專利名稱：微型泥漿漂浮式電子壓力計(jì)及壓力測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及油氣開采領(lǐng)域，尤其是用于泥漿鉆井過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量井下壓力、 溫度的裝置。
背景技術(shù)：
泥漿欠平衡鉆井、控壓鉆井，特別是充氣控壓鉆井在近幾年得到了大量的推廣與應(yīng)用，其在減少對(duì)油氣層的污染和及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣層以及防漏方面有突出的貢獻(xiàn)，但也有很多問(wèn)題，特別是在大量充氣條件下不能及時(shí)測(cè)量井底壓力、判斷欠壓的情況。以下是目前在泥漿鉆井過(guò)程中測(cè)量井下壓力溫度的幾種常見的做法利用泥漿脈沖傳輸信號(hào)——在泥漿井中的隨鉆測(cè)量井底壓力(PWD)是利用泥漿脈沖傳輸信號(hào)，此技術(shù)已很成熟，這種技術(shù)的不足在于在大量充氣條件下泥漿波信號(hào)被大量衰減而不能傳遞信號(hào)到地面。代替上述利用泥衆(zhòng)脈沖傳輸信號(hào)的是電磁波脈沖信號(hào)傳輸技術(shù)(E-MWD — Electromagnetic Measurement While Drilling )。E-MWD 是利用超低電磁波直接穿過(guò)地層到達(dá)地面接收器，如果井深較深、地層阻抗較小，超低電磁波在穿越地層的過(guò)程中被衰減，不能到達(dá)地面被有效接收，信號(hào)傳輸距離一般為700m 3200m?，F(xiàn)有技術(shù)中還有一種做法是使用普通存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)，但是由于普通存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)體積較大，必須安裝在鉆具上，不能及時(shí)獲得壓力數(shù)據(jù)，只有通過(guò)投入電纜或起鉆等方式回放數(shù)據(jù)，往往會(huì)失去井控時(shí)機(jī)。

實(shí)用新型內(nèi)容欠平衡鉆井取鉆由于井筒失去泥漿循環(huán)，井筒中的氣體會(huì)滑脫到井口，引起井筒泥漿柱壓力分布復(fù)雜，地層最容易失去控制。因此監(jiān)測(cè)空井條件下井底壓力尤為重要，目前還沒有一種有效監(jiān)測(cè)方法。本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有充氣欠平衡泥漿鉆井中持氣率較高時(shí)隨鉆井下壓力測(cè)量(PWD)不能穩(wěn)定工作和E-MWD受地層電阻率影響，以及普通存儲(chǔ)式壓力計(jì)不能及時(shí)回收數(shù)據(jù)的問(wèn)題，提供一種泥漿鉆井條件下微型存儲(chǔ)電子壓力計(jì)， 通過(guò)泥漿循環(huán)及時(shí)回收井下壓力溫度測(cè)量數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是這樣的一種微型泥漿漂浮式存儲(chǔ)電子壓力計(jì)，包括外殼9,所述外殼9內(nèi)包含有紐扣電池12、單片機(jī)4、電路板5、壓力芯片7 ；紐扣電池12用于向單片機(jī)4供電；單片機(jī)焊接于電路板上；所述單片機(jī)4具有AD采樣端及電流型DA轉(zhuǎn)換輸出端；所述單片機(jī)4的電流型DA轉(zhuǎn)換輸出端向壓力芯片7輸出工作電流，壓力芯片7具有信號(hào)輸出電極，信號(hào)輸出電極與AD采樣端連接。優(yōu)選地，外殼9內(nèi)還包含有帶凹槽的連接塊13，所述壓力芯片7、連接塊13、電路板
