基于高速遙傳測(cè)井儀的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于高速遙傳測(cè)井儀的數(shù)字化、集成化的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)，在石油測(cè)井中測(cè)量溫度、張壓力及泥漿電阻率等環(huán)境參數(shù)。本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)包括：傳感器，用于檢測(cè)與環(huán)境參數(shù)有關(guān)的信號(hào)；控制處理單元，具有數(shù)據(jù)總線，并對(duì)由傳感器檢測(cè)出的與環(huán)境參數(shù)有關(guān)的信號(hào)進(jìn)行處理，將處理后所得到的環(huán)境參數(shù)信號(hào)經(jīng)由數(shù)據(jù)總線輸出。其中，所述傳感器包括張壓力傳感器、溫度傳感器和電阻率傳感器之中的至少一種傳感器；張壓力傳感器用于檢測(cè)與張壓力有關(guān)的信號(hào)；溫度傳感器用于檢測(cè)與溫度有關(guān)的信號(hào)；電阻率傳感器用于檢測(cè)與電阻率有關(guān)的信號(hào)。
【專利說(shuō)明】
基于高速遙傳測(cè)井儀的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及基于高速遙傳測(cè)井儀的數(shù)字化、集成化的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)，在石油測(cè)井中測(cè)量溫度、張壓力及泥漿電阻率等環(huán)境參數(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境參數(shù)測(cè)井短節(jié)是一種基于高速遙傳測(cè)井儀的實(shí)時(shí)測(cè)量井下儀器串作用于馬籠頭上的張壓力、井下泥漿電阻率及井下泥漿溫度等環(huán)境參數(shù)的測(cè)量部件。該環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)所采集的測(cè)井資料可以用于改進(jìn)測(cè)井分析，提高測(cè)井處理解釋精度、控制測(cè)井質(zhì)量以及保證現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井安全。在此，所謂“井下儀器串”是指包括高速遙傳測(cè)井儀在內(nèi)的多支不同探測(cè)功能的儀器(例如放射性測(cè)井儀、聲波測(cè)井儀、側(cè)向測(cè)井儀、感應(yīng)測(cè)井儀等)的組合。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的環(huán)境參數(shù)測(cè)井短節(jié)，其集成度不高、測(cè)量方法受限制，從而使得電阻率等環(huán)境參數(shù)的測(cè)量精度、一致性受到影響。
[0004]另外，現(xiàn)有的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)對(duì)泥漿電阻率的測(cè)量處理所采用的相敏檢波技術(shù)，通常使用模擬處理電路，在模擬相敏檢波的過(guò)程中因三極管的開(kāi)關(guān)特性而導(dǎo)致的無(wú)用信號(hào)與有用信號(hào)分離不徹底，從而造成測(cè)量精度不高的問(wèn)題。
[0005]另外，現(xiàn)有的環(huán)境參數(shù)測(cè)井短節(jié)使用的環(huán)形泥漿電阻率傳感器體積較大，通常與單缸式壓力平衡裝置組合使用，由此導(dǎo)致長(zhǎng)度明顯增加，且單缸式結(jié)構(gòu)只有一個(gè)活動(dòng)缸體，縫隙處容易被井下泥漿灌入而失效，故需要經(jīng)常維護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種基于高速遙傳測(cè)井儀的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)，其集成化程度高，能夠提高電阻率等環(huán)境參數(shù)的測(cè)量精度。
[0007]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的基于高速遙傳測(cè)井儀的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)，其特征在于，包括:傳感器，用于檢測(cè)與環(huán)境參數(shù)有關(guān)的信號(hào)；及控制處理單元，具有數(shù)據(jù)總線，并對(duì)由所述傳感器檢測(cè)出的與環(huán)境參數(shù)有關(guān)的信號(hào)進(jìn)行處理，將處理后所得到的環(huán)境參數(shù)信號(hào)經(jīng)由所述數(shù)據(jù)總線輸出。
[0008]另外，在本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)中，所述傳感器包括張壓力傳感器、溫度傳感器和電阻率傳感器之中的至少一種傳感器；所述張壓力傳感器用于檢測(cè)與張壓力有關(guān)的信號(hào)；所述溫度傳感器用于檢測(cè)與溫度有關(guān)的信號(hào)；所述電阻率傳感器用于檢測(cè)與電阻率有關(guān)的信號(hào)；通過(guò)所述控制處理單元得到的所述環(huán)境參數(shù)信號(hào)包括溫度信號(hào)、張壓力信號(hào)和泥漿電阻率信號(hào)之中的至少一種。
