陀螺測(cè)斜儀

陀螺測(cè)斜儀

英文：gyro inclinometer；gyro wellbore survey meter；gyrolevel

釋文：是對(duì)采用陀螺元件確定鉆孔傾斜方位角的測(cè)斜儀統(tǒng)稱(chēng)。最經(jīng)典的是采用機(jī)械框架式陀螺元件的測(cè)斜儀，在過(guò)去的幾十年里幾乎全都是在用這類(lèi)陀螺測(cè)斜儀。這種陀螺測(cè)斜儀測(cè)量的方位是相對(duì)的。儀器下到鉆孔中去之前，需要在地面確定對(duì)準(zhǔn)一個(gè)方向，然后啟動(dòng)機(jī)械陀螺，這個(gè)陀螺是安裝在有三自由度的萬(wàn)向框架上，讓它達(dá)到穩(wěn)定的高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。這時(shí)陀螺就有了定向性。下井測(cè)量時(shí)，儀器自轉(zhuǎn)和鉆孔傾斜方向的偏轉(zhuǎn)在理想情況下都不能改變陀螺轉(zhuǎn)子的起始指向，測(cè)量和記錄儀器相對(duì)起始指向所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，就能計(jì)算出鉆孔的傾向。顯然，鉆孔的傾向是在陀螺起始方向上起算的，測(cè)量結(jié)果稱(chēng)作相對(duì)方位。上世紀(jì)90年代后期出現(xiàn)了硅微機(jī)械陀螺元件，這種元件沒(méi)有傳統(tǒng)機(jī)械陀螺那種保持定向性的高速轉(zhuǎn)子，實(shí)際上是一種角速度敏感元件。把它裝在測(cè)斜儀上，對(duì)角速度信號(hào)進(jìn)行積分，理論上就可以計(jì)算出儀器在鉆孔中運(yùn)動(dòng)時(shí)，相對(duì)起始方向所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。進(jìn)一步也就可以計(jì)算出鉆孔相對(duì)起始方向的傾斜角度變化。但實(shí)際上由于靈敏度、噪聲、漂移等因素影響，還不能做到實(shí)用水平。對(duì)角速度測(cè)量有更高靈敏度和精度的光纖陀螺、動(dòng)力調(diào)諧陀螺近些年來(lái)被成功應(yīng)用到測(cè)斜儀中。雖然這些元件也稱(chēng)為陀螺儀，但和硅微機(jī)械陀螺儀一樣，都是角速度敏感元件。與硅微機(jī)械陀螺不同的是，它們對(duì)角速度的靈敏度高了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。利用它們對(duì)角速度的高靈敏度特性，我們可以用它來(lái)直接測(cè)量地球自轉(zhuǎn)的角速度矢量，再進(jìn)行計(jì)算處理就能確定鉆孔的傾斜方位。這個(gè)方位是相對(duì)地球北極方向的方位，有人稱(chēng)作真北方位角。這種陀螺測(cè)斜儀稱(chēng)為自尋北陀螺儀，是最好水平，用途最廣的測(cè)斜儀。2100433B

利用陀螺的慣性原理來(lái)定向的測(cè)斜儀。其定向部件是方位陀螺儀，它是利用修正裝置、消除地球自轉(zhuǎn)影響的三自由度陀螺儀。自由陀螺儀相對(duì)固定坐標(biāo)系的穩(wěn)定性（又叫定軸性）和進(jìn)動(dòng)規(guī)律，是陀螺測(cè)斜儀的工作基礎(chǔ)。因方位陀螺儀的主軸能保持在水平和初始給定的方位上，所以，可作為鉆孔方位角測(cè)量的基準(zhǔn)。鉆孔方位角(α)的測(cè)量是由鉆孔測(cè)量起點(diǎn)平面Q（陀螺儀地面定向方位）與鉆孔終點(diǎn)平面(Z) (鉆孔傾斜方向)間的終點(diǎn)角(φ)，根據(jù)鉆孔頂角數(shù)值換算而得（見(jiàn)圖）。

光纖陀螺測(cè)斜儀

英文：optical fiber gyro inclinometer；optical fiber gyro wellbore survey meter

釋文：光纖陀螺儀雖然稱(chēng)為陀螺儀，元件里卻沒(méi)有機(jī)械陀螺轉(zhuǎn)子。光纖陀螺儀實(shí)際是一種基于薩格奈克（Sagnac）效應(yīng)的角速度敏感元件。薩格奈克效應(yīng)是：當(dāng)光束在一個(gè)環(huán)形的通道中前進(jìn)時(shí)，如果環(huán)形通道本身具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)速度（角速度），那么光線沿著通道轉(zhuǎn)動(dòng)的方向前進(jìn)所需要的時(shí)間比逆著這個(gè)通道轉(zhuǎn)動(dòng)方向前進(jìn)所需要的時(shí)間要多。也就是說(shuō)，這兩個(gè)前進(jìn)方向上，兩光束的光程相對(duì)于通道在靜止時(shí)的光程都發(fā)生了變化。如果用不同方向上前進(jìn)的兩光束產(chǎn)生干涉來(lái)測(cè)量環(huán)路的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，就能制造出干涉型光纖陀螺儀。如果利用這種環(huán)路光程的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)在環(huán)路中不斷循環(huán)的光之間的干涉，也就是通過(guò)調(diào)整光纖環(huán)路的光的諧振頻率進(jìn)而測(cè)量環(huán)路的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，就能制造出諧振式光纖陀螺儀。光纖陀螺儀具有很高的精度和靈敏度?，F(xiàn)在比較先進(jìn)的光纖陀螺儀已經(jīng)達(dá)到0.01度/小時(shí)的靈敏度。與硅微機(jī)械陀螺相比，角速度的靈敏度高了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。利用它對(duì)角速度的高靈敏度特點(diǎn)，我們可以用它來(lái)測(cè)量地球自轉(zhuǎn)的角速度矢量，再進(jìn)行計(jì)算處理就能確定鉆孔的傾斜方位。這個(gè)方位是相對(duì)地球北極方向的方位，有人稱(chēng)作真北方位角。這種陀螺測(cè)斜儀稱(chēng)為自尋北陀螺測(cè)斜儀，是目前最好水平、用途最廣的測(cè)斜儀（地學(xué)儀器）。2100433B