一種模塊化定向探管控制電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及井下隨鉆測量領域，尤其涉及一種模塊化定向探管控制電路。
【背景技術】
[0002]在石油鉆井技術日益發展的今天，隨鉆測量發揮著越來越重要的作用。無線隨鉆測斜儀由地面設備和井下儀器兩部分組成，地面設備包含壓力傳感器、專用數據處理儀、遠程數據處理器、電纜盤等，井下測量儀器主要包含定向探管、伽瑪探管、電池、脈沖發生器、打撈頭、六翼扶正器等。隨鉆測量是一項非常復雜的技術，指導鉆進和定向并把井下信息實時上傳至地面，在鉆井過程中高效制定方案和改善決策過程。在油氣開發的中后期，國內外都面臨不同程度的在超高溫、高壓等惡劣環境下進行油氣勘探和測井作業。目前國內的隨鉆測量儀器大多數是耐溫150°C，耐壓140MPa，而井下測量儀器需要工作在7000米至8000米甚至更深的深井中，其環境特點是溫度高、壓力大，同時伴有劇烈震動。在這樣環境溫度條件下，傳統的設計方法(PCB電路板)難以保證儀器可靠性工作。
[0003]定向探管由定向傳感器與定向探管控制電路組成，在鉆進過程中，定向探管發生故障在所難免，為保證勘探作業有序的進行，快速準確的排除故障也是有待解決的問題。同時在定向探管正式入井工作之前，相互通訊的檢測也是重中之重，而通訊方式的靈活性也是選擇也是控制電路的一項重要部分。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型提供一種模塊化定向探管控制電路，對內部器件進行模塊化處理，厚膜制版，裸片封裝，能適用于高溫高壓環境，同時提供了靈活的通訊方式，降低了功耗，降低了成本，提高了工作可靠性。
[0005]為了達到上述目的，本實用新型提供一種模塊化定向探管控制電路，包含:
[0006]主控制器；
[0007]發電機轉速檢測模塊，其電性連接主控制器和井下渦輪發電機；
[0008]溫度模塊，其電性連接主控制器；
[0009]定向傳感器信號檢測模塊，其電性連接主控制器和定向傳感器；
[0010]數據通訊模塊，其電性連接主控制器和地面計算機。
[0011]所述的模塊化定向探管控制電路還包含:存儲模塊，其電性連接主控制器。
[0012]所述的模塊化定向探管控制電路還包含:時鐘電路，其電性連接主控制器。
[0013]所述的模塊化定向探管控制電路還包含:電源轉換模塊，其電性連接存儲模塊、時鐘電路、溫度模塊、定向傳感器信號檢測模塊、定向傳感器和數據通訊模塊；
[0014]所述的模塊化定向探管控制電路還包含:發電機供電驅動模塊，其電性連接電源轉換模塊和井下渦輪發電機。
[0015]所述的主控制器、發電機轉速檢測模塊、存儲模塊、時鐘電路、溫度模塊、定向傳感器信號檢測模塊、電源轉換模塊、發電機供電驅動模塊和數據通訊模塊采用厚膜制版和裸片封裝。
[0016]所述的數據通訊模塊具有RS-232接口和RS-485接口。
[0017]本實用新型對內部器件進行模塊化處理，厚膜制版，裸片封裝，能適用于高溫高壓環境，同時提供了靈活的通訊方式，降低了功耗，降低了成本，提高了工作可靠性。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的結構框圖。
【具體實施方式】
[0019]以下根據圖1具體說明本實用新型的較佳實施例。
[0020]如圖1所示，本實用新型提供一種模塊化定向探管控制電路，包含:
[0021]主控制器I;
[0022]發電機轉速檢測模塊2，其電性連接主控制器I和井下渦輪發電機10 ；
[0023]存儲模塊3，其電性連接主控制器I ;
[0024]時鐘電路4，其電性連接主控制器I ;
[0025]溫度模塊5，其電性連接主控制器I ;
[0026]定向傳感器信號檢測模塊6，其電性連接主控制器I和定向傳感器12 ;
[0027]數據通訊模塊9，其電性連接主控制器I和地面計算機11 ;
[0028]電源轉換模塊7，其電性連接存儲模塊3、時鐘電路4、溫度模塊5、定向傳感器信號檢測模塊6、定向傳感器12和數據通訊模塊9 ;
[0029]發電機供電驅動模塊8，其電性連接電源轉換模塊7和井下渦輪發電機10。
[0030]所述的發電機轉速檢測模塊2將井下渦輪發電機10的轉速脈動電壓信號經過二極管限幅(限制在3.3V以內)和反相器(型號為SN74AHC1G14)整流后，生成數字脈沖信號，將該數字脈沖信號傳輸給主控制器I。
[0031]所述的存儲模塊3將主控制器I接收到的所有數據進行保存，方便數據的回放打印等°
[0032]所述的時鐘電路4實時記錄采集到每組數據信息的當前時間，當定向傳感器12出現故障時，通過數據回放判斷模塊化定向探管控制電路的每個模塊的數據的準確性和定向傳感器12的穩定性；
[0033]所述的溫度模塊5記錄當前工作環境的溫度，將溫度數據傳輸給主控制器I。
[0034]所述的定向傳感器信號檢測模塊6根據定向傳感器12內部的三個重力加速度計和三個磁強計的測量結果計算得到井斜、方位、重力工具面、磁場強度等信息，并將井斜、方位、重力工具面、磁場強度信息轉化為電壓信號傳輸給主控制器I。
[0035]所述的發電機供電驅動模塊8將井下渦輪發電機10工作時泥漿的動力轉換成電壓，整流濾波處理后輸出28~36V電壓給電源轉換模塊7。
