嵌入式井下工況隨鉆測量裝置的制造方法
【專利說明】
[0001]技術領域:
[0002]本實用新型涉及井下作業工具領域中的一種嵌入式井下工況隨鉆測量裝置。
[0003]【背景技術】:
[0004]在石油鉆探過程中，地面鉆井技術人員需要實時了解井下壓力、振動、沖擊、溫度等工況信息，以便于及時采取有效措施指導鉆井作業順利進行。目前采取的方法主要有兩類:一類是地面間接獲取，該方法的缺點是測量的數據不能真實的反應井下的實際工況，對環空壓力、振動、沖擊、溫度等參數更是無法獲取；另一類是利用井下工程參數短節，將傳感器和測量電路安裝在獨立測量短節內，儀器長度隨著測量參數的增加而增加，在與旋轉導向等系統配合使用時需占用額外的空間，不利于系統的模塊化集成，而且安裝位置一般距離鉆頭較遠，影響了測量的實時性，同時也提高了成本。因此，有必要將上述測量功能進行集成，形成一個功能獨立的模塊化的裝置，既能提供所需參數的測量功能，又無需增加額外的空間。
[0005]【實用新型內容】:
[0006]本實用新型的目的在于針對現有技術存在的問題，提供一種結構簡單、功能獨立、性能可靠穩定的嵌入式井下工況隨鉆測量裝置。它可以根據需要安裝在井下儀器的任意位置，適用于任何隨鉆儀器，既可以作為獨立的監測模塊使用，也可以與隨鉆儀器掛接，實時上傳測量數據。
[0007]【實用新型內容】如下:
[0008]嵌入式井下工況隨鉆測量裝置，包括鉆鋌、骨架、測量電路、傳感器和通信接頭，測量電路包括信號采集單元、MCU單元、通信總線、存儲單元和電源管理單元；電源管理單元提供傳感器和測量電路的工作電源；其中:鉆鋌外部開設有凹槽，骨架為平底弧形承壓殼體，骨架與凹槽扣合并密封連接，傳感器、測量電路和通信接頭固定安裝在骨架內側與鉆鋌凹槽的空腔內，傳感器感應面由通孔徑向貫穿鉆鋌與外界連通。
[0009]上述方案還包括:
[0010]所述傳感器有振動傳感器、沖擊傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器；所述測量電路采用電源載波通訊方式或供電和通信分離的方式，適用接口形式為RS-232、485、CAN、單總線、SP1、I2Co
[0011]骨架的四周有密封圈，四邊有螺絲孔，骨架通過螺栓固定于鉆鋌外側面。
[0012]所述的傳感器感應面與外界相連的通孔為與骨架外側相通。
[0013]所述的傳感器感應面與外界相連的通孔在骨架內側，并在鉆鋌相應位置設置通孔，且底部密封圈放置在通孔內側。
[0014]該實用新型有三種工作模式:自動監測、數據應答和兩種方式復用，可以由上位機進行方式設定:自動監測模式是可以將實時測量數據直接存入存儲器。該模式下不與外界通信并且可以將多個裝置獨立安裝在不同位置進行分布監控；數據應答模式是根據通信線接收到的具體指令，并往通信總線發送測量指定的數據。無指令時處于待機狀態。該工作模式下，裝置作為一個獨立的測量模塊使用并且能耗最低；復用模式為連接器將實時測量數據存入存儲器并根據接收到的具體指令往通信總線發送最新的指定數據。三種模式的存儲時間間隔和安全閾值可以由上位機設定，安全閾值的響應具有最高優先級。
[0015]本實用新型的益處在于該實用新型采用一體化的集成設計，充分利用了鉆鋌空間，無需增加額外空間就可以在位置與井下儀器連接；同時，該裝置的功能獨立，可以作為井下的實時監測裝置單獨使用，分布安裝在不同對儀器運行情況進行監測。另外，當儀器不需要監測工況信息時可以使用一塊不帶電路和傳感器的空骨架安裝在鉆鋌的開槽處密封。
[0016]【附圖說明】:
[0017]圖1是本實用新型第一種實施例的結構剖面圖；
[0018]圖2是本實用新型的安裝結構外部示意圖；
[0019]圖3是本實用新型實施例中的電源載波通信原理示意圖；
[0020]圖4是本實用新型實施例中的測量電路原理示意圖；
[0021]圖5是本實用新型實施例中的程序流程圖；
[0022]圖6是本實用新型的另一種實施例的結構剖面圖。
[0023]【具體實施方式】:
[0024]下面結合附圖和本實施例對本實用新型進行詳細描述
[0025]本實用新型裝置一個實施例的結構剖面圖如圖1所示，主要由平底弧形承壓殼體骨架2、測量電路5、傳感器6和通信接頭3組成，骨架2四邊有螺孔9，通過螺栓固定在鉆鋌I外側。其中，傳感器6、測量電路5和通信接頭3安裝在骨架內側，并由四周的密封圈4實現密封，本實施例的密封圈采用一道密封(也可以采用多道)。傳感器包括:振動、沖擊、溫度和壓力四種，圖1中僅畫出了壓力傳感器6，其中壓力傳感器前端的感應面由通孔8與外界相連，本實施例的通孔8在是骨架外側進行環空壓力測量。
[0026]圖2是本實用新型的安裝結構示意圖，骨架2四邊有螺孔9，通過螺栓固定在鉆鋌I外側。
[0027]本實施例的通信接頭3使用Micro-D接頭，并采用電源載波的通訊方式，如圖3所示
