[go: up one dir, main page]

RU2018646C1 - Magnetic azimuth sensor - Google Patents

Magnetic azimuth sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2018646C1
RU2018646C1 SU4896245A RU2018646C1 RU 2018646 C1 RU2018646 C1 RU 2018646C1 SU 4896245 A SU4896245 A SU 4896245A RU 2018646 C1 RU2018646 C1 RU 2018646C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensitivity
longitudinal axis
cylindrical body
axes
flux gates
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Н.П. Рогатых
Л.А. Куклина
Original Assignee
Научно-производственное предприятие "Пилот"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-производственное предприятие "Пилот" filed Critical Научно-производственное предприятие "Пилот"
Priority to SU4896245 priority Critical patent/RU2018646C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2018646C1 publication Critical patent/RU2018646C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

FIELD: well logging. SUBSTANCE: sensor has three rod-type flux-gate meters rigidly secured to its body, and their axes are symmetrical relative to body longitudinal axis and form similar acute angles of less than 67.3624 deg. and projections of axes of flux-gate meters on plane normal to body longitudinal axis are located through angle of 120 deg. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано для измерения магнитного азимута геофизических скважин малого диаметра. The invention relates to field geophysics and can be used to measure the magnetic azimuth of small diameter geophysical wells.

Прототипом изобретения является устройство для контроля комплекса параметров искривления скважин, содержащее три жестко скрепленных стержневых феррозонда, один из которых сориентирован вдоль продольной оси корпуса устройства, а два других расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях под одинаковыми острыми углами к продольной оси корпуса, а также датчик зенитного угла, выполненный на основе синусно-косинусных трансформаторов и рамок-маятников, и схему преобразования [2]. The prototype of the invention is a device for controlling a complex of parameters of well curvature, containing three rigidly attached rod flux gates, one of which is oriented along the longitudinal axis of the device’s body, and the other two are located in mutually perpendicular planes at equal sharp angles to the longitudinal axis of the body, and also a zenith angle sensor made on the basis of sine-cosine transformers and pendulum frames, and a conversion circuit [2].

Недостаток устройства-прототипа состоит в том, что при указанном неортогональном расположении осей чувствительности феррозондов существенно возрастает погрешность, обусловленная неточной установкой феppозондов в заданное положение или неточным определением ориентации осей чувствительности феррозондов. В результате значительно снижается точность измерения азимута. The disadvantage of the prototype device is that with the indicated non-orthogonal arrangement of the axes of sensitivity of the flux gates, the error significantly increases due to inaccurate installation of the probes in a given position or inaccurate determination of the orientation of the axes of sensitivity of the flux gates. As a result, the accuracy of azimuth measurement is significantly reduced.

При использовании феррозондовых датчиков погрешности измерения магнитного азимута, обусловленная неточным определением направления вектора геомагнитного поля, составляет
Δα =

Figure 00000001
(
Figure 00000002
×
Figure 00000003
)
Figure 00000004
, (1), где ν - угол магнитного наклонения;
Figure 00000005
- истинное значение вектора геомагнитного поля;
Figure 00000006
- вектор, характеризующий погрешность измерения геомагнитного поля;
Figure 00000007
- направляющий вектор ускорения силы тяжести. Величина
Figure 00000008
представляет собой разность
Figure 00000009
=
Figure 00000010
-
Figure 00000011
, ,(2) где
Figure 00000012
- значение вектора геомагнитного поля, полученное в результате его измерения с помощью феррозондовых датчиков.When using fluxgate sensors, the error in measuring the magnetic azimuth, due to inaccurate determination of the direction of the vector of the geomagnetic field, is
Δα =
Figure 00000001
(
Figure 00000002
×
Figure 00000003
)
Figure 00000004
, (1), where ν is the angle of magnetic inclination;
Figure 00000005
- the true value of the vector of the geomagnetic field;
Figure 00000006
- a vector characterizing the measurement error of the geomagnetic field;
Figure 00000007
- directing vector of gravity acceleration. Value
Figure 00000008
is the difference
Figure 00000009
=
Figure 00000010
-
Figure 00000011
,, (2) where
Figure 00000012
- the value of the geomagnetic field vector obtained as a result of its measurement using fluxgate sensors.

