一種隨鉆錄井的控制裝置及其控制方法與流程

本發明屬于隨鉆錄井技術領域，具體涉及一種隨鉆錄井的控制裝置及其控制方法。

背景技術：

測量鉆井過程中的固體、液體、氣體等井筒返出物信息的過程稱為錄井。錄井能夠指導鉆井過程或者作為底層油氣含量的分析依據等。巖屑錄井和熒光錄井等傳統的錄井方式主要在地面上進行，即需要鉆井液將井下信息帶到地面進行檢測。傳統的錄井方式所獲得的井下信息具有時間上的滯后性、效率低。因此，很多學者提出了隨鉆錄井技術。所謂隨鉆錄井是指將錄井儀器集成在鉆鋌內部，在鉆頭附近對井下數據進行檢測，并通過遙傳技術將井下信息反饋到地面。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種隨鉆錄井的控制裝置及其控制方法。

本發明一種隨鉆錄井的控制裝置包括控制模塊、電機驅動器、液壓泵、蓄電池、電源轉換模塊、閥體組、a/d轉換器、第一抽排樣裝置、壓力傳感器和第二抽排樣裝置。所述的第一抽排樣裝置及第二抽排樣裝置均采用專利號為“201610437867.2”的專利中公開的“一種應用于隨鉆測井儀器的抽排樣裝置”。

所述電源轉換模塊的輸入接口與蓄電池的輸出接口相連；所述電機驅動器的驅動供電引腳與蓄電池的輸出接口相連，信號供電引腳與電源轉換模塊的第一輸出接口相連。所述a/d轉換器、控制模塊及壓力傳感器的電源輸入引腳均與電源轉換模塊的第二輸出接口相連。所述第一抽排樣裝置中的第一位移傳感器及第二抽排樣裝置中的第二位移傳感器均與電源轉換模塊的第三輸出接口相連。所述的電機驅動器與控制模塊相連，液壓泵與電機驅動器相連。

所述的壓力傳感器固定在第一抽排樣裝置柱塞缸的入口處。壓力傳感器的輸出引腳與a/d轉換器的第一模擬量輸入引腳相連，第一抽排樣裝置內的第一位移傳感器的輸出引腳與a/d轉換器的第二模擬量輸入引腳相連。第二抽排樣裝置內的第二位移傳感器與a/d轉換器的第三模擬量輸入引腳相連。a/d轉換器的第一數字量輸出引腳、第二數字量輸出引腳和第三數字量輸出引腳均與控制模塊相連。

所述的閥體組包括第一換向閥、第二換向閥、第三換向閥、第四換向閥、第五換向閥、第六換向閥、第七換向閥、第八換向閥、第九換向閥、第十換向閥、第一單向閥和第二單向閥。所述第九換向閥的一個油口與鉆井液相連，另一個油口與第一抽排樣裝置的柱塞缸相連；所述第十換向閥的一個油口與第一抽排樣裝置的柱塞缸相連，另一個油口與第一單向閥的輸出口及第二單向閥的輸入口相連；第二單向閥的輸出口與油氣檢測模塊的入口端相連；油氣檢測模塊的出口端及第一單向閥的輸入口均與第二抽排樣裝置的柱塞缸相連。油氣檢測模塊的信號輸出引腳與控制模塊相連，控制模塊與上位機通過無線信號相連。

所述的第一換向閥、第二換向閥、第三換向閥、第四換向閥、第五換向閥、第六換向閥、第七換向閥和第八換向閥的壓力油口均與液壓泵的出油口相連，回油口均與油箱相連。所述的第一換向閥的工作油口與第一抽排樣裝置的活塞缸無桿腔相連；所述的第二換向閥的工作油口與第一抽排樣裝置的活塞缸有桿腔相連；所述的第三換向閥的工作油口與第九換向閥的第一液控端相連；所述的第四換向閥的工作油口與第九換向閥的第二液控端相連；所述的第五換向閥的工作油口與第十換向閥的第一液控端相連；所述的第六換向閥的工作油口與第十換向閥的第二液控端相連；所述的第七換向閥的工作油口與第二抽排樣裝置的活塞缸有桿腔相連；所述的第八換向閥的工作油口與第二抽排樣裝置的活塞缸無桿腔相連；第二抽排樣裝置中活塞缸的活塞桿作為柱塞缸的柱塞。

