專利名稱：一體化多參數(shù)遙傳生產(chǎn)測(cè)井儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種多參數(shù)遙傳生產(chǎn)測(cè)井儀，它主要用于對(duì)油井產(chǎn)出剖面的分層產(chǎn)液量和注水井注入剖面的分層吸水量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。
在已有技術(shù)中，在石油工業(yè)出版社出版的《數(shù)控生產(chǎn)測(cè)井下井儀器與資料解釋》一書(shū)中介紹了一種多參數(shù)自噴井生產(chǎn)測(cè)井儀。參見(jiàn)圖2，它由自然伽瑪測(cè)井儀(4)、液體密度測(cè)井儀(5)、溫度測(cè)井儀(6)、壓力測(cè)井儀(7)、含水率測(cè)井儀(8)、渦輪液量計(jì)(9)、套管接箍定位器(10)和電纜遙測(cè)系統(tǒng)(WTC)組裝構(gòu)成一個(gè)節(jié)狀長(zhǎng)管形機(jī)身，其中儀器與儀器之間通過(guò)一個(gè)單芯螺紋接頭實(shí)現(xiàn)每支儀器的機(jī)械聯(lián)接和儀器電路總線的連接，機(jī)身上端通過(guò)單芯電纜頭(3)與單芯電纜(2)連接，單芯電纜完成兩個(gè)功能，一是向井下儀器供電，二是向上傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)。該組合儀一次下井可以同時(shí)測(cè)取井內(nèi)流體的體積流量、密度、視含水率、溫度梯度、溫度微差、壓力梯度、自然伽瑪射線強(qiáng)度、套管接箍深度等多種參數(shù)。參見(jiàn)圖3，該組合儀中的電纜遙測(cè)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱WTC)是其它儀器的控制和服務(wù)設(shè)備，它的主要功能是采用尋址的通訊方式來(lái)依次提取各儀器的測(cè)量或探測(cè)數(shù)據(jù)，并把所提取的數(shù)據(jù)以曼徹斯特碼按一幀十道數(shù)據(jù)的格式依次發(fā)出，并通過(guò)單芯電纜(2)送到地面系統(tǒng)中去。每支儀器的功能是完成測(cè)量或探測(cè)，然后把測(cè)得的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理，并利用其尋址通訊響應(yīng)電路對(duì)WTC的尋址信號(hào)進(jìn)行判定，如果判定是自己的地址，它將暫停測(cè)量數(shù)據(jù)的輸入，并把當(dāng)時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)暫存，然后通過(guò)儀器總線(35)一位一位地依次發(fā)送給WTC。該組合儀所存在的主要問(wèn)題是各儀器是分體的，它們通過(guò)儀器總線向WTC輸送測(cè)量數(shù)據(jù)，這種二次傳輸?shù)男问?，不僅增加了每支儀器的信號(hào)處理量，而且還得增加接收和發(fā)送電路。因此，使得組合儀的電路結(jié)構(gòu)繁多和復(fù)雜，重復(fù)性大，也降低了工作可靠性。同時(shí)，為了容納這些電路，每支儀器都得相應(yīng)增加一個(gè)短節(jié)，累加起來(lái)使得機(jī)身全長(zhǎng)很長(zhǎng)，增加了測(cè)量時(shí)的操作難度。
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)已有技術(shù)中分體式的缺點(diǎn)，提供一種一體化的多參數(shù)遙傳生產(chǎn)測(cè)井儀。