5、單片機(jī)4、紐扣電池12由上至下順序疊放，外殼9內(nèi)充滿壓力平衡油。 優(yōu)選地，所述外殼9是鋁合金外殼，外殼9為高是7 10mm的圓柱體形殼體，上下底面開口，且底面圓直徑與高度相等。優(yōu)選地，所述壓力芯片7為壓阻式壓力傳感器，所述連接塊13固定安裝于電路板 5上未焊接有單片機(jī)4的一側(cè)，且凹槽朝上；所述壓力芯片7覆蓋于連接塊13的凹槽處，以便與連接塊13形成密閉腔室14，且壓力芯片7的第一壓力敏感面暴露于密閉腔室14中；在外殼9與壓力芯片7之間填充有凝膠或者娃橡膠8,此外,外殼的上邊緣扣合于壓力芯片7的第二壓力敏感面的邊緣，所述第二壓力敏感面上覆蓋有凝膠或硅橡膠。優(yōu)選地，所述紐扣電池正極朝下，且所述外殼與紐扣電池正極之間設(shè)有橡膠密封圈1，外殼下邊緣扣合與紐扣電池正極上。優(yōu)選地，在電路板5上單片機(jī)4旁焊接有2個(gè)數(shù)據(jù)讀寫電極11，所述2個(gè)讀寫電極 11分別接至單片機(jī)4的數(shù)據(jù)輸入輸出引腳及讀寫時(shí)鐘引腳上。優(yōu)選地，所述單片機(jī)4具有溫度傳感器。優(yōu)選地，所述單片機(jī)具有內(nèi)部高速時(shí)鐘工作模式和外部低頻電容振蕩時(shí)鐘微功耗工作模式。包含所述微型泥漿漂浮式存儲(chǔ)電子壓力計(jì)的壓力測(cè)量裝置，包括所述的微型泥漿漂浮式存儲(chǔ)電子壓力計(jì)、數(shù)據(jù)下載裝置及壓力溫度標(biāo)定裝置。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是1.采用上述結(jié)構(gòu)，可以把壓力計(jì)做得像鉆井巖屑一樣小(外殼9為高是7 10mm的圓柱體形殼體，且底面圓直徑與高度相等)，可以漂浮在泥漿中，隨泥漿一起移動(dòng)，及時(shí)測(cè)量和回收數(shù)據(jù)，且不影響鉆井施工；2.使用現(xiàn)有成熟電子元器件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉；3.采用溫度數(shù)字補(bǔ)償，壓力測(cè)量精度高；4.可以實(shí)現(xiàn)空井井底壓力測(cè)量。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的電路圖。圖中標(biāo)號(hào)1是橡I父密封圈，2是負(fù)電極,3是充油腔,4是單片機(jī),5是電路板,6是金絲線，7是壓力芯片，8是硅橡膠，9是鋁合金外殼，10是外圍電容，11是數(shù)據(jù)讀寫電極，12 是紐扣電池，13連接塊，14密閉腔室。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的說(shuō)明。為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。如圖1所示，鋁合金外殼內(nèi)9自下往上順序疊放有有CR626鋰錳紐扣電池12、單片機(jī)4、電路板5、連接塊13、壓力芯片7，電池的負(fù)極連接到單片機(jī)4背面的負(fù)電極2上，單片機(jī)4被焊接到電路板5上，方形單片機(jī)4旁邊焊接有數(shù)據(jù)讀寫電極11并連接到單片機(jī)4 的數(shù)據(jù)輸入輸出引腳(C2D腳)及讀寫時(shí)鐘引腳(C2CK腳)，電路板5另一面中心粘接有壓力芯片7，壓力芯片的4根引出線通過(guò)金絲線6焊接到電路板的相應(yīng)焊盤上，由單片機(jī)IDA提供0. 5mA恒流源為壓力芯片7供電，壓力芯片7的2個(gè)信號(hào)輸出電極連接到單片機(jī)的AD. 0 (+ )和AD. 1 (-)采集引腳，方形壓力芯7旁邊焊接有3只0402封裝外圍電容10，電路板5 外正電極環(huán)被粘接到鋁合金外殼9上，壓力芯片7和鋁合金外殼9的空間用凝膠或硅橡膠 8填充，以隔離泥漿，起到保護(hù)壓力芯片的作用，紐扣電池12的正極外殼與鋁合金外殼9之間有橡膠密封圈1。招合金外殼9為高是7 10mm,優(yōu)選為7. 5mm,的圓柱體形殼體,上下底面開口，且底面圓直徑與高度相等。