專利名稱：井中三分量磁力梯度測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地球物理探測設(shè)備，是一種應(yīng)用于鉆井中不同位置的磁場梯度測量的直O(jiān)
背景技術(shù)：
地磁場具有矢量特征，即任意點(diǎn)的地磁場都可分解成三個(gè)分量，即兩個(gè)水平分量 (X，y)和一個(gè)垂直分量(Z)。由于地層結(jié)構(gòu)的不同，特別是由于磁性礦體的影響，不同位 置的地磁場強(qiáng)度和方向性均有不同，這種不同可以通過三分量磁力梯度值反映出來。這樣 就可以對不向位置的三分量磁力梯度值進(jìn)行測量，根據(jù)三分量磁力梯度值的不同，確定各 個(gè)位置的磁場強(qiáng)度和方向性，從而確定地層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和確定磁性礦體的存在，進(jìn)而追尋 磁性礦體的產(chǎn)狀等特征。人們無論是在地質(zhì)找礦或在地質(zhì)體產(chǎn)狀構(gòu)造研究中，如能在進(jìn)行 地磁測量時(shí)直接獲取地磁場各個(gè)分量的梯度值，對研究磁性體或稱磁異常體是非常有意義 的，它可以幫助描繪磁性體的空間分布特點(diǎn)，正確認(rèn)識磁異常，得以解決磁性體找礦及構(gòu)造 研究的問題。三分量磁力梯度測量的重要性還在于，其梯度數(shù)據(jù)可幫助確定異常方向和分 辨淺層異常和深部異常，對深部找礦或?qū)θ醮判泽w礦尋找是非常有利的。目前，實(shí)現(xiàn)地磁場總場強(qiáng)度或垂直分量及其梯度測量的儀器有質(zhì)子磁力梯度儀， 光泵磁力梯度儀，超導(dǎo)磁力梯度儀及磁通門式磁力梯度儀。這些不同種類的磁力梯度儀廣 泛應(yīng)用于地面、海洋、航空磁力梯度測量，是技術(shù)成熟的地球物理探測裝備。但是，專門應(yīng)用 于鉆井中的結(jié)構(gòu)和性能完善的三分量磁力梯度測量裝置尚且沒有。鉆井中的條件極為苛 刻，如探管直徑< 36毫米，下井深度3000米，有70度的高溫和300個(gè)大氣壓的壓力，井體 不夠垂直等不利因素。因此，對下井儀器而言，在工藝、材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等都要有專業(yè)性極強(qiáng) 的要求。因此，需要提出一種新型的結(jié)構(gòu)更精巧，性能更好，能夠適應(yīng)鉆井中測量環(huán)境的井 中三分量磁力梯度測量裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提出一種井中三分量磁力梯度測量裝 置，該裝置將探頭、磁傳感器、測量儀器等都裝入無磁性高強(qiáng)度合金管內(nèi)，保證有足夠的強(qiáng) 度及密封性，采用高級別的磁性材料，能達(dá)到測量分辨率不低于1納特/米，而精度要達(dá)到 1X10-4的要求；另則采用高精度的三分量重力加速度計(jì)，實(shí)時(shí)記錄鉆孔的斜角，利用專用 軟件對鉆孔的傾斜造成磁系傾斜的角度給以修正，保證三分量磁力梯度儀測量的準(zhǔn)確；還 采取溫度補(bǔ)償措施，充分保證井中磁力梯度測量的準(zhǔn)確性。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的井中三分量磁力梯度測量裝置，其 特征在于由井上部分和井下部分組成井上部分設(shè)有電纜絞車及電纜、電源和設(shè)有輸入 部件、存儲器、LCD顯示器的電腦控制器，該電腦控制器為控制電纜絞車的收放，通過編碼盤 精確記錄電纜在井下的位置及深度，對井下上傳的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、處理、存儲，及實(shí)時(shí) 在LCD屏上顯示數(shù)據(jù)和圖形的電腦控制器；所述井下部分設(shè)有微型井中三分量磁通門式磁3力梯度儀，該磁力梯度儀設(shè)有磁敏感元件制成的磁通門型磁傳感器構(gòu)成的磁探頭和磁探頭 輸出信號接收分折處理模塊，所述井下部分還設(shè)有溫度傳感器、微型井中三分量重力加速 度計(jì)、井下電源和與上述磁力梯度儀、溫度傳感器和加速度計(jì)進(jìn)行控制連接的井下MCU微 