專利名稱：分布式并行地電位采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于采用地電位測(cè)量方法對(duì)油田剩余油、垃圾場(chǎng)滲漏液等實(shí)現(xiàn)動(dòng) 態(tài)或靜態(tài)監(jiān)測(cè)的地球物理測(cè)量，尤其是分布式并行地電位數(shù)據(jù)采集。
背景技術(shù)：
石油是一種非再生能源，石油采收率不僅是石油工業(yè)界，而且是整個(gè)社會(huì)關(guān)心的 問(wèn)題。石油開(kāi)采分為三個(gè)階段。一次采油是依靠地層能量進(jìn)行自噴開(kāi)采，其產(chǎn)量約占蘊(yùn)藏總 量的15% 20%。在地層能量釋放以后，用人工注水或注氣的方法增補(bǔ)油藏能量，使原油 得以連續(xù)開(kāi)采，這稱為二次采油。二次采油的采收率為15% 20%。二次采油開(kāi)展幾十年 后，剩余油以不連續(xù)油塊的形式被圈捕在油藏砂巖孔隙中，此時(shí)采出液含水量達(dá)到85% 90 %，有的甚至高達(dá)98 %，這時(shí)開(kāi)采已沒(méi)有經(jīng)濟(jì)效益。因此，約有60 % 70 %的原油只能依 靠其他物理和化學(xué)方法進(jìn)行開(kāi)采，這樣的開(kāi)采稱為三次采油，國(guó)外亦稱之為增強(qiáng)石油開(kāi)采 技術(shù)(Enhanced Oil Recovery，EOR)。目前在三次采油階段通常采用一些在儲(chǔ)層中注水、 注氣、注強(qiáng)硫、壓裂等調(diào)驅(qū)技術(shù)措施，以提高原油田的回采率。高含水油田剩余油動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)是在三次采油階段實(shí)施的一項(xiàng)重要的技術(shù)手段， 通過(guò)該技術(shù)可動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)層中油和水的運(yùn)移規(guī)律，了解儲(chǔ)層中油水界面以及水淹和水串情 況，該項(xiàng)技術(shù)不僅對(duì)三次采油技術(shù)方案的實(shí)施提供重要的指導(dǎo)意義，而且還能為合理、經(jīng)濟(jì) 地制定高含水油田開(kāi)發(fā)方案及尋找剩余油分布提供重要的科學(xué)依據(jù)。隨著含水油田三次 開(kāi)發(fā)方法技術(shù)的發(fā)展，剩余油實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)得到長(zhǎng)足的發(fā)展，先后開(kāi)發(fā)出四維地震、測(cè) 井、電位測(cè)量等地球物理方法以及示蹤測(cè)井等直接測(cè)量方法。其中電位測(cè)量技術(shù)自七十年 代末開(kāi)始，由法國(guó)學(xué)者在水力壓裂方位和延伸的評(píng)價(jià)方面進(jìn)行了試驗(yàn)。八十年代初，美國(guó)桑 迪亞實(shí)驗(yàn)研究中心，在煤成氣壓裂評(píng)價(jià)方面開(kāi)始試驗(yàn)應(yīng)用。八十年代末，日本學(xué)者在有套管 的地?zé)峋陀蜌馍a(chǎn)井的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面開(kāi)展初步應(yīng)用。九十年代后期，電法測(cè)量技術(shù)在在 國(guó)外(美國(guó)、法國(guó)、日本、德國(guó)、印度尼西亞等)多個(gè)國(guó)家的油田、地?zé)崽?、煤田、地下水和?下核廢料處理場(chǎng)的地層評(píng)價(jià)中得到了廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)自90年代末也開(kāi)展了大量理論(何 裕盛等，1999)和野外試驗(yàn)研究(張金成，2001)，電法測(cè)試技術(shù)已經(jīng)在油田注水井注水推進(jìn) 方位和煤層氣田壓裂裂縫方位得到了廣泛的應(yīng)用。目前現(xiàn)有的測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)均是建立在單點(diǎn)電位測(cè)量，即在供電井周圍逐點(diǎn)測(cè)量電 位，根據(jù)電位的分布特征確定地下存層中剩余油的分布范圍，這種電位測(cè)量的方法不僅施 工效率低，而且不可避免地會(huì)受到隨時(shí)間變化的自然電位的干擾，造成測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)較大 誤差。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外有些儀器也采用了多點(diǎn)同時(shí)測(cè)量，例如加拿大研制的IPRF-I以及國(guó) 內(nèi)的YL-841鉆井壓裂裂縫方位測(cè)量，但是這些儀器雖然采用了多通道模式測(cè)量，但是由于 采用串行方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)點(diǎn)之間還無(wú)法做到真正的同時(shí)測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適合與剩余油監(jiān)測(cè)的分布式并行地電位采集系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的分布式并行地電位采集系統(tǒng)是由上位機(jī)1經(jīng)USB端口連接主控單元2，主控單元2 通過(guò)數(shù)傳電纜4依次串聯(lián)連接第一采集單元、第二采集單元、第三采集單元乃至第N采集單 元構(gòu)成。