Вектор сигналов датчика с жесткозакрепленными феррозондами в ортогональном базисе, связанном с корпусом датчика, равен

Figure 00000013
= C
Figure 00000014
, (3) где CR - матрица направляющих косинусов осей чувствительности феррозондов, соответствующая реальному расположению феррозондов в корпусе. Поскольку при обработке сигналов феррозондов используется матрица С(С≠СR), определяемая на стадии проектирования, измеренное значение вектора геомагнитного поля равно
Figure 00000015
= C
Figure 00000016
(4).The vector of sensor signals with rigidly mounted flux gates in the orthogonal basis associated with the sensor housing is
Figure 00000013
= C
Figure 00000014
, (3) where C R is the matrix of guide cosines of the sensitivity axes of the flux gates, corresponding to the actual location of the flux gates in the housing. Since the matrix C (C ≠ C R ), which is determined at the design stage, is used in the processing of flux-gate signals, the measured value of the geomagnetic field vector is
Figure 00000015
= C
Figure 00000016
(4).

В связи с тем, что CR=C+ Δ C (5), где Δ С - матрица направляющих косинусов векторов отклонений

Figure 00000017
, характеризующая собой несовпадение реальных и заданных направлений осей чувствительности феррозондов, погрешность измерения вектора геомагнитного поля на основании (2-5) составляет
Figure 00000018
=
Figure 00000019
ΔC
Figure 00000020
,(6), где А - матрица алгебраических дополнений элементов матрицы С.Due to the fact that C R = C + Δ C (5), where Δ С is the matrix of guiding cosines of the deviation vectors
Figure 00000017
, which characterizes the mismatch between the real and specified directions of the sensitivity axes of the flux gates, the error in measuring the geomagnetic field vector based on (2-5) is
Figure 00000018
=
Figure 00000019
ΔC
Figure 00000020
, (6), where A is the matrix of algebraic complements of the elements of C.

Из (1) и (6) следует, что погрешность измерения азимута уменьшается с увеличением значения det C, т.е. при одинаковых погрешностях установки осей чувствительности феррозондов

Figure 00000021
=
Figure 00000022
точнее будет тот датчик, который имеет большее значение
Figure 00000023
det C
Figure 00000024
. Предельное максимальное значение
Figure 00000025
det C
Figure 00000026
для любых датчиков равно 1, что соответствует ортогональному расположению осей чувствительности феррозондов.From (1) and (6) it follows that the error in azimuth measurement decreases with increasing value of det C, i.e. with the same errors in setting the axes of sensitivity of flux gates
Figure 00000021
=
Figure 00000022
the sensor that matters is more accurate
Figure 00000023
det C
Figure 00000024
. Limit value
Figure 00000025
det C
Figure 00000026
for any sensors it is equal to 1, which corresponds to the orthogonal arrangement of the sensitivity axis of the flux gates.

Если ввести ортогональный базис В (OXYZ), направив ось OZ по продольной оси цилиндрического корпуса скважинного прибора, то для устройства, принятого за прототип, матрица ориентации осей чувствительности феррозондов в этом базисе будет иметь вид
C1=

Figure 00000027
s
Figure 00000028
nγ
Figure 00000029
, (7) где γ - остpый угол между продольной осью цилиндрического корпуса устройства и осями чувствительности наклоненных по отношению к ней двух феррозондов. Определитель этой матрицы равен detC1= sin2 γ (8).If you enter the orthogonal basis B (OXYZ), directing the OZ axis along the longitudinal axis of the cylindrical body of the downhole tool, then for the device adopted as a prototype, the orientation matrix of the sensitivity axes of the flux gates in this basis will have the form
C 1 =
Figure 00000027
s
Figure 00000028
nγ
Figure 00000029
, (7) where γ is the acute angle between the longitudinal axis of the cylindrical body of the device and the sensitivity axes of two flux gates tilted with respect to it. The determinant of this matrix is detC 1 = sin 2 γ (8).

Целью изобретения является повышение точности измерений. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurements.

Цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем цилиндрический корпус и три жестко закрепленных в нем стержневых феррозонда, два из которых установлены с образованием одинаковых острых углов между их осями чувствительности и продольной осью цилиндрического корпуса, третий феррозонд установлен с образованием между своей осью чувствительности и продольной осью корпуса угла, равного углам, образованным осями чувствительности двух первых феррозондов с продольной осью корпуса, при этом феррозонды расположены в корпусе с образованием между проекциями их осей чувствительности на плоскость поперечного сечения цилиндрического корпуса углов, равных 120о, а значение угла между осью чувствительности каждого стержневого феррозонда и продольной осью цилиндрического корпуса меньше 67,3624о.The goal is achieved by the fact that in the known device containing a cylindrical body and three rod flux gates rigidly fixed in it, two of which are installed with the formation of identical sharp angles between their sensitivity axes and the longitudinal axis of the cylindrical body, the third flux probe is installed with the formation between its axis of sensitivity and the longitudinal axis of the housing of an angle equal to the angles formed by the sensitivity axes of the first two flux gates with the longitudinal axis of the housing, while the flux gates are located in the housing with the image mations between the projections of their axes of sensitivity by the cross-sectional plane of the cylindrical housing angles equal to 120 °, and the angle between the sensitivity axis of each rod ferroprobe and the longitudinal axis of the cylindrical housing is less than about 67.3624.

В базисе В (OXYZ) матрица ориентации осей чувствительности феррозондов в предлагаемом устройстве равна
C2=

Figure 00000030
Figure 00000031
Figure 00000032
Figure 00000033
Figure 00000034
(9), где γ - по аналогии с прототипом острый угол между продольной осью цилиндрического корпуса датчика и осями чувствительности феррозондов. Определитель матрицы составляет
det C2 = 1,5
Figure 00000035
sin2γ cosγ (10).In the basis B (OXYZ), the orientation matrix of the sensitivity axes of the flux gates in the proposed device is
C 2 =
Figure 00000030
Figure 00000031
Figure 00000032
Figure 00000033
Figure 00000034
(9), where γ is, by analogy with the prototype, an acute angle between the longitudinal axis of the cylindrical body of the sensor and the sensitivity axes of the flux gates. The determinant of the matrix is
det C 2 = 1.5
Figure 00000035
sin 2 γ cosγ (10).

При γ < 67,3624

Figure 00000036
det C
Figure 00000037
>
Figure 00000038
det C
Figure 00000039
. Следовательно, при одинаковой погрешности установки осей чувствительности феррозондов в заданное положение измерение магнитного азимута с помощью предлагаемого устройства осуществляется с меньшей погрешностью.For γ <67.3624
Figure 00000036
det C
Figure 00000037
>
Figure 00000038
det C
Figure 00000039
. Therefore, with the same error in setting the axes of sensitivity of the flux gates in a given position, the measurement of magnetic azimuth using the proposed device is carried out with a smaller error.

Относительное расположение проекций осей чувствительности феррозондов на плоскость поперечного сечения цилиндрического корпуса под углом 120о, т. е. симметричное расположение феррозондов относительно продольной оси корпуса, обеспечивает в предлагаемом датчике максимальное значение |det C2| при заданной величине γ... The relative arrangement of projections of axes of sensitivity ferroprobes a plane cross section of the cylindrical body 120 at an angle, ie ferroprobes symmetrical arrangement relative to the longitudinal axis of the housing, the sensor provides a proposed maximum value of | det C 2 | for a given value of γ.

На фиг.1 представлена схема конструкции датчика магнитного азимута; на фиг.2 - то же, в направлении продольной оси корпуса. Figure 1 presents a design diagram of a magnetic azimuth sensor; figure 2 is the same, in the direction of the longitudinal axis of the housing.

Датчик содержит цилиндрический корпус 1, три стержневых дифференциальных феррозонда 2, 3, 4, установленных таким образом, что их оси чувствительности расположены под одинаковыми острыми узлами γ к продольной оси корпуса, а углы между проекциями осей чувствительности на плоскость поперечного сечения корпуса составляют 120о.The sensor contains a cylindrical housing 1, three rod differential fluxgates 2, 3, 4, mounted in such a way that their sensitivity axes are located under the same sharp nodes γ to the longitudinal axis of the housing, and the angles between the projections of the sensitivity axes onto the plane of the cross section of the housing are 120 ° .

