专利名称：井中三分量磁力梯度测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于地球物理探测设备，是一种应用于钻井中不同位置的磁场梯度测量的直O
背景技术：
地磁场具有矢量特征，即任意点的地磁场都可分解成三个分量，即两个水平分量 (X，y)和一个垂直分量(Z)。由于地层结构的不同，特别是由于磁性矿体的影响，不同位 置的地磁场强度和方向性均有不同，这种不同可以通过三分量磁力梯度值反映出来。这样 就可以对不向位置的三分量磁力梯度值进行测量，根据三分量磁力梯度值的不同，确定各 个位置的磁场强度和方向性，从而确定地层的结构特点和确定磁性矿体的存在，进而追寻 磁性矿体的产状等特征。人们无论是在地质找矿或在地质体产状构造研究中，如能在进行 地磁测量时直接获取地磁场各个分量的梯度值，对研究磁性体或称磁异常体是非常有意义 的，它可以帮助描绘磁性体的空间分布特点，正确认识磁异常，得以解决磁性体找矿及构造 研究的问题。三分量磁力梯度测量的重要性还在于，其梯度数据可帮助确定异常方向和分 辨浅层异常和深部异常，对深部找矿或对弱磁性体矿寻找是非常有利的。目前，实现地磁场总场强度或垂直分量及其梯度测量的仪器有质子磁力梯度仪， 光泵磁力梯度仪，超导磁力梯度仪及磁通门式磁力梯度仪。这些不同种类的磁力梯度仪广 泛应用于地面、海洋、航空磁力梯度测量，是技术成熟的地球物理探测装备。但是，专门应用 于钻井中的结构和性能完善的三分量磁力梯度测量装置尚且没有。钻井中的条件极为苛 刻，如探管直径< 36毫米，下井深度3000米，有70度的高温和300个大气压的压力，井体 不够垂直等不利因素。因此，对下井仪器而言，在工艺、材料、结构设计等都要有专业性极强 的要求。因此，需要提出一种新型的结构更精巧，性能更好，能够适应钻井中测量环境的井 中三分量磁力梯度测量装置。

发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种井中三分量磁力梯度测量装 置，该装置将探头、磁传感器、测量仪器等都装入无磁性高强度合金管内，保证有足够的强 度及密封性，采用高级别的磁性材料，能达到测量分辨率不低于1纳特/米，而精度要达到 1X10-4的要求；另则采用高精度的三分量重力加速度计，实时记录钻孔的斜角，利用专用 软件对钻孔的倾斜造成磁系倾斜的角度给以修正，保证三分量磁力梯度仪测量的准确；还 采取温度补偿措施，充分保证井中磁力梯度测量的准确性。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的井中三分量磁力梯度测量装置，其 特征在于由井上部分和井下部分组成井上部分设有电缆绞车及电缆、电源和设有输入 部件、存储器、LCD显示器的电脑控制器，该电脑控制器为控制电缆绞车的收放，通过编码盘 精确记录电缆在井下的位置及深度，对井下上传的测量数据进行接收、处理、存储，及实时 在LCD屏上显示数据和图形的电脑控制器；所述井下部分设有微型井中三分量磁通门式磁3力梯度仪，该磁力梯度仪设有磁敏感元件制成的磁通门型磁传感器构成的磁探头和磁探头 输出信号接收分折处理模块，所述井下部分还设有温度传感器、微型井中三分量重力加速 度计、井下电源和与上述磁力梯度仪、温度传感器和加速度计进行控制连接的井下MCU微 控制器；另外还设有多路开关转换器，该转换器的入口与上述梯度仪、温度传感器和重力加 速度计进行信号连接，其出口与一个M路模数转换器信号连接，该模数转换器与所述井上 部分的微机控制器进行信号连接；井下所有仪器及部件装在Φ36Χ2000毫米的无磁性合 金探管内；井下各种测量部件均与多路转换器进行信号连接，并依次由M位的模数转换器 进行数字量化。