專利名稱：鉆井作業(yè)中用于指令下傳的壓力檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力檢測(cè)裝置，特別是指一種鉆井作業(yè)中用于指令下傳的壓 力檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
鉆井作業(yè)中井眼軌跡自動(dòng)控制技術(shù)已成為當(dāng)今鉆井技術(shù)研究的熱點(diǎn)，其技術(shù)
關(guān)鍵之一就是地面和井底的信息和指令傳輸問(wèn)題。隨鉆測(cè)量(MWD)技術(shù)主要用來(lái) 監(jiān)測(cè)井下工況，己經(jīng)實(shí)現(xiàn)信息從井下向地面的傳輸。但信息從地面向井底傳輸?shù)?技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)實(shí)際上還屬于探索、試制的階段，成熟的儀器和方法在國(guó)內(nèi)還未 出現(xiàn)。
目前鉆井作業(yè)中實(shí)現(xiàn)信息從地面向井底傳遞有如下幾種方法1、利用壓力傳
感器感應(yīng)井口立管中鉆井液排量改變引發(fā)的壓力變化來(lái)傳遞信息。其雖然采用的
是壓力下傳方法，但主要側(cè)重于管道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和壓力脈沖的產(chǎn)生方法。2、利用 鉆桿轉(zhuǎn)速的變化或上提、下放操作在井底造成的角速度的變化或加速度的變化來(lái) 傳遞信息。3、利用安裝在井下鉆頭附近的加速度傳感器敏感振動(dòng)變化來(lái)傳遞信息， 振動(dòng)可以通過(guò)鉆進(jìn)破巖，即地面控制鉆頭進(jìn)尺產(chǎn)生，也可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)鉆桿或使鉆 桿轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。4、國(guó)外有在多個(gè)鉆桿接頭處嵌入一組耦合線圈，后一組線圈感應(yīng)前 一組線圈電磁場(chǎng)的變化并使用中繼傳輸?shù)姆绞椒乐剐盘?hào)衰減成無(wú)用信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信 息的雙向傳輸，但該方法對(duì)管材和機(jī)械結(jié)構(gòu)有特殊的要求，不利于廣泛使用。上 述方法2、 3、 4是利用鉆桿的角速度、振動(dòng)和電磁信號(hào)向井下傳輸信息。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種能識(shí)別并存儲(chǔ)地面指令下傳 裝置發(fā)出的指令和數(shù)據(jù)的鉆井作業(yè)中用于指令下傳的壓力檢測(cè)裝置，其可對(duì)比信 息下傳裝置發(fā)出的指令、數(shù)據(jù)與該裝置識(shí)別并存儲(chǔ)的指令、數(shù)據(jù)，可以給研究人 員分析泥漿脈沖信號(hào)傳輸中遇到的干擾從而改進(jìn)指令編碼提供依據(jù)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是 一種鉆井作業(yè)中用于指令下 傳的壓力檢測(cè)裝置，其特征在于包括壓力傳感器電路、信號(hào)放大電路、高精度 A/D轉(zhuǎn)換電路、控制和處理單元、存儲(chǔ)單元和通訊單元；其中所述壓力傳感器電 路為一壓力傳感器，接收來(lái)自泥漿中的壓力信號(hào)并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)由所述信號(hào)放大電路放大后傳送到所述高精度A/D轉(zhuǎn)換電路的模擬信 號(hào)輸入端，所述控制和處理單元控制所述高精度A/D轉(zhuǎn)換電路的A/D轉(zhuǎn)換芯片采 樣，并將所采集到的數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)單元，通訊單元為單片機(jī)與PC機(jī)的通信提供接□。
所述控制和處理單元為單片機(jī)。
所述壓力傳感器電路為一超小型齊平膜片式壓力傳感器。
所述高精度A/D轉(zhuǎn)換電路采用高精度24位A/D轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成。
所述信號(hào)放大電路包括四個(gè)運(yùn)算放大器及相配的電阻和電容，其中二運(yùn)算放 大器分別連接所述壓力傳感器的PV+和PV-端，另兩個(gè)運(yùn)算放大器依次串接在該 二運(yùn)算放大器的輸出端，與各所述電阻、電容共同構(gòu)成所述信號(hào)放大電路。
