專利名稱：石油井井下遙測系統(tǒng)網(wǎng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種新型電子電路及所延及的產(chǎn)品，它屬于對石油井井下地球物理參數(shù)的多路信號的實時遙測系統(tǒng)的改進。它主要是由地面通訊控制系統(tǒng)、專用七芯電纜及井下測量系統(tǒng)等幾部分構成。從而較好地解決了井下測量短節(jié)多、環(huán)境溫度高、線路板尺寸小而又無散熱條件下的電子線路的供電問題。
目前，在石油工業(yè)測井中所采用的井下測量系統(tǒng)，多為點到點的通訊方式，對井下儀器的供電及傳輸電纜的終端匹配都較容易解決。而采用一點到多點的通訊方式的測量系統(tǒng)至今在國內(nèi)外尚未見報導，其供電方式及信號傳輸也無可借鑒。但一點到多點的通訊方式的測量系統(tǒng)的優(yōu)點卻是明顯的，而且也是石油科技工作者所一直探索和研究的。
本發(fā)明的目的就在于提供一種既可實現(xiàn)由一點到多點的通訊控制和測量電路，又可較好解決該電子電路的供電問題的石油井井下實時遙測系統(tǒng)(電路及產(chǎn)品)。它主要是由地面通訊控制系統(tǒng)和井下測量系統(tǒng)組成，其技術特點在于該遙測系統(tǒng)網(wǎng)的地面通訊控制系統(tǒng)通過專用七芯鎧裝電纜與井下測量系統(tǒng)相聯(lián)接，而地面通訊控制系統(tǒng)主要是由地面通訊接口電路和專用計算機構成，其井下測量系統(tǒng)則是由測量短節(jié)與專用七芯鎧裝電纜相聯(lián)接而構成。
附

圖1即為本發(fā)明的地面接口電路原理框圖。
附圖2即為本發(fā)明的井下測量短節(jié)的電路原理框圖。
附圖3即為本發(fā)明的地面通訊接口電路原理圖。
附圖4即為本發(fā)明的測量短節(jié)電路原理圖。
附圖5即為本發(fā)明的現(xiàn)場安裝設置示意圖。
附圖6即為本發(fā)明的七芯電纜剖示圖。
本發(fā)明的地面通訊控制系統(tǒng)的通訊接口電路是通過將成組脈沖產(chǎn)生電路、二個驅(qū)動器、三個單穩(wěn)電路、傳輸線接收器、二個移位寄存器、緩沖寄存器、線驅(qū)動器、線接收器、穩(wěn)壓電源、光電隔離板及計算機按附圖1的原理框圖相聯(lián)接而構成，并與七芯鎧裝電纜相聯(lián)接;其井下測量系統(tǒng)的測量短節(jié)是由測量電路和通訊電路構成，其通訊電路的輸出端與七芯鎧裝電纜相并聯(lián)，該七芯鎧裝電纜則與地面通訊控制系統(tǒng)的通訊接口電路相聯(lián)接，其傳感器、數(shù)據(jù)采集電路、通訊與控制電路、連續(xù)供電電源的穩(wěn)壓電路和間歇供電電源的穩(wěn)壓電路是按附圖2的原理框圖相聯(lián)接。
附圖的圖面說明如下1-計算機 2-地面通訊接口 3-七芯鎧裝電纜4-測量短節(jié) 5-油管 6-油井環(huán)空7-油井套管 8-地面 9-地層10-穩(wěn)壓電源 11-差分信號1 12-12V電源線13-同步時鐘 14-+5V電源線 15-控制命令線16-差分信號2 17-+12V電源線 18-鋼絲外皮19-橡膠絕緣層下面將結合實施例及附圖對本發(fā)明的具體線路作詳細描述(一).地面通訊接口電路附圖3是本發(fā)明的地面通訊接口電路原理圖，它是按附圖1的原理框圖設計而成。地面通訊接口是連接計算機和井下測量短節(jié)的橋梁，在工作時，來自計算機的起動信號把數(shù)據(jù)傳送線上的井下測量短節(jié)地址編碼鎖存到移位寄存器1中，起動信號同時啟動成組脈沖產(chǎn)生電路，輸出連續(xù)12個時鐘脈沖。