專利名稱：高靈敏度數顯打撈指重表的制作方法
技術領域：
本發明是一種新型的鉆修機監測儀表，具體涉及鉆修機的大鉤載荷指示儀表，即高靈敏度數顯打撈指重表。
背景技術：
隨著我國對石油勘探開發進程的不斷深入，各大油田陸續進入了中后期開發階段，井況變差，油田井下作業愈加復雜，修井作業的次數和技術難度不斷加大。為確保油井的正常生產，修井作業成為一項重要工作，而指重表是修井作業必備儀表。目前，國內外油田修井作業所使用的指重表，主要用于對鉆、修井過程中的懸重和鉆壓進行定性監測，當它們用于打撈鉆修井過程中的井下落物時，普遍存在以下問題1、液壓式機械指重表，精度較低(一般1.5% 2%)，特別容易受油溫及注油油壓等因素的影響，同時靈敏度較低(一般約5%。FS)，難以進行精確取值，所以只能用于對鉆修井的懸重和鉆壓指標進行定性分析。對于一些幾百公斤甚至是幾十公斤的落物，作業人員通過觀察指重表指針是否存在微小變化來判斷打撈情況十分困難，經常出現靠碰運氣而反復打撈的情況，增加了作業人員的勞動強度和施工成本。2、已有的壓力變送器方式接入的數顯指重表，雖然精度有了一些增加，但在一次表處將液壓信號轉化為4 20mA電流環，再在二次表處對長線傳過來的4 20mA信號進行測量和量化，整個測量過程存在二次轉換和長線傳輸影響，降低了總體測量精度和靈敏度，難以對輕落物打撈作業提供有效指導；此外，這種數顯指重表的顯示方式與操作者的長期操作習慣存在差異，實際普及程度不高。
發明內容
本發明為了克服上述現有儀表存在的問題及缺點，提供一種高靈敏度數顯打撈指重表，利用鉆修機目前普遍采用的機械指重表的液壓傳感器預留的自封快速接頭，在不改變原有液壓管線基礎上，利用自封快速接頭接入液壓信號，通過一次表的測量并就地數字化后，再傳送給二次表顯示，高靈敏度提示大鉤懸重的微小變化，并避免了二次轉換和長線傳輸對取值的影響，確保修井打撈作業的精準高效施工。基于以上目的，本發明采用的技術方案為當需要打撈落物時，在原有液壓傳感器或液壓管線上事先預留的自封快速接頭處接入一次表(機械指重表全部都有空余的預留接口)，測量數據并就地數字化后，通過通信連接線將一次表測量的數據實時傳送到二次表；通常情況下，二次表的兩塊LCD顯示屏都顯示當前懸重值，可通過按鍵切換進入微變指示狀態，此時，下屏顯示當前懸重的變化量，以指示輕落物是否可靠套接住，從而確保打撈作業的成功率。高靈敏度數顯打撈指重表，包括一次表和二次表，一次表采用壓力傳感器測量壓力值并就地數字化，一次表的電流環隔離電路通過通信連接線與二次表的輸入輸出接口相連，再通過輸入輸出接口與二次表的電流環隔離電路之間進行數據傳送，二次表通過輸入輸出接口的電源線接入220V交流電或24V直流電，以適應不同的施工現場條件。所述的一次表主要包括壓力傳感器、傳感器驅動信號源、參考電壓源、信號放大測量電路、溫度測量電路、異步通信控制電路、電源管理電路、電流環隔離電路、標定系數存儲器和低功耗微控制器(MCU)；低功耗微控制器分別與傳感器驅動信號源、參考電壓源、信號放大測量電路、溫度測量電路、異步通信控制電路、電源管理電路、標定系數存儲器相連，壓力傳感器分別與傳感器驅動信號源和信號放大測量電路相連，參考電壓源分別與傳感器驅動信號源、信號放大測量電路和溫度測量電路相連；電流環隔離電路與異步通信控制電路相連。低功耗微控制器是一次表采樣、測量、數據處理核心，主要完成傳感器驅動信號源和參考電壓源、溫度測量、液壓信號A/D轉換及濾波處理、電流環通信控制等，一次表實時采樣壓力傳感器所感應的壓力值，處理后經通信連接線傳送至二次表。所述的二次表主要包括微控制器、按鍵、異步通信控制電路、電流環隔離電路、兩塊IXD顯示屏、兩個顯示驅動電路、電源管理電路、AC/DC或DC/DC電源板、輸入輸出接口 ； 二次表以微控制器為核心，微控制器分別連接按鍵、異步通信控制電路、兩個顯示驅動電路、電源管理電路，每個顯示驅動電路驅動一塊IXD顯示屏，輸入輸出接口分別與電流環隔離電路和電源板相連，電流環隔離電路與異步通信控制電路相連，二次表通過輸入輸出接口外接220V交流電或24V直流電，二次表通過輸入輸出接口接收一次表電流環傳送過來的數據包后，進行量化運算處理，并實時地在LCD顯示屏上顯示懸重值。