[0009]另外，在本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)中，所述控制處理單元還具有數(shù)字相敏檢波模塊，對(duì)由所述電阻率傳感器產(chǎn)生的與電阻率有關(guān)的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字相敏檢波處理。
[0010]另外，在本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)中，所述環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)還包括多組小活塞式張壓力平衡裝置；所述電阻率傳感器是環(huán)形泥漿電阻率傳感。
[0011]另外，在本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)中，所述控制處理單元還具有生成激勵(lì)信號(hào)的電極驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器；根據(jù)所述激勵(lì)信號(hào)對(duì)所述電阻率傳感器提供電源。
[0012]以下，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)所具有的效果。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)，能夠與高速遙傳測(cè)井儀緊密地結(jié)合，無(wú)需其他部件的輔助就能夠獨(dú)立地檢測(cè)并數(shù)字化處理溫度、張壓力、泥漿電阻率等環(huán)境參數(shù)，并將這些環(huán)境參數(shù)經(jīng)由數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)骄戮W(wǎng)關(guān)，使得環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)更加模塊化，大大縮短了環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)自身的尺寸，而且便于維護(hù)和修理。
[0014]另外，根據(jù)本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)，對(duì)于泥漿電阻率信號(hào)的處理采用數(shù)字相敏檢波技術(shù)，能夠提高電阻率測(cè)量的精度與一致性。
[0015]另外，根據(jù)本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)，采用環(huán)形泥漿電阻率傳感器與小活塞式張壓力平衡裝置的組合結(jié)構(gòu)，能夠提高環(huán)境參數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)的構(gòu)成的示意性方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)是高速遙傳測(cè)井儀的一個(gè)構(gòu)成部件，具有獨(dú)立完整的環(huán)境參數(shù)測(cè)量功能，可獨(dú)立制造、維修和調(diào)試，需要和高速遙傳測(cè)井儀組合起來(lái)使用。組合了本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)的高速遙傳測(cè)井儀，通過(guò)其特有的儀器內(nèi)部數(shù)據(jù)總線和通信協(xié)議，在各構(gòu)成功能模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0018]上述高速遙傳測(cè)井儀的數(shù)據(jù)總線，例如與環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)、纜頭電壓檢測(cè)模塊、自然伽瑪測(cè)量短節(jié)等之間進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的收發(fā)。另外，還可以具有一條外部數(shù)據(jù)總線，其為實(shí)現(xiàn)高速遙傳測(cè)井儀與儀器串中其他儀器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令轉(zhuǎn)發(fā)的總線。兩條數(shù)據(jù)總線互不干涉，唯一的交集就是高速遙傳系統(tǒng)(即井下網(wǎng)關(guān))，所有的井下采集的數(shù)據(jù)均需要匯總到高速遙傳測(cè)井儀的高速遙傳系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
[0019]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)進(jìn)行說(shuō)明。
