專利名稱：高精度石油井徑測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油測(cè)井領(lǐng)域中，提高井徑測(cè)量精度裝置，特別是涉及到采用四 線測(cè)量法獲取井徑滑線電位器信號(hào)，并通過儀表放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。具體講，涉及高精 度石油井徑測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
石油是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，世界上每個(gè)國家都在積極尋找新的油藏，各產(chǎn)油國 也在通過各種技術(shù)手段努力提高每一口油井的產(chǎn)量。測(cè)井是石油開采工程中的重要環(huán)節(jié)， 測(cè)井質(zhì)量直接影響到開采質(zhì)量和產(chǎn)油率，測(cè)井技術(shù)也因此而得到迅猛發(fā)展。井徑測(cè)量是石油測(cè)井工程中的必測(cè)項(xiàng)目。測(cè)井過程就是獲取油井地層信息的過 程，所獲得的地層信息以測(cè)井曲線方式提交結(jié)果，然后經(jīng)解釋系統(tǒng)進(jìn)行綜合解釋，評(píng)價(jià)出油 井的儲(chǔ)層、儲(chǔ)量以及鉆井質(zhì)量等結(jié)果。測(cè)井曲線以油井的深度為縱向坐標(biāo)，井徑曲線描繪了 井眼的連續(xù)徑向尺寸，通過井徑曲線可以反映出井眼大小是否符合要求、是否有坍塌現(xiàn)象、 測(cè)井過程是否有遇阻和遇卡現(xiàn)象等。通過井徑曲線的解釋，可估算固井時(shí)所需要的水泥量， 同時(shí)可作為輔助曲線，驗(yàn)證其他測(cè)井曲線是否存在異常。目前，裸眼井測(cè)井普遍采用四臂井徑儀。早期的四臂井徑儀只有測(cè)量探頭，測(cè)量電 路在地面測(cè)井系統(tǒng)中。測(cè)量探頭包括推靠電機(jī)、四個(gè)井徑腿(X方向和Y方向各兩個(gè)，每個(gè) 井徑腿帶動(dòng)一個(gè)滑線電位器)、以及機(jī)械傳動(dòng)裝置和彈簧等。隨著測(cè)井電纜通信技術(shù)的發(fā) 展，測(cè)量電路從地面移植到井下，以滿足組合測(cè)井，包含測(cè)量短節(jié)的四臂井徑儀也得到廣泛 應(yīng)用。井徑測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性受到多個(gè)環(huán)節(jié)的制約，比如探頭機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械加工的精度 和線性度、滑線電位器的精度和線性度、測(cè)量電路的方式和測(cè)量精度等。測(cè)量電路的方案選 擇對(duì)井徑測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生直接的影響，在用井徑儀器的測(cè)量電路采用的是兩線測(cè)量方案，其 電路模型如附圖1所示，其缺陷分析如下附圖1為四臂井徑儀的測(cè)量電路方案，圖中虛線左側(cè)為探頭的滑線電位器，虛線 右側(cè)為測(cè)量短節(jié)的測(cè)量電路。其工作原理如下通過恒流源對(duì)滑線電位器供電，當(dāng)井徑腿帶 動(dòng)滑線電位器滑動(dòng)時(shí)，由于電阻值的變化使得滑線電位器兩端的電壓也發(fā)生變化。顯然，理 想條件下滑線電位器兩端的電壓Vx和Vy分別由以下公式給出Vx = IxX (RX1+RX2)Vy = IyX (RY1+RY2)Vx和Vy，經(jīng)單端同相放大器進(jìn)行放大后，即為井徑測(cè)量電路的模擬輸出信號(hào)。在 實(shí)際應(yīng)用中，由于井徑探頭的機(jī)械裝置含有潤滑油，和測(cè)量短節(jié)是分體的，二者的電氣連接 是通過插頭實(shí)現(xiàn)的，圖中的1/2/3/4接點(diǎn)代表的即是4個(gè)插針和插座，這種連接方式存在接 觸電阻。