采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)鉆井作業(yè)過(guò)程中地面與井下之間的信息 傳輸，并具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明可檢測(cè)地面?zhèn)鬏數(shù)骄碌膲毫γ}沖，從而實(shí)現(xiàn) 了地面向井下傳輸?shù)男畔⒌臋z測(cè)，并用于導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的導(dǎo)向控制。2、本發(fā)明由 于采用高度集成化的芯片構(gòu)成，因此實(shí)現(xiàn)了設(shè)備功耗低、體積小的優(yōu)點(diǎn)，并提高 了檢測(cè)裝置的抗沖擊能力。3、本發(fā)明的控制和處理單元在將接收到的信息傳輸給 鉆井系統(tǒng)的導(dǎo)向控制器的同時(shí)，能夠長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)地面?zhèn)鬏數(shù)骄碌男畔?，?dāng)系統(tǒng) 提升到地面后，可將接收到的信息通過(guò)通信單元回放到地面計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的 再現(xiàn)的故障診斷，確認(rèn)導(dǎo)向鉆井效果，驗(yàn)證指令下傳系統(tǒng)的可靠性。4、采用低功 耗電路檢測(cè)電路，通過(guò)干電池對(duì)檢測(cè)電路供電，使本發(fā)明能在井下長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)地面 發(fā)送到井下的壓力脈沖。5、由于采用了具有高精度的24位A/D轉(zhuǎn)換器ADS1226， 提高了系統(tǒng)的解碼能力。


圖l是本發(fā)明的電路原理框圖
圖2是本發(fā)明的電路原理圖
圖3是本發(fā)明信號(hào)放大電路的原理圖
具體實(shí)施例方式
為了詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及功效，現(xiàn)舉以下較佳實(shí)施例并配合附圖 說(shuō)明如下。
本發(fā)明所提供的用于指令下傳的壓力檢測(cè)裝置是一種下傳裝置試壓接收短節(jié)， 其接收并存儲(chǔ)地面信息下傳裝置發(fā)出的指令和數(shù)據(jù)。信息下傳裝置通過(guò)泥漿的壓力 脈沖把地面的操作指令和數(shù)據(jù)傳遞到井下，下部的接收短節(jié)將壓力脈沖信號(hào)所攜帶 的信息識(shí)別并存儲(chǔ)下來(lái)。對(duì)比地面信息下傳裝置所發(fā)出的指令、數(shù)據(jù)和接收短節(jié)識(shí)別并存儲(chǔ)的指令、數(shù)據(jù)，可以幫助研究人員分析鉆井過(guò)程中外部環(huán)境對(duì)泥漿脈沖信 號(hào)傳輸?shù)母蓴_。這樣研究人員就可以改進(jìn)指令編碼，降低井下接收設(shè)備不能識(shí)別或 者錯(cuò)誤識(shí)別指令的概率，提高鉆井系統(tǒng)的可靠性和效率。
如圖1所示，為本發(fā)明的鉆井作業(yè)中用于指令下傳的壓力檢測(cè)裝置的電路原 理圖，其包括壓力傳感器電路、信號(hào)放大電路、高精度A/D轉(zhuǎn)換電路、控制和處 理單元、存儲(chǔ)單元和通訊單元。
其中壓力傳感器電路接收來(lái)自泥漿中的壓力信號(hào)并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信
號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)由信號(hào)放大電路放大后傳送到高精度A/D轉(zhuǎn)換電路的模擬信號(hào)輸 入端?？刂坪吞幚韱卧刂聘呔華/D轉(zhuǎn)換電路的A/D轉(zhuǎn)換芯片采樣，將所采集 到的壓力信號(hào)解碼，以獲取與泥漿的壓力變化相應(yīng)的指令信息，并將解碼后獲取 的指令信息傳遞給鉆井系統(tǒng)的導(dǎo)向控制器，同時(shí)控制和處理單元還將A/D轉(zhuǎn)換芯 片所采集到壓力信號(hào)存入存儲(chǔ)單元。通訊單元為控制和處理單元與上層PC機(jī)的通 信提供接口 。
如圖2所示，壓力傳感器電路為一壓力傳感器IC1，采用SENSOTEC公司的 超小型齊平膜片式壓力傳感器，其壓力測(cè)量范圍為150至20，000psi。
如圖3所示，信號(hào)放大電路包括運(yùn)算放大器IC7、 IC8、 IC9、 ICIO，電阻R1 一R7和電容Cl、 C2。運(yùn)算放大器IC7、 IC8分別連接壓力傳感器IC1的PV+禾口 PV-端，運(yùn)算放大器IC9、 IC10依次串接運(yùn)算放大器IC7、 IC8的輸出端，與電阻 R1—R7和電容C1、 C2共同構(gòu)成信號(hào)放大電路。其中運(yùn)放芯片IC7—IC10是型號(hào) 為OPA4234的集成電路中的四個(gè)運(yùn)放。信號(hào)放大電路中的電阻與電容的數(shù)值分別 為R1=1KQ， R2=20KQ， R3=1KQ， R4=20KQ， R5=1KQ， R6=1KQ， R7= 20KQ;電容Cl魂luF， C2=0.1uF。
