在套管井開天窗、老井復測中,通常需要利用陀螺測斜儀對井身方位值進行測量;在磁場異常地區和井段,由于磁通門測量值的誤差較大,也需要利用陀螺測斜儀進行方位測量。此外,在某些特定環境下,例如太陽磁暴高發期,或需要第3 種儀器進行驗證的場合,陀螺測斜儀也有其獨到的作用。

陀螺測斜儀中的方位測量傳感器就是陀螺儀,應用在油井測量中的陀螺儀是從航空器中的陀螺儀移植發展而來的。目前的陀螺測斜儀生產廠大都本身就是空間導航設備的專業生產廠。陀螺儀不僅結構精密,工藝要求高,測試復雜,更重要的是要對陀螺儀輸出信號建立矩陣方程進行專業性很強的復雜解算,同時要對其干擾力距、溫度漂移、沖擊振動產生的漂移進行補償,對其原理誤差進行多級修正等,這也是一般非專業廠在短時期內幾乎不可能做到的。

測井用陀螺儀較之航空器用陀螺儀，受其使用環境的影響具有以下特點。 首先，是體積要求嚴格，尤其直徑要小，要求形成儀器后適應套管井井徑要求，甚至能在開天窗時從鉆桿投入；其次，是較強的抗振性，測鉆開天窗或投入井底時，不會損壞陀螺本體;還有寬溫要求，即儀器能在125°環境中正常工作至少2小時且在環境溫度-10-125°范圍內儀器總體精度滿足設計要求。

常見陀螺儀的種類

從結構和制造工藝上陀螺儀可以分為機械陀螺、光學陀螺、半導體陀螺。其中機械陀螺又有框架陀螺、動力調諧陀螺、液浮速率積分陀螺、靜電陀螺。光學陀螺主要有激光和光纖陀螺2種。半導體陀螺中最常見的是硅微陀螺。

這些陀螺中，靜電陀螺制造難度極大，造價昂貴，只有最尖端武器系統才有采用，技術僅掌握在世界上少數一兩個國家中，故短期內不會應用于其它領域。硅微陀螺精度低、溫漂大，雖然有良好的抗振性和理想的體積，也有人在做形成儀器的探討，但受其本身技術發展水平的限制，現在多應用于動態攝像等反饋回路檢測，相當一段時期內，不會有理想的測井產品出現。

常用測井用陀螺儀介紹

目前所見到的測井用陀螺幾乎涵蓋了機械式陀螺儀的所有品種，包括框架陀螺、動力調諧陀螵、液浮速率積分陀螺等。

框架陀螺

框架陀螺是陀螺儀中最早發展、最成熟的經典一種，它制造容易，價格低廉，有較好的抗振性能。框架陀螺理論在美國、俄羅斯等國家十分成熟，國外一些品牌的陀螺測斜儀如“哈瑞斯”等品牌采用的即是框架陀螺。其結構圖。

框架陀螺它的主要優點是抗沖擊能力較強，可以實現連續測量，但它在工作時干抗力矩因素較多，它主要有以下缺點：

? 測量過程繁瑣，在下孔測量之前要進行地面定向，測量完成后，儀器還要在地面重新進行校準，以補償誤差數據；

? 結構上的內外框架支承的摩擦力造成陀螺漂移較大，且無法補償消除，使其不僅精度低而且外徑較大。

由于以上原因，目前在精確導航領域已經很少使用框架陀螺。

動力調諧陀螺

動力調諧陀螺的轉子支撐元件采用撓性支撐來代替框架陀螺中的滾珠支撐，陀螺本體由轉子、撓性接頭、傳感器、力矩器、驅動電路構成。結構如圖2所示。其中撓性接頭由上、中、下3個環構成，是決定其工作品質的關鍵部件。與框架陀螺相比，由于改進了轉子部分的結構，采用剛性及靈敏度好的撓性接頭做支承，減小了干擾力矩，故該種陀螺體積小，啟動時間短，精度較框架陀螺有很大改善。但動力調諧陀螺造價昂貴、制造復雜是其缺點，尤其是撓性接頭十分脆弱，在振動過程中極易斷裂，導致陀螺損毀；若加大撓性接頭剛度，則精度將大大下降。這是限制其在石油儀器上推廣應用的致命弱點。在國內有采用動力調諧陀螺開發陀螺測斜儀的廠，從目前應用情況看，效果都不甚理想，主要原因即是陀螺易損問題沒有得到解決。

液浮速率積分陀螺的轉子與殼體之間充以髙密度，高粘度的懸浮液，并在適當工作溫度下使轉子處于懸浮狀態，轉子與殼體之間以彈性游絲相連接。其優點是抗振性較好，體積小，但受其懸浮液的限制，工作準備時間長、溫漂大，一般應工作在恒溫狀態。盡管液浮陀螺具有相對優良的抗振性能指標，但嚴格說來，該類陀螺并不適宜應用于陀螺測斜儀上。因為有懸浮液的存在，則因工作環境溫差過大，會使懸浮液的密度和粘度發生很大變化，甚至會喪失阻尼作用，直接導致陀螺精度發生不可預見性的大幅變化，甚至失效。如果加裝精確溫控電路，則會增大儀器體積，而且也不適用于井下高溫、高壓環境。

以上所述3種機械式陀螺儀應用于石油儀器，在綜合考慮精度、抗振、環境溫度三大選型指標要求時受其原理限制，各自都具有很大缺陷。光學陀螺儀可應用于陀螺測斜。光學陀螺常見的有光纖陀螺和激光陀螺。但激光陀螺儀因體積過于龐大，現階段不予考慮。

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