假設(shè)接觸電阻和導(dǎo)線電阻等效為R0，則運(yùn)放同相輸入端的實(shí)際電壓應(yīng)改為如下公 式表不Vx = IxX (RX1+RX2+2RX0)Vy = IyX (RY1+RY2+2RY0)[0011 ] 以上分析可以看出，兩線測(cè)量法的方案存在缺陷，若在地面系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)量，誤差 會(huì)更大。由于等效誤差電阻RO隨著儀器的不同、使用時(shí)間和環(huán)境的不同會(huì)發(fā)生變化，圖1 的方案不能將該誤差剔除。發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高精度石油井徑測(cè)量裝置，本實(shí)用新型采取的 技術(shù)方案是，高精度石油井徑測(cè)量裝置，包括驅(qū)動(dòng)井徑腿的推靠電機(jī)，X方向和Y方向各兩 個(gè)共四個(gè)井徑腿，每個(gè)井徑腿帶動(dòng)一個(gè)滑線電位器，電源正極、X方向井徑帶動(dòng)的兩個(gè)滑線 電位器、Y方向井徑帶動(dòng)的兩個(gè)滑線電位器、地依次串接在一起；串接的X方向井徑帶動(dòng)的 兩個(gè)滑線電位器靠近電源正極一端接X方向儀表放大器的反向輸入端，串接的X方向井徑 帶動(dòng)的兩個(gè)滑線電位器另一端接X方向儀表放大器的同向輸入端；串接的Y方向井徑帶動(dòng) 的兩個(gè)滑線電位器靠近地一端接Y方向儀表放大器的同向輸入端，串接的Y方向井徑帶動(dòng) 的兩個(gè)滑線電位器另一端接Y方向儀表放大器的反向輸入端；X方向儀表放大器、Y方向儀 表放大器分別通過一個(gè)低通濾波器進(jìn)行輸出。所述電源為恒流源。本實(shí)用新型具備如下技術(shù)效果本實(shí)用新型采用四線測(cè)量，因而避免了接觸電阻帶來的測(cè)量誤差，具有較高的測(cè) 量精度；同時(shí)還具有簡便易行的特點(diǎn)。
圖1所示是兩線測(cè)量法井徑測(cè)量電路原理圖。圖2所示是電阻值測(cè)量電路模型。圖3所示是本實(shí)用新型的原理框圖。圖4所示為本實(shí)用新型的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型針對(duì)目前井徑測(cè)井儀器中，井徑測(cè)量電路所采用的技術(shù)方案不足之 處，而提出了一種運(yùn)用四線接法以及儀表放大器構(gòu)成的測(cè)量裝置。由于井徑儀器采用滑線電位器作為井徑測(cè)量的傳感器，其測(cè)量原理和電阻的測(cè)量 原理是相同的。附圖2是兩種不同的電阻值測(cè)量電路模型。測(cè)量電阻值時(shí)，最終都是通過 測(cè)量電壓值來計(jì)算電阻值的。圖2表示了兩種測(cè)量方法的不同，RO為測(cè)量線及其接觸點(diǎn)的 等效電阻。在兩線測(cè)量法中，測(cè)量的是A、B兩點(diǎn)的電壓，顯然，RO會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響； 而四線測(cè)量法顯然不同，由于沒有電流從A、B端流過，從A、B兩點(diǎn)測(cè)量的電壓值和被測(cè)電 阻Rx兩端的電壓值完全相同，而不受RO的影響。本實(shí)用新型提及的方法就是依據(jù)電阻值 四線測(cè)量原理，結(jié)合恒流源和儀表放大器，設(shè)計(jì)出了井徑測(cè)量原理電路，既可應(yīng)用于井下儀 中進(jìn)行測(cè)量，又可用于地面系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)量。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。附圖3是本實(shí)用新型的電路原理框圖。圖中虛線的左側(cè)部分為四臂井徑探頭內(nèi)的 滑線電位器，RXl和RX2是X方向的滑線電位器，RYl和RY2是Y方向的滑線電位器；虛線位置表示的是5個(gè)電氣連接插針和插孔；虛線右側(cè)為測(cè)量電路，主要由5部分電路構(gòu)成恒 流源供電電路、X方向儀表放大器、Y方向儀表放大器、X方向低通濾波器、Y方向低通濾波 器。