專利名稱：油、氣井壓裂酸化參數(shù)監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種監(jiān)測油井、氣井壓裂狀況的多參數(shù)監(jiān)測裝置。
在石油和天燃?xì)獾拈_采中，在很多情況下，采用酸化壓裂工藝擴(kuò)展裂縫的方法增加油或氣的產(chǎn)量，用高壓向井內(nèi)加壓裂液和砂，以便在撤銷壓力后，由砂填充裂縫，維持裂縫不變小。地面指揮人員需及時了解施工時的壓力、流量、砂比、砂量、膠液流量等數(shù)據(jù)，防止井下堵砂和超壓而損壞設(shè)備和傷人。工程人員也需要從施工數(shù)據(jù)中分析增產(chǎn)效果和地層情況。
在壓裂酸化技術(shù)上，單個參數(shù)測量儀器較多，而綜合監(jiān)測儀器較少。國內(nèi)各油田引進(jìn)的國外同類產(chǎn)品測量砂比大部分均使用放射源傳感器來測量砂比和砂量。由于操作人員擔(dān)心放射源對人體有害而不愿使用，所以，從國外引進(jìn)的設(shè)備在國內(nèi)幾乎沒有得到較好的利用。
鑒于上述國內(nèi)在壓裂酸化技術(shù)上的現(xiàn)狀，本實用新型的目的是設(shè)計一種工作穩(wěn)定、精度高、直觀、方便、多種方法進(jìn)行多參數(shù)監(jiān)測顯示的油(氣)井壓裂酸化參數(shù)測量裝置。
本實用新型以其結(jié)構(gòu)特點全面達(dá)到了上述設(shè)計目的它由壓力、流量、膠液流量、輸砂器及密度計各傳感器及對應(yīng)的轉(zhuǎn)換器和校準(zhǔn)信號源、數(shù)據(jù)采集電路、單板機(jī)、計算機(jī)、終端顯示器，遠(yuǎn)傳顯示屏、參數(shù)顯示屏、繪圖儀和寬行打印機(jī)、微型打印機(jī)構(gòu)成，其特征在于數(shù)據(jù)采集電路分為兩部分，采集電路Ⅰ信號輸出端與單板機(jī)數(shù)據(jù)信號輸入口相連，數(shù)據(jù)采集電路Ⅱ輸出信號端與計算機(jī)數(shù)據(jù)信號輸入端口相連，計算機(jī)除連接顯示器外，還與繪圖儀和寬行打印機(jī)相連，單板機(jī)與遠(yuǎn)傳顯示器和微型打印機(jī)相連，計算機(jī)和單板機(jī)分別通過轉(zhuǎn)換開關(guān)與參數(shù)顯示屏相連，各轉(zhuǎn)換器分別通過轉(zhuǎn)換開關(guān)與傳感信號端或校準(zhǔn)信號源相連。
本實用新型的工作原理是由各傳感器送入的微弱的電信號經(jīng)高靈敏度、高精度線性放大器放大后，在轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換成直流電壓信號，再送給數(shù)據(jù)采集電路，由數(shù)據(jù)采集電路Ⅰ將信號送給單板機(jī)，采集電路Ⅱ?qū)?shù)字信號送給計算機(jī)，單板機(jī)和計算機(jī)并行進(jìn)行獨立工作。單板機(jī)在預(yù)先編制好的軟件控制下工作，驅(qū)動顯示多個參數(shù)的大顯示屏，同時又指揮微型打印機(jī)工作；計算機(jī)也按預(yù)先編制的程序工作，在終端顯示器上顯示壓力、流量、總量，砂比的實時曲線、井筒的剖面圖，還可在顯示器上觀察到壓裂液在井筒中的位置及裂縫生成的長、寬、尺寸，各種壓裂液的直方圖，井底壓力雙對數(shù)曲線，停泵后測量的壓降曲線，同時指揮寬行打印機(jī)工作。打印機(jī)可打出予置參數(shù)菜單、施工總結(jié)報告、綜合曲線和施工報告封面，在繪圖儀上繪出壓力、流量、砂比或砂濃度曲線、井底壓力雙對數(shù)曲線、壓降曲線。
本實用新型通過將傳感信息放大，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，再經(jīng)智能處理，使地上能準(zhǔn)確掌握井下施工狀況，進(jìn)行有效指揮，具有工作性能穩(wěn)定、監(jiān)測精度高、操作、維護(hù)方便、直觀的優(yōu)點，避免了單一使用放射源做傳感器。
以下結(jié)合附圖提供一個具有代表性的實施例