控制器；另外還設(shè)有多路開關(guān)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的入口與上述梯度儀、溫度傳感器和重力加 速度計(jì)進(jìn)行信號連接，其出口與一個(gè)M路模數(shù)轉(zhuǎn)換器信號連接，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器與所述井上 部分的微機(jī)控制器進(jìn)行信號連接；井下所有儀器及部件裝在Φ36Χ2000毫米的無磁性合 金探管內(nèi)；井下各種測量部件均與多路轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號連接，并依次由M位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 進(jìn)行數(shù)字量化。所述微型井中三分量磁通門式磁力梯度儀的結(jié)構(gòu)為設(shè)有兩組磁敏感元件制成的 磁通門型磁傳感器及其信號放大輸出電路組成的磁探頭，每組磁傳感器中兩個(gè)相互垂直地 水平設(shè)置，另一個(gè)縱向垂直設(shè)置，還設(shè)有產(chǎn)生激勵信號的激勵通道電路、提供檢測信號的檢 測通道電路和信號接收處理模塊，其中磁敏感元件的靈敏度不低于1納特，二磁敏感元件 相距1米，測出磁場梯度值單位為納特/米；所述微型井中三分量重力加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)為設(shè)有相互垂直的兩個(gè)水平設(shè)置和一 個(gè)縱向垂直設(shè)置的三個(gè)重力加速度計(jì)；該加速度計(jì)與所述MCU微控制器進(jìn)行控制和信號連 接，用于傾角測量，以此傾角值來來修正梯度值的失真，達(dá)到精確測量的要求；上述測量裝置的運(yùn)行包括以下三大步驟1)裝置啟動裝置啟動與初始化-—啟動絞車，釋放電纜至某深度-—啟動測量的指令送往三 個(gè)測量部件2)信號采集及量化(1)啟動井中磁梯度儀工作-—激勵通道產(chǎn)生激勵信號-—測量通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采 集；(2)啟動溫度測量部件工作；(3)啟動三分量重力加速度計(jì)工作；3)數(shù)據(jù)傳輸及處理以上三路輸出信號經(jīng)多路轉(zhuǎn)換器送往A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字量 化-—數(shù)據(jù)整理及通訊送至井上電腦控制器-—電腦控制器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，顯示數(shù)據(jù)，并 制圖形和記錄。本發(fā)明的井中三分量磁力梯度測量裝置運(yùn)行時(shí)，由電纜絞車將井下部分懸吊放入 井中，探管內(nèi)的井下器件由井下微型控制器統(tǒng)一控制，并通過所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的串口與井 上部分的電腦控制器聯(lián)接，將井下部分的三分量磁力梯度儀、溫度傳感器、三分量重力加速 度計(jì)測得的磁力梯度信號、溫度信號、井壁傾斜角度經(jīng)多路開關(guān)依次分別接入M位模/數(shù) 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并經(jīng)串口送入地面所述的電腦控制器，做進(jìn)一步處理，實(shí)時(shí)監(jiān)測及顯 示、記錄、存儲；井下電源的功能是將井上所述的整機(jī)電源送入的單一電壓轉(zhuǎn)換成各部分電 路需要的電源系列；本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)完善，能適用于井下的磁力梯度測量和完成數(shù) 據(jù)的處理，自動化、智能化程度高，操作簡便，測量精確，效果好，效率高的優(yōu)點(diǎn)，具有極大的 