再如圖2所示，高精度A/D轉(zhuǎn)換電路由A/D轉(zhuǎn)換芯片IC2和電壓參考源IC3 構(gòu)成，高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2為高精度的24位A/D轉(zhuǎn)換器ADS1226，電壓參 考源IC3采用5V穩(wěn)定基準(zhǔn)電壓源，型號(hào)為REF02?？刂坪吞幚韱卧蓡纹瑱C(jī)IC4 構(gòu)成，型號(hào)為PIC16F877A。存儲(chǔ)單元由雙端口存儲(chǔ)芯片IC5構(gòu)成，型號(hào)為 K9K8G08U0A。通訊單元由型號(hào)為RS232的接口芯片IC6構(gòu)成。
本發(fā)明的工作過(guò)程如下
壓力傳感器IC1接收來(lái)自泥漿中的壓力信號(hào)并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成PV+和PV-兩端的電壓信號(hào)，PV+和PV-兩端的電壓信號(hào)經(jīng)由信號(hào)放大電路放大后傳送到高精 度A/D轉(zhuǎn)換芯片IC2的模擬信號(hào)輸入端AINP1和AINN1 。5V穩(wěn)定基準(zhǔn)電壓源IC3 接高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片IC2的REFP和REFN端，為高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片IC2提供穩(wěn)定參考電壓。單片機(jī)IC4控制A/D轉(zhuǎn)換芯片IC2采樣，并將所采集到的壓力 信號(hào)解碼，存入雙端口存儲(chǔ)芯片IC5。芯片IC6為單片機(jī)與PC機(jī)通信提供接口。
其中A/D轉(zhuǎn)換芯片IC2采用MODE端接地的連接方式，選擇A/D轉(zhuǎn)換芯片 IC2的24位高精度采樣模式。采用MUX端接地的連接方式，將A/D轉(zhuǎn)換芯片IC2 的模擬信號(hào)輸入端AINP1和AINN1選通。
單片機(jī)IC4的RA0與A/D轉(zhuǎn)換芯片IC2的START相連，RA1與A/D轉(zhuǎn)換芯 片IC2的SLK相連，RB0與A/D轉(zhuǎn)換芯片IC2的DRDY /DOUT相連。其中RA0 控制A/D轉(zhuǎn)換芯片IC2是否開(kāi)始采樣；RA1給A/D轉(zhuǎn)換芯片IC2 —個(gè)上升沿，讓 A/D轉(zhuǎn)換芯片IC2輸出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。A/D轉(zhuǎn)換芯片IC2的DRDY /DOUT為高 電平表示數(shù)據(jù)正在輸出，為低電平表示采樣完畢可以輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果了。
如圖2所示，單片機(jī)IC4的CS、 RA4、 RA5、 RA2、 RA3、 RD、 WR依次與 雙端口存儲(chǔ)芯片IC5的CE、 CLE、 ALE、 、 R/￥ 、 、 相連。其
中CS與CE相連，控制雙端口存儲(chǔ)芯片IC5的片選；RA4與CLE相連完成命令 鎖存使能的功能；RA5與ALE相連完成地址鎖存使能的功能。RA2與i相連 完成寫(xiě)保護(hù)的功能。RA3與R/￥相連，R/￥高電平表示存儲(chǔ)芯片IC5已準(zhǔn)備 好了，可以進(jìn)行下一次讀寫(xiě)操作，否則就不能進(jìn)行下一次讀寫(xiě)操作。RD與i相 連，完成從雙端口存儲(chǔ)芯片IC5讀取數(shù)據(jù)使能的功能。WR與i相連完成對(duì)雙 端口存儲(chǔ)芯片IC5寫(xiě)數(shù)據(jù)使能的功能。單片機(jī)IC4的RD0—RD7與雙端口存儲(chǔ)芯 片IC5的I/O0—1/07依次相連，既是數(shù)據(jù)總線又是地址總線。
單片機(jī)IC4的TX與接口芯片IC6的T1IN相連，接口芯片IC6的T10UT與 PC機(jī)的串口線中的一條相連，負(fù)責(zé)將信號(hào)從單片機(jī)上傳到上層的PC機(jī)。PC機(jī)的 串口線中的一條與接口芯片IC6的R1IN相連，接口芯片IC6的R10UT與單片機(jī) IC4的RX相連，負(fù)責(zé)將信號(hào)從PC機(jī)下傳到單片機(jī)IC4。
本發(fā)明具有以下有益效果
1、 本發(fā)明可檢測(cè)地面?zhèn)鬏數(shù)骄碌膲毫γ}沖，從而實(shí)現(xiàn)了地面向井下傳輸?shù)?信息的檢測(cè)，并用于導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的導(dǎo)向控制。
2、 本發(fā)明由于采用高度集成化的芯片構(gòu)成，因此實(shí)現(xiàn)了設(shè)備功耗低、體積小 的優(yōu)點(diǎn)，并提高了檢測(cè)裝置的抗沖擊能力。
3、 本發(fā)明的控制和處理單元在將接收到的信息傳輸給鉆井系統(tǒng)的導(dǎo)向控制器 的同時(shí)，能夠長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)地面?zhèn)鬏數(shù)骄碌男畔?，?dāng)系統(tǒng)提升到地面后，可將接 收到的信息通過(guò)通信單元回放到地面計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的再現(xiàn)的故障診斷，確認(rèn) 導(dǎo)向鉆井效果，驗(yàn)證指令下傳系統(tǒng)的可靠性。4、 采用低功耗電路檢測(cè)電路，通過(guò)干電池對(duì)檢測(cè)電路供電，使本發(fā)明能在井 下長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)地面發(fā)送到井下的壓力脈沖。
