[发明专利]一种水平主地应力方向随钻测量自转角检测装置及方法

权利要求书

1.一种水平主地应力方向随钻测量系统的自转角检测装置，其特征在于，包括：

无磁钻铤本体，其两端分别连接MWD通讯测量短节和井下钻具，所述无磁钻铤本体侧壁上设置主控电路；

自转角检测电路，安装于无磁钻铤本体侧壁上，具体包括：

磁传感器，数量为三个以上，分布于X、Y、Z方向上，且依次通过放大滤波器和AD转换器与控制器连接；

重力加速度计，数量为三个以上，分布于X、Y、Z方向上，且依次通过放大滤波器和AD转换器与控制器连接；

所述主控电路与自转角检测电路连接以读取自转角检测电路值；所述主控电路与信号激励电路连接，单向通讯，发送控制指令；所述主控电路与回波采集与存储电路连接，单向通讯，发送控制指令；所述主控电路与数据处理与存储电路连接，双向通讯，发送控制指令，读取数据；主控电路与MWD连接，双向通讯，读取、上传信息；

主控电路接收到地面下传的启动指令后，开始进入工作状态；

当自转角检测电路测得仪器工具面角为0°时，主控电路向信号激励电路发送启动指令，启动计数器N＝1，同时主控电路向回波采集与存储电路发送开始采集指令；

信号激励电路向超声波换能器发射高瞬时功率脉冲信号，回波采集与存储电路采集得到各换能器所在方位的回波信号数据并存储；

每当自转角检测电路测得仪器工具面角到达测量角度时，主控电路再次向信号激励电路发送启动指令，同时主控电路向回波采集与存储电路发送开始采集指令，计数器N＝N+1；信号激励电路再次向各超声波换能器发射高瞬时功率脉冲信号，回波采集与存储电路采集回波信号数据并存储。

2.根据权利要求1所述的一种水平主地应力方向随钻测量系统的自转角检测装置，其特征在于，所述磁传感器将地球磁场转换为电信号，然后经过放大滤波处理，送入A/D转换器进行模数转换，并将模数转换结果送入处理器，计算得到三轴磁力计数据Hx、Hy和Hz和瞬态磁工具面角tMroll；瞬态磁工具面角数据tMroll存入瞬态磁工具面角数据FIFO队列，并根据磁工具面角数据FIFO队列的误差实时判断此时的钻铤状态：是旋转还是不旋转，并且计算出钻铤旋转的速度。

3.根据权利要求1所述的一种水平主地应力方向随钻测量系统的自转角检测装置，其特征在于，所述重力加速度计将加速度信息转换为电信号，该电信号经过放大滤波电路，送入模数转换器进行A/D转换，然后在处理器中进行数字滤波处理，得到瞬时三轴重力加速度数据tGx，tGy和tGz，以及瞬态倾斜角tInc和瞬态工具面角tRoll，并存入各自的FIFO队列，计算出实时三轴重力加速度Gx，Gy，Gz及其误差；根据Gx，Gy，Gz的误差判断此时的钻铤状态：是滑动还是不滑动。

4.根据权利要求1所述的一种水平主地应力方向随钻测量系统的自转角检测装置，其特征在于，所述控制器在钻铤状态为不转动并且不滑动时计算得到具有最小误差的实时磁工具面角和具有最小误差的重力工具面角，进而计算得到静态时磁工具面角和重力工具面角的角差K。

5.根据权利要求1所述的一种水平主地应力方向随钻测量系统的自转角检测装置，其特征在于，所述控制器在钻铤状态为转动或滑动时，通过磁传感器实时检测地球磁场，结合静态时磁工具面角和重力工具面角的角差K，计算出实时重力工具面角为Roll，从而实时确定各个声波换能器在空间的具体位置。