實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖2本發(fā)明工作流程示意圖；圖3為本發(fā)明的井中三分量磁力梯度儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的井中三分量重力加速度儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5、圖6是本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行實(shí)際測量的結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明實(shí)施例參見附圖，井 中三分量磁力梯度測量裝置，其特征在于由井上部分和井下部分組成井上部分設(shè)有電 纜絞車及電纜、電源和設(shè)有輸入部件、存儲器、LCD顯示器的電腦控制器，該電腦控制器為控 制電纜絞車的收放，通過編碼盤精確記錄電纜在井下的位置及深度，對井下上傳的測量數(shù) 據(jù)進(jìn)行接收、處理、存儲，及實(shí)時(shí)在LCD屏上顯示數(shù)據(jù)和圖形的電腦控制器；所述井下部分 設(shè)有微型井中三分量磁通門式磁力梯度儀3，該磁力梯度儀設(shè)有磁敏感元件制成的磁通門 型磁傳感器構(gòu)成的磁探頭和探頭輸出信號接收分折處理模塊，所述井下部分還設(shè)有溫度傳 感器、微型井中三分量重力加速度計(jì)2、井下電源和與上述磁力梯度儀、溫度傳感器和加速 度計(jì)進(jìn)行控制連接的井下MCU微控制器；另外還設(shè)有多路開關(guān)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的入口與 上述梯度儀、溫度傳感器和重力加速度計(jì)進(jìn)行信號連接，其出口與一個(gè)M路模數(shù)轉(zhuǎn)換器信 號連接，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器與所述井上部分的微機(jī)控制器進(jìn)行信號連接；井下所有儀器及部件 裝在Φ 36 X 2000毫米的無磁性合金探管內(nèi)；所述微型井中三分量磁通門式磁力梯度儀3的結(jié)構(gòu)為設(shè)有兩組磁敏感元件制成 的磁通門型磁傳感器1及其信號放大輸出電路組成的磁探頭，每組磁傳感器中兩個(gè)相互垂 直地水平設(shè)置，另一個(gè)縱向垂直設(shè)置，還設(shè)有產(chǎn)生激勵信號的激勵通道電路、提供檢測信號 的檢測通道電路和信號接收處理模塊，其中磁敏感元件的靈敏度不低于1納特，二磁敏感 元件相距1米，測出磁場梯度值單位為納特/米；所述微型井中三分量重力加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)為設(shè)有相互垂直的兩個(gè)水平設(shè)置和一 個(gè)縱向垂直放置的三個(gè)重力加速度計(jì)2，與所述井下MCU微控制器信號連接；用于傾角測 量，以此傾角值來來修正梯度值的失真，達(dá)到精確測量的要求；井下各種測量信號均通過多 路轉(zhuǎn)換器控制依次由M位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字量化；本實(shí)施例經(jīng)試用證明，本發(fā)明的井中三分量磁力梯度測量裝置是在磁性礦區(qū)進(jìn) 行深部找礦的有效裝置，具有很好的對磁性礦體進(jìn)行全域定向能力。傳統(tǒng)的方法鉆孔井 斜方位必須用非磁性原理測斜儀如定盤、光纖陀螺等測定，由于測定精度較差，一般誤差 士2° -士5°，使得水平正常場投影方位誤差很大，一般為士 1000-士2500納特，導(dǎo)致磁測 不能對鉆孔兩側(cè)的礦體進(jìn)行定向，大大地降低了井中三分量磁測深部找礦的能力。而本梯 度測量裝置進(jìn)行梯度磁測量，其梯度異常即純異常與正常場無關(guān)，其梯度異常與磁異常有 對應(yīng)、反號的關(guān)系。因此，梯度異常能在井下對磁性礦體進(jìn)行全域定向。圖五和圖六是本實(shí) 施例測得的結(jié)果，是位于鉆孔兩側(cè)的板狀礦體和水平圓柱礦體測定結(jié)果，由梯度最強(qiáng)矢量 異常的反矢量方向指示了礦體所在的方向，礦體兩側(cè)井孔均能很好定向，從而準(zhǔn)確地確定 了礦體的位置。圖中4為A探井，5為B探井，6為水平圓柱礦體，7為圓柱礦體磁梯度量值5及方向線；41為C探井，51為D探井，61為板狀礦體，71為板狀礦體磁梯度量值及方向線。