[0028]圖4是圖1所示實施例的測量電路原理示意圖。四個傳感器經過信號放大處理后進入4路同步A/D轉換器，將采集的數據交給MCU單元處理;MCU單元負責將處理后的數據存入Flash中；同時，MCU單元還可以根據通信總線接收到的控制字進行通信和工作模式設定。該連接器的供電取自于貫通電源線，并由電源管理單元進行電流監測，當出現異常時進行關斷操作以確保該裝置的供電穩定可靠；另外，本實施例采用電源載波方式進行通信，通信總線從電源線上獲取載波信號后，經過調制解調進入MCU單元圖中未標出，工作原理如圖3所示。
[0029]該裝置的工作模式有三種:自動監測模式、數據應答模式和自動監測與數據應答復用模式。其中，自動監測模式可以作為井下工況的實時記錄系統，在取出儀器后由上位機讀取井下各個狀態信息以便于工程人員分析使用，也可以作為各自狀態預警系統，在超出儀器設定的閾值時發送預警指令，其中存儲時間間隔和安全閾值可以是固定值也可以由上位機設定；數據應答模式為連接器根據接收到的具體指令后，往通信總線發送指定的數據，無指令時處于待機狀態，該模式下系統功耗最小；自動監測和數據應答復用模式兼具兩種模式的優點，既可以實時測量內部全部傳感器的數據并存入電路上的存儲器中，也可以根據預先設定的安全閾值進行不同狀態的響應，并根據接收到的具體指令往通信總線發送最新的指定數據，其中安全閾值為最高優先級。
[0030]圖5是本實用新型在自動監測和數據應答復用模式下的程序流程圖。系統啟動后，MCU單元首先進行各個模塊的自檢并將返回的狀態信息實時存入Flash中，如果存在異常則將異常代碼由通信總線發送給上位機。系統初始化后進行傳感器數據采集，并判斷是否超出安全閾值，同時根據接收到的具體指令往通信總線發送最新的指定數據。
[0031]圖6所示的是立管內壓力測試的實施例。本實施例中，通孔8在骨架內側，并在鉆鋌對應位置設置通孔，從而實現立柱壓力測量，該模式應將底部的密封圈放置在通孔內側，以確保泥漿不會進入骨架內腔。
[0032]上述實施例僅說明幾種實施例，其中各部件的結構、連接方式等都是可以所變化的，凡是在本實用新型技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本實用新型的保護范圍之外。
【主權項】
1.嵌入式井下工況隨鉆測量裝置，包括鉆鋌、骨架、測量電路、傳感器和通信接頭，測量電路包括信號采集單元、MCU單元、通信總線、存儲單元和電源管理單元；電源管理單元提供傳感器和測量電路的工作電源；其特征在于:鉆鋌外部開設有凹槽，骨架為平底弧形承壓殼體，骨架與凹槽扣合并密封連接，傳感器、測量電路和通信接頭固定安裝在骨架內側與鉆鋌凹槽的空腔內，傳感器感應面由通孔徑向貫穿鉆鋌與外界連通。2.如權利I所述的嵌入式井下工況隨鉆測量裝置，其特征在于:所述傳感器有振動傳感器、沖擊傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器；所述測量電路采用電源載波通訊方式或供電和通信分離的方式，適用接口形式為RS-232、485、CAN、單總線、SP1、I2C。3.如權利I或2所述的嵌入式井下工況隨鉆測量裝置，其特征在于:骨架的四周有密封圈，四邊有螺絲孔，骨架通過螺栓固定于鉆鋌外側面。4.如權利2所述的嵌入式井下工況隨鉆測量裝置，其特征在于:所述的壓力傳感器感應面與外界相連的通孔為與骨架外側相通。5.如權利2所述的嵌入式井下工況隨鉆測量裝置，其特征在于:所述的壓力傳感器感應面與外界相連的通孔在骨架內側，并在鉆鋌相應位置設置通孔，且底部密封圈放置在通孔內側。
【專利摘要】本實用新型涉及嵌入式井下工況隨鉆測量裝置。包括鉆鋌、骨架、測量電路、傳感器和通信接頭，測量電路包括信號采集單元、MCU單元、通信總線、存儲單元和電源管理單元；電源管理單元提供傳感器和測量電路的工作電源；其中：鉆鋌外部開設有凹槽，骨架為平底弧形承壓殼體，骨架與凹槽扣合并密封連接，傳感器、測量電路和通信接頭固定安裝在骨架內側與鉆鋌凹槽的空腔內，傳感器感應面由通孔徑向貫穿鉆鋌與外界連通。該裝置采用一體化設計，平底弧形承壓殼體骨架的內側固定安裝有傳感器、測量電路和通信接頭，可以實時監測并記錄壓力、振動、沖擊和溫度等井下工況信息，結構小巧、功能獨立，利用通信總線可以與其他儀器掛接。
【IPC分類】E21B47/12
【公開號】CN205172567
【申請號】CN201520856361
【發明人】楊錦舟, 李運升, 崔海波, 張海花, 肖紅兵, 李佳, 張玉
【申請人】中石化石油工程技術服務有限公司, 中石化勝利石油工程有限公司, 中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年10月30日