所述微型井中三分量磁通门式磁力梯度仪的结构为设有两组磁敏感元件制成的 磁通门型磁传感器及其信号放大输出电路组成的磁探头，每组磁传感器中两个相互垂直地 水平设置，另一个纵向垂直设置，还设有产生激励信号的激励通道电路、提供检测信号的检 测通道电路和信号接收处理模块，其中磁敏感元件的灵敏度不低于1纳特，二磁敏感元件 相距1米，测出磁场梯度值单位为纳特/米；所述微型井中三分量重力加速度计的结构为设有相互垂直的两个水平设置和一 个纵向垂直设置的三个重力加速度计；该加速度计与所述MCU微控制器进行控制和信号连 接，用于倾角测量，以此倾角值来来修正梯度值的失真，达到精确测量的要求；上述测量装置的运行包括以下三大步骤1)装置启动装置启动与初始化-—启动绞车，释放电缆至某深度-—启动测量的指令送往三 个测量部件2)信号采集及量化(1)启动井中磁梯度仪工作-—激励通道产生激励信号-—测量通道进行数据采 集；(2)启动温度测量部件工作；(3)启动三分量重力加速度计工作；3)数据传输及处理以上三路输出信号经多路转换器送往A/D转换器进行数字量 化-—数据整理及通讯送至井上电脑控制器-—电脑控制器对数据进行处理，显示数据，并 制图形和记录。本发明的井中三分量磁力梯度测量装置运行时，由电缆绞车将井下部分悬吊放入 井中，探管内的井下器件由井下微型控制器统一控制，并通过所述模数转换器的串口与井 上部分的电脑控制器联接，将井下部分的三分量磁力梯度仪、温度传感器、三分量重力加速 度计测得的磁力梯度信号、温度信号、井壁倾斜角度经多路开关依次分别接入M位模/数 转换器转换为数字量，并经串口送入地面所述的电脑控制器，做进一步处理，实时监测及显 示、记录、存储；井下电源的功能是将井上所述的整机电源送入的单一电压转换成各部分电 路需要的电源系列；本发明与现有技术相比，具有结构完善，能适用于井下的磁力梯度测量和完成数 据的处理，自动化、智能化程度高，操作简便，测量精确，效果好，效率高的优点，具有极大的 实用价值和经济价值。


图1为本发明的结构示意框图；图2本发明工作流程示意图；图3为本发明的井中三分量磁力梯度仪的结构示意图；图4为本发明的井中三分量重力加速度仪的结构示意图；图5、图6是本发明的实施例进行实际测量的结果图。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
和附图对本发明做进一步的说明实施例参见附图，井 中三分量磁力梯度测量装置，其特征在于由井上部分和井下部分组成井上部分设有电 缆绞车及电缆、电源和设有输入部件、存储器、LCD显示器的电脑控制器，该电脑控制器为控 制电缆绞车的收放，通过编码盘精确记录电缆在井下的位置及深度，对井下上传的测量数 据进行接收、处理、存储，及实时在LCD屏上显示数据和图形的电脑控制器；所述井下部分 设有微型井中三分量磁通门式磁力梯度仪3，该磁力梯度仪设有磁敏感元件制成的磁通门 型磁传感器构成的磁探头和探头输出信号接收分折处理模块，所述井下部分还设有温度传 感器、微型井中三分量重力加速度计2、井下电源和与上述磁力梯度仪、温度传感器和加速 度计进行控制连接的井下MCU微控制器；另外还设有多路开关转换器，该转换器的入口与 上述梯度仪、温度传感器和重力加速度计进行信号连接，其出口与一个M路模数转换器信 号连接，该模数转换器与所述井上部分的微机控制器进行信号连接；井下所有仪器及部件 装在Φ 36 X 2000毫米的无磁性合金探管内；所述微型井中三分量磁通门式磁力梯度仪3的结构为设有两组磁敏感元件制成 的磁通门型磁传感器1及其信号放大输出电路组成的磁探头，每组磁传感器中两个相互垂 直地水平设置，另一个纵向垂直设置，还设有产生激励信号的激励通道电路、提供检测信号 的检测通道电路和信号接收处理模块，其中磁敏感元件的灵敏度不低于1纳特，二磁敏感 元件相距1米，测出磁场梯度值单位为纳特/米；所述微型井中三分量重力加速度计的结构为设有相互垂直的两个水平设置和一 个纵向垂直放置的三个重力加速度计2，与所述井下MCU微控制器信号连接；用于倾角测 量，以此倾角值来来修正梯度值的失真，达到精确测量的要求；井下各种测量信号均通过多 路转换器控制依次由M位的模数转换器进行数字量化；本实施例经试用证明，本发明的井中三分量磁力梯度测量装置是在磁性矿区进 行深部找矿的有效装置，具有很好的对磁性矿体进行全域定向能力。