所述的控制模塊包括控制器、時鐘振蕩電路、復位電路、報警指示燈、數據存儲器和溫度采集電路。所述的控制器選用型號為pic18f4680的單片機，所述的時鐘振蕩電路為控制器提供時鐘信號，所述的復位電路用于使控制器回復到初始狀態，所述的報警指示燈用于在異常狀況下進行報警。數據存儲器用于存儲油氣檢測模塊檢測得到的數據。所述的溫度采集電路用于檢測工作溫度并傳輸到控制器。

所述蓄電池的輸出電壓為直流48v，電源轉換模塊的第一輸出接口的電壓為15v，第二輸出接口的電壓為5v，第三輸出接口的電壓為24v。

所述的第一換向閥、第二換向閥、第三換向閥、第四換向閥、第五換向閥、第六換向閥、第七換向閥和第八換向閥均為兩位三通電磁換向閥，且電源輸入引腳均與電源轉換模塊的第三輸出接口相連，信號輸入引腳均與控制模塊相連。所述的第九換向閥和第十換向閥均為兩位兩通液控換向閥。

該隨鉆錄井的控制裝置的控制方法具體如下：

步驟一、液壓泵啟動，控制模塊通過設定pwm的占空比控制液壓泵內電機的轉速，進而控制液壓泵流量和壓力。控制模塊通過a/d轉換器讀取第一位移傳感器和第二位移傳感器的數據，從而獲得第一抽排樣裝置與第二抽排樣裝置柱塞的當前位置。若第一抽排樣裝置的柱塞缸或第二抽排樣裝置的柱塞缸不在容積為零的初始位置，第一換向閥與第八換向閥通電，第一抽排樣裝置和第二抽排樣裝置回復到初始位置，第一換向閥與第八換向閥斷電。

步驟二、第二換向閥與第四換向閥通電，第一抽排樣裝置的柱塞缸與外部鉆井液連通，鉆井液被吸入第一抽排樣裝置的柱塞缸內。

步驟三、第一位移傳感器檢測到被吸入的鉆井液達到60～80毫升時，第四換向閥斷電，第三換向閥通電，第一抽排樣裝置的柱塞缸與外部鉆井液斷開。

步驟四、壓力傳感器檢測到被吸入的鉆井液的壓力降低到0.3～0.8mpa后，第二換向閥斷電，第一抽排樣裝置停止運動，第七換向閥通電，第二抽排樣裝置的柱塞缸容積增大。

步驟五、第二位移傳感器檢測到第二抽排樣裝置的柱塞缸內容積達到60～80毫升時，第七換向閥斷電，第二抽排樣裝置停止運動，第一換向閥與第五換向閥通電，第一抽排樣裝置的柱塞缸內的鉆井液經過第二單向閥及油氣檢測模塊進入第二抽排樣裝置的柱塞缸。鉆井液經過油氣檢測模塊時，油氣檢測模塊檢測出鉆井液的油氣含量。

步驟六、第一位移傳感器檢測到第一抽排樣裝置的柱塞缸內鉆井液排盡時，第一換向閥與第五換向閥斷電，第二換向閥與第六換向閥通電，第一抽排樣裝置的柱塞缸與第二單向閥斷開，第一抽排樣裝置的柱塞缸容積增大。

步驟七、第一位移傳感器檢測到第一抽排樣裝置的柱塞缸內容積達到60～80毫升時，第二換向閥與第六換向閥斷電，第五換向閥與第八換向閥通電。第二抽排樣裝置的柱塞缸內的鉆井液進入第一抽排樣裝置的柱塞缸。