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是它具有一個(gè)長(zhǎng)管形外殼構(gòu)成的機(jī)身，該機(jī)身通過(guò)單芯電纜頭與單芯電纜連接；在該機(jī)身中裝有多個(gè)不同參數(shù)的測(cè)井探頭和一個(gè)對(duì)多個(gè)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)采集、并把所采集的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)與其相應(yīng)的地址合并、以曼徹斯特碼按一幀十道數(shù)據(jù)的格式依次發(fā)送的單片機(jī)處理單元，所述各測(cè)井探頭的輸出信號(hào)通過(guò)其前置處理電路送入所述單片機(jī)處理單元的定時(shí)/計(jì)數(shù)口或者模擬信號(hào)輸入端；所述單片機(jī)處理單元的數(shù)據(jù)發(fā)送端與傳輸驅(qū)動(dòng)電路相接，傳輸驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)輸出端通過(guò)單芯電纜頭與所述單芯電纜相接。
通過(guò)上述解決方案可以看出，本實(shí)用新型形成了一個(gè)多探頭的一體化儀器。它由單片機(jī)處理單元對(duì)各測(cè)量數(shù)據(jù)直接進(jìn)行循環(huán)采集與發(fā)送，不用二次傳輸，從而大大簡(jiǎn)化了電路，使儀器的機(jī)身長(zhǎng)度也大大縮短，降低了測(cè)量操作的難度；同時(shí)，工作可靠性提高，成本相應(yīng)降低。
下面根據(jù)實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明其工作原理。


圖1.本實(shí)用新型的外形結(jié)構(gòu)示意圖圖2.已有技術(shù)的外形結(jié)構(gòu)示意圖圖3.已有技術(shù)的原理方框圖圖4.三參數(shù)遙傳生產(chǎn)測(cè)井儀的電路方框圖圖5.自然伽瑪探頭及其前置處理電路的電路原理圖圖6.節(jié)箍磁定位探頭的結(jié)構(gòu)示意圖圖7.節(jié)箍磁定位探頭及其前置處理電路和壓頻轉(zhuǎn)換器電路原理圖圖8.井溫傳感器及其前置處理電路和壓頻轉(zhuǎn)換器電路原理圖圖9.單片機(jī)電路原理圖
圖10.曼徹斯特碼的碼型圖
圖11.傳輸驅(qū)動(dòng)電路的原理圖
圖12.供電電壓采集電路的原理圖
圖13.多參數(shù)遙傳生產(chǎn)測(cè)井儀的電路方框圖
圖14.單片機(jī)處理單元電路原理圖參見(jiàn)
圖1，該儀器具有一個(gè)長(zhǎng)管形外殼構(gòu)成的機(jī)身(1)，所述的單芯電纜(2)通過(guò)單芯電纜頭(3)與機(jī)身(1)相連。
參見(jiàn)圖4，根據(jù)油田要求，用于注水井的多參數(shù)遙傳生產(chǎn)測(cè)井儀一般只需要自然伽瑪、節(jié)箍和井溫三個(gè)參數(shù)。圖中給出該儀器電路的方框結(jié)構(gòu)。所述的單芯電纜(2)給出的供電電壓為直流42V，電源轉(zhuǎn)換電路將供電電壓轉(zhuǎn)換成各電路的工作電壓±15V、+5V和U1、U2，U1為+25V、U2為+15V。
參見(jiàn)圖5，本儀器的自然伽瑪探頭由碘化鈉晶體(11)和光電倍增管(12)構(gòu)成。當(dāng)?shù)饣c晶體(11)感受到地層的伽瑪射線時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生出光子，光子進(jìn)入光電倍增管(12)進(jìn)行能量的放大而加速運(yùn)動(dòng)打到光電倍增管的極板上，使極板的引出端P輸出電脈沖信號(hào)。光電倍增管需要高壓電路(13)為其供電。所述的高壓電路由振蕩器、驅(qū)動(dòng)器、高壓變壓器、倍壓電路、穩(wěn)壓電路等組成。六反相器IC7和電容(14)、電阻(15)、(16)接成一個(gè)多諧振蕩器，它輸出的振蕩信號(hào)經(jīng)過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管(17)的驅(qū)動(dòng)和高壓變壓器(18)的升壓，在次級(jí)可得到700V左右的高壓脈沖，再經(jīng)過(guò)三倍壓電路(19)的倍壓整流后，即可得到2100V左右的直流負(fù)高壓，高壓穩(wěn)壓管(20)對(duì)直流負(fù)高壓進(jìn)行穩(wěn)壓，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻(34)，使其輸出的負(fù)高壓值為光電倍增管提供合適的工作電壓。