CN101328802A - 毛细管测压装置 - Google Patents
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Abstract
一种毛细管测压装置,对整机进行控制的单片机***;将输入的压力电流信号转换成电压信号的电流转电压电路;A/D转换电路,该电路的输入端接电流转电压电路并与单片机***相连接;信号处理***,该电路与单片机***相连接;显示电路,该电路的输入端接单片机***;它还包括串口通信电路,该电路与单片机***相连接。本发明采用了单片机***完成压力和温度的数据采集,信号处理***实现复杂的迭代算法,提高了***的精度和执行效率,通信接口既有信号处理***与外接计算机之间的串口通信,还有单片机与和显示电路的数据传输。本发明具有体积小、携带方便、测压精度高、所测数据准确迅速、实时监测和显示等优点,可用于监测油气井内的压力。
Description
技术领域
本发明属于测压技术领域,具体涉及到毛细管测压装置。
背景技术
毛细管测压技术是以氮气或惰性气体为压力传递介质,将井下压力传递到地面,在地面完成压力的测试,根据相应的数学算法,用所测压力推算出井下测压深度处的压力。
毛细管测压***的测压原理采用帕斯卡定理,即密封容器中的任一点的压力相等。井下压力监测所用的毛细管测压装置由井下结构和地面***组成。井下结构包括:井口穿越器、过电缆封隔器穿越器、毛细钢管、传压筒和毛细管保护器。地面部分由氮气(或惰性气体)源、氮气(或惰性气体)增压泵、空气压缩机、安全吹扫***、压力变送器、计算机、数据采集控制***组成。数据采集控制***又可以分为:压力采集、温度采集、控制电路、显示电路四个部分。井下测压点处的压力作用在传压筒内的气柱上时,由气体传递压力至井口,井口处的毛细管端口连接压力变送器,把毛细管内的压力转换成电信号,该信号被送到数据采集控制***,在此***中,显示压力数据并对实测压力数据处理,之后一方面存储,一方面被传送到计算机,回放后做进一步的处理。
毛细管测压装置可以安装在自喷井中,也可以安装在各种机采井中,可完成各种稳定试井和不稳定试井工作,适用于直井、斜井、水平井和稠油热采井的单层测试和分层测试,实现采油不停产的情况下测试的要求。但是,国内外对毛细管测压的研究主要集中两个方面:(1)井底压力的计算方法研究,如计算井底压力的常用的方法多达13种,见于SPE1676由加拿大人KHALID AZIZ写的论文《Calculationof Bottom-Hole Pressure in Gas Wells》;(2)毛细管压力曲线对油田开采及油气藏评价作用方面的研究。而对于地面数据采集控制***的实现研究较少。
到目前为止,塔里木油田指挥部和胜利油田,从1994年起就引进的该类设备,主要是美国PRUETT公司的Pruett 7000系列毛细管测压装置,以及大港油田于2002年引进的PS-60型毛细管井下压力检测***。从文献中看到的只是原理介绍,性能参数和安装方式,都没有给出地面的压力采集和处理电路。国内专利中只有一篇与毛细管测压有关,专利申请号00235040.8,该专利主要介绍了一种用于油田的毛细管测压的连续注气装置,涉及到毛细管中氮气补充的问题,可实现在毛细管在下放过程中连续补充氮气,但毛细管测压没在本专利中涉及,更没有涉及到压力数据采集和控制***。
《石油钻采工艺》1998年(第20卷)第1期中“毛细管测压***简介”,只是简要地介绍了美国PRUETT公司的Pruett 7000系列的毛细管测压***的原理、组成及安装方法。但是没有给出地面数据采集和处理的电路。
《油气井测试》2005年(第14卷)第1期中“毛细管测压技术在大港油田的应用”,介绍了PS-60型的毛细管井下压力检测***的组成、原理及安装方法,给出了***的技术指标,并介绍了该***在大港油田的应用情况,但同样没给出地面的压力采集原理及实现电路。