本發(fā)明的目的還可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)主控單元2是由上位機(jī)接口電路8經(jīng)主DSP控制電路10分別與外觸發(fā)電路7、邏 輯控制電路11、485接口電路14、CPU控制電路9相連接，上位機(jī)接口電路8經(jīng)邏輯控制電 路11與數(shù)據(jù)緩沖電路相連接，CPU控制電路9與GPS模塊電路13和無(wú)線電接收發(fā)射電路 12連接構(gòu)成。采集單元3是由AD采集陣列16經(jīng)邏輯控制單元17與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元18連接，DSP 控制器20分別與邏輯控制單元17、左同步觸發(fā)單元19、右同步觸發(fā)單元21、左485接口單 元22、自動(dòng)邏輯判斷或控制器23、右485接口單元24連接，電池電源模塊25與自動(dòng)邏輯判 斷或控制器23連接，自動(dòng)邏輯判斷或控制器23分別與左485接口單元22、右485接口單元 24連接，左485接口單元22通過(guò)模擬電纜線5并聯(lián)連接左側(cè)六個(gè)不銹鋼電極6，右485接 口單元24并聯(lián)連接右側(cè)六個(gè)不銹鋼電極6，構(gòu)成12個(gè)獨(dú)立的采集通道及雙向數(shù)據(jù)傳輸。有益效果本發(fā)明主控單元采用分布式設(shè)計(jì)，通過(guò)數(shù)傳電纜最多能連接65535個(gè) 采集單元組成一個(gè)完整的測(cè)試網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)采集單元具有12個(gè)獨(dú)立的高速高精度測(cè)量通道， 采集單元之間采用數(shù)字通訊及同步技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的并行采集，數(shù)據(jù)采集 完成之后存儲(chǔ)在采集單元中，通過(guò)接力式將每個(gè)采集單元所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)主控單元上傳 至上位機(jī)中，有效地克服游離電場(chǎng)對(duì)采集數(shù)據(jù)的干擾，降低整個(gè)測(cè)網(wǎng)的感應(yīng)噪聲，簡(jiǎn)化了整 個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性強(qiáng)、體積小，重量輕，造價(jià)低廉，施工方便。附圖及


圖1為分布式并行地電位采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2為附圖1主控單元2結(jié)構(gòu)框圖。圖3為附圖1采集單元3的結(jié)構(gòu)框圖。圖4為附圖3自動(dòng)邏輯判斷或控制器23電路圖01.上位機(jī)，2.主控單元，3.采集單元，4.數(shù)傳電纜線，5.模擬電纜線，6.電極， 7.外觸發(fā)電路，8.上位機(jī)接口電路，9. CPU控制電路，10.主DSP控制電路，11.邏輯控制 電路，12.無(wú)線電接收發(fā)射電路，13. GPS模塊電路，14. 485接口電路，15.數(shù)據(jù)緩沖電路， 16. AD采集陣列，17.邏輯控制單元，18.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，19.左同步觸發(fā)單元，20. DSP控制 器，21.右同步觸發(fā)單元，22.左485接口單元，23.自動(dòng)邏輯判斷或控制器，24.右485接口 單元，25電池電源模塊。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)詳細(xì)明分布式并行地電位采集系統(tǒng)，是由上位機(jī)1經(jīng)USB端口連接主控單元2，主控單元 2通過(guò)數(shù)傳電纜4依次串聯(lián)連接第一采集單元、第二采集單元、第三采集單元乃至第N采集 單元構(gòu)成。
主控單元2是由上位機(jī)接口電路8經(jīng)主DSP控制電路10分別與外觸發(fā)電路7、邏 輯控制電路11、485接口電路14、CPU控制電路9相連接，上位機(jī)接口電路8經(jīng)邏輯控制電 路11與數(shù)據(jù)緩沖電路相連接，CPU控制電路9與GPS模塊電路13和無(wú)線電接收發(fā)射電路 12連接構(gòu)成。采集單元3是由AD采集陣列16經(jīng)邏輯控制單元17與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元18連接，DSP 控制器20分別與邏輯控制單元17、左同步觸發(fā)單元19、右同步觸發(fā)單元21、左485接口單 元22、自動(dòng)邏輯判斷或控制器23、右485接口單元24連接，電池電源模塊25與自動(dòng)邏輯判 斷或控制器23連接，自動(dòng)邏輯判斷或控制器23分別與左485接口單元22、右485接口單元 24連接，左485接口單元22通過(guò)模擬電纜線5并聯(lián)連接左側(cè)六個(gè)不銹鋼電極6，右485接 口單元24并聯(lián)連接右側(cè)六個(gè)不銹鋼電極6，構(gòu)成12個(gè)獨(dú)立的采集通道及雙向數(shù)據(jù)傳輸。