В процессе работы датчика магнитного азимута обмотки возбуждения феррозондов 2-4 запитываются переменным током. В результате на выходах сигнальных обмоток феррозондов 2-4 возникают сигналы, уровни которых пропорциональны величинам проекций вектора геомагнитного поля на оси чувствительности соответствующих феррозондов. Сигналы феррозондов преобразуются и измеряются с помощью одной из известных схем преобразований. During operation of the magnetic azimuth sensor, the excitation windings of the flux gates 2-4 are powered by alternating current. As a result, signals appear at the outputs of the signal windings of the flux gates 2-4, the levels of which are proportional to the projections of the geomagnetic field vector on the sensitivity axis of the corresponding flux gates. Flux-gate signals are converted and measured using one of the known conversion schemes.

Измеренные значения сигналов феррозондов 2-4 U2, U3, U4 образуют вектор информационных сигналов

Figure 00000040
= (U2, U3, U4), по которому путем вычислений определяется измеренное значение вектора геомагнитного поля
Figure 00000041
= C
Figure 00000042
(11), где С2 - матрица направляющих косинусов осей чувствительности феррозондов 2-4 в базисе В (OXYZ), связанном с корпусом 1 (фиг.1), имеющая вид (9). По величинам координат вектора
Figure 00000043
= (h1,h2,h3) вычисляется магнитный азимут
α = arctg
Figure 00000044
(12), где θ,φ - значения зенитного и визирного углов, измеренные с помощью соответствующих датчиков, используемых совместно с датчиком магнитного азимута. Алгоритмы обработки измерительной информации (11), (12) реализуются в вычислительных устройствах, работающих совместно с инклинометрической аппаратурой, в которой используется датчик магнитного азимута.The measured values of the signals of fluxgates 2-4 U 2 , U 3 , U 4 form a vector of information signals
Figure 00000040
= (U 2 , U 3 , U 4 ), by which the measured value of the geomagnetic field vector is determined by calculation
Figure 00000041
= C
Figure 00000042
(11), where C 2 is the matrix of the guiding cosines of the sensitivity axes of the flux gates 2-4 in the basis B (OXYZ) associated with the housing 1 (Fig. 1), having the form (9). By the values of the coordinates of the vector
Figure 00000043
= (h 1 , h 2 , h 3 ) the magnetic azimuth is calculated
α = arctg
Figure 00000044
(12), where θ, φ are the values of the zenith and target angles, measured using the corresponding sensors used in conjunction with the magnetic azimuth sensor. The measurement information processing algorithms (11), (12) are implemented in computing devices working in conjunction with inclinometric equipment that uses a magnetic azimuth sensor.

Предлагаемый датчик магнитного азимута в сравнении с устройством-прототипом обеспечивает большую точность измерения азимута, так как в нем в значительной степени уменьшается влияние точности установки осей чувствительности феррозондов на точность измерения азимута. При одинаковой с прототипом точности измерения азимута, одинаковой длине применяемых стержневых феррозондов и γ < 67,3624опредлагаемый датчик имеет меньший, чем у прототипа, диаметр корпуса, что является важным достоинством при его использовании в малогабаритной инклинометрической аппаратуре.The proposed magnetic azimuth sensor in comparison with the prototype device provides greater accuracy in azimuth measurement, since it significantly reduces the influence of the accuracy of the installation of the axes of sensitivity of flux gates on the accuracy of azimuth measurement. With the accuracy of azimuth measurement identical with the prototype, the same length of rod flux gates used and γ <67.3624 о, the proposed sensor has a smaller case diameter than the prototype, which is an important advantage when used in small-sized inclinometric equipment.

Claims (1)

ДАТЧИК МАГНИТНОГО АЗИМУТА, содержащий цилиндрический корпус и три жесткозакрепленных в нем стержневых феррозонда, два из которых установлены с образованием одинаковых углов между их осями чувствительности и продольной осью цилиндрического корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, третий стержневой феррозонд установлен с образованием между своей осью чувствительности и продольной осью цилиндрического корпуса угла, равного углам, образованным осями чувствительности каждого из двух стержневых феррозондов и продольной осью цилиндрического корпуса, при этом стержневые феррозонды расположены в цилиндрическом корпусе с образованием между проекциями их осей чувствительности на плоскость поперечного сечения цилиндрического корпуса углов 120o, а значение угла между осью чувствительности каждого стержневого феррозонда и продольной осью цилиндрического корпуса меньше 67, 3624o.A MAGNETIC AZIMUTE SENSOR containing a cylindrical body and three rod flux gates rigidly fixed in it, two of which are installed with the same angles between their sensitivity axes and the longitudinal axis of the cylindrical body, characterized in that, in order to increase the measurement accuracy, the third rod flux probe is installed to form between its axis of sensitivity and the longitudinal axis of the cylindrical body of an angle equal to the angles formed by the axis of sensitivity of each of the two rod flux gates and the longitudinal axis of the cylindrical body, while the rod flux gates are located in the cylindrical body with the formation between the projections of their sensitivity axes on the plane of the cross section of the cylindrical body of the angles of 120 o , and the angle between the sensitivity axis of each rod flux probe and the longitudinal axis of the cylindrical body is less than 67, 3624 o .
SU4896245 1990-12-25 1990-12-25 Magnetic azimuth sensor RU2018646C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4896245 RU2018646C1 (en) 1990-12-25 1990-12-25 Magnetic azimuth sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4896245 RU2018646C1 (en) 1990-12-25 1990-12-25 Magnetic azimuth sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2018646C1 true RU2018646C1 (en) 1994-08-30

