專利名稱：鉆井作業中用于指令下傳的壓力檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種壓力檢測裝置，特別是指一種鉆井作業中用于指令下傳 的壓力檢測裝置。
背景技術：
鉆井作業中井眼軌跡自動控制技術已成為當今鉆井技術研究的熱點，其技術
關鍵之一就是地面和井底的信息和指令傳輸問題。隨鉆測量(MWD)技術主要用來 監測井下工況，已經實現信息從井下向地面的傳輸。但信息從地面向井底傳輸的 技術目前在國內實際上還屬于探索、試制的階段，成熟的儀器和方法在國內還未 出現。
目前鉆井作業中實現信息從地面向井底傳遞有如下幾種方法1、利用壓力傳
感器感應井口立管中鉆井液排量改變引發的壓力變化來傳遞信息。其雖然采用的
是壓力下傳方法，但主要側重于管道結構的設計和壓力脈沖的產生方法。2、利用 鉆桿轉速的變化或上提、下放操作在井底造成的角速度的變化或加速度的變化來 傳遞信息。3、利用安裝在井下鉆頭附近的加速度傳感器敏感振動變化來傳遞信息， 振動可以通過鉆進破巖，即地面控制鉆頭進尺產生，也可以通過驅動鉆桿或使鉆 桿轉動實現。4、國外有在多個鉆桿接頭處嵌入一組耦合線圈，后一組線圈感應前 一組線圈電磁場的變化并使用中繼傳輸的方式防止信號衰減成無用信號，實現信 息的雙向傳輸，但該方法對管材和機械結構有特殊的要求，不利于廣泛使用。上 述方法2、 3、 4是利用鉆桿的角速度、振動和電磁信號向井下傳輸信息。 發明內容
針對上述問題，本實用新型的主要目的在于提供一種能識別并存儲地面指令 下傳裝置發出的指令和數據的鉆井作業中用于指令下傳的壓力檢測裝置，其可對 比信息下傳裝置發出的指令、數據與該裝置識別并存儲的指令、數據，可以給研 究人員分析泥漿脈沖信號傳輸中遇到的干擾從而改進指令編碼提供依據。
為達到上述目的，本實用新型所提供的技術方案是 一種鉆井作業中用于指 令下傳的壓力檢測裝置，其特征在于包括壓力傳感器電路、信號放大電路、高 精度A/D轉換電路、控制和處理單元、存儲單元和通訊單元；其中所述壓力傳感 器電路為一壓力傳感器，接收來自泥漿中的壓力信號并將壓力信號轉換成電壓信號，電壓信號經由所述信號放大電路放大后傳送到所述高精度A/D轉換電路的模 擬信號輸入端，所述控制和處理單元控制所述高精度A/D轉換電路的A/D轉換芯 片采樣，并將所采集到的數據存入存儲單元，通訊單元為單片機與PC機的通信提 供接口。
所述控制和處理單元為單片機。
所述壓力傳感器電路為一超小型齊平膜片式壓力傳感器。
所述高精度A/D轉換電路釆用高精度24位A/D轉換芯片構成。
所述信號放大電路包括四個運算放大器及相配的電阻和電容，其中二運算放 大器分別連接所述壓力傳感器的PV+和PV-端，另兩個運算放大器依次串接在該 二運算放大器的輸出端，與各所述電阻、電容共同構成所述信號放大電路。
采用上述技術方案，本實用新型可以實現鉆井作業過程中地面與井下之間的 信息傳輸，并具有以下優點1、本實用新型可檢測地面傳輸到井下的壓力脈沖， 從而實現了地面向井下傳輸的信息的檢測，并用于導向鉆井系統的導向控制。2、 本實用新型由于采用高度集成化的芯片構成，因此實現了設備功耗低、體積小的 優點，并提高了檢測裝置的抗沖擊能力。3、本實用新型的控制和處理單元在將接 收到的信息傳輸給鉆井系統的導向控制器的同時，能夠長時間存儲地面傳輸到井 下的信息，當系統提升到地面后，可將接收到的信息通過通信單元回放到地面計 算機，實現數據的再現的故障診斷，確認導向鉆井效果，驗證指令下傳系統的可 靠性。4、采用低功耗電路檢測電路，通過干電池對檢測電路供電，使本實用新型 能在井下長期監測地面發送到井下的壓力脈沖。5、由于采用了具有高精度的24 位A/D轉換器ADS1226，提高了系統的解碼能力。
圖1是本實用新型的電路原理框圖
圖2是本實用新型的電路原理圖
圖3是本實用新型信號放大電路的原理圖具體實施方式
為了詳細說明本實用新型的結構、特點及功效，現舉以下較佳實施例并配合 附圖說明如下。
本實用新型所提供的用于指令下傳的壓力檢測裝置是一種下傳裝置試壓接收 短節，其接收并存儲地面信息下傳裝置發出的指令和數據。信息下傳裝置通過泥漿