5、 由于采用了具有高精度的24位A/D轉(zhuǎn)換器ADS1226，提高了系統(tǒng)的解碼 能力。
以上所述，僅為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例，凡本領(lǐng)域公知的能實(shí)現(xiàn)相同功能 的單片機(jī)、傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器及其它數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)芯片均應(yīng)包含在本發(fā)明的 專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種鉆井作業(yè)中用于指令下傳的壓力檢測(cè)裝置，其特征在于包括壓力傳感器電路、信號(hào)放大電路、高精度A/D轉(zhuǎn)換電路、控制和處理單元、存儲(chǔ)單元和通訊單元；其中所述壓力傳感器電路為一壓力傳感器，接收來(lái)自泥漿中的壓力信號(hào)并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)由所述信號(hào)放大電路放大后傳送到所述高精度A/D轉(zhuǎn)換電路的模擬信號(hào)輸入端，所述控制和處理單元控制所述高精度A/D轉(zhuǎn)換電路的A/D轉(zhuǎn)換芯片采樣，并將所采集到的數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)單元，通訊單元為單片機(jī)與PC機(jī)的通信提供接口。
2、 如權(quán)利要求l所述的鉆井作業(yè)中用于指令下傳的壓力檢測(cè)裝置，其特征在 于所述控制和處理單元為單片機(jī)。
3、 如權(quán)利要求l所述的鉆井作業(yè)中用于指令下傳的壓力檢測(cè)裝置，其特征在 于所述壓力傳感器電路為一超小型齊平膜片式壓力傳感器。
4、 如權(quán)利要求2所述的鉆井作業(yè)中用于指令下傳的壓力檢測(cè)裝置，其特征在 于所述壓力傳感器電路為一超小型齊平膜片式壓力傳感器。
5、 如權(quán)利要求1或2或3或4所述的鉆井作業(yè)中用于指令下傳的壓力檢測(cè)裝 置，其特征在于所述高精度A/D轉(zhuǎn)換電路采用高精度24位A/D轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成。
6、 如權(quán)利要求1或2或3或4所述的鉆井作業(yè)中用于指令下傳的壓力檢測(cè)裝 置，其特征在于所述信號(hào)放大電路包括四個(gè)運(yùn)算放大器及相配的電阻和電容， 其中二運(yùn)算放大器分別連接所述壓力傳感器的PV+和PV-端，另兩個(gè)運(yùn)算放大器 依次串接在該二運(yùn)算放大器的輸出端，與各所述電阻、電容共同構(gòu)成所述信號(hào)放 大電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鉆井作業(yè)中用于指令下傳的壓力檢測(cè)裝置，其特征在于包括壓力傳感器電路、信號(hào)放大電路、高精度A/D轉(zhuǎn)換電路、控制和處理單元、存儲(chǔ)單元和通訊單元；其中所述壓力傳感器電路為一壓力傳感器，接收來(lái)自泥漿中的壓力信號(hào)并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)由所述信號(hào)放大電路放大后傳送到所述高精度A/D轉(zhuǎn)換電路的模擬信號(hào)輸入端，所述控制和處理單元控制所述高精度A/D轉(zhuǎn)換電路的A/D轉(zhuǎn)換芯片采樣，并將所采集到的數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)單元，通訊單元為單片機(jī)與PC機(jī)的通信提供接口。本發(fā)明可檢測(cè)地面?zhèn)鬏數(shù)骄碌膲毫γ}沖，從而實(shí)現(xiàn)了地面向井下傳輸?shù)男畔⒌臋z測(cè)，并能用于導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的導(dǎo)向控制。
文檔編號(hào)G05B19/042GK101566060SQ20091008469
公開(kāi)日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2009年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者黨瑞榮, 偉 姜, 李漢興, 牛海峰, 蔣世全, 陳紅新 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油總公司;中海石油研究中心