圖1電路框圖圖2壓力轉(zhuǎn)換器電原理圖圖3流量轉(zhuǎn)換器電原理圖圖4砂比轉(zhuǎn)換器電原理圖圖5采集板Ⅰ圖6采集板Ⅱ圖7主控板邏輯圖圖8I/O板邏輯圖圖9數(shù)據(jù)板邏輯圖本實用新型由壓力傳感器、流量傳感器、膠液流量傳感器、輸砂器傳感器、密度計探頭以及與各傳感器對應(yīng)的轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。除密度計探頭外各傳感器均為兩路，轉(zhuǎn)換器通過轉(zhuǎn)換開關(guān)與校準(zhǔn)用信號源或傳感器信號端相連接。各轉(zhuǎn)換器將遠(yuǎn)處傳來的微弱的電信號轉(zhuǎn)換成0～5V的直流信號，送入采集電路，將F、V信號均變?yōu)閿?shù)字信號，同時分兩路輸出，一路送入單板機(jī)，一路送入計算機(jī)，兩機(jī)并行進(jìn)行獨立工作。單板機(jī)控制選傳顯示器、微型打印機(jī)工作，計算機(jī)控制終端顯示器、寬行打印機(jī)和繪圖儀工作，同時，兩機(jī)均通過轉(zhuǎn)換開關(guān)控制可顯示二十多個參數(shù)的大顯示屏工作。
壓力轉(zhuǎn)換電路如圖2所示，由三端穩(wěn)壓器IC2、IC3(7809)，倒相器IC1(7660)、線性放大器IC4(AD521JD)和跟隨器IC5(LM310N)及外圍電路構(gòu)成。+12V電源自A15、B15端輸入，A456及A22、B22為地，經(jīng)7809穩(wěn)壓后，在其輸出端即有+9V電壓輸出。其中，IC3輸出的+9V經(jīng)A20B20送至壓力傳感器，作為電源，IC2輸出經(jīng)IC1(7660)倒相，自輸出端5輸出-8V，此電壓與+9V電壓作為壓力轉(zhuǎn)換電路的鎖電電壓。來自傳感器的微弱壓力信號(0～30mV)經(jīng)高精度線性放大器IC4(AD521)放大后，再經(jīng)電壓跟隨器IC5(LM310)變成0～5V直流電壓，自A8、B8端送至采集板。IC4的輸出端4、5、6接有調(diào)零電位器，輸出端7接有增益調(diào)整電位器，此二電位器均設(shè)在儀表面板上，適當(dāng)調(diào)整它們可使壓力在0～100MPa范圍內(nèi)有良好的線性輸出。
流量轉(zhuǎn)換電路如圖3所示，由四路完全相同的二次表電路構(gòu)成，可同時接收四路流量信號，現(xiàn)以一路為代表，說明如下該電路由鎖相環(huán)IC6(4046)、計數(shù)器IC7(4581)、頻率-電壓轉(zhuǎn)換器IC8(LM331)、電壓跟隨器IC9(LM324)、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC10(4538)、與門電路IC11(4001)及外圍電路構(gòu)成。來自流量前置放大器的矩形脈沖信號自A4B4端輸入，送至鎖相環(huán)IC6輸入端14，鎖相環(huán)與計數(shù)器IC7組成100次倍頻器，在4046的輸出端4有倍頻后的脈沖信號輸出，送至與門IC11(4538)的一個輸入端，它的另一個輸入端來自單穩(wěn)態(tài)IC11，當(dāng)有流量輸入信號時，單穩(wěn)態(tài)電路輸出高電平，倍頻信號經(jīng)過與門并經(jīng)倒相后，自A7B7輸出，輸出脈沖幅度為5V；當(dāng)輸入信號為0時，原穩(wěn)壓電路輸出0電平，A7B7也為0電平?？紤]到某些場合要使用直流電壓，電路中設(shè)置有頻率——電壓轉(zhuǎn)換器IC8(CM331)。倍頻后的流量信號在送往采集電路的同時又經(jīng)微分后送至IC8的輸入端6，經(jīng)轉(zhuǎn)換自輸出端1輸出0～5V直流電壓，再經(jīng)電壓跟隨器IC9(LM324)送至A10B10端。
因該電路設(shè)置了頻率信號及模擬信號兩種輸出，故在實際使用中可根據(jù)需要任意選用或同時使用。
砂比轉(zhuǎn)換電路如圖4。該電路選用MCS-48系列單片機(jī)，2KEPOM，使數(shù)據(jù)的采集及檢測實現(xiàn)了智能化。IC23～28為電源變換器，分別將+12V電源變?yōu)?5V、+9V、-8V電壓，向砂比探頭饋電。經(jīng)密度計探頭收集和放大的檢測信號由IC29放大整形及分頻后進(jìn)入中央處理器IC31(8039)，密度計算用軟件形式寫入EPROM(IC33)中，以數(shù)據(jù)形式轉(zhuǎn)換成密度，IC34(DAC0823)為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，輸入代表密度的數(shù)字量通過它轉(zhuǎn)換成0-5V的電壓，此0～5V電壓對應(yīng)密度為1～2.5g/cm3，然后按數(shù)字公式轉(zhuǎn)換為砂比，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器IC35AD(0809)將輸入的直流電壓變成數(shù)字量。