《石油仪器》2008年第2期中“毛细管油井测压的理论研究”,主要介绍了毛细管测压***的原理及井口压力向井底压力的推算,本论文就没提到地面的数据采集。
美国专利US2006/0116828A1中公开了测量岩石样品中毛细管压力,并且通过毛细管压力曲线分析地层的孔隙度和渗透率,该专利与测井底的压力无关。
石油工程师协会论文SPE1676,主要介绍了由井口压力计算井底压力的数学方法。文中给出了一种作者认为容易计算、精度高的递推算法和实现流程图;文中涉及了13种的数据处理方法。但没有涉及井口压力的采集和处理实现原理。
石油工程师协会论文SPE111465,介绍了毛细管技术在巴西的Campos盆地进行井下测压和应用,文章中采用了毛细管测压装置监测井下的压力,详细介绍了毛细管测压装置的结构组成、毛细管和压力变送器的选择、数据的分析单元以及安装要求,最后还把用该装置测的井下参数与其他方法获取的数据进行了比较,结论是该装置精度高、操作简单、省时、节约成本。但是同样它没能给出数据获取和分析单元的实现原理。
由上所述,对于毛细管井下压力检测***,从文献中看到的只是原理介绍,没有给出地面的压力采集和处理电路。在石油和天然气开采技术领域,当前需要迫切解决的一个技术问题是提供一种监测井下压力的装置,该装置通过油井中毛细管内的气体传送井底的压力,在地面实时采集和显示测压处的压力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构简单、体积小、携带方便、测压精度高、所测数据准确迅速、实时监测和显示的毛细管测压装置。
解决上述技术问题所采用的技术方案是它包括:对整机进行控制的单片机***;将输入的压力电流信号转换成电压信号的电流转电压电路;A/D转换电路,该电路的输入端接电流转电压电路并与单片机***相连接;信号处理***,该电路与单片机***相连接;显示电路,该电路的输入端接单片机***;它还包括串口通信电路,该电路与单片机***相连接。
本发明的单片机***为:集成电路U1A的16脚通过电阻R5A接集成电路U5A的1脚、11脚通过电阻R6A接集成电路U5A的2脚、10脚通过电阻R7A接集成电路U5A的3脚、15脚通过电阻R8A接集成电路U5A的5脚、2脚和3脚接由晶体振荡器Y1A和电容C15A以及电容C16A连接构成的振荡电路、13脚接电容C7A的一端并接地、14脚接电容C7A的另一端及电源、1脚和4脚接电容C8A的一端和地、38脚和39脚接电容C8A的另一端以及电源,集成电路U1A的17脚和18脚以及21脚接显示电路、29脚~36脚通过总线接信号处理***、22脚~24脚、5脚接信号处理***。上述的集成电路U1A的型号为MSP430F2272、集成电路U6A的型号为MAX3232、集成电路U7A的型号为YD711。
本发明的信号处理***为:集成电路U4B的D8端~D15端通过总线接集成电路U1A的D8端~D15端、D0端~D7端通过总线接集成电路U2B和集成电路U3B的D0端~D7端、D16端~D31端通过总线接集成电路U1B的D16端~D31端、A0端~A21端通过总线接U1B的A0端~A21端、A0端~A16端通过总线接集成电路U2B和集成电路U3B的A0端~A16端、地端接地、电源端接电源、读写端接集成电路U3B的29脚和集成电路U6B的输入端、36脚接集成电路U2B的22脚、130脚接晶体振荡器Y1B的3脚、98脚接集成电路U5B的9脚和11脚、99脚接集成电路U5B的7脚、100脚接集成电路U5B的3脚、102脚接集成电路U5B的1脚、103脚接集成电路U5B的2脚、95脚接集成电路U5B的14脚、96脚接集成电路U5B的13脚、124脚通过电阻R5B