所述自然伽瑪探頭的前置處理電路由跟隨器(21)、鑒別器(22)和整形電路(23)組成。由于探頭輸出部分的阻抗較高，因此在探頭與鑒別器之間加一個(gè)跟隨器，起到阻抗轉(zhuǎn)換和匹配的作用。鑒別器(22)由比較器IC6及其外圍元件接成，在比較器的負(fù)輸入端設(shè)置一個(gè)門坎電平，通過(guò)調(diào)節(jié)門坎電平，能夠選擇出能量大于某規(guī)定值的由伽瑪射線所產(chǎn)生的脈沖，可有效抑制其它的脈沖干擾。整形電路(23)由一個(gè)雙單穩(wěn)態(tài)芯片IC5構(gòu)成，它將鑒別器(22)輸出的脈沖信號(hào)變換成脈寬相等的脈沖信號(hào)，并從IC5的10腳輸出，送到單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)口的T2端。
參見(jiàn)圖6，節(jié)箍磁定位探頭由設(shè)置在鋁制外殼(24)中的上、下二塊磁鋼(25)和設(shè)在磁鋼中的鐵磁材料(26)及繞在鐵磁材料上的線圈(27)構(gòu)成。當(dāng)該探頭沿均勻井筒運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)線圈的閉合磁力線不產(chǎn)生變形，而當(dāng)探測(cè)器沿井筒運(yùn)動(dòng)遇到節(jié)箍時(shí)，由于在節(jié)箍處的磁介質(zhì)發(fā)生了明顯變化，則閉合磁力線會(huì)產(chǎn)生變化，因此在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由此可以給出每個(gè)節(jié)箍的位置信號(hào)。
參見(jiàn)圖7，節(jié)箍磁定位探頭的前置處理電路是由運(yùn)放IC9接成的一個(gè)電壓放大器(28)，它對(duì)節(jié)箍信號(hào)進(jìn)行電壓放大。線圈(27)中感應(yīng)的節(jié)箍信號(hào)是一個(gè)交變脈沖(29)，由于壓頻轉(zhuǎn)換器(30)必須是正值輸入，故由分壓器(31)給出一個(gè)正向分壓值加在運(yùn)放IC9的正輸入端，使輸入的交變脈沖變成為正值。所述的壓頻轉(zhuǎn)換器(30)由芯片IC8及其外圍元件連接構(gòu)成。由該壓頻轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成其頻率大小隨電壓成正比變化的脈沖量，并通過(guò)其9腳輸出，送到單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)口的T1端。
參見(jiàn)圖8，所述的井溫傳感器選用德國(guó)出產(chǎn)的鉑金絲電阻式傳感器PT500，圖中用Rx表示。該傳感器的前置處理電路是一個(gè)由四運(yùn)放集成器件IC11接成的信號(hào)放大器(32)。該信號(hào)放大器是由三個(gè)運(yùn)放接成的一個(gè)差分放大器，它對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行放大，同時(shí)將傳感器的電阻量轉(zhuǎn)換成電壓量。由于測(cè)量信號(hào)是溫度，故利用差分放大器抑制運(yùn)放自身的溫度漂移，使其輸出端8腳的電壓隨Rx阻值成正比變化。壓頻轉(zhuǎn)換器電路(33)與圖7中的工作原理相同，其9腳輸出的信號(hào)送至單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)口的T3端。
參見(jiàn)圖9，所述單片機(jī)IC3是一個(gè)帶片內(nèi)存儲(chǔ)器的單片機(jī)89C52，可用87C52或8752H直接替換，也可用80C32、8032、8032H外加程序存儲(chǔ)器EPROM代換，或者用其它系列單片機(jī)。利用該單片機(jī)的三個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)口T0、T1、T2完成對(duì)上述三道數(shù)據(jù)的采集，用外部定時(shí)器IC4控制數(shù)據(jù)的發(fā)送，即用IC4給出曼徹斯特碼的發(fā)送時(shí)鐘，送至P1.2端。其曼徹斯特碼的碼型參見(jiàn)