采集電路Ⅰ、Ⅱ如圖5、圖6所示。其主要功能是將由變換器輸入的模擬量和頻率量進(jìn)行每秒約100次的采集。模擬量經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器IC43(0809)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過計數(shù)器IC37、38(8253)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，由采集電路將這些信號送入單板機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再送入計算機(jī)輸入口。該電路中的中央處理器IC39(80C31)是控制整個電路板工作的核心。當(dāng)上電復(fù)位后。80C31即按存儲于EPROM IC41(27C64)中的程序進(jìn)行運(yùn)作。IC40(HC373)是地址鎖存器，使80C31的低8位地址與數(shù)據(jù)總線能分時工作，IC50(HC139)為地址譯碼器，產(chǎn)生必要的選通信號。由變換器輸出的8路模擬量從插座10、11、12、13(AB兩面)輸入到A/D變換器0809的輸入端口，在CPU8031的控制下分時地對每路進(jìn)行變換，變換后的數(shù)據(jù)儲存于存儲器IC42(6264)中，兩計數(shù)器82C53在80C31的控制下分別將插座腳6、7、8(AB兩而)輸入的6路頻率量(流量、砂排量、膠液)變換為數(shù)字量，也存于ROM6264中。采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過簡單的加工通過串行口(插座4)送到數(shù)據(jù)處理電路中。本電路的工作方式及狀態(tài)由主控板控制，控制命令通過另一路串行口(插座A3)送來。IC48(HC04)和二極管IN4001及周邊電容形成復(fù)位電路，產(chǎn)生復(fù)位信號，復(fù)位信號通過插座B14接到面板開關(guān)上，當(dāng)開關(guān)按下時，CPU復(fù)位。
IC51(HC74)產(chǎn)生A/D變換器0809所要求的采樣時鐘信號，有500KHZ和250KHZ兩種頻率輸出供選擇，+5V穩(wěn)壓電源由7805提供，輸入電壓+12V。
單板機(jī)包括數(shù)據(jù)電路和主控板。數(shù)據(jù)電路如圖9所示，其主要任務(wù)是將采集電路送來的數(shù)字信號進(jìn)行加工處理成可顯示和打印的數(shù)據(jù)方式，使之成為顯示數(shù)據(jù)和打印繪圖所需的數(shù)據(jù)，然后送入顯示屏進(jìn)行顯示和送入主控板，通過主控板來控制打印機(jī)打印和繪圖。數(shù)據(jù)處理板有存儲器，其存儲量為128K，由4塊62256組成，可供3小時的數(shù)據(jù)保存，并有掉電保護(hù)裝置，可長期保存數(shù)據(jù)，該部分電路也裝有CPU，可以獨立工作，是本電路的核心。IC82(27C64是EPROM存儲器，IC81(HC373)是地址鎖存器，它保證80C31的低8位地址與8位數(shù)據(jù)線分時工作，IC90(HC373)為地址鎖存器，它保證80C31的低8位地址譯碼器產(chǎn)生必要的地址選通信號，IC87(HC04)為二極管IN4401及周邊電阻電容組成復(fù)位電路，復(fù)位信號是通過插座B14為采集板的復(fù)位信號連接在一塊的。當(dāng)面板開關(guān)按下時，CPU復(fù)位，4片62256(IC83～86)組成的128K讀/寫存儲器內(nèi)部自帶有微型電池，有掉電保護(hù)功能。晶體JT及電容C1～C2組成頻率為6MHZ的晶振電路，作為80C31的時鐘信號。數(shù)據(jù)電路板與采集板的通訊口為插座的B3、B4，顯示信號通過Q1-4晶體管放大后經(jīng)插座A3～5及B5送入顯示器。