由上位機(jī)1經(jīng)USB端口連接主控單元2，N個(gè)采集單元3經(jīng)過(guò)數(shù)傳電纜線4彼此連 接后與主控單元2相連，構(gòu)成數(shù)據(jù)傳遞網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)采集單元3通過(guò)模擬電纜線5與12個(gè)不 銹鋼電極6相連接后，形成一個(gè)完整的測(cè)試網(wǎng)絡(luò)。在組網(wǎng)成功后，上位機(jī)1向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送電源打開(kāi)命令，主控單元2在接收到該命令 后再向下面連接的采集單元3發(fā)送指令，采集單元3在接收到該指令后按照各自的空間位 置自動(dòng)進(jìn)行地址碼的編碼，并按指令轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)采集單元3，依次類推至第N采集單元3。 當(dāng)編碼完成后，采集單元將編碼信息、物理地址以及采集單元3的電源信息經(jīng)過(guò)主控單元2 傳遞給上位機(jī)1。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，上位機(jī)1向下發(fā)出采集指令，主控單元2將采用廣播 的方式通知采集單元3進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)的同步采集，當(dāng)采集過(guò)程結(jié)束后， 所采集的數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)在采集單元3的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元18中，通過(guò)上位機(jī)1發(fā)出的指令將N 個(gè)采集單元3中已經(jīng)采集到的數(shù)據(jù)傳遞到上位機(jī)1中。上位機(jī)1通過(guò)USB接口電路與主控單元2連接，負(fù)責(zé)向主控單元2發(fā)送命令和接 收主控單元2傳遞上來(lái)的數(shù)據(jù)。主控制單元2主要負(fù)責(zé)對(duì)每個(gè)采集單元3控制與管理以及與上位機(jī)1的數(shù)據(jù)通 訊。通過(guò)該主控單元2，可將上位機(jī)1發(fā)出的指令發(fā)送到每個(gè)采集單元3，同時(shí)將N個(gè)采集 單元3的地址編碼信息、工作狀態(tài)以及采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸電纜線4實(shí)時(shí)傳遞給上 位機(jī)1，并在上位機(jī)1中實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、存儲(chǔ)等。采集單元3主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集工作，每個(gè)采集單元3具有12個(gè)獨(dú)立的高速、高 精度采集通道組成。采集單元3內(nèi)部還設(shè)計(jì)有大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元18和通訊電路以及自 動(dòng)編碼技術(shù)，實(shí)時(shí)將測(cè)網(wǎng)中N個(gè)采集單元3的數(shù)據(jù)以接力的方式傳遞給主控單元2。數(shù)傳電纜線4主要負(fù)責(zé)N個(gè)采集單元3之間以及N個(gè)采集單元3與主控制單元2 之間的數(shù)據(jù)通訊。模擬電纜線4采用7芯電纜線，用于將不銹鋼電極6與采集單元3的模擬端口相 連接。主控單元2采用雙CPU結(jié)構(gòu)，主DSP控制電路10通過(guò)上位機(jī)接口電路8，配合邏 輯控制電路11與上位機(jī)1實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的接收和采集數(shù)據(jù)的傳輸；485接口電路14負(fù)責(zé) 將采集參數(shù)發(fā)送出去，然后接收采集單元3發(fā)送來(lái)的采集數(shù)據(jù)；為了保證每個(gè)采集單元3同 步進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集指令的下達(dá)是通過(guò)主DSP控制電路10的硬件中斷實(shí)現(xiàn)的。其中外觸 發(fā)電路7可直接觸發(fā)主DSP控制電路10。但是對(duì)于無(wú)線電和GPS觸發(fā)方式，由于涉及到無(wú)