接电源、138脚和139脚接电容C3B的一端以及电源、集成电路U4B的133脚、134脚、45脚及122脚接地、131脚接电容C15B的一端和电容C16B以及电容C17B的一端并通过电阻R4B接电源、127脚接电容C18B的一端并通过电阻R6B接电源、35脚接集成电路U3B的22脚、33脚接集成电路U1B的26脚、32脚接集成电路U1A的22脚、135脚和136脚接电源,电容C4B是电源的滤波电容,电容C3B的另一端和电容C15B~电容C18B的另一端接地,电容C2B和电容C4B以及电容C5B是电源的滤波电容。集成电路U1B的46脚和27脚接地、37脚和13脚以及47脚接电源。集成电路U2B的16脚和24脚接地、31脚和32脚接电源,电容C1B是电源的滤波电容。集成电路U3B的32脚接电源、30脚通过电阻R1B接电源、16脚接地、24脚接集成电路U6B的输出端。集成电路U6B的输出端通过电阻R2B接电源。晶体振荡器Y1B的4脚接电源、2脚接地。集成电路U4B的120脚和116脚以及110脚接串口通信电路。上述电路的集成电路U1B的型号为AT49BV642D、集成电路U2B的型号为SST39VF010、集成电路U3B的型号为DS1556W、集成电路U4B的型号为TMS320VC33、集成电路U5B的型号为JTAG_TMS320、集成电路U6B的型号为74F06、集成电路U7B的型号为MAX3232。
本发明采用了单片机***和信号处理***,单片机***完成压力和温度的数据采集,信号处理***实现复杂的迭代算法,提高了***的精度和执行效率,通信接口既有信号处理***与外接计算机之间的串口通信,还有单片机与和显示电路的数据传输,方便数据的实时监测和显示,迅速获得实时结果。本发明具有体积小、携带方便、测压精度高、所测数据准确迅速、实时监测和显示等优点,可用于监测油气井内的压力。
附图说明
图1是本发明的电气原理方框图。
图2是本发明一个实施例的数据采集电子线路原理图。
图3是本发明一个实施例的数据处理电子线路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明,但本发明不限于这些实施例。
图1是本发明的电气原理方框图,参见图1。本发明是由电流转电压电路、A/D转换电路、单片机***、显示电路、信号处理***、串口通信电路连接构成。电流转电压电路输出端接A/D转换电路,A/D转换电路与单片机***相连接,单片机***的输出端接显示电路,单片机***与信号处理***相连接,信号处理***与串口通信电路相连接。
电流转电压电路将电流转换成电压信号输出到A/D转换电路,A/D转换电路将输入的电压信号转换为数字信号输出到单片机***,完成毛细管压力的数据采集。单片机***将所输入的压力和温度信号通过8位的并口传输到信号处理***,信号处理***根据井口处的毛细管压力数据推算出测点压力和油层压力,信号处理***将数据存储到该***的存储器中,同时通过串口通信电路,把数据传输到外接计算机,进行实时监测;信号处理***将数据传送给单片机***,单片机***通过串口把井口处毛细管压力数据及处理得到的测点压力、油层压力送到显示电路,进行显示。
在图2中,本实施例的电流转电压电路由集成电路U3A、集成电路U4A、电阻R1A、电阻R2A、电位器R3A、电位器R4A、电容C9A~电容C12A连接构成,集成电路U3A和集成电路U4A的型号为ISO-A4-P3-04。一路输入的压力电流信号由集成电路U3A的1脚输入,集成电路U3A的4脚接电容C10A和电容C12A的一端并接5V电源正极、5脚和电容C10A的另一端以及电容C12A的另一端接地、9脚接电位器R3A的一端、10脚接电位器R3A的另一端和可调端、8脚接地、11脚通过电阻R1A接A/D转换电路。另一路输入的压力电流信号由集成电路U4A的1脚输入,集成电路U4A的4脚接电容C9A和电容C11A的一端并接5V电源正极、5脚和电容C9A的另一端以及电容C11A的另一端接地、9脚接电位器R4A的一端、10脚接电位器R4A的另一端和可调端、8脚接地、11脚通过电阻R2A接A/D转换电路。