該時鐘脈沖有三個作用一是經(jīng)驅(qū)動器1給井下測量短節(jié)提供同步時鐘信號;二是把移位寄存器1中的地址碼移位輸出到井下地址總線ADRESS;三是作為移位寄存器2的同步時鐘信號，把同時從井下傳來的數(shù)據(jù)移入移位寄存器2。在成組脈沖產(chǎn)生電路輸出的12個時鐘信號后，經(jīng)單穩(wěn)1產(chǎn)生一個結束信號，通知計算機某測量短節(jié)的數(shù)據(jù)已傳送完畢，并由線驅(qū)動器輸出到數(shù)據(jù)總線上。其圖中的傳輸線接收器是由U5構成，單穩(wěn)1由U4構成單穩(wěn)2由U4構成，單穩(wěn)3由U16構成，成組脈沖產(chǎn)生電路由U1、U2、U3構成，移位寄存器2由U7、U8構成，緩沖寄存器由U9、U10構成，線驅(qū)動器由U11、U12構成，線接收器由U15構成，移位寄存器1由U13、U14構成，驅(qū)動器1由U17、T1、T2構成，驅(qū)動器2由U18、T3、T4構成，T5、U6、T6構成光電隔離板及波形整形電路。
(二).井下測量短節(jié)電路附圖4為本發(fā)明的測量短節(jié)的一種電路原理框圖，它是按附圖2的原理框圖設計而成。其各測量短節(jié)的電路原理圖之間除個別參數(shù)略有差別外，電路均相同。附圖4中的Cable1?！獵able7＃分別與鎧裝七芯電纜的七根纜芯相聯(lián)接，而電路系統(tǒng)的地線則與鎧裝電纜的鋼外皮相聯(lián)接。圖二中，U1、U2為集成運放，U3～U14為CMOS數(shù)字集成電路，都由連續(xù)供電電源U25、U26供電;而U15～U21則由間歇供電電源U22～U24供電。系統(tǒng)工作時，來自纜芯3＃的時鐘的同步信號及來自纜芯5＃的地址選通信號分別經(jīng)施密特電路U2、U1及D6、R6、D5、R5整形，得到波形規(guī)則的時鐘信號及地址信號。時鐘及地址信號同時送到八位串到并移位寄存器U3，以鎖存地址信號。被鎖存的地址信號與地址設置開關U7所設置的地址信號同時送到八位相等比較器U5、U6進行比較。如果二個地址相同，則比較器U6輸出一個高電平信號，表示本測量短節(jié)被選中，否則U6仍保持低電平。U6輸出高電平信號有四個作用一是啟動間歇電源U22～U24開始工作，輸出正常的供電電壓，二是通過U11∶A及U10∶B，起動A/D轉換器工作;三是經(jīng)U9∶A進入U3，以確保在測量期間比較器U6輸出不變;四是打開差分線驅(qū)動器U15，使由高阻態(tài)轉換到發(fā)送態(tài)。當?shù)孛嬖俅蜗蚓聹y量短節(jié)發(fā)送地址選通信號時(也可不選通井下任一測量短節(jié))，被測量參數(shù)P經(jīng)電子開關U20、放大器U17、A/D轉換器U16、線驅(qū)動器U15向地面?zhèn)魉汀Ｒ驗锳/D轉換器工作在外時鐘方式下，所以所傳數(shù)據(jù)是和來自地面的時鐘信號同步的。測量完參數(shù)P，A/D轉換器U16輸出一個EOC脈沖信號，經(jīng)單穩(wěn)電路U10∶A延遲，輸出一個負脈沖信號。該負脈沖一方面使觸分器U4改變輸出狀態(tài)，以使單刀雙擲電子開關U20切換到參數(shù)T;另一方面，該負脈沖通過U11∶A、U10∶B，又啟動A/D轉換器U16開始工作。測量T參數(shù)結束時，觸發(fā)器U4∶A輸出一個上跳沿脈沖，該脈沖經(jīng)單穩(wěn)電路U9∶B輸出一個負脈沖，該負脈沖經(jīng)U8∶A使U3清零，最后導致比較器U6輸出低電平，迫使間歇電源停止工作，輸出只有1.2V的電壓。整個電路的工作時序由圖三給出。