圖10，它由同步頭、四位地址和12位數(shù)據(jù)及奇偶校驗(yàn)位組成。再參見(jiàn)圖9，該碼由單片機(jī)內(nèi)部程序計(jì)算后分別由P1口的P1.3和P1.4端輸出其正脈沖及負(fù)脈沖道脈沖M+、M-。參見(jiàn)
圖11，所述的傳輸驅(qū)動(dòng)電路由電壓放大器IC2和功率放大器IC3組成，利用IC1分別對(duì)信號(hào)M+進(jìn)行同相放大和對(duì)信號(hào)M-進(jìn)行反相放大，并合成為雙極性曼徹斯特碼，即
圖10所示的碼型，然后再經(jīng)過(guò)IC1的驅(qū)動(dòng)后輸出，通過(guò)單芯電纜傳送到地面。再參見(jiàn)圖9，為了檢測(cè)供電壓是否正常，本儀器又利用單片機(jī)P1口中的P1.5端對(duì)供電電壓進(jìn)行采集，并作為第四道數(shù)據(jù)發(fā)送。供電電壓采集電路參見(jiàn)
圖12，該電路是一個(gè)由運(yùn)放IC3及其外圍元件接成的一個(gè)斯密特觸發(fā)器。當(dāng)電源電壓低于+42V時(shí)，斯密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)輸出高電平，并通過(guò)其14腳送至單片機(jī)的P1.5端。再參見(jiàn)
圖10，單片機(jī)內(nèi)部的曼徹斯特碼發(fā)送程序是依次發(fā)出同步頭、16位數(shù)據(jù)、奇偶校驗(yàn)位，然后延時(shí)，在延時(shí)期間內(nèi)，單片機(jī)采集下一道要發(fā)送的數(shù)據(jù)，即取其低12位數(shù)據(jù)，并把該數(shù)據(jù)的4位地址放在12位數(shù)據(jù)之前，合成為16位數(shù)據(jù)，作為下道要發(fā)送的數(shù)據(jù)，延時(shí)期到時(shí)，緊接著依次發(fā)送下一道數(shù)據(jù)的同步頭、16位數(shù)據(jù)、奇偶校驗(yàn)位，再延時(shí)，再進(jìn)行地址和數(shù)據(jù)的合成，如此循環(huán)，進(jìn)行一道一道的數(shù)據(jù)采集與發(fā)送；當(dāng)單片機(jī)發(fā)送完10道數(shù)據(jù)后，也就完成了一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送，接著又重新開(kāi)始下一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送，如此周而復(fù)始，一幀一幀地循環(huán)發(fā)送。從而完成其循環(huán)采集與發(fā)送的功能。
參見(jiàn)
圖13，這是用于油井的多參數(shù)遙傳生產(chǎn)測(cè)井儀的電路方框結(jié)構(gòu)，其中壓力探頭、含水率探頭、密度探頭、流量探頭均可以采用已有組合儀中的探頭；其伽瑪探頭、井溫探頭、節(jié)箍磁定位探頭可采用上述的三參數(shù)遙傳生產(chǎn)測(cè)井儀中的探頭。它們測(cè)量的信號(hào)通過(guò)其前置處理電路后分別送至單片機(jī)處理單元。
參見(jiàn)
圖14，所述的單片機(jī)處理單元可以由單片機(jī)和它的定時(shí)/計(jì)數(shù)口擴(kuò)展電路構(gòu)成。該擴(kuò)展電路由可編程計(jì)數(shù)器82C53和地址鎖存器54LS373組成，各參數(shù)的測(cè)量或探測(cè)脈沖可以從該擴(kuò)展電路的可編程計(jì)數(shù)器82C53的9、15、18腳輸入，單片機(jī)對(duì)該擴(kuò)展電路計(jì)數(shù)口進(jìn)行數(shù)據(jù)的循環(huán)采集時(shí)，先要通過(guò)PO口D0～D7給出地址和控制字，用地址確定要采集的計(jì)數(shù)端口，同時(shí)向計(jì)數(shù)口寫(xiě)入禁止計(jì)數(shù)的控制字，然后單片機(jī)再通過(guò)P0口分二次將可編程計(jì)數(shù)器中的12位數(shù)據(jù)讀入，并在讀入數(shù)據(jù)時(shí)加上其相應(yīng)的4位地址，合并為16位數(shù)據(jù)，等待發(fā)送。