[0036]所述的電源轉換模塊7通過整流調幅產生3.3V的電壓驅動主控制器1、存儲模塊3、時鐘電路4、溫度模塊5、定向傳感器信號檢測模塊6以及數據通訊模塊9正常工作，并產生18.5V的電壓驅動定向傳感器12正常工作。
[0037]所述的主控制器I中的定時器每一秒鐘讀取一次發電機轉速檢測模塊2輸入的脈沖信號的個數值，獲得轉速頻率，據此計算出井下渦輪發電機10的轉速，將定向傳感器信號檢測模塊6輸入的井斜、方位、重力工具面、磁場強度信息進行編碼協議解析(定向探管內部使用的一種編碼協議，用于讀取定向傳感器信號)，獲得解析數據，將解析數據、井下渦輪發電機的轉速數據和溫度數據進行曼切斯特碼(抗干擾性好，比較可靠)的轉換，最后以曼切斯特碼的形式輸出給數據通訊模塊9。
[0038]所述的數據通訊模塊9將主控制器I轉換得到的曼切斯特碼數據傳輸給地面計算機11，由地面計算機11將曼切斯特碼數據進行解碼獲得溫度、轉速、工具面、井斜、方位等有關井下數據，以控制整個定向探管的工作；為實現儀器快速靈活方便的通訊，數據通訊模塊9具有兩種通訊接口，RS-232接口采取RS-232通訊模式RS-485接口采取RS-485通訊模式。
[0039]本實施例中，主控制器I的型號為AT90CAN128-15AZ，存儲模塊3的型號為FM25CL64B，時鐘電路4的型號為PCA21125，溫度模塊5的型號為ADT7301_S0T，定向傳感器信號檢測模塊6型號為LMP8602，電源轉換模塊7的型號為LM2676-3.3，發電機供電驅動模塊8的型號為VS-1N1200A和IN4007，數據通訊模塊9的型號為SN65HVD178和MAX3221。
[0040]本實用新型采用模塊化處理，模塊化定向探管控制電路中的每個模塊的的PCB制版都使用厚膜技術，使得各個模塊的耐溫達到180°C，耐壓達到170Mpa ;所有模塊都實現裸片封裝，優化了模塊結構，同時散熱快；用主控制器來計算井下渦輪發電機的轉速，取代了原有的用硬件編碼器來記錄轉速的技術方案，可以降低功耗，降低成本，提高工作可靠性，便于維護和升級等；使用主控制器自帶的電源管理功能利用中斷等手段來減少耗電；對于井下測量采樣，可以運用多種算法來實現最優的采樣策略，既不影響測量效果還可大大減少功耗。本實用新型不僅僅應用于定向探管控制電路，同時也為其他的高溫儀器等提供了現實依據，有效的提高了隨鉆測量作業的使用率及可靠性。
[0041]盡管本實用新型的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本實用新型的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
【主權項】
1.一種模塊化定向探管控制電路，其特征在于，包含: 主控制器(I); 發電機轉速檢測模塊(2)，其電性連接主控制器(I)和井下渦輪發電機(10); 溫度模塊(5)，其電性連接主控制器(I); 定向傳感器信號檢測模塊(6)，其電性連接主控制器(I)和定向傳感器(12); 數據通訊模塊(9 )，其電性連接主控制器(I)和地面計算機(11)。
2.如權利要求1所述的模塊化定向探管控制電路，其特征在于，所述的模塊化定向探管控制電路還包含:存儲模塊(3 )，其電性連接主控制器(I)。
3.如權利要求2所述的模塊化定向探管控制電路，其特征在于，所述的模塊化定向探管控制電路還包含:時鐘電路(4 )，其電性連接主控制器(I)。
4.如權利要求3所述的模塊化定向探管控制電路，其特征在于，所述的模塊化定向探管控制電路還包含:電源轉換模塊(7)，其電性連接存儲模塊(3)、時鐘電路(4)、溫度模塊(5)、定向傳感器信號檢測模塊(6)、定向傳感器(12)和數據通訊模塊(9)。
5.如權利要求4所述的模塊化定向探管控制電路，其特征在于，所述的模塊化定向探管控制電路還包含:發電機供電驅動模塊(8)，其電性連接電源轉換模塊(7)和井下渦輪發電機(10)。
6.如權利要求5所述的模塊化定向探管控制電路，其特征在于，所述的主控制器(I)、發電機轉速檢測模塊(2 )、存儲模塊(3 )、時鐘電路(4 )、溫度模塊(5 )、定向傳感器信號檢測模塊(6 )、電源轉換模塊(7 )、發電機供電驅動模塊(8 )和數據通訊模塊(9 )采用厚膜制版和裸片封裝。
7.如權利要求1所述的模塊化定向探管控制電路，其特征在于，所述的數據通訊模塊(9 )具有 RS-232 接 口 和 RS-485 接 口。
【專利摘要】一種模塊化定向探管控制電路，包含主控制器，電性連接主控制器和井下渦輪發電機的發電機轉速檢測模塊，電性連接主控制器的溫度模塊，電性連接主控制器和定向傳感器的定向傳感器信號檢測模塊，以及電性連接主控制器和地面計算機的數據通訊模塊。本實用新型對內部器件進行模塊化處理，厚膜制板，裸片封裝，能適用于高溫高壓環境，同時提供了靈活的通訊方式，降低了功耗，降低了成本，提高了工作可靠性。
【IPC分類】E21B44-00
【公開號】CN204552729
【申請號】CN201520273714
【發明人】陸永鋼, 王秀娟
【申請人】上海神開石油設備有限公司, 上海神開石油化工裝備股份有限公司, 上海神開石油科技有限公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月30日