本实施例的A/D转换电路由集成电路U2A、集成电路U5A、电阻R5A~电阻R9A、电容C1A~电容C6A、电容C13A、电容C14A、电容C22A连接构成,集成电路U2A的型号为REF02,集成电路U5A的型号为ADS1226。集成电路U5A的10脚接电容C13A的一端并通过电阻R1A接集成电路U3A的11脚、8脚通过电阻R2A接集成电路U4A的11脚以及电容C14A的一端、14脚接集成电路U2A的6脚和电容C3A的一端以及电容C4A的一端、15脚接电容C5A的一端和电容C22A的一端以及5V电源正极、16脚接电容C6A的一端和电源,集成电路U5A的4、6、9、11、12、13脚接地。集成电路U2A的2脚接电容C1A和电容C2A的一端以及12V电源正极、4脚接地,电容C1A、电容C2A、电容C3A、电容C4A、电容C5A、电容C6A、电容C22A的另一端接地。集成电路U2A、电容C1A~电容C4A、电容C13A连接成稳压电路,为集成电路U5A提供参考电源。集成电路U5A的1脚~3脚分别通过电阻R5A~电阻R7A接单片机***。
本实施例的单片机***由集成电路U1A、电容C7A、电容C8A、电容C15A、电容C16A、晶体振荡器Y1A连接构成,集成电路U1A的型号为MSP430F2272。集成电路U1A的16脚通过电阻R5A接集成电路U5A的1脚、11脚通过电阻R6A接集成电路U5A的2脚、10脚通过电阻R7A接集成电路U5A的3脚、15脚通过电阻R8A接集成电路U5A的5脚、2脚和3脚接由晶体振荡器Y1A和电容C15A以及电容C16A连接构成的振荡电路、13脚接电容C7A的一端并接地、14脚接电容C7A的另一端及电源、1脚和4脚接电容C8A的一端和地、38脚和39脚接电容C8A的另一端以及电源,集成电路U1A的17脚和18脚以及21脚接显示电路、29脚~36脚通过总线接信号处理***、22脚~24脚、5脚接信号处理***。
本实施例的显示电路由集成电路U6A、集成电路U7A、电容C17A~电容C21A连接构成,集成电路U6A的型号为MAX3232,集成电路U7A的型号为YD711。集成电路U6A的11脚接集成电路U1A的18脚、12脚接集成电路U1A的17脚,集成电路U7A的13脚接集成电路U1A的21脚,集成电路U6A的14脚接集成电路U7A的14脚、4脚和5脚接电容C17A的两端、15脚接地、1脚和3脚接电容C21A的两端、13脚接集成电路U7A的15脚、16脚接电容C18A的一端及电源、6脚接电容C20A的一端、2脚接电容C19A的一端、电容C18A、电容C19A、电容C20A的另一端接地,集成电路U7A的1脚~3脚接地、18脚~20脚接12V电源正极。
在图2、3中,本实施例的信号处理***由集成电路U1B~集成电路U6B、电阻R1B~电阻R6B、电容C1B~电容C5B、电容C15B~电容C18B、晶体振荡器Y1B连接构成,集成电路U1B为数据存储器型号为AT49BV642D、集成电路U2B是程序存储器型号为SST39VF010、集成电路U3B的型号为DS1556W、集成电路U4B的型号为TMS320VC33、集成电路U5B的型号为JTAG_TMS320、集成电路U6B的型号为74F06。