[发明专利]一种用于石油测斜仪器的光纤陀螺IMU组合体

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于石油测斜仪器的光纤陀螺IMU组合体，是利用骨架决定了安装在其上的石油测斜仪所需零件的坐标关系。

背景技术

测斜仪是油井井眼轨迹的主要测量工具，传统的测斜仪主要采用机械陀螺作为角速度传感器测量井斜及方位角、采用加速度计（即加表组件）采集相对惯性空间的信息。随着技术的进步，光纤陀螺型石油测斜仪的研制和应用日益广泛。光纤陀螺技术应用于石油测斜领域，需要重点解决的问题是：

（1）尺寸限制。测斜仪通常为筒形结构，光纤陀螺（即敏感环组件）和加表组件在测斜仪内部的布局既要保证与IMU基准坐标系O-XYZ正交的一致，又要适应测斜仪轴向/径向尺寸比极大的结构特点。

（2）复杂的强磁场应用环境。井下作业的地磁环境复杂，测斜仪必须有相应的抗地磁干扰措施。

（3）长时间高温工作。测斜仪在井下工作时的温度相对较高，测试时间长，要保证IMU单元具有较好的温度适应性，结构设计必须要有与之适应的措施。

（4）坐标基准传递。特殊的应用环境决定了测斜仪必须采用多层嵌套和分段连接的内部结构，做为核心器件的IMU单元，其坐标基准必须能从测斜仪的内层有效传递到仪器的外部。

目前已开发的光纤陀螺石油测斜仪，其IMU组合体存在的主要问题是：（1）不能实现模块化设计，结构复杂、装配工艺性差。（2）不能实现有效的内部热均衡，温度性能不佳。（3）磁屏蔽效果不好，或者磁屏蔽的结构复杂、加工、装配困难。光纤陀螺技术在油井测斜领域的应用，必须考虑上述行业背景和行业应用的特殊性。石油测斜仪用光纤陀螺IMU骨架的结构设计应兼顾IMU单元的技术要求和测斜仪的特点。IMU，Inertial measurement unit，惯性测量单元。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于石油测斜仪的光纤陀螺IMU组合体，该IMU组合体包括了IMU骨架、磁屏蔽圆筒外套、光纤陀螺敏感环模块、数据处理电路模块、光源组件模块和加速度计模块。该IMU组合体实现了模块化的设计，各组件可以单独装配后再安装到IMU骨架上，装配过程简单、可维护性好。双重磁屏蔽防护设计、组件的交叉空间布局和安装凸台设计，保证了IMU组合在复杂井下环境中具备良好的环境适应性和温度性能。所述IMU骨架采用一体成型技术制造，空间呈筒形与框架组合的结构布局，这样的结构布局有利于实现石油测斜仪用IMU骨架的组件化、模块化设计；也使得IMU组合体上的各部件之间的空间交叉布局和光纤走纤通道的合理布局。本发明设计的骨架重量轻、强度高、易于加工和零件装配，能满足井下应用的温度适应性要求。结合安装在外部的磁屏蔽圆筒外套，对井下的复杂地磁条件具有较强的环境适应性。其中，用于石油测斜仪的光纤陀螺敏感环装置适应石油测斜仪应用的要求，结构简单、装配方便，具有磁屏蔽能力和一定的密封性，在批量生产时有利于实现性能的一致性。

其中，用于石油测斜仪器的光纤陀螺IMU骨架包括有Z轴向腔体（1）、X轴向腔体（2）、Y轴向腔体（3）、电路板安装腔体（4）、光源组件安装腔体（5）、加表组件安装腔体（6）和IMU坐标基准导出腔体（7）；

所述骨架在空间上呈圆筒与框架组合的结构布局，即Z轴向腔体（1）为圆筒形结构；X轴向腔体（2）为箱型框架结构；Y轴向腔体（3）为箱型框架结构；电路板安装腔体（4）为箱型框架结构；光源组件安装腔体（5）为箱型框架结构；加表组件安装腔体（6）为箱型框架结构；IMU坐标基准导出腔体（7）为圆筒形结构；

Z轴向腔体（1）的底部加工有第一安装凸台（11），所述第一安装凸台（11）上设有第一固定孔（12）；

Z轴向腔体（1）的第一外筒安装面板（14）上设有第二固定孔（13）、第三固定孔（15）、光纤导引槽（16）；所述光纤导引槽（16）的一端开口与腔体导通，所述光纤导引槽（16）的另一端开口与X轴向腔体（2）的第一走纤通道（23）连续；

X轴向腔体（2）上下为开放式的；X轴向腔体（2）的左侧板（2A）上设有矩形通孔（2C），左侧板（2A）的上端设有第一走纤通道（23），该第一走纤通道（23）与光纤导引槽（16）为连续结构；X轴向腔体（2）的右侧板（2B）的内侧壁上设有第二安装凸台（21），第二安装凸台（21）上开有第四固定孔（22）；