步驟八、第二位移傳感器檢測到第二抽排樣裝置的柱塞缸內鉆井液排盡時，第五換向閥斷電，第一換向閥與第六換向閥通電，第一抽排樣裝置的柱塞缸內壓力上升。

步驟九、壓力傳感器檢測第一抽排樣裝置的柱塞缸內的鉆井液的壓力升高到50～70mpa后，第四換向閥通電，第三換向閥斷電，鉆井液被排出第一抽排樣裝置的柱塞缸。

步驟十、第一位移傳感器檢測到第一抽排樣裝置的柱塞缸內鉆井液排盡時，第一換向閥、第四換向閥斷電，第三換向閥通電，一次油氣含量檢測完成。

本發明具有的有益效果是：

1、本發明能夠在井下完成鉆井液油氣含量的檢測，無需將鉆井液帶上地面。

2、本發明在井下實現對底層信息的測量，具有實時性和高效性，解決了傳統地面測量的滯后性和效率低的問題。

3、本發明將鉆井液降壓后送入油氣檢測模塊，避免了高壓損壞油氣檢測模塊，保證了裝置的可靠性。

附圖說明

圖1是本發明的信號傳輸示意圖；

圖2是本發明的油路圖；

圖3是本發明的控制流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步說明。

如圖1所示，一種隨鉆錄井的控制裝置，包括控制模塊、電機驅動器5、液壓泵6、蓄電池7、電源轉換模塊8、閥體組9、a/d轉換器10、第一抽排樣裝置11、壓力傳感器12、第二抽排樣裝置13。第一抽排樣裝置11及第二抽排樣裝置13采用專利號為“201610437867.2”的發明專利中公開的“一種應用于隨鉆測井儀器的抽排樣裝置”。控制模塊包括控制器1以及與控制器1連接的時鐘振蕩電路2、復位電路3、報警指示燈4、數據存儲器14和溫度采集電路16。控制器1選用型號為pic18f4680的單片機，時鐘振蕩電路2為控制器1提供時鐘信號，復位電路3用于使控制器1回復到初始狀態，報警指示燈4用于在異常狀況下進行報警。數據存儲器14用于存儲油氣檢測模塊17檢測得到的數據。溫度采集電路16用于檢測工作溫度并傳輸到控制器1。

如圖1所示，蓄電池7的輸出電壓為直流48v；電源轉換模塊8的輸入接口與蓄電池7的輸出接口相連，三個輸出接口的電壓分別為24v、15v和5v。電機驅動器5的驅動供電引腳與蓄電池7的輸出接口相連，電機驅動器5的信號供電引腳與電源轉換模塊8的15v輸出接口相連，控制器1、a/d轉換器10及壓力傳感器12的電源輸入引腳均與電源轉換模塊8的5v輸出接口相連。第一抽排樣裝置11中的第一位移傳感器及第二抽排樣裝置13中的第二位移傳感器均與電源轉換模塊8的24v輸出接口相連。電機驅動器5與控制器1相連，液壓泵6與電機驅動器5相連。

如圖1所示，壓力傳感器12固定在第一抽排樣裝置11柱塞缸的入口處，用來實時測量第一抽排樣裝置11柱塞缸內部的壓力。壓力傳感器12的輸出引腳與a/d轉換器10的第一模擬量輸入引腳相連，第一抽排樣裝置11內的第一位移傳感器的輸出引腳與a/d轉換器10的第二模擬量輸入引腳相連。第二抽排樣裝置13內的第二位移傳感器與a/d轉換器10的第三模擬量輸入引腳相連。a/d轉換器10的第一數字量輸出引腳、第二數字量輸出引腳和第三數字量輸出引腳分別與控制器1上的三個i/o口相連。

如圖1和2所示，閥體組9包括第一換向閥9-1、第二換向閥9-2、第三換向閥9-3、第四換向閥9-4、第五換向閥9-5、第六換向閥9-6、第七換向閥9-7、第八換向閥9-8、第九換向閥9-9、第十換向閥9-10、第一單向閥9-11和第二單向閥9-12。第九換向閥9-9和第十換向閥9-10均為兩位兩通液控換向閥。第九換向閥9-9的a口與外部鉆井液m相連，b口與第一抽排樣裝置11的柱塞缸x腔相連。第十換向閥9-10的b口與第一抽排樣裝置11的柱塞缸x腔相連，a口與第一單向閥9-11的p2口及第二單向閥9-12的p1口相連。第二單向閥9-12的p2口與油氣檢測模塊17的入口端相連；油氣檢測模塊17的出口端及第一單向閥9-11的p1口均與第二抽排樣裝置13的柱塞缸y腔相連。油氣檢測模塊17的信號輸出引腳與控制器1相連，控制器1與上位機15通過無線信號傳輸。

如圖2所示，第一換向閥9-1、第二換向閥9-2、第三換向閥9-3、第四換向閥9-4、第五換向閥9-5、第六換向閥9-6、第七換向閥9-7和第八換向閥9-8均為兩位三通電磁換向閥；第一換向閥9-1、第二換向閥9-2、第三換向閥9-3、第四換向閥9-4、第五換向閥9-5、第六換向閥9-6、第七換向閥9-7和第八換向閥9-8的電源輸入引腳均與電源轉換模塊8的24v輸出接口相連，信號輸入引腳與控制器1的八個i/o分別相連。第一換向閥9-1、第二換向閥9-2、第三換向閥9-3、第四換向閥9-4、第五換向閥9-5、第六換向閥9-6、第七換向閥9-7和第八換向閥9-8的p口均與液壓泵的出油口相連，t口均與油箱相連。第一換向閥9-1的a口與第一抽排樣裝置11的活塞缸無桿腔相連；第二換向閥9-2的a口與第一抽排樣裝置11的活塞缸有桿腔相連；第三換向閥9-3的a口與第九換向閥9-9的第一液控端k1相連；第四換向閥9-4的a口與第九換向閥9-9的第二液控端k2相連；第五換向閥9-5的a口與第十換向閥9-10的第一液控端k1相連；第六換向閥9-6的a口與第十換向閥9-10的第二液控端k2相連；第七換向閥9-7的a口與第二抽排樣裝置13的活塞缸有桿腔相連；第八換向閥9-8的a口與第二抽排樣裝置13的活塞缸無桿腔相連。