[0020]圖1是本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)的構(gòu)成的示意性方框圖。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)100具有:傳感器110，其包括張壓力傳感器111、溫度傳感器112和電阻率傳感器113 ;張壓力預(yù)處理電路121 ;溫度預(yù)處理電路122 ;電阻率預(yù)處理電路123 ;電極信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路124 ;AD采樣模塊131 ;DAC (數(shù)模轉(zhuǎn)換器)132 ;FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)140，其包括對(duì)AD (數(shù)模)采樣模塊131進(jìn)行控制的AD控制模塊、對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存的采樣數(shù)據(jù)緩存模塊、電極驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器143、對(duì)DAC132進(jìn)行控制的DA控制模塊、控制模塊和用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；及DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)150，包括控制模塊、數(shù)字總線152、數(shù)字相敏檢波模塊153、溫度張力處理模塊154和數(shù)據(jù)讀取豐吳塊。
[0022]張壓力傳感器111被提供電源后，將所對(duì)應(yīng)的張壓力電壓信號(hào)輸出到張壓力預(yù)處理電路121，經(jīng)過(guò)張壓力預(yù)處理電路121的低通濾波等處理后，再經(jīng)由AD采樣模塊131并通過(guò)FPGA140傳遞給DSP150的溫度張力處理模塊154進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0023]溫度傳感器112被提供電源后，將所對(duì)應(yīng)的溫度信號(hào)輸出到溫度預(yù)處理電路122，經(jīng)過(guò)溫度預(yù)處理電路122的低通濾波等處理后，再經(jīng)由AD采樣模塊131并通過(guò)FPGA140傳遞給DSP150的溫度張力處理模塊154進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0024]由FPGA140的電極驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器143生成激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)由DAC132輸出到電極信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路124，再通過(guò)電極信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路124向電阻率傳感器113的發(fā)射電極提供功率激勵(lì)信號(hào)。電阻率傳感器113的接收電極測(cè)量到相應(yīng)的接收信號(hào)后，將所對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出到電阻率預(yù)處理電路123，經(jīng)過(guò)電阻率預(yù)處理電路123的處理后，再經(jīng)由AD采樣模塊131并通過(guò)FPGA140傳遞給DSP150的數(shù)字相敏檢波模塊153，生成有效的泥漿電阻率信號(hào)。
[0025]最終，由環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)檢測(cè)并處理而得到的溫度信號(hào)、張壓力信號(hào)、泥漿電阻率信號(hào)，經(jīng)過(guò)DSP150的數(shù)字總線152傳輸?shù)江h(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)100的外部。
[0026]如上所述，本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)的測(cè)量功能是獨(dú)立完整的，在結(jié)構(gòu)上自成一體，不需要高速遙傳測(cè)井儀進(jìn)行干預(yù)和處理，只接收高速遙傳測(cè)井儀的控制命令，并將處理好的數(shù)據(jù)等發(fā)送給高速遙傳測(cè)井儀。
[0027]也就是說(shuō)，本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)直接通過(guò)高速遙傳測(cè)井儀特有的數(shù)據(jù)總線和通信協(xié)議例如CAN (控制器局域網(wǎng)絡(luò))總線等，將數(shù)字化處理后的溫度、張壓力、泥漿電阻率信息傳輸給井下網(wǎng)關(guān)，再經(jīng)過(guò)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)打包后傳遞給高速遙傳系統(tǒng)傳輸?shù)降孛孳浖?。高速遙傳系統(tǒng)是完成井上與井下數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)，包括高速遙傳測(cè)井儀中的井下遙傳通信模塊和地面系統(tǒng)中的井上遙傳通信模塊，通常是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的形式。這樣，抗干擾性能夠大大提高，同時(shí)功能更加獨(dú)立，調(diào)試方便快捷，而且，不影響電阻率等環(huán)境參數(shù)的測(cè)量精度和一致性。
[0028]另外，本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)對(duì)泥漿電阻率的測(cè)量處理，采用了數(shù)字相敏檢波技術(shù)，因此省去了傳統(tǒng)的模擬處理電路所造成的信號(hào)測(cè)量精度不高的問(wèn)題。而算法的固件化通過(guò)專用的DSP內(nèi)核完成，不僅計(jì)算精度高而且調(diào)整靈活簡(jiǎn)便，為日后的升級(jí)提供了靈活的接口。
