陀螺钻孔测斜仪是一种不受地磁干扰和周围境磁性影响的钻孔轨迹测量仪器,主要用于磁性矿区钻孔、套管、钻杆等进行钻孔轨迹测量,当然也可在其他不受磁干扰的钻孔中进行轨迹测量。
测井用陀螺仪较之航空器用陀螺仪,受其使用环境的影响具有以下特点。 首先,是体积要求严格,尤其直径要小,要求形成仪器后适应套管井井径要求,甚至能在开天窗时从钻杆投入;其次,是较强的抗振性,测钻开天窗或投入井底时,不会损坏陀螺本体;还有宽温要求,即仪器能在125°环境中正常工作至少2小时且在环境温度-10-125°范围内仪器总体精度满足设计要求。
从结构和制造工艺上陀螺仪可以分为机械陀螺、光学陀螺、半导体陀螺。其中机械陀螺又有框架陀螺、动力调谐陀螺、液浮速率积分陀螺、静电陀螺。光学陀螺主要有激光和光纤陀螺2种。半导体陀螺中最常见的是硅微陀螺。
这些陀螺中,静电陀螺制造难度极大,造价昂贵,只有最尖端武器系统才有采用,技术仅掌握在世界上少数一两个国家中,故短期内不会应用于其它领域。硅微陀螺精度低、温漂大,虽然有良好的抗振性和理想的体积,也有人在做形成仪器的探讨,但受其本身技术发展水平的限制,现在多应用于动态摄像等反馈回路检测,相当一段时期内,不会有理想的测井产品出现。
目前所见到的测井用陀螺几乎涵盖了机械式陀螺仪的所有品种,包括框架陀螺、动力调谐陀螵、液浮速率积分陀螺等。
框架陀螺
框架陀螺是陀螺仪中最早发展、最成熟的经典一种,它制造容易,价格低廉,有较好的抗振性能。框架陀螺理论在美国、俄罗斯等国家十分成熟,国外一些品牌的陀螺测斜仪如“哈瑞斯”等品牌采用的即是框架陀螺。 其结构见图1。

图 1. 框架陀螺结构图
框架陀螺它的主要优点是抗冲击能力较强,可以实现连续测量,但它在工作时干抗力矩因素较多,它主要有以下缺点:
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测量过程繁琐,在下孔测量之前要进行地面定向,测量完成后,仪器还要在地面重新进行校准,以补偿误差数据;
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结构上的内外框架支承的摩擦力造成陀螺漂移较大,且无法补偿消除,使其不仅精度低而且外径较大。
由于以上原因,目前在精确导航领域已经很少使用框架陀螺。
动力调谐陀螺
动力调谐陀螺