所述壓力芯片7為壓阻式壓力傳感器，所述連接塊13固定安裝于電路板5上未焊接有單片機(jī)4的一側(cè)，且凹槽朝上；所述壓力芯片7覆蓋于連接塊13的凹槽處，以便與連接塊13形成密閉腔室14，且壓力芯片7的第一壓力敏感面暴露于密閉腔室14 中；密閉腔室14內(nèi)為真空；在外殼9與壓力芯片7之間填充有凝膠或者硅橡膠8，此外，外殼的上邊緣扣合于壓力芯片7的第二壓力敏感面的邊緣，所述第二壓力敏感面上覆蓋有凝膠與硅橡膠8，壓力芯片7的第二壓力敏感面上的凝膠或硅橡膠8能夠?qū)⑼饨绲膲毫鬟f給壓力芯片7，以便采集外界環(huán)境的壓力信息；同時(shí)凝膠或硅橡膠8能夠?qū)毫π酒?與泥漿隔離，防止泥漿進(jìn)入到殼體內(nèi)部。壓力計(jì)在井下時(shí)，井下的壓強(qiáng)作用到壓力芯片7的第二壓力敏感面上，由于密閉腔室14內(nèi)是真空，第一壓力敏感面上的壓強(qiáng)為0，壓力傳感器兩個(gè)敏感面的壓力差即為井下壓力。所述外殼9與紐扣電池12正極之間設(shè)有橡膠密封圈1，外殼下邊緣扣合于紐扣電池正極上。橡膠密封圈1的作用也是為了防止泥漿進(jìn)入到殼體內(nèi)部。在外殼9與其內(nèi)部各個(gè)部件之間還充滿了壓力平衡油，如壓力平衡硅油，這樣雖然本壓力計(jì)鋁外殼設(shè)計(jì)很薄，由于內(nèi)部空間充滿壓力平衡硅油，外殼與紐扣電池、單片機(jī)和電路板及外圍電容之間并沒有充氣空間，壓力計(jì)不會(huì)被高壓壓力壓扁，實(shí)驗(yàn)表明其完全能抗lOOMPa的壓力，而正常工作。本壓力計(jì)的工作程序?yàn)椴襟E1 :單片機(jī)的電流型DA轉(zhuǎn)換輸出端向壓力芯片提供恒定電流；步驟2 :單片機(jī)進(jìn)行通過(guò)AD采樣端采集壓力芯片輸出的壓力信號(hào)，同時(shí)單片機(jī)中的溫度傳感器采集溫度信號(hào)；采集的溫度、壓力信號(hào)存儲(chǔ)于單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器中；步驟3 :單片機(jī)切換到外部低頻電容振蕩時(shí)鐘微功耗模式，并維持外部低頻電容振蕩時(shí)鐘微功耗模式一定時(shí)間；步驟4 :單片機(jī)恢復(fù)到內(nèi)部高速時(shí)鐘工作模式。上述4個(gè)步驟依次重復(fù)執(zhí)行，直到壓力計(jì)隨泥漿循環(huán)一周后回到岸上。使用時(shí)，連接數(shù)據(jù)下載器與數(shù)據(jù)讀寫電極11，擦除單片機(jī)內(nèi)的Flash存儲(chǔ)器，將程序下載到單片機(jī)中，再將紐扣電池12裝入鋁合金外殼9內(nèi)，并相互扣接，即啟動(dòng)單片機(jī)采集程序。接下來(lái)對(duì)本壓力計(jì)進(jìn)行壓力、溫度標(biāo)定將啟動(dòng)后的本壓力計(jì)放入一個(gè)壓力容器內(nèi)，開始對(duì)壓力容器加壓和加溫，并記錄施加的壓力和溫度，以及時(shí)間，此數(shù)據(jù)用于對(duì)之后壓力計(jì)在鉆井過(guò)程中采集到的壓力、溫度信息進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定完成后從壓力容器中取出本壓力計(jì)，就可以從井口鉆柱中投入，由于有部分本壓力計(jì)在井內(nèi)被鉆柱、鉆頭隨機(jī)擠壓損壞，因此可以一次多投入一些，以增大測(cè)量收獲率。本壓力計(jì)在被泥漿泵入下行和上返過(guò)程中，被設(shè)置成固定間隔時(shí)間記錄一次井內(nèi)溫度和壓力，可以全程記錄井內(nèi)溫度和壓力場(chǎng)。由于本壓力計(jì)的體積很小，只有7. 5mm，幾乎可以通過(guò)井下一切工具，其密度與鉆井巖屑相當(dāng)，不會(huì)造成沉淀。為了防止本壓力計(jì)被鉆具和鉆頭擠壓損壞，可以利用活動(dòng)鉆具或只循環(huán)泥漿不鉆進(jìn)的施工間歇實(shí)施測(cè)量。在噴射鉆井工藝中可以將鉆頭臨時(shí)提尚井底，防止本壓力計(jì)聞速?gòu)泥磷爨辽渥矒舻骄妆粨p壞。在有井下動(dòng)力鉆井施工工藝中，可以通過(guò)打開或關(guān)閉井下旁通閥方式，避開通過(guò)井下動(dòng)力鉆具、鉆頭和水眼，從井下旁通閥處上返。