5線電的解碼和GPS數(shù)據(jù)的處理，因此需要利用CPU控制電路9處理無(wú)線電發(fā)射接收電路12 和GPS模塊電路13的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)處理結(jié)果再觸發(fā)主DSP控制電路10，向采集單元3發(fā) 送采集指令進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。采集單元2采用DSP控制器20作為主要的控制單元，自動(dòng)邏輯判斷與控制器23 實(shí)時(shí)檢測(cè)左485接口單元22和右485接口單元24的狀態(tài)位，一旦有信號(hào)輸入即可自動(dòng)喚 醒處于休眠狀態(tài)的電池電源模塊25，并將信號(hào)來(lái)源的方向通過(guò)控制線通知DSP控制器20， 采集單元3即可建立相應(yīng)的地址碼以及左右端口排列的方向，從而確定數(shù)據(jù)鏈的方向。一 旦DSP控制器20確立了數(shù)據(jù)鏈的方向，控制參數(shù)的下達(dá)和采集數(shù)據(jù)的上傳即可通過(guò)左485 接口單元22和右485接口單元24在N個(gè)采集單元3之間以及采集單元3與主控單元2之 間進(jìn)行；左同步觸發(fā)單元19和右同步觸發(fā)單元21負(fù)責(zé)主控單元2觸發(fā)信號(hào)的下傳和接力； DSP控制器20接收到主控單元2的觸發(fā)信號(hào)后，通過(guò)邏輯控制單元17，控制AD采集陣列16 采集數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元18中，等數(shù)據(jù)采集進(jìn)程結(jié)束后，DSP控 制器20便通過(guò)左485接口單元22和右485接口單元24，按照系統(tǒng)以及各建立的數(shù)據(jù)鏈方 向，采用接力的方式將所有采集單元3中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元18中的數(shù)據(jù)依次傳遞給主控單元2， 并通過(guò)主控單元2中的上位機(jī)接口電路7傳遞給上位機(jī)1，從而完成整個(gè)數(shù)據(jù)的采集工作。上位機(jī)1為帶有USB端口的筆記本電腦。
權(quán)利要求
一種分布式并行地電位采集系統(tǒng)，其特征在于，是由上位機(jī)(1)經(jīng)USB端口連接主控單元(2)，主控單元(2)通過(guò)數(shù)傳電纜(4)依次串聯(lián)連接第一采集單元、第二采集單元、第三采集單元乃至第N采集單元構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的分布式并行電位采集系統(tǒng)，其特征在于，主控單元(2)是由上 位機(jī)接口電路⑶經(jīng)主DSP控制電路(10)分別與外觸發(fā)電路(7)、邏輯控制電路(11)、485 接口電路(14)、CPU控制電路(9)相連接，上位機(jī)接口電路⑶經(jīng)邏輯控制電路(11)與數(shù) 據(jù)緩沖電路相連接，CPU控制電路(9)與GPS模塊電路(13)和無(wú)線電接收發(fā)射電路(12)連 接構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求1所述的分布式并行電位采集系統(tǒng)，其特征在于，采集單元(3)是由 AD采集陣列(16)經(jīng)邏輯控制單元(17)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元(18)連接，DSP控制器(20)分別 與邏輯控制單元(17)、左同步觸發(fā)單元(19)、右同步觸發(fā)單元(21)、左485接口單元(22)、 自動(dòng)邏輯判斷或控制器(23)、右485接口單元(24)連接，電池電源模塊(25)與自動(dòng)邏輯判 斷或控制器(23)連接，自動(dòng)邏輯判斷或控制器(23)分別與左485接口單元(22)、右485接 口單元(24)連接，左485接口單元(22)通過(guò)模擬電纜線(5)并聯(lián)連接左側(cè)六個(gè)電極(6)， 右485接口單元(24)并聯(lián)連接右側(cè)六個(gè)電極(6)，構(gòu)成(12)個(gè)獨(dú)立的采集通道及雙向數(shù)據(jù) 傳輸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用電位法對(duì)油田剩余油、垃圾場(chǎng)滲漏液等進(jìn)行動(dòng)態(tài)或靜態(tài)監(jiān)測(cè)的分布式并行地電位采集系統(tǒng)。是由上位機(jī)經(jīng)USB端口連接主控單元，主控單元通過(guò)數(shù)傳電纜依次串聯(lián)連接第一采集單元、第二采集單元、第三采集單元乃至第N采集單元構(gòu)成。通過(guò)數(shù)傳電纜最多能連接65535個(gè)采集單元的測(cè)試網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)采集單元具有12個(gè)獨(dú)立的高速高精度測(cè)量通道，采用并行方式采集數(shù)據(jù)，接力式傳輸數(shù)據(jù)；主控單元采用分布式設(shè)計(jì)，采集單元之間采用數(shù)字通訊和同步技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的同時(shí)采集，有效地克服游離電場(chǎng)對(duì)采集數(shù)據(jù)的干擾，降低整個(gè)測(cè)網(wǎng)的感應(yīng)噪聲，簡(jiǎn)化了整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性強(qiáng)、體積小，重量輕，造價(jià)低廉，施工方便。
文檔編號(hào)G08C19/00GK101957456SQ20101025371
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者張曉培, 張琪, 牛建軍, 譚笑平 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)