[0029]以上，以圖1為例說(shuō)明了本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)，但這僅為一個(gè)實(shí)施利。本發(fā)明不限于此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)然可以按照本發(fā)明的主旨，根據(jù)需要進(jìn)行修改和簡(jiǎn)單替換。
[0030]例如，本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)還可以具備多組小活塞式張壓力平衡裝置(未圖示)，用于保持環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)內(nèi)外壓力平衡，從而保證張壓力傳感器正常工作，能夠測(cè)量到有用的張壓力信號(hào)。通過(guò)采用環(huán)形泥漿電阻率傳感器與多組小活塞式張壓力平衡裝置的組合結(jié)構(gòu)，具有能夠綜合環(huán)形電阻率傳感器，更能反應(yīng)泥漿真實(shí)電阻率值、不受泥餅影響的優(yōu)點(diǎn)以及多組小活塞平衡結(jié)構(gòu)不易堵塞和便于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，在進(jìn)一步縮短測(cè)量短節(jié)尺寸的情況下，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性，同時(shí)也使得維護(hù)和保養(yǎng)更加簡(jiǎn)便，穩(wěn)定性和可靠性大大
[0031]另外，圖1所示的本發(fā)明的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)中的傳感器包括張壓力傳感器、溫度傳感器和電阻率傳感器這三種傳感器、以及處理這三種傳感器檢測(cè)出的信號(hào)的相應(yīng)結(jié)構(gòu)，但具有這些傳感器之中的至少一種傳感器以及處理該傳感器檢測(cè)出的信號(hào)的相應(yīng)結(jié)構(gòu)即可。
[0032]以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于高速遙傳測(cè)井儀的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)，其特征在于，包括: 傳感器，用于檢測(cè)與環(huán)境參數(shù)有關(guān)的信號(hào)；及 控制處理單元，具有數(shù)據(jù)總線，并對(duì)由所述傳感器檢測(cè)出的與環(huán)境參數(shù)有關(guān)的信號(hào)進(jìn)行處理，將處理后所得到的環(huán)境參數(shù)信號(hào)經(jīng)由所述數(shù)據(jù)總線輸出。2.如權(quán)利要求1所述的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)，其中， 所述傳感器包括張壓力傳感器、溫度傳感器和電阻率傳感器之中的至少一種傳感器；所述張壓力傳感器用于檢測(cè)與張壓力有關(guān)的信號(hào)；所述溫度傳感器用于檢測(cè)與溫度有關(guān)的信號(hào)；所述電阻率傳感器用于檢測(cè)與電阻率有關(guān)的信號(hào)； 通過(guò)所述控制處理單元得到的所述環(huán)境參數(shù)信號(hào)包括溫度信號(hào)、張壓力信號(hào)和泥漿電阻率信號(hào)之中的至少一種。3.如權(quán)利要求2所述的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)，其中， 所述控制處理單元還具有數(shù)字相敏檢波模塊，對(duì)由所述電阻率傳感器產(chǎn)生的與電阻率有關(guān)的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字相敏檢波處理。4.如權(quán)利要求2所述的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)，其中， 所述環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)還包括小活塞式張壓力平衡裝置，用于保持所述環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)內(nèi)外壓力平衡； 所述電阻率傳感器是環(huán)形泥漿電阻率傳感器。5.如權(quán)利要求2所述的環(huán)境參數(shù)測(cè)量短節(jié)，其中， 所述控制處理單元還具有生成激勵(lì)信號(hào)的電極驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器； 根據(jù)所述激勵(lì)信號(hào)對(duì)所述電阻率傳感器提供電源。
【文檔編號(hào)】E21B49/08GK105863605SQ201510024965
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2015年1月19日
【發(fā)明人】朱新楷, 劉喆
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司, 中油測(cè)井技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司