單片機(jī)的另一個(gè)擴(kuò)展電路是一個(gè)多輸入通道A/D轉(zhuǎn)換器AD7890，它可以對(duì)八路模擬信號(hào)輸入端VIN1～VIN8進(jìn)行選通，然后把所選通的模擬量轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)輸出端10腳串行輸出，送至單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)外擴(kuò)的模擬量輸入端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，先通過(guò)P1.6端和P1.7端向AD7890寫(xiě)入控制字，選通采樣通道，稍候，讀入12位數(shù)據(jù)。為了符合地面通訊要求，單片機(jī)要將本次讀入的12位數(shù)據(jù)與上次發(fā)送的12數(shù)據(jù)相加后取其低12數(shù)據(jù)，并加上其相應(yīng)的4位地址，合并為16數(shù)據(jù)，等待發(fā)送。所述的二種擴(kuò)展電路可任選一種，或兩種都選用。
權(quán)利要求1.一體化多參數(shù)遙傳生產(chǎn)測(cè)井儀，其特征是A、它具有一個(gè)長(zhǎng)管形外殼構(gòu)成的機(jī)身(1)，該機(jī)身通過(guò)單芯電纜頭(3)與單芯電纜(2)連接；B、在該機(jī)身中裝有多個(gè)不同參數(shù)的測(cè)井探頭和一個(gè)對(duì)多個(gè)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)采集、并把所采集的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)與其相應(yīng)的地址合并、以曼徹斯特碼按一幀十道數(shù)據(jù)的格式依次發(fā)送的單片機(jī)處理單元，所述各測(cè)井探頭的輸出信號(hào)通過(guò)其前置處理電路送入所述單片機(jī)處理單元的定時(shí)/計(jì)數(shù)口或者模擬信號(hào)輸入端；所述單片機(jī)處理單元的數(shù)據(jù)發(fā)送端與傳輸驅(qū)動(dòng)電路相接，傳輸驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)輸出端與所述單芯電纜相接。
2.如權(quán)利要求1所述的測(cè)井儀，其特征是所述的單片機(jī)處理單元可以由一個(gè)單片機(jī)構(gòu)成，也可以由單片機(jī)和它的定時(shí)/計(jì)數(shù)口擴(kuò)展電路構(gòu)成，還可以由單片機(jī)和多輸入通道A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，還可以由單片機(jī)和它的定時(shí)/計(jì)數(shù)口擴(kuò)展電路及多輸入通道A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型是一種多參數(shù)遙傳生產(chǎn)測(cè)井儀,它具有一個(gè)長(zhǎng)管形外殼構(gòu)成的機(jī)身,該機(jī)身通過(guò)單芯電纜頭與單芯電纜連接;在機(jī)身中包括裝有多個(gè)不同參數(shù)的測(cè)井探頭和一個(gè)對(duì)多個(gè)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)采集與發(fā)送的單片機(jī)處理單元,各測(cè)井探頭的輸出信號(hào)通過(guò)其前置處理電路送入單片機(jī)處理單元,單片機(jī)處理單元發(fā)送的數(shù)據(jù)通過(guò)傳輸驅(qū)動(dòng)電路和單芯電纜傳送到地面系統(tǒng)。本儀形成了一個(gè)多探頭的一體化儀器,不用二次傳輸,簡(jiǎn)化了電路,提高了可靠性。
文檔編號(hào)E21B47/10GK2289876SQ9624507
公開(kāi)日1998年9月2日 申請(qǐng)日期1996年11月2日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月2日
發(fā)明者傅琦 申請(qǐng)人:西安宏邦電子有限責(zé)任公司