陀螺测斜仪简介

北极
南极
地球表面上磁场方向和当地径线方向的夹角分布情况
在东半球和我国的绝大部分地区磁偏角是负的
ΦN=ΦM + ( -D )
陀螺测斜仪简介
陀螺测斜仪简介
转子
框架
框架式陀螺元件测方位
框架陀螺元件组装结构图 三轴框架作为转子支 承，可以保证外力矩 不会传递到转子上， 转子轴向就可以总是 指向空间某固定方向
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框架式陀螺元件测方位
1.在地面先对准一个方向，再 启动陀螺
2.下井测量时，因钻孔方位变 化所转过的角度会被仪器测 量出来
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陀螺测斜仪分类（按陀螺元件分）
框架式陀螺测斜仪 微硅机械陀螺测斜仪 光纤陀螺测斜仪
动调陀螺测斜仪
陀螺测斜仪简介
其它还可以按测量方式和用途分陀螺测斜仪为：无缆陀 螺测斜仪、冻结孔陀螺测斜仪、水平孔陀螺测斜仪、全 向孔陀螺测斜仪等等
框架式陀螺元件
Z轴
X轴 Y轴
没有外力矩作用在陀螺转 子时，转子轴在惯性空间 中的取向会保持稳定不变
Ω数量级太小，要高精度陀螺元件才能敏
感到这个量及各分量 受孔径限制，元件难于制造
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Ω数量级小但是一稳定值，测斜过程中虽 然要花费一定时间，但测量结果可以做到 几乎没有漂移误差
利用测量地球自转角速度和在各方向的分量值，来确定钻孔方向 与地球自转角速度矢量间的关系，从而计算出钻孔的方位。从这种测 量方法就可以看出其自寻北陀螺测斜仪名称的含意。 自寻北的优点是不需要测前先对北，直接在测量点找出地球自转角速 度的方向即真北方向。采用自寻北技术是陀螺测斜仪的一大技术飞跃。 尽管自寻北陀螺测斜还有不少缺点，但它的优势非常明显，主要体现 在以下几个方面 1．自主找北，不需要事先对北，没有对北误差。 2．没有框架陀螺所需的三度平衡框架，可靠性高。 3．每个测量点寻北，不需要电子陀螺的积分测量环节，从而 没有随机漂移误差，方位测量结果是真北。
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陀螺测斜仪自寻北概念
通过测量地球自转角速度及其分量来确定北向方位的过 程称作自寻北过程 自寻北的优点是，每个测点上的方位测量都是独立的，测 量精度或误差与前面测点结果的误差无关，所以没有累积 误差。每次都直接寻找北极方向，所以也不会有与地球自
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转有关的漂移误差
自寻北陀螺测斜仪方位测量原理
仪器配套简单、轻便，可靠性高，测量精度高 及操作使用方便是这款仪器的最大优点
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无缆光纤陀螺测斜仪
测量指令和数据用 无线连接通信
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深度信号也是 无线连接
磁北和真北方位角的不同
由于两北极不重合，各地存 在磁偏角。磁北和真北方位 有差别，自寻北陀螺测斜仪 得到的方位是真北
陀螺测斜仪简介
和框架陀螺测斜仪一样测量的是相对方位sagnac效应闭环光纤陀螺元件closedloopfiberopticgyro可以测量地球自转角速度及其在钻孔倾斜方向的分量光纤陀螺测方位最新技术另一种可直接测量地球自转角速度的陀螺是动力调谐陀螺dynamicallytunedgyrodtg1技术很成熟已经完全国产化2不原框架式陀螺相比有以下特点机械寿命较长3000小时可靠性较高故障率小体积小便于安装使用目前已成功用在钻孔测斜仪中能敏感和测量地球自转角速度的陀螺元件只有光纤陀螺和动力调谐陀螺动力调谐陀螺测方位动力调谐陀螺dtg内部结构及原理动力调谐陀螺结构图通过测量地球自转角速度及其分量来确定北向方位的过程称作自寻北过程自寻北的优点是每个测点上的方位测量都是独立的测量精度或误差与前面测点结果的误差无关所以没有累积误差
框架陀螺时漂会由地球自转引起，漂移总是方位增大方向，每小 时达10多度的数量级。为了使用方便，厂家会进行力矩补偿，尽 可能消除这项漂移。其它还有阻力矩和冲击力矩造成的漂移
上午9点陀螺指向东南 S
下午3点陀螺指向西南 S
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E
E
微硅机械陀螺（电子陀螺）
低精度，漂移大，光纤陀螺和动调陀螺应用后开始淘汰
（1）技术很成熟，已经完全国产化 （2）与原框架式陀螺相比有以下特点 机械寿命较长（3000小时） 可靠性较高，故障率小 体积小，便于安装使用
目前已成功用在钻孔测斜仪中、能敏感和测量地球自转角速度的陀螺元件只有 光纤陀螺和动力调谐陀螺
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动力调谐陀螺（DTG）内部结构及原理
动力调谐陀螺结构图
可靠性高、使用方便、测量精度高三大优点使得自寻北式陀螺仪很有前景
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顶角测量新技术--重力加速度计测量倾角的原理
（现在测斜仪都采用的技术）
U出 = K ×sinθ
力矩反馈平衡式测量， 精度可达2″
无缆自寻北陀螺测斜仪介绍
可以不需要专门的测井电缆下井测斜。很好地解决了
边远山区及交通不便地区的测斜困难问题
Ω=15.042 °/ H Ω ——是个常数
在纬度为Φ 的地区
水平分量 垂直分量
ΩH = Ω× cos Φ
ΩZ = Ω× sin Φ
陀螺测斜仪简介ຫໍສະໝຸດ 北半球Φ 取正值，南半球取负值。水平分量 对寻北有意义，要得到其准确值，就要知道
当地纬度准确值
自寻北陀螺测斜仪方位测量原理
Ω
ΩH ΩZ
测量出Ω及在钻孔轴向的分量大小，再经过 数学计算得到钻孔的方位角
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微硅机械陀螺测方位
=K dt + 0
0 t
ω
转过的角度Φ 等于陀螺转动角 速度ω对时间的积分
钻孔的空间方位变化需要对三轴向的陀螺输出积分和转换计算得到，冲击力矩、 与G有关的误差输出、噪声都会被积分造成方位误差。灵敏度低也是误差的主要 因素。和框架陀螺测斜仪一样测量的是相对方位
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光纤陀螺测方位（最新技术）
Sagnac效应闭环光纤陀螺元件（closed loop Fiber Optic Gyro）可以测 量地球自转角速度及其在钻孔倾斜方向的分量
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动力调谐陀螺测方位
另一种可直接测量地球自转角速度的陀螺是动力调谐陀 螺（Dynamically Tuned Gyro， DTG）
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框架式陀螺测斜仪特点
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相对测量钻孔的方位角，测量不依赖地磁场，可以在磁性矿区 和钻杆、套管里使用
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其原理是根据经典的惯性力学理论，用户很容易理解
结构复杂，制造和调试较困难 使用和维修不够方便 方位测量精度比较低 方位有漂移和累积误差
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框架式陀螺测斜仪的时漂