U4∶B、U9∶A的作用是當接收到的地址選通信號為非本測量短節(jié)的地址時，自動產(chǎn)生一個復位信號(假設地步信號的最高位為1)，以免被誤選。
U13、U14、U15為電平轉換器，實現(xiàn)CMOS工作電平到TTL工作電平的轉換。
U1、U2都接成施密特觸發(fā)器的形式，實現(xiàn)波形整形的目的。由于接有二極管D1～D4及電位器W1～W4，當調(diào)節(jié)電位器時，二個施密特觸發(fā)器上、下觸發(fā)電平均可調(diào)節(jié)。這樣做的目的主要是考慮到不同位置的測量短節(jié)，由于時鐘同步脈沖及地址選通脈沖與整個系統(tǒng)共地線，而引起參考電平偏移時，可自由調(diào)節(jié)觸發(fā)電平而設置的。
U22～U24與T1～T3構成間歇供電電源的主體，當三極管飽和導通時，輸出為1.2V，當三極管截止時，輸出電壓為止1.2V×(1+2.7K/0.3K)，其余二個原理相同。
在實際設計和使用中，本發(fā)明的設計者是按照附圖1的原理框圖設計成如附圖3所示的地面通訊接口電路，并配置相應的計算機;按附圖2的原理框圖設計成如附圖4所示的測量短節(jié)的通訊與供電電路，并制做成10個測量短節(jié)，將每個測量短節(jié)的電路板及相應器件放置在一個內(nèi)徑2cm、長80cm以內(nèi)的不銹鋼圓筒內(nèi);其七芯鎧裝電纜內(nèi)的七根電纜的設置如附圖5所示，然后再分別與10個測量短節(jié)相并聯(lián)，最后按照附圖6的現(xiàn)場安裝設置示意圖將各部分設置在油井現(xiàn)場。這樣，計算機通過控制地面通訊接口向井下的測量短節(jié)供電、發(fā)送地址選通信號，并接收來自井下測量短節(jié)傳回的數(shù)據(jù)。井下各測量短節(jié)是以總線方式并聯(lián)在電纜上的，井下各測量短節(jié)電路分成二部分一部分是通訊電路，用于接收來自地面的地址選通信號;另一部分是測量電路，用于測量井下電參數(shù)及向地面發(fā)送測量結果。系統(tǒng)工作時，地面計算機通過地面通訊接口向井下測量短節(jié)發(fā)送地址選通信號，井下各測量短節(jié)同時接收這個地址選通信號，并譯碼，以確定本短節(jié)是否被選中。被選中的測量短節(jié)立即給本短節(jié)的測量電路及數(shù)據(jù)發(fā)送電路供電。由于地面通訊接口與井下各測量短節(jié)在同一脈沖時鐘下同步工作，所以在計算機第二次向井下測量短節(jié)發(fā)送地址選通信號的同時，先前被選中的短節(jié)立即向地面發(fā)送測量結果，且這樣的雙向通訊是非同時完成的。在次同時，被選中的短節(jié)又立即給有關部分供電，進入測量傳送準備階段，而完成測量任務的短節(jié)的測量電路及數(shù)據(jù)發(fā)送電路的電源將自動被切斷。系統(tǒng)就是非在這樣的循環(huán)方式下工作的。
為保證系統(tǒng)在60℃的環(huán)境溫度下能連續(xù)工作12小時以上，選用軍品電子器件及嚴格篩選電子元件是必須的。
由于本發(fā)明所采用的地面通訊接口電路是精心優(yōu)化設計的，因此它具有下的特點和積極效果1.采用同步的全雙工通訊方式，既簡化了井下測量系統(tǒng)的測量短節(jié)時鐘恢復電路的設計，又提高了整個系統(tǒng)的通訊傳輸速率。
2.采用差分傳輸線接收器U5及光電隔離器件U6，提高了接收器抗共模干擾的能力，有效地抑制了傳輸電纜上的線間串擾影響。
3.采用推挽輸出電路作為CLOCK及ADDRESS驅(qū)動器，提高了線路的驅(qū)動能力。