的壓力脈沖把地面的操作指令和數據傳遞到井下，下部的接收短節將壓力脈沖信號 所攜帶的信息識別并存儲下來。對比地面信息下傳裝置所發出的指令、數據和接收短節識別并存儲的指令、數據，可以幫助研究人員分析鉆井過程中外部環境對泥漿 脈沖信號傳輸的干擾。這樣研究人員就可以改進指令編碼，降低井下接收設備不能 識別或者錯誤識別指令的概率，提高鉆井系統的可靠性和效率。
如圖1所示，為本實用新型的鉆井作業中用于指令下傳的壓力檢測裝置的電
路原理圖，其包括壓力傳感器電路、信號放大電路、高精度A/D轉換電路、控制
和處理單元、存儲單元和通訊單元。
其中壓力傳感器電路接收來自泥漿中的壓力信號并將壓力信號轉換成電壓信
號，電壓信號經由信號放大電路放大后傳送到高精度A/D轉換電路的模擬信號輸 入端。控制和處理單元控制高精度A/D轉換電路的A/D轉換芯片采樣，將所采集 到的壓力信號解碼，以獲取與泥漿的壓力變化相應的指令信息，并將解碼后獲取 的指令信息傳遞給鉆井系統的導向控制器，同時控制和處理單元還將A/D轉換芯 片所采集到壓力信號存入存儲單元。通訊單元為控制和處理單元與上層PC機的通 信提供接口。
如圖2所示，壓力傳感器電路為一壓力傳感器IC1，采用SENSOTEC公司的 超小型齊平膜片式壓力傳感器，其壓力測量范圍為150至20,000psi。
如圖3所示，信號放大電路包括運算放大器IC7、 IC8、 IC9、 IC10,電阻R1 —R7和電容Cl、 C2。運算放大器IC7、 IC8分別連接壓力傳感器IC1的PV+禾口 PV-端，運算放大器IC9、 IC10依次串接運算放大器IC7、 IC8的輸出端，與電阻 R1—R7和電容C1、 C2共同構成信號放大電路。其中運放芯片IC7—IC10是型號 為OPA4234的集成電路中的四個運放。信號放大電路中的電阻與電容的數值分別 為R1=1KQ， R2=20KQ， R3=1KQ， R4=20KQ， R5=1KQ， R6=1KQ， R7= 20KQ;電容Cl魂luF， C2=0.1uF。
再如圖2所示，高精度A/D轉換電路由A/D轉換芯片IC2和電壓參考源IC3 構成，高精度模數轉換芯片IC2為高精度的24位A/D轉換器ADS1226，電壓參 考源IC3采用5V穩定基準電壓源，型號為REF02。控制和處理單元由單片機IC4 構成，型號為PIC16F877A。存儲單元由雙端口存儲芯片IC5構成，型號為 K9K8G08U0A。通訊單元由型號為RS232的接口芯片IC6構成。
本實用新型的工作過程如下
壓力傳感器IC1接收來自泥漿中的壓力信號并將壓力信號轉換成PV+和PV-兩端的電壓信號，PV+和PV-兩端的電壓信號經由信號放大電路放大后傳送到高精 度A/D轉換芯片IC2的模擬信號輸入端AINP1和AINN1 。5V穩定基準電壓源IC3 接高精度A/D轉換芯片IC2的REFP和REFN端，為高精度A/D轉換芯片IC2提供穩定參考電壓。單片機IC4控制A/D轉換芯片IC2采樣，并將所采集到的壓力 信號解碼，存入雙端口存儲芯片IC5。芯片IC6為單片機與PC機通信提供接口。
其中A/D轉換芯片IC2采用MODE端接地的連接方式，選擇A/D轉換芯片 IC2的24位高精度采樣模式。采用MUX端接地的連接方式，將A/D轉換芯片IC2 的模擬信號輸入端AINP1和AINN1選通。
單片機IC4的RA0與A/D轉換芯片IC2的START相連，RA1與A/D轉換芯 片IC2的SLK相連，RB0與A/D轉換芯片IC2的DRDY /DOUT相連。其中RA0 控制A/D轉換芯片IC2是否開始采樣；RA1給A/D轉換芯片IC2 —個上升沿，讓 A/D轉換芯片IC2輸出A/D轉換結果。A/D轉換芯片IC2的DRDY /DOUT為高 電平表示數據正在輸出，為低電平表示采樣完畢可以輸出轉換結果了。
如圖2所示，單片機IC4的CS、 RA4、 RA5、 RA2、 RA3、 RD、 WR依次與 雙端口存儲芯片IC5的CE、 CLE、 ALE、 "^F 、 R/￥ 、 i 、 相連。其