本壓力計(jì)在上返出井口泥漿暴露處通過(guò)永磁鐵吸附方法，將其吸附住，去除扣接處鋁合金外殼，取下紐扣電池，數(shù)據(jù)下載器連接上數(shù)據(jù)下載電極11，讀取井下測(cè)量數(shù)據(jù)，根據(jù)壓力、溫度標(biāo)定數(shù)據(jù)，進(jìn)行溫度校正、非線性校正，解碼出正確的井下測(cè)量數(shù)據(jù)。雖然本壓力計(jì)能抗lOOMPa的壓力。CR632紐扣電池由于處在高壓環(huán)境，即使在 150°C高溫下也能正常工作，不會(huì)爆裂，其供電能力比常溫常壓條件下性能更好。本壓力計(jì)在進(jìn)行AD、DA轉(zhuǎn)換和寫入Flash存儲(chǔ)器時(shí)采用單片機(jī)內(nèi)部高速時(shí)鐘工作，工作電流為3. 5mA，但工作時(shí)間只有0. Is ;在采集等待定時(shí)時(shí)間內(nèi)，采用外部電容式低頻時(shí)鐘，工作電流只有35 y A ;C8051F351單片機(jī)除去程序空間，其Flash存儲(chǔ)器有7000 個(gè)字節(jié)可以用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，考慮溫度參數(shù)占用第1字節(jié)和第二字節(jié)的前2位，共10位；壓力參數(shù)占用第2字節(jié)的后6位和第3字節(jié)，共14位補(bǔ)碼形式，即一個(gè)采樣點(diǎn)占用3個(gè)字節(jié)，一次下井可以記錄2300多組數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集耗電容量為3. 5mAX0. lsX2300次=805 mA s=0. 224mAH,定時(shí)等待 10 小時(shí)耗電容量為 35 y AX 10H=350 u A H=0. 35mAH,因此在 10 小時(shí)內(nèi)計(jì)滿Flash存儲(chǔ)器，共耗電0. 224mAH+0. 35mAH=0. 574mAH，而CR632紐扣電池能提供 9mAH的電能。本壓力計(jì)設(shè)計(jì)為低成本一次性使用，其壓力芯片敏感面不采用金屬膜隔離泥漿， 而使用高溫凝膠或室溫固化硅橡膠隔離泥漿，在10個(gè)小時(shí)內(nèi)泥漿還不能破壞隔離膜而損壞到壓力芯片內(nèi)部元件。微型泥漿漂浮式存儲(chǔ)電子壓力計(jì)，屬于油氣開采領(lǐng)域中用于泥漿鉆井及時(shí)測(cè)量井下壓力溫度的裝置，目的是解決現(xiàn)有充氣欠平衡泥漿鉆井中持氣率較高時(shí)隨鉆井下壓力測(cè)量(PWD)不能穩(wěn)定工作和E-MWD受地層電阻率影響，以及普通存儲(chǔ)式壓力計(jì)不能及時(shí)回收數(shù)據(jù)的問(wèn)題，包括0 7. 5X7. 5_防護(hù)外殼內(nèi)裝有一片5X5X0. 9_的單片機(jī)和采集軟件、
06.8X0. 3mm的電路板、3只0402封裝的電容、一片2. 5X2. 5X2. 5mm壓阻式壓力芯片、隔離防護(hù)膠、一片CR632紐扣電池；并配有數(shù)據(jù)下載系統(tǒng)和壓力溫度標(biāo)定裝置。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種微型泥漿漂浮式存儲(chǔ)電子壓力計(jì)，其特征在于，包括外殼(9)，所述外殼(9)內(nèi)包含有紐扣電池(12)、單片機(jī)(4)、電路板(5)、壓力芯片(7)；紐扣電池(12)用于向單片機(jī)(4)供電；單片機(jī)焊接于電路板上；所述單片機(jī)(4)具有AD采樣端及電流型DA轉(zhuǎn)換輸出端；所述單片機(jī)(4)的電流型DA轉(zhuǎn)換輸出端向壓力芯片(7)輸出工作電流，壓力芯片(7)具有信號(hào)輸出電極，信號(hào)輸出電極與AD米樣端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型泥漿漂浮式存儲(chǔ)電子壓力計(jì)，其特征在于，外殼(9) 內(nèi)還包含有帶凹槽的連接塊(13)，所述壓力芯片(7)、連接塊(13)、電路板(5)、單片機(jī)(4)、 紐扣電池(12)由上至下順序疊放，外殼(9)內(nèi)充滿壓力平衡油。