二次表采用上下雙IXD顯示屏作為顯示部件，可同時顯示懸重當前值和變化值， 當通過按鍵切換到懸重值微變量顯示模式時，二次表的上LCD顯示屏繼續實時顯示當前懸重值，同時，以按下按鍵時刻的懸重值為基準值，將隨后的懸重值與基準值的差值以 0. OOlX IOKN為最小分辨單位實時顯示在下IXD顯示屏上，提供給作業人員。二次表可通過上電時的按鍵選擇來設定繩數，以滿足不同類型的鉆修井設備。一次表和二次表均采用不銹鋼全密封設計，滿足油田行業防水、防腐及防爆要求。本發明的主要優點為1、液壓信號本地采樣，數字傳輸，避免二次轉換和長線傳輸對信號采樣造成的誤差影響，最大程度減少信號失真。采用這種方式，靈敏度可達1 ~ 2faFS，可實現對輕物打撈情況的精確判斷。2、按鍵設定繩數，不需要開蓋撥碼更改繩數，配用不同鉆修機設備時，也不再需要配備多種規格指重表，一表通用。3、利用現場已有的自封快速接頭接入信號源，不改變原液壓管線傳動和連接關系，確保不會由于安裝本儀表造成額外安全隱患。安裝和拆卸方便簡單。4、二次表采用帶背光IXD屏數字顯示懸重值，避免了指針式儀表的讀數誤差，確保取值的直觀性和準確性。即使是在夜間施工，顯示也足夠清晰。
圖1為本發明的組成框圖。圖2為本發明的一次表組成框圖。圖3為本發明的二次表組成框圖。圖4a、圖4b、圖如為本發明的一次表控制程序流程圖。
具體實施例方式結合附圖對本發明作進一步的描述。如圖1所示，本發明包括一次表和二次表，一次表的電流環隔離電路通過通信連接線與二次表的輸入輸出接口相連，再通過輸入輸出接口與二次表的電流環隔離電路之間進行數據傳送，二次表通過輸入輸出接口的電源線接入220V交流電或24V直流電，以適應不同的施工現場條件。如圖2所示，所述的一次表主要包括壓力傳感器、傳感器驅動信號源、參考電壓源、信號放大測量電路、溫度測量電路、異步通信控制電路、電源管理電路、電流環隔離電路、標定系數存儲器和低功耗微控制器(MCU)；低功耗微控制器分別與傳感器驅動信號源、 參考電壓源、信號放大測量電路、溫度測量電路、異步通信控制電路、電源管理電路、標定系數存儲器相連，壓力傳感器分別與傳感器驅動信號源和信號放大測量電路相連，參考電壓源分別與傳感器驅動信號源、信號放大測量電路和溫度測量電路相連；電流環隔離電路與異步通信控制電路相連。低功耗微控制器是一次表采樣、測量、數據處理核心，主要完成傳感器驅動信號源和參考電壓源、溫度測量、液壓信號A/D轉換及濾波處理、電流環通信控制等，一次表實時采樣壓力傳感器的感應的壓力值，處理后經通信連接線傳送至二次表；一次表可通過前端的自封快速接頭接入到作業現場的指重表液壓管線。低功耗微控制器啟動傳感器驅動信號源和參考電壓源，給壓力傳感器提供穩定的激勵信號，液壓在壓力傳感器上產生的微弱電信號經放大電路提升后，經過16位A/D轉換， 送回低功耗微控制器進行數字濾波處理。低功耗微控制器同時采樣溫度值，并將處理后的液壓、溫度值通過通信連接線傳送至二次表。—次表為確保測量的準確，在電源電路、傳感器驅動信號源、A/D轉換等多環節采取了抑噪措施，在軟件上采取了多重濾波處理。一次表控制程序流程圖簡介如下低功耗微控制器在完成自檢和初始化后，分別啟用定時器和異步通信兩種中斷， 定時器設置每Is中斷，用于儀表標定處理，而后分別開啟參考電壓源和傳感器驅動信號源，進行壓力、溫度采樣和濾波處理，如圖4b所示。在定時器中斷發生時，程序將判斷是否處于標定狀態，是則每隔一段時間將濾波處理后的壓力值和溫度值存入標定系數存儲器，然后中斷返回，如圖如所示。異步通信接收中斷發生后，程序根據接收狀態字依次判斷當前接收字節是否符合通信協議規范，不符合協議規范則丟棄該字節并返回。在指令包完全接收后，進行指令包 CRC校驗。只有當指令包校驗正確時，微控制器才返回應答信息，然后中斷返回。如圖如所