集成电路U4B的D8端~D15端通过总线接集成电路U1A的D8端~D15端、D0端~D7端通过总线接集成电路U2B和集成电路U3B的D0端~D7端、D16端~D31端通过总线接集成电路U1B的D16端~D31端、A0端~A21端通过总线接U1B的A0端~A21端、A0端~A16端通过总线接集成电路U2B和集成电路U3B的A0端~A16端、地端接地、电源端接电源、读写端接集成电路U3B的29脚和集成电路U6B的输入端、36脚接集成电路U2B的22脚、130脚接晶体振荡器Y1B的3脚、98脚接集成电路U5B的9脚和11脚、99脚接集成电路U5B的7脚、100脚接集成电路U5B的3脚、102脚接集成电路U5B的1脚、103脚接集成电路U5B的2脚、95脚接集成电路U5B的14脚、96脚接集成电路U5B的13脚、124脚通过电阻R5B接电源、138脚和139脚接电容C3B的一端以及电源、集成电路U4B的133脚、134脚、45脚及122脚接地、131脚接电容C15B的一端和电容C16B以及电容C17B的一端并通过电阻R4B接电源、127脚接电容C18B的一端并通过电阻R6B接电源、35脚接集成电路U3B的22脚、33脚接集成电路U1B的26脚、32脚接集成电路U1A的22脚、135脚和136脚接电源,电容C4B是电源的滤波电容,电容C3B的另一端和电容C15B~电容C18B的另一端接地,电容C2B和电容C4B以及电容C5B是电源的滤波电容。集成电路U1B的46脚和27脚接地、37脚和13脚以及47脚接电源。集成电路U2B的16脚和24脚接地、31脚和32脚接电源,电容C1B是电源的滤波电容。集成电路U3B的32脚接电源、30脚通过电阻R1B接电源、16脚接地、24脚接集成电路U6B的输出端。集成电路U6B的输出端通过电阻R2B接电源。晶体振荡器Y1B的4脚接电源、2脚接地。集成电路U4B的120脚和116脚以及110脚接串口通信电路。
本实施例的串口通信电路由集成电路U7B、电容C7B~电容C11B、插座J1连接构成,集成电路U7B的型号为MAX3232。集成电路U7B的9脚接集成电路U4B的120脚和116脚、10脚接集成电路U4B的110脚、7脚接插座J1的2脚、4脚和5脚接电容C7B的两端、15脚接地、1脚和3脚接电容C8B的两端、11脚接插座J1的3脚、2脚接电容C10B的一端、16脚接电容C10B和电容C11B的另一端及电源、6脚接电容C9B的一端,电容C11B的一端和电容C9B的另一端以及插座的5脚接地。插座J1的1脚接5V电源正极。
本发明的工作原理如下:
压力电流信号第一路从集成电路U3A的1脚输入,由集成电路U3A转换成电压信号从集成电路U3A的11脚输出,送到集成电路U5A的模拟输入端10脚,转换成数字信号,通过集成电路U5A的3脚以串行方式输出到集成电路U1A的10脚,完成压力信号输入1的数据采集。压力电流信号第二路从集成电路U4A的1脚,由集成电路U4A的3脚输出,送到集成电路U5A的模拟输入端8脚,转换成数字信号,两路分时采样,通过集成电路U5A的3脚输出到集成电路U1A的10脚。温度信号为数字信号,由集成电路U1A的19脚,实现温度数据的采集。把压力和温度信号采集到集成电路U1A,对其做简单的处理,通过集成电路U1A的P1.0口~P1.7口送到集成电路U4B的D8端~D15端。集成电路U4B将集成电路U1A送来的信号作相应的处理,同时,集成电路U4B还把集成电路U3B的时间信息读出,与压力数据对应起来。处理后的数据流向分三路:第一路通过数据线D31~D16送到集成电路U1B;第二路通过集成电路U4B的110脚送到集成电路U7B的10脚,集成电路U7B进行电平转换后,由集成电路U7B的7脚送到插座J1的2脚,以串行方式送到外接计算机。第三路通过集成电路U4B的111脚送到集成电路U1A的23脚,然后由集成电路U1A的18脚输出到集成电路U6A的11脚,电平转换后由集成电路U6A的14脚输出到集成电路U7A的14脚,实现实时显示功能。另外,数据处理***还接收外接计算机输入的数据通过插座J1的3脚送到集成电路U7B的11脚,由集成电路U7B 9脚输出到集成电路U4B的116脚和120脚,经集成电路U4B的信号走向与第三路相同。由显示电路输出到显示器。
