。

背景技术

对背景技术的以下描述仅仅是为了便于理解本发明，并不是承认其涉及到的材料是在本申请的优先权日之前的公知常识。

在井眼钻孔操作中，需要测量井眼的路径，以确定轨迹是否保持在可接受的范围内。井眼的测量通常使用测量工具来实现，该测量工具沿着井眼移动，以获得需要的信息或者至少获得可以用以确定需要的信息的数据。与井眼的路径相关的数据通常包括倾斜度、方位角和深度。

测量工具通常包括用于测量本地重力场的方向和大小以及地球的转速的传感器装置。这些测量与测量工具在井眼中的位置和方向相对应。位置、倾斜度和/或方位角可以根据这些测量计算。

这些传感器装置可以包括用于测量本地重力场的方向和大小的加速计以及用于测量地球的转速的陀螺仪，根据这些测量可以计算出方位角。

商用陀螺仪带有会严重影响测量准确度的系统误差。

为了消除或者至少减小系统误差，已知一种方法是，在两个转位位置之间180度转动陀螺仪，并在这两个转位位置进行测量。因为两个转位位置180度分离，所以测量是相反的，也就是说，该测量可以提供极性相反的相同数据。这样的测量方式下，系统误差可以消除或者减小。

商用加速计也带有可以以相同方式处理的系统误差。

为了在不同转位位置之间使转位传感器装置，比如陀螺仪和/或加速计转位，需要在测量工具上设置转位机构。

还需要给所述传感器装置定位，以使两个正交的量测轴位于一个选定平面内，该选定平面通常是水平的。

转位定位所述传感器装置的需求可能增加测量工具的成本和复杂性，并且，在需要结构紧凑的测量工具的情况下，转动定位尤其困难。

本发明试图提供一种包括陀螺仪和加速计的装置，该陀螺仪和加速计可以同时定向和转位。

发明内容

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种传感器装置，包括连接在一起且可一起绕轴旋转的陀螺仪和加速计，所述轴垂直于所述陀螺仪的两个量测轴和所述加速计的两个量测轴。

所述传感器装置可以包括一个两轴陀螺仪和一个两轴加速计，所述两轴陀螺仪和所述两轴加速计的各个量测轴与所述转位轴垂直。

根据本发明的第二方面，本发明提供了一种井下测量工具，该工具包括本发明第一方面中的传感器装置。

根据本发明的第三方面，本发明提供了一种井下测量工具，该工具包括：

可绕一转位轴旋转的传感器装置；

底座；

用于支撑所述传感器装置绕所述转位轴旋转的支架，所述支架包括设于所述底座上的可绕俯仰轴旋转的旋转座，所述俯仰轴垂直于所述转位轴；

用于选择性地绕所述俯仰轴转动所述旋转座的俯仰驱动机构；

用于使所述传感器装置绕所述转位轴转位的转位驱动机构，

所述传感器装置包括连接在一起且可一起旋转的陀螺仪和加速计，所述转位轴垂直于所述陀螺仪的两个量测轴和所述加速计的两个量测轴。

所述转位驱动机构可以包括驱动部和被驱动部，所述驱动部设于所述底座上，所述被驱动部设于所述旋转座上并与所述传感器装置传动连接，当所述旋转座绕所述俯仰轴旋转时，所述被驱动部可被移动到与所述驱动部接合和脱离接合，当所述被驱动部与所述驱动部接合时，所述被驱动部能够受所述驱动部驱动，进而带动所述传感器装置绕所述转位轴转位。

根据本发明的第四方面，本发明提供了一种使用本发明第二或第三方面提供的井下测量工具，进行井下测量操作的方法。

根据本发明的第五方面，本发明提供了一种进行井下测量操作的方法，该方法包括：

将测量工具定位在井眼内的选定位置，所述测量工具包括传感器装置，所述传感器装置包括至少两个量测轴；

定向所述传感器装置，使得所述两个量测轴位于一个选定平面；

从位于所述选定位置的所述传感器装置获得测量结果；

将所述传感器装置移动到转位位置，在所述转位位置，所述传感器装置绕垂直于所述两个量测轴的转位轴转位；

将被转位的所述传感器装置恢复至所述两个量测轴位于所述选定平面的位置；以及

从位于所述选定位置的所述传感器装置获得另一测量结果。

所述方法还可以包括：

继续将所述测量工具定位在所述井眼内的一个或多个另外的选定位置；