7J\ ο如圖3所示，所述的二次表主要包括微控制器、按鍵、異步通信控制電路、電流環隔離電路、兩塊LCD顯示屏、兩個顯示驅動電路、電源管理電路、AC/DC或DC/DC電源板、輸入輸出接口 ；二次表以微控制器為核心，微控制器分別連接按鍵、異步通信控制電路、兩個顯示驅動電路、電源管理電路，每個顯示驅動電路驅動一塊IXD顯示屏，輸入輸出接口分別與電流環隔離電路和電源板相連，電流環隔離電路與異步通信控制電路相連，二次表通過輸入輸出接口外接220V交流電或MV直流電，二次表通過輸入輸出接口接收到一次表電流
5環傳送過來的數據包后，進行量化運算處理，并實時地在IXD液晶屏上顯示懸重值。二次表采用防水按鍵作為人機交互方式，繩數設置和顯示模式切換等功能通過按鍵實現。按鍵安裝于二次表的前面板上，二次表在上電開始工作時，首先顯示當前設定的繩數，并停留3s鐘；如需要更改繩數，可在3s鐘內按下按鍵，翻到所需的繩數值，停止操作 3s鐘后，二次表將保存新設定的繩數值，并以此為基準進入懸重顯示。通過按鍵選擇繩數， 可以滿足不同類型的鉆修井設備。當處于懸重顯示狀態時，按一下按鍵，二次表的下LCD屏顯示當前懸重的變化量，即微變指示；再按一下按鍵，下LCD屏退出微變指示。二次表接收到一次表傳回的壓力和溫度值后，按照標定系數曲線，以10千牛 (10KN)為單位進行換算處理，并精確到小數點后3位，然后將最終結果顯示在LCD屏上進行輕物打撈時，不論是打撈矛、打撈筒，還是強磁打撈器，這些工具在使用過程中，都需要判斷在打撈工具探底前后是否存在懸重微小變化，此時，可以通過按鍵切換顯示模式，以打撈工具探底前懸重值為基準，觀察懸重值隨后的微小變化量，因為本儀表的靈敏度高，0. IKN 0. 2KN的落物都能明顯指示，從而確保修井打撈作業的高效性。
權利要求
1.高靈敏度數顯打撈指重表，包括一次表和二次表，其特征在于一次表的電流環隔離電路通過通信連接線與二次表的輸入輸出接口相連，再通過輸入輸出接口與二次表的電流環隔離電路之間進行數據傳送，二次表通過輸入輸出接口的電源線接入220V交流電或 24V直流電。
2.根據權利要求1所述高靈敏度數顯打撈指重表，其特征在于所述的一次表主要包括壓力傳感器、傳感器驅動信號源、參考電壓源、信號放大測量電路、溫度測量電路、異步通信控制電路、電源管理電路、電流環隔離電路、標定系數存儲器和低功耗微控制器(MCU)； 低功耗微控制器分別與傳感器驅動信號源、參考電壓源、信號放大測量電路、溫度測量電路、異步通信控制電路、電源管理電路、標定系數存儲器相連，壓力傳感器分別與傳感器驅動信號源和信號放大測量電路相連，參考電壓源分別與傳感器驅動信號源、信號放大測量電路和溫度測量電路相連；電流環隔離電路與異步通信控制電路相連。
3.根據權利要求1所述高靈敏度數顯打撈指重表，其特征在于所述的二次表主要包括微控制器、按鍵、異步通信控制電路、電流環隔離電路、兩塊LCD顯示屏、兩個顯示驅動電路、電源管理電路、AC/DC或DC/DC電源板、輸入輸出接口 ；二次表以微控制器為核心，微控制器分別連接按鍵、異步通信控制電路、兩個顯示驅動電路、電源管理電路，每個顯示驅動電路驅動一塊LCD顯示屏，輸入輸出接口分別與電流環隔離電路和電源板相連，電流環隔離電路與異步通信控制電路相連，二次表通過輸入輸出接口外接220V交流電或24V直流 H1^ ο
全文摘要
本發明涉及高靈敏度數顯打撈指重表，包括一次表和二次表，一次表的電流環隔離電路通過通信連接線與二次表的輸入輸出接口相連，再通過輸入輸出接口與二次表的電流環隔離電路之間進行數據傳送，二次表通過輸入輸出接口的電源線接入220V交流電或24V直流電。本發明避免二次轉換和長線傳輸對信號采樣造成的誤差影響，最大程度減少信號失真，靈敏度可達，可實現對輕物打撈情況的精確判斷；通過按鍵設定繩數，不需要開蓋撥碼更改繩數，一表通用；利用現場已有的自封快速接頭接入信號源，不改變原液壓管線傳動和連接關系，確保不會由于安裝本儀表造成額外安全隱患；安裝和拆卸方便簡單。二次表采用帶背光LCD屏數字顯示懸重值，避免了指針式儀表的讀數誤差。
文檔編號E21B47/07GK102444398SQ20111028668
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月23日 優先權日2011年9月23日
發明者吳孝喜, 袁敦朋 申請人:武漢市歐賽石油技術開發有限公司