中CS與CE相連，控制雙端口存儲芯片IC5的片選；RA4與CLE相連完成命令 鎖存使能的功能；RA5與ALE相連完成地址鎖存使能的功能。RA2與^F相連 完成寫保護的功能。RA3與R/￥相連，R/￥高電平表示存儲芯片IC5已準備 好了，可以進行下一次讀寫操作，否則就不能進行下一次讀寫操作。RD與i相 連，完成從雙端口存儲芯片IC5讀取數據使能的功能。WR與i相連完成對雙 端口存儲芯片IC5寫數據使能的功能。單片機IC4的RD0—RD7與雙端口存儲芯 片IC5的I/O0_I/O7依次相連，既是數據總線又是地址總線。
單片機IC4的TX與接口芯片IC6的T1IN相連，接口芯片IC6的T10UT與 PC機的串口線中的一條相連，負責將信號從單片機上傳到上層的PC機。PC機的 串口線中的一條與接口芯片IC6的R1IN相連，接口芯片IC6的R10UT與單片機 IC4的RX相連，負責將信號從PC機下傳到單片機IC4。
本實用新型具有以下有益效果
1、 本實用新型可檢測地面傳輸到井下的壓力脈沖，從而實現了地面向井下傳 輸的信息的檢測，并用于導向鉆井系統的導向控制。
2、 本實用新型由于采用高度集成化的芯片構成，因此實現了設備功耗低、體 積小的優點，并提高了檢測裝置的抗沖擊能力。
3、 本實用新型的控制和處理單元在將接收到的信息傳輸給鉆井系統的導向控 制器的同時，能夠長時間存儲地面傳輸到井下的信息，當系統提升到地面后，可 將接收到的信息通過通信單元回放到地面計算機，實現數據的再現的故障診斷， 確認導向鉆井效果，驗證指令下傳系統的可靠性。
64、 采用低功耗電路檢測電路，通過干電池對檢測電路供電，使本實用新型能 在井下長期監測地面發送到井下的壓力脈沖。
5、 由于采用了具有高精度的24位A/D轉換器ADS1226，提高了系統的解碼 能力。
以上所述，僅為本實用新型的一個較佳實施例，凡本領域公知的能實現相同 功能的單片機、傳感器、A/D轉換器及其它數據傳輸、存儲芯片均應包含在本實 用新型的專利保護范圍內。
權利要求1、一種鉆井作業中用于指令下傳的壓力檢測裝置，其特征在于包括壓力傳感器電路、信號放大電路、高精度A/D轉換電路、控制和處理單元、存儲單元和通訊單元；其中所述壓力傳感器電路為一壓力傳感器，接收來自泥漿中的壓力信號并將壓力信號轉換成電壓信號，電壓信號經由所述信號放大電路放大后傳送到所述高精度A/D轉換電路的模擬信號輸入端，所述控制和處理單元控制所述高精度A/D轉換電路的A/D轉換芯片采樣，并將所采集到的數據存入存儲單元，通訊單元為單片機與PC機的通信提供接口。
2、 如權利要求l所述的鉆井作業中用于指令下傳的壓力檢測裝置，其特征在 于所述控制和處理單元為單片機。
3、 如權利要求1所述的鉆井作業中用于指令下傳的壓力檢測裝置，其特征在于所述壓力傳感器電路為一超小型齊平膜片式壓力傳感器。
4、 如權利要求2所述的鉆井作業中用于指令下傳的壓力檢測裝置，其特征在于所述壓力傳感器電路為一超小型齊平膜片式壓力傳感器。
5、 如權利要求1或2或3或4所述的鉆井作業中用于指令下傳的壓力檢測裝 置，其特征在于所述高精度A/D轉換電路采用高精度24位A/D轉換芯片構成。
6、 如權利要求1或2或3或4所述的鉆井作業中用于指令下傳的壓力檢測裝 置，其特征在于所述信號放大電路包括四個運算放大器及相配的電阻和電容， 其中二運算放大器分別連接所述壓力傳感器的PV+和PV-端，另兩個運算放大器 依次串接在該二運算放大器的輸出端，與各所述電阻、電容共同構成所述信號放 大電路。
專利摘要本實用新型涉及一種鉆井作業中用于指令下傳的壓力檢測裝置，其特征在于包括壓力傳感器電路、信號放大電路、高精度A/D轉換電路、控制和處理單元、存儲單元和通訊單元；其中所述壓力傳感器電路為一壓力傳感器，接收來自泥漿中的壓力信號并將壓力信號轉換成電壓信號，電壓信號經由所述信號放大電路放大后傳送到所述高精度A/D轉換電路的模擬信號輸入端，所述控制和處理單元控制所述高精度A/D轉換電路的A/D轉換芯片采樣，并將所采集到的數據存入存儲單元，通訊單元為單片機與PC機的通信提供接口。本實用新型可檢測地面傳輸到井下的壓力脈沖，從而實現了地面向井下傳輸的信息的檢測，并能用于導向鉆井系統的導向控制。
文檔編號E21B47/06GK201420548SQ20092010824
公開日2010年3月10日 申請日期2009年5月25日 優先權日2009年5月25日
發明者黨瑞榮, 偉 姜, 李漢興, 牛海峰, 蔣世全, 陳紅新 申請人:中國海洋石油總公司;中海石油研究中心