權(quán)利要求
1. 一種井中三分量磁力梯度測量裝置，其特征在于由井上部分和井下部分組成井 上部分設(shè)有電纜絞車及電纜、電源和設(shè)有輸入部件、存儲器、LCD顯示器的電腦控制器，該 電腦控制器為控制電纜絞車的收放，通過編碼盤精確記錄電纜在井下的位置及深度，對井 下上傳的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、處理、存儲，及實(shí)時(shí)在LCD屏上顯示數(shù)據(jù)和圖形的電腦控制 器；所述井下部分設(shè)有微型井中三分量磁通門式磁力梯度儀(3)，該磁力梯度儀設(shè)有磁敏 感元件制成的磁通門型磁傳感器構(gòu)成的磁探頭和探頭輸出信號接收分折處理模塊，所述井 下部分還設(shè)有溫度傳感器、微型井中三分量重力加速度計(jì)( 、井下電源和與上述磁力梯度 儀、溫度傳感器和加速度計(jì)進(jìn)行控制連接的井下MCU微控制器；另外還設(shè)有多路開關(guān)轉(zhuǎn)換 器，該轉(zhuǎn)換器的入口與上述梯度儀、溫度傳感器和重力加速度計(jì)進(jìn)行信號連接，其出口與一 個(gè)M路模數(shù)轉(zhuǎn)換器信號連接，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器與所述井上部分的微機(jī)控制器進(jìn)行信號連接； 井下所有儀器及部件裝在Φ36Χ2000毫米的無磁性合金探管內(nèi)；井下各種測量部件均與 多路轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號連接，并依次由M位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字量化；所述微型井中三分量磁通門式磁力梯度儀(3)的結(jié)構(gòu)為設(shè)有兩組磁敏感元件制成的 磁通門型磁傳感器(1)及其信號放大輸出電路組成的磁探頭，每組磁傳感器中兩個(gè)相互垂 直地水平設(shè)置，另一個(gè)縱向垂直設(shè)置，還設(shè)有產(chǎn)生激勵信號的激勵通道電路、提供檢測信號 的檢測通道電路和信號接收處理模塊，其中磁敏感元件的靈敏度不低于1納特，二磁敏感 元件相距1米，測出磁場梯度值單位為納特/米；所述微型井中三分量重力加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)為設(shè)有相互垂直的兩個(gè)水平設(shè)置和一個(gè)縱 向垂直放置的三個(gè)重力加速度計(jì)( ，該重力加速度計(jì)與所述井下MCU微控制器進(jìn)行信號 連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種井中三分量磁力梯度測量裝置，由井上部分和井下部分組成井上部分設(shè)有電纜絞車及電纜、電源和設(shè)有輸入部件、存儲器、LCD顯示器的電腦控制器；所述井下部分設(shè)有微型井中三分量磁通門式磁力梯度儀(3)、溫度傳感器、微型井中三分量重力加速度計(jì)、井下電源和與上述磁力梯度儀、溫度傳感器和加速度計(jì)進(jìn)行控制連接的井下MCU微控制器；另外還設(shè)有多路開關(guān)轉(zhuǎn)換器，和一個(gè)24路模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器與所述井上部分的微機(jī)控制器進(jìn)行信號連接；井下所有儀器裝在探管內(nèi)；井下各種測量部件均與多路轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號連接。本發(fā)明適用于井中磁梯度測量，結(jié)構(gòu)新創(chuàng)，測量效果精確，效率高，而且使用方便，自控性能好。
文檔編號G01V3/40GK102053282SQ201010535649
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者吳天彪, 徐立忠, 李學(xué)圣, 李肇威, 梁連仲, 王慶乙, 王海龍, 王菅營, 陶照明, 韓小申, 黃濤 申請人:北京奧地探測儀器公司