[发明专利]一种超小口径三分量MEMS井中重力测量装置和系统

说明书

本发明公开了一种超小口径三分量MEMS井中重力测量装置和系统，属于地球物理勘探技术领域，所述装置包括：正交堆叠放置的三个独立的MEMS重力探头；各个MEMS重力探头从内至外依次包括：MEMS传感器(13)，用于进行重力测量；恒温恒压机构(12)，用于为MEMS传感器(13)提供恒温恒压环境；伺服调平机构(11)，用于控制MEMS传感器(13)的指向，以使MEMS传感器(13)在指向准确的情况下进行井下重力探测获取重力信号。本发明通过正交垂向堆叠放置的三个独立的MEMS重力探头设计出超小口径三分量MEMS井中重力测量装置和系统，能够适用于外口径小于50mm井眼且低成本地实现重力探测；还能够在50mm外径范围内增加MEMS传感器(13)的尺寸，以提高MEMS重力探头的测量精度。

技术领域

本发明属于地球物理勘探技术领域，更具体地，涉及一种超小口径三分量MEMS井中重力测量装置和系统。

背景技术

井中重力测量是在重力勘探中将重力仪放入钻孔中测定垂向重力变化的方法，它是一种无源的密度测井方法。不同于传统的地面重力测量，由于测井环境中钻孔孔径小、深度大且充有钻井液，重力仪必须直径小、耐高温高压、能自动调平和读数。

对井中重力测量及数据处理的研究始于上世纪五十年代，并于上世纪六十年代被应用于储层的预测与评价。自上世纪60年代起美国、苏联等国家开始研制井中重力仪，但直到1972年才由壳牌石油公司、埃索(Esso) 生产公司和拉克斯特-隆贝格(LaCosteRomberg)公司制成满足实际应用的仪器。其中LaCosteRomberg仪器为零长弹簧型，属于一种小型化、强阻尼的重力仪，其精度达到16μGal，内部恒温38.3℃，能够在井斜6.5°的钻孔中正常工作。埃索仪器为振弦式重力仪，其重复性与稳定性较 LaCosteRomberg仪器更差，但是造价成本仅为LaCosteRomberg仪器的四分之一。苏联于1958年首次进行井中重力测量，使用由苏联地球物理所设计制造的TCK-175石英型重力仪，并于1964年开始使用其改进型 TCK-130。该型号采用钻杆或测井绞车电缆下井，外径为130mm，精度为 400-500μGal。尽管有着不错的稳定性，但是与LaCosteRomberg仪器相比，精度上相差一个数量级。第一代井中重力仪由于外径较大、仅能在竖直井中工作，因此仅被广泛用于油井勘探。随着电子测量技术和遥测技术的进步，第二代井中重力仪于20世纪末投入使用。重力探头为地面重力测量广泛采用的熔融石英和金属零长弹簧。目前最为先进的产品为LaCoste Romberg-Scintrex(LRS)公司针对细井的Gravilog石英弹簧井中重力仪和针对高温高压环境的Bluecap金属零长弹簧井中重力仪，分辨率为1μGal，重复精度高达7μGal。其中Bluecap仪器的直径仅为60.3mm，可以在井斜95°的钻孔中正常使用，且能在150℃高温和103MPa的高压下连续工作30小时以上。

一般来讲，井中重力仪与陆地重力仪的重力传感部分在原理结构上并没有根本区别，均属于相对重力仪。但是由于恶劣的井下环境，井中重力仪需要克服极端的温度、震动、压力等环境扰动。为了使地质勘探向深部资源开采发展，更小口径的井下仪器成为迫切需求，传统的井中重力仪不仅价格昂贵，且无法满足针对深部矿藏开采对于小口径井眼的尺寸需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种超小口径三分量MEMS井中重力测量装置和系统，其目的在于通过三个独立且正交堆叠的MEMS重力探头设计三分量MEMS井中重力测量装置和系统，适用于超小口径的井眼，且能够低成本地实现重力探测，由此解决现有技术的井中重力仪不仅价格昂贵，且无法满足针对深部矿藏开采对于小口径井眼的尺寸需求的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种超小口径三分量MEMS井中重力测量装置，包括：

正交堆叠放置的三个独立的MEMS重力探头；各个所述MEMS重力探头从内至外依次包括：

MEMS传感器，用于进行重力测量；