4.由U1、U2、U3構成具有特色的脈沖產(chǎn)生電路。
另外，采用本發(fā)明的測量短節(jié)電路所制造的產(chǎn)品具有以下特點1.井下測量短節(jié)對耗電大的器件所采用的間歇式供電方法較好地解決了井下測量短節(jié)多、環(huán)境溫度高、線路板尺寸小而又無散熱條件下的電子線路的供電問題。
2.由于測量短節(jié)設置在尺寸為2cm寬、80cm長的線路板上，并放置在內(nèi)徑2cm的不銹鋼圓筒體內(nèi)，所以非常有利于現(xiàn)場施工作業(yè)。
3.每個測量短節(jié)一次可測量二個參數(shù)，一個是0～5V的模擬信號，一個是90歐姆～150歐姆的電阻。
4.所采用的總線式連接方式，使得井下測量短節(jié)可以比較自由地增減，短節(jié)間的距離也可任意調(diào)整，并對系統(tǒng)的正常工作法均無影響。另外，一個測量短節(jié)的故障一般也不會影響其它短節(jié)的正常工作，從而大大地降低了本系統(tǒng)的維修費用。
5.在井下有10個測量短節(jié)的情況下，系統(tǒng)每秒能循環(huán)測量100次以上。
6.可在井溫60℃的環(huán)境條件下連續(xù)工作12小時以上。
權利要求
1.石油井井下遙測系統(tǒng)網(wǎng)，它主要是由地面通訊控制系統(tǒng)和井下測量系統(tǒng)組成，其特征在于該遙測系統(tǒng)網(wǎng)的地面通訊控制系統(tǒng)通過專用七芯電纜與井下測量系統(tǒng)相聯(lián)接，而地面通訊控制系統(tǒng)主要是由地面通訊接口電路和專用計算機構成，其井下測量系統(tǒng)則是由測量短節(jié)與專用七芯鎧裝電纜相聯(lián)接而構成。
2.根據(jù)權利要求1所述的石油井井下遙測系統(tǒng)網(wǎng)，其特征在于地面通訊控制系統(tǒng)的通訊接口電路是通過將成組脈沖產(chǎn)生電路、二個驅(qū)動器、三個單穩(wěn)電路、傳輸線接收器、二個移位寄存器、緩沖寄存器、線驅(qū)動器、線接收器、穩(wěn)壓電源、光電隔離板及計算機按附圖1的原理框圖相聯(lián)接而構成(這是唯一能夠清楚描述的方法)，并與七芯鎧裝電纜相聯(lián)接。
3.根據(jù)權利要求1所述的石油井井下遙測系統(tǒng)網(wǎng)，其特征在于井下測量系統(tǒng)的測量短節(jié)是由測量電路和通訊電路構成，其通訊電路的輸出端與七芯鎧裝電纜相并聯(lián)，該七芯鎧裝電纜則與地面通訊控制系統(tǒng)的通訊接口電路相聯(lián)接，其傳感器、數(shù)據(jù)采集電路、通訊與控制電路、連續(xù)供電電源的穩(wěn)壓電路和間歇供電電源的穩(wěn)壓電路是按附圖2的原理框圖相聯(lián)接(這是唯一能清楚描述的方法)。
全文摘要
一種石油井井下遙測系統(tǒng)網(wǎng)，它主要是由地面通訊控制系統(tǒng)和井下測量系統(tǒng)組成，該遙測系統(tǒng)網(wǎng)的地面通訊控制系統(tǒng)通過專用七芯電纜與井下測量系統(tǒng)相聯(lián)接，而地面通訊控制系統(tǒng)主要是由地面通訊接口電路和專用計算機構成，其井下測量系統(tǒng)則是由測量短節(jié)與專用七芯鎧裝電纜相聯(lián)接而構成。
文檔編號E21B47/00GK1098471SQ93109120
公開日1995年2月8日 申請日期1993年7月31日 優(yōu)先權日1993年7月31日
發(fā)明者錢占軍, 馬秀軍, 韓國慶, 李相方, 孫成堂 申請人:石油大學(華東)