如圖3所示，該隨鉆錄井的控制裝置的控制方法具體如下：

步驟一、蓄電池7通電，控制器1開啟。液壓泵啟動，控制器通過設定pwm波的占空比控制液壓泵內電機的轉速，進而控制液壓泵流量和壓力。控制器1通過a/d轉換器10讀取第一位移傳感器和第二位移傳感器的數據，從而獲得第一抽排樣裝置11與第二抽排樣裝置13柱塞的當前位置。若第一抽排樣裝置11的柱塞缸x腔或第二抽排樣裝置13的柱塞缸y腔不在容積為零的初始位置，第一換向閥9-1與第八換向閥9-8通電，第一抽排樣裝置11和第二抽排樣裝置13回復到初始位置，第一換向閥9-1與第八換向閥9-8斷電。

步驟二、第二換向閥9-2與第四換向閥9-4通電，第一抽排樣裝置11的柱塞缸x腔與外部鉆井液m連通，鉆井液被吸入第一抽排樣裝置11的柱塞缸x腔內。

步驟三、第一位移傳感器檢測到被吸入的鉆井液達到70毫升時，第四換向閥9-4斷電，第三換向閥9-3通電，第一抽排樣裝置11的柱塞缸x腔與外部鉆井液m斷開，第一抽排樣裝置11的柱塞缸x腔內鉆井液壓力降低。

步驟四、壓力傳感器12檢測到被吸入的鉆井液的壓力降低到0.5mpa后，第二換向閥9-2斷電，第一抽排樣裝置11停止運動，第七換向閥9-7通電，第二抽排樣裝置13的柱塞缸y腔容積增大。

步驟五、第二位移傳感器檢測到第二抽排樣裝置13的柱塞缸y腔內容積達到70毫升時，第七換向閥9-7斷電，第二抽排樣裝置13停止運動，第一換向閥9-1與第五換向閥9-5通電，第一抽排樣裝置11的柱塞缸x腔內的鉆井液經過第二單向閥9-12及油氣檢測模塊17進入第二抽排樣裝置13的柱塞缸y腔。鉆井液經過油氣檢測模塊17時，油氣檢測模塊17檢測出鉆井液的油氣含量。

步驟六、第一位移傳感器檢測到第一抽排樣裝置11的柱塞缸x腔內鉆井液排盡時，第一換向閥9-1與第五換向閥9-5斷電，第二換向閥9-2與第六換向閥9-6通電，第一抽排樣裝置11的柱塞缸x腔與第二單向閥9-12斷開，第一抽排樣裝置11的柱塞缸x腔容積增大。

步驟七、第一位移傳感器檢測到第一抽排樣裝置11的柱塞缸x腔內容積達到70毫升時，第二換向閥9-2與第六換向閥9-6斷電，第五換向閥9-5與第八換向閥9-8通電。第二抽排樣裝置13的柱塞缸y腔內的鉆井液進入第一抽排樣裝置11的柱塞缸x腔。

步驟八、第二位移傳感器檢測到第二抽排樣裝置13的柱塞缸y腔內鉆井液排盡時，第五換向閥9-5斷電，第一換向閥9-1與第六換向閥9-6通電，第一抽排樣裝置11的柱塞缸x腔內壓力上升。

步驟九、壓力傳感器12檢測第一抽排樣裝置11的柱塞缸x腔內的鉆井液的壓力升高到60mpa后，第四換向閥9-4通電，第三換向閥9-3斷電，鉆井液被排出第一抽排樣裝置11的柱塞缸x腔。

步驟十、第一位移傳感器檢測到第一抽排樣裝置11的柱塞缸x腔內鉆井液排盡時，第一換向閥9-1、第四換向閥9-4斷電，第三換向閥9-3通電，一次油氣含量檢測完成。