主控板是整個單片機(jī)的控制核心，它與鍵盤連接，把鍵盤送入的命令和控制數(shù)據(jù)顯示、打印出來，并根據(jù)需要繪圖。I/O板是主控板的輸入/輸出部分。
主控板以IC68(80C31)為中心，由固有振蕩頻率為6MHz的品體振蕩器JT1，及C1、C2作時鐘信號，IC69(HC373)作地址鎖存器，使80C31的低8位地址與數(shù)據(jù)總線能達(dá)到分時工作，控制程序存在IC70(27256)中，程序運(yùn)行中的數(shù)據(jù)及中間結(jié)果以輸入/輸出的數(shù)據(jù)暫存于IC71(ROM62256)中，IC76、IC77(HC138)為地址譯碼器，產(chǎn)生正確的電選信號。IC75(HC04)與二極管IN4001與周邊電阻電容形成復(fù)位電路，為80C31和其它需要復(fù)位的器件提供復(fù)位信號。
主控板為四路輸出，其中階段指示信號經(jīng)IC72(HC273)緩沖后經(jīng)三極管Q3～10(9014)放大，經(jīng)插座27～30驅(qū)動面板上的階段指示燈，經(jīng)I/O板上IC96(HC273)驅(qū)動工作狀態(tài)指示燈；I/O板上的IC95(HC240)用于推動打印機(jī)的信號。IC77(HC138)的一半與IC78(HC240)組成鍵盤掃描電路，HC138為列，HC240為行，用來檢測一個4×6位鍵盤的按鍵信號；主控板還要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)采集板和數(shù)據(jù)板的工作，這些功能均靠程序來保證執(zhí)行。I/O板上四個運(yùn)算放大器IC91(LM339)組成錄放電路，用于保存數(shù)據(jù)。
本油井壓裂酸化參數(shù)監(jiān)測裝置用于油田、氣田的井下施工監(jiān)測，及核廢料井下壓裂儲存參數(shù)監(jiān)測多用于野外工作，為方便操作和搬運(yùn)，本裝置可安裝在改造的車輛上車載，車外懸掛大參數(shù)顯示屏，儀表安裝于車內(nèi)。本實用新型也可做成便攜式(手提式)。
權(quán)利要求1．油、氣井壓裂酸化參數(shù)監(jiān)測裝置，由壓力、流量、膠液流量、輸砂器及密度計各傳感器和對應(yīng)的轉(zhuǎn)換器和校準(zhǔn)信號源、數(shù)據(jù)采集電路、單板機(jī)、計算機(jī)、終端顯示器、遠(yuǎn)傳顯示器、大參數(shù)顯示屏、繪圖儀、寬行打印機(jī)和微型打印機(jī)構(gòu)成，其特征在于數(shù)據(jù)采集電路分為兩部分，采集電路Ⅰ信號輸出端與單板機(jī)數(shù)據(jù)信號輸入口相連，數(shù)據(jù)采集電路Ⅱ輸出信號端與計算機(jī)數(shù)據(jù)信號輸入端口相連，計算機(jī)除連接終端顯示器外，還與繪圖儀和寬行打印機(jī)相連，單板機(jī)與遠(yuǎn)傳顯示器和微型打印機(jī)相連，計算機(jī)和單板機(jī)分別通過轉(zhuǎn)換開關(guān)與參數(shù)顯示屏相連，各轉(zhuǎn)換器分別通過轉(zhuǎn)換開關(guān)與傳感信號端或校準(zhǔn)信息源相連。
專利摘要本裝置由壓力、流量、膠液流量、輸砂器及密度計傳感器和對應(yīng)的轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集電路、單板機(jī)、計算機(jī)、終端顯示器、遠(yuǎn)傳顯示器、大參數(shù)顯示屏、繪圖儀、寬行打印機(jī)和微型打印機(jī)構(gòu)成,數(shù)據(jù)采集電路的輸出信號為二路,一路送單板機(jī),一路送計算機(jī),計算機(jī)除連接終端顯示器外,還連接有繪圖儀和寬行打印機(jī),單板機(jī)與遠(yuǎn)傳顯示器和微型打印機(jī)相連。單板機(jī)、計算機(jī)分別通過轉(zhuǎn)換開關(guān)與大參數(shù)顯示屏相連,各轉(zhuǎn)換器通過選擇開關(guān)分別與傳感信號或校準(zhǔn)信號源相連。
文檔編號E21B43/27GK2312324SQ9720759
公開日1999年3月31日 申請日期1997年2月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月15日
發(fā)明者謝祚儀, 衛(wèi)成彬, 王林強(qiáng) 申請人:成都長城電子工程研究所