Family

ID=21551969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4896245 RU2018646C1 (en) 1990-12-25 1990-12-25 Magnetic azimuth sensor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2018646C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2235200C2 (en) * 2002-10-14 2004-08-27 ООО Научно-исследовательский институт технических систем "Пилот" Magnetometric sensor
RU2291294C1 (en) * 2005-06-17 2007-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Ferro-probe well tilt meter
RU2387827C1 (en) * 2009-01-26 2010-04-27 Общество с ограниченной ответственностью Нефтяная научно-производственная компания "ЭХО" Method to determine magnetic azimuth in drilling
RU190429U1 (en) * 2018-10-19 2019-07-01 АО Катав-Ивановский приборостроительный завод (АО "КИПЗ") DEVICE FOR MEASURING AZIMUTA

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 605950, кл. E 21B 47/022, 1975. *
2. Авторское свидетельство СССР N 1208208, кл. E 21B 47/02, 1984. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2235200C2 (en) * 2002-10-14 2004-08-27 ООО Научно-исследовательский институт технических систем "Пилот" Magnetometric sensor
RU2291294C1 (en) * 2005-06-17 2007-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Ferro-probe well tilt meter
RU2387827C1 (en) * 2009-01-26 2010-04-27 Общество с ограниченной ответственностью Нефтяная научно-производственная компания "ЭХО" Method to determine magnetic azimuth in drilling
RU190429U1 (en) * 2018-10-19 2019-07-01 АО Катав-Ивановский приборостроительный завод (АО "КИПЗ") DEVICE FOR MEASURING AZIMUTA

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1295126C (en) Roll-independent magnetometer system
US4450406A (en) Triaxial optical fiber system for measuring magnetic fields
US4918824A (en) Electronic digital compass
US5287628A (en) Omni range inclino-compass
USRE33708E (en) Surveying of boreholes using shortened non-magnetic collars
US7295943B2 (en) Geomagnetic sensor for calibrating azimuth by compensating for an effect of tilting and method thereof
RU2018646C1 (en) Magnetic azimuth sensor
US7386942B2 (en) Method and apparatus for mapping the trajectory in the subsurface of a borehole
RU2085850C1 (en) System of course and vertical and method determining magnetic course
RU2131029C1 (en) Method of determination of azimuth, zenith angle and angle of dip
JPS61116612A (en) Measuring device for direction of bore hole
RU2062872C1 (en) Method for determining orientation of an object in stop point
SU1701901A1 (en) Method for determination of spatial position of borehole tool
RU2291294C1 (en) Ferro-probe well tilt meter
SU1393902A1 (en) Induction formation inclination meter
RU2184845C1 (en) Device for determination of borehole inclination angle and position of deflecting tool during drilling
RU2456642C2 (en) Method of localising magnetic dipole
SU804822A1 (en) Inclinometer
RU97107929A (en) METHOD FOR DETERMINING AZIMUTH, ANTI-ANGLED ANGLE, AND MAGNETIC TILT ANGLE
Levanto On magnetic measurements in drill holes
RU2235200C2 (en) Magnetometric sensor
RU2236029C1 (en) Device for measuring flux density of geomagnetic field from mobile object
Schonstedt et al. Airborne magnetometer for determining all magnetic components
SU120258A1 (en) The method of determining the magnetic properties of rock samples
RU2037778C1 (en) Deviationless electron compass