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微型泥漿漂浮式存儲(chǔ)電子壓力計(jì)，其特征在于，所述外殼(9)是鋁合金外殼，外殼(9)為高是7 10mm的圓柱體形殼體，上下底面開口，且底面圓直徑與高度相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微型泥漿漂浮式存儲(chǔ)電子壓力計(jì)，其特征在于，所述壓力芯片(7)為壓阻式壓力傳感器，所述連接塊(13)固定安裝于電路板(5)上未焊接有單片機(jī)(4)的一側(cè)，且凹槽朝上；所述壓力芯片(7)覆蓋于連接塊(13)的凹槽處，以便與連接塊(13)形成密閉腔室(14)，且壓力芯片(7)的第一壓力敏感面暴露于密閉腔室(14)中；在外殼(9)與壓力芯片(7)之間填充有凝膠或者硅橡膠(8)，此外，外殼的上邊緣扣合于壓力芯片(7)的第二壓力敏感面的邊緣，所述第二壓力敏感面上覆蓋有凝膠或硅橡膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種微型泥漿漂浮式存儲(chǔ)電子壓力計(jì)，其特征在于，所述紐扣電池正極朝下，且所述外殼與紐扣電池正極之間設(shè)有橡膠密封圈(1 )，外殼下邊緣扣合與紐扣電池正極上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種微型泥漿漂浮式存儲(chǔ)電子壓力計(jì)，其特征在于，在電路板(5)上單片機(jī)(4)旁焊接有2個(gè)數(shù)據(jù)讀寫電極(11)，所述2個(gè)讀寫電極(11)分別接至單片機(jī)(4)的數(shù)據(jù)輸入輸出引腳及讀寫時(shí)鐘引腳上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的一種微型泥漿漂浮式存儲(chǔ)電子壓力計(jì)，其特征在于，所述單片機(jī)(4)具有溫度傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種微型泥漿漂浮式存儲(chǔ)電子壓力計(jì)，其特征在于，所述單片機(jī)具有內(nèi)部高速時(shí)鐘工作模式和外部低頻電容振蕩時(shí)鐘微功耗工作模式。
9.包含權(quán)利要求廣8中任意一項(xiàng)所述的一種微型泥漿漂浮式存儲(chǔ)電子壓力計(jì)的壓力測(cè)量裝置，其特征在于，包括所述的微型泥漿漂浮式存儲(chǔ)電子壓力計(jì)、數(shù)據(jù)下載裝置及壓力溫度標(biāo)定裝置。
專利摘要本實(shí)用新型公開了微型泥漿漂浮式電子壓力計(jì)及壓力測(cè)量裝置，涉及油氣開采領(lǐng)域，旨在提供一種用于泥漿鉆井過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量井下壓力、溫度的裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)要點(diǎn)為外殼內(nèi)從下自上順序疊放有紐扣電池、一片帶采集軟件的單片機(jī)、電路板、連接塊、壓力芯片；外殼為上下端開口的圓柱形殼體，采用隔離防護(hù)膠將殼體內(nèi)外隔離；壓力計(jì)在井下間歇采集溫度壓力信息；壓力測(cè)量裝置包括所述壓力計(jì)，還包括數(shù)據(jù)下載系統(tǒng)和壓力溫度標(biāo)定裝置。本實(shí)用新型把壓力計(jì)做得像鉆井巖屑一樣小，壓力計(jì)可以漂浮在泥漿中隨泥漿一起移動(dòng)，及時(shí)測(cè)量和回收數(shù)據(jù)，且不影響鉆井施工。
文檔編號(hào)E21B47/06GK202348266SQ201120278860
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者孟英峰, 李永杰, 李 誠(chéng), 陳一健, 陳星宇 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)