传统的方法钻孔井 斜方位必须用非磁性原理测斜仪如定盘、光纤陀螺等测定，由于测定精度较差，一般误差 士2° -士5°，使得水平正常场投影方位误差很大，一般为士 1000-士2500纳特，导致磁测 不能对钻孔两侧的矿体进行定向，大大地降低了井中三分量磁测深部找矿的能力。而本梯 度测量装置进行梯度磁测量，其梯度异常即纯异常与正常场无关，其梯度异常与磁异常有 对应、反号的关系。因此，梯度异常能在井下对磁性矿体进行全域定向。图五和图六是本实 施例测得的结果，是位于钻孔两侧的板状矿体和水平圆柱矿体测定结果，由梯度最强矢量 异常的反矢量方向指示了矿体所在的方向，矿体两侧井孔均能很好定向，从而准确地确定 了矿体的位置。图中4为A探井，5为B探井，6为水平圆柱矿体，7为圆柱矿体磁梯度量值5及方向线；41为C探井，51为D探井，61为板状矿体，71为板状矿体磁梯度量值及方向线。
权利要求
1. 一种井中三分量磁力梯度测量装置，其特征在于由井上部分和井下部分组成井 上部分设有电缆绞车及电缆、电源和设有输入部件、存储器、LCD显示器的电脑控制器，该 电脑控制器为控制电缆绞车的收放，通过编码盘精确记录电缆在井下的位置及深度，对井 下上传的测量数据进行接收、处理、存储，及实时在LCD屏上显示数据和图形的电脑控制 器；所述井下部分设有微型井中三分量磁通门式磁力梯度仪(3)，该磁力梯度仪设有磁敏 感元件制成的磁通门型磁传感器构成的磁探头和探头输出信号接收分折处理模块，所述井 下部分还设有温度传感器、微型井中三分量重力加速度计( 、井下电源和与上述磁力梯度 仪、温度传感器和加速度计进行控制连接的井下MCU微控制器；另外还设有多路开关转换 器，该转换器的入口与上述梯度仪、温度传感器和重力加速度计进行信号连接，其出口与一 个M路模数转换器信号连接，该模数转换器与所述井上部分的微机控制器进行信号连接； 井下所有仪器及部件装在Φ36Χ2000毫米的无磁性合金探管内；井下各种测量部件均与 多路转换器进行信号连接，并依次由M位的模数转换器进行数字量化；所述微型井中三分量磁通门式磁力梯度仪(3)的结构为设有两组磁敏感元件制成的 磁通门型磁传感器(1)及其信号放大输出电路组成的磁探头，每组磁传感器中两个相互垂 直地水平设置，另一个纵向垂直设置，还设有产生激励信号的激励通道电路、提供检测信号 的检测通道电路和信号接收处理模块，其中磁敏感元件的灵敏度不低于1纳特，二磁敏感 元件相距1米，测出磁场梯度值单位为纳特/米；所述微型井中三分量重力加速度计的结构为设有相互垂直的两个水平设置和一个纵 向垂直放置的三个重力加速度计( ，该重力加速度计与所述井下MCU微控制器进行信号 连接。
全文摘要
本发明涉及一种井中三分量磁力梯度测量装置，由井上部分和井下部分组成井上部分设有电缆绞车及电缆、电源和设有输入部件、存储器、LCD显示器的电脑控制器；所述井下部分设有微型井中三分量磁通门式磁力梯度仪(3)、温度传感器、微型井中三分量重力加速度计、井下电源和与上述磁力梯度仪、温度传感器和加速度计进行控制连接的井下MCU微控制器；另外还设有多路开关转换器，和一个24路模数转换器，该模数转换器与所述井上部分的微机控制器进行信号连接；井下所有仪器装在探管内；井下各种测量部件均与多路转换器进行信号连接。本发明适用于井中磁梯度测量，结构新创，测量效果精确，效率高，而且使用方便，自控性能好。
文档编号G01V3/40GK102053282SQ201010535649
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者吴天彪, 徐立忠, 李学圣, 李肇威, 梁连仲, 王庆乙, 王海龙, 王菅营, 陶照明, 韩小申, 黄涛 申请人:北京奥地探测仪器公司