[实用新型]一种三分量重力仪探头及井中重力仪系统

说明书

本实用新型公开了一种三分量重力仪探头及井中重力仪系统，三分量重力仪探头包括结构相同的X轴重力测量模块、Y轴重力测量模块和Z轴重力测量模块；各单轴重力测量模块包括单轴重力加速度传感器、信号处理电路和电子元器件；各单轴重力加速度传感器包括重力敏感单元和位移传感组件；各轴重力敏感单元用于实现测量重力沿各轴方向的加速度，包括X轴方向、Y轴方向及Z轴方向三个方向；重力敏感单元包括弹性结构、检验质量块及支撑体，检验质量块位于支撑体内部，检验质量块通过弹性结构与支撑体连接；各轴重力敏感单元中的弹性结构的位移移动方向同个轴方向相同，本实用新型通过三个方向的重力测量模块，能够实现井中的三分量重力测量。

技术领域

本实用新型属于精密仪器领域，更具体地，涉及一种三分量重力仪探头及井中重力仪系统。

背景技术

地下重力测量是指在钻井、竖井中垂直地进行重力测量，以及在矿区的不同平巷中水平或者垂直地进行的重力测量。在钻井和竖井中的重力测量研究重力垂直分量随深度的变化，该变化是由地下密度不均匀体的垂向和横向位置的变化所引起的。坑道中的重力测量原理与地面重力测量相类似，可提供坑道附近横向密度变化的资料。在尺寸较大的竖井或者坑道中进行地下重力测量时，可采用常规的地面重力仪；而钻井中的地下重力测量则必须采用井中重力仪。

目前国外井中重力仪主要有ESSO公司井中重力仪、苏联地球物理所TCK--130井中重力仪、L&R公司井中重力仪，国内很少有单位研制井中重力仪。以L&R公司井中重力仪为代表，它的整个仪器的核心元件即重力传感器通过绝热、恒温、防磁屏蔽以及补偿大气压力变化等措施予以保护，并有电动机驱动的万向架式调平系统来完成在井下对重力传感器的实时调平。仪器的最小直径为100mm，可在井斜14°，环境温度为200℃，及环境压力为172MPa的高压下连续工作30小时，重力测量精度为3μGal。在3米的垂直间隔内相应的密度测量精度为0.01g/cm³，可用于陆上及海洋的钻井重力测量。

井中重力测量通过在井中一系列根据测井图选定的测点停放井中重力仪及读数来进行。测出一系列的重力垂直变化Δg及相应的深度差Δz，就可以根据公式计算出岩层的密度σ为：

G为万有引力常数，F为自由空气梯度，c为校正值之和。井中垂直重力测量得到的密度能够达到0.01g/cm³的精度。

目前，商用的井中重力仪已经被广泛应用在储集层评价，确定孔隙沉积；盆地密度规律研究，精确估计井中地层密度；油气勘探开发，确定天然气饱和带，发现含油气层位及远处孔隙带；对抽油引起的钻井变化进行监测等领域。商用井中重力仪也优化到了较高的精度，例如LRS公司的Gravilog类似CG5石英型井中重力仪分辨率达到1μGal，重复性达到7μGal，耐温达70℃。ESSO公司研制的第一台井中重力仪是振弦型的，基本元件是一根细钨丝悬挂一个铂块，通过电子系统施加激励，并通过监测因重力变化而引起的振弦系统频率变化，从而获取相对重力值。该仪器外径为102mm，恒温温度保持在125℃，可以在偏离铅直方向4°左右正常工作，每次读数约为5分钟，同一测点经多次读数可达精度约为10μGal。但是目前已有的井中重力仪的测量精确度、稳定度、尺寸等仍然达不到钻井和竖井中的需求。且现有的井中重力仪仅能实现标量重力测量，无法实现矢量重力测量。矢量重力测量能测定整个重力扰动矢量，即扰动引力的三个分量，可以获得更为详细的重力异常信息，较标量重力测量有明显优势。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种井中重力仪及集成系统，其目的在于在有限的体积内实现三分量重力测量，由此解决目前现有的井中重力仪因敏感单元尺寸过大无法实现矢量重力测量的技术问题。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种井中重力仪，包括：