恒流源電路用于對(duì)滑線電位器進(jìn)行供電，以便將電阻值轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)；儀表放大器用 于對(duì)滑線電位器兩端的電壓信號(hào)進(jìn)行放大，并剔除共模信號(hào)；低通濾波器用于濾除高頻干 擾信號(hào)。附圖4是和上述原理框圖相對(duì)應(yīng)的電路原理圖。圖中，Ul為線性電壓調(diào)整器 LM117，和精密電阻Rl構(gòu)成了滑線電位器的恒流源供電電路，恒流源的輸出電流IO按如下 公式計(jì)算I0 = Vref^R1其中，Vref = 1. 25V，Rl = 300歐姆，計(jì)算出IO近似為4. 167mA。U2和U3為儀表 放大器AD620，精密電阻R2和R3分別用于確定兩個(gè)儀表放大器的增益，兩路儀表放大器分 別用于放大X方向和Y方向的井徑信號(hào)，按照?qǐng)D中的參數(shù)，兩路儀表放大器的放大倍數(shù)都是 2倍。由于每個(gè)滑線電位器的電阻值最大都是500歐姆，經(jīng)儀表放大器放大后，兩路儀表放 大器的輸出信號(hào)最大都是8. 334V。U4為精密低漂移運(yùn)算放大器0PA2177AR，其內(nèi)部集成了 兩個(gè)運(yùn)算放大器，每個(gè)運(yùn)算放大器及其外圍阻容元件構(gòu)成了增益為1的低通濾波器，用于 濾除高頻干擾信號(hào)。兩個(gè)低通濾波器的輸出信號(hào)Xout和^ut分別是測(cè)量后的X方向井徑 模擬輸出信號(hào)和Y方向井徑模擬輸出信號(hào)。
權(quán)利要求1.一種高精度石油井徑測(cè)量裝置，其特征是，包括驅(qū)動(dòng)井徑腿的推靠電機(jī)，X方向和Y 方向各兩個(gè)共四個(gè)井徑腿，每個(gè)井徑腿帶動(dòng)一個(gè)滑線電位器，電源正極、X方向井徑帶動(dòng)的 兩個(gè)滑線電位器、Y方向井徑帶動(dòng)的兩個(gè)滑線電位器、地依次串接在一起；串接的X方向井 徑帶動(dòng)的兩個(gè)滑線電位器靠近電源正極一端接X方向儀表放大器的反向輸入端，串接的X 方向井徑帶動(dòng)的兩個(gè)滑線電位器另一端接X方向儀表放大器的同向輸入端；串接的Y方向 井徑帶動(dòng)的兩個(gè)滑線電位器靠近地一端接Y方向儀表放大器的同向輸入端，串接的Y方向 井徑帶動(dòng)的兩個(gè)滑線電位器另一端接Y方向儀表放大器的反向輸入端；X方向儀表放大器、 Y方向儀表放大器分別通過一個(gè)低通濾波器進(jìn)行輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度石油井徑測(cè)量裝置，其特征是，所述電源為恒流源。
專利摘要本實(shí)用新型涉及測(cè)井，為提供一種高精度石油井徑測(cè)量裝置，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是，包括X方向和Y方向各兩個(gè)共四個(gè)井徑腿，每個(gè)井徑腿帶動(dòng)一個(gè)滑線電位器，電源正極、X方向井徑帶動(dòng)的兩個(gè)滑線電位器、Y方向井徑帶動(dòng)的兩個(gè)滑線電位器、地依次串接在一起；串接的X方向井徑帶動(dòng)的兩個(gè)滑線電位器靠近電源正極一端接X方向儀表放大器的反向輸入端，串接的X方向井徑帶動(dòng)的兩個(gè)滑線電位器另一端接X方向儀表放大器的同向輸入端；串接的Y方向井徑帶動(dòng)的兩個(gè)滑線電位器靠近地一端接Y方向儀表放大器的同向輸入端，串接的Y方向井徑帶動(dòng)的兩個(gè)滑線電位器另一端接Y方向儀表放大器的反向輸入端。本實(shí)用新型主要應(yīng)用于測(cè)井。
文檔編號(hào)G01R27/16GK201835823SQ20102055625
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者李成軍 申請(qǐng)人:天津市泰華科技有限公司