Claims (3)
1、一种毛细管测压装置,其特征在于它包括:
对整机进行控制的单片机***;
将输入的压力电流信号转换成电压信号的电流转电压电路;
A/D转换电路,该电路的输入端接电流转电压电路并与单片机***相连接;
信号处理***,该电路与单片机***相连接;
显示电路,该电路的输入端接单片机***;
它还包括串口通信电路,该电路与单片机***相连接。
2、按照权利要求1所述的毛细管测压装置,其特征在于所说的单片机***为:集成电路(U1A)的16脚通过电阻(R5A)接集成电路(U5A)的1脚、11脚通过电阻(R6A)接集成电路(U5A)的2脚、10脚通过电阻(R7A)接集成电路(U5A)的3脚、15脚通过电阻R8A接集成电路(U5A)的5脚、2脚和3脚接由晶体振荡器(Y1A)和电容(C15A)以及电容(C16A)连接构成的振荡电路、13脚接电容(C7A)的一端并接地、14脚接电容(C7A)的另一端及电源、1脚和4脚接电容(C8A)的一端和地、38脚和39脚接电容(C8A)的另一端以及电源,集成电路(U1A)的17脚和18脚以及21脚接显示电路、29脚~36脚通过总线接信号处理***、22脚~24脚、5脚接信号处理***。上述的集成电路(U1A)的型号为MSP430F2272、集成电路(U6A)的型号为MAX3232、集成电路(U7A)的型号为YD711。
3、按照权利要求1所述的毛细管测压装置,其特征在于所说的信号处理***为:集成电路(U4B)的D8端~D15端通过总线接集成电路(U1A)的D8端~D15端、D0端~D7端通过总线接集成电路(U2B)和集成电路(U3B)的D0端~D7端、D16端~D31端通过总线接集成电路(U1B)的D16端~D31端、A0端~A21端通过总线接(U1B)的A0端~A21端、A0端~A16端通过总线接集成电路(U2B)和集成电路(U3B)的A0端~A16端、地端接地、电源端接电源、读写端接集成电路(U3B)的29脚和集成电路(U6B)的输入端、36脚接集成电路(U2B)的22脚、130脚接晶体振荡器(Y1B)的3脚、98脚接集成电路(U5B)的9脚和11脚、99脚接集成电路(U5B)的7脚、100脚接集成电路(U5B)的3脚、102脚接集成电路(U5B)的1脚、103脚接集成电路(U5B)的2脚、95脚接集成电路(U5B)的14脚、96脚接集成电路(U5B)的13脚、124脚通过电阻(R5B)接电源、138脚和139脚接电容(C3B)的一端以及电源、集成电路(U4B)的133脚、134脚、45脚及122脚接地、131脚接电容(C15B)的一端和电容(C16B)以及电容(C17B)的一端并通过电阻(R4B)接电源、127脚接电容(C18B)的一端并通过电阻(R6B)接电源、35脚接集成电路(U3B)的22脚、33脚接集成电路(U1B)的26脚、32脚接集成电路(U1A)的22脚、135脚和136脚接电源,电容(C4B)是电源的滤波电容,电容(C3B)的另一端和电容(C15B)~电容(C18B)的另一端接地,电容(C2B)和电容(C4B)以及电容(C5B)是电源的滤波电容;集成电路(U1B)的46脚和27脚接地、37脚和13脚以及47脚接电源;集成电路(U2B)的16脚和24脚接地、31脚和32脚接电源,电容(C1B)是电源的滤波电容。集成电路(U3B)的32脚接电源、30脚通过电阻(R1B)接电源、16脚接地、24脚接集成电路(U6B)的输出端;集成电路(U6B)的输出端通过电阻(R2B)接电源;晶体振荡器(Y1B)的4脚接电源、2脚接地。集成电路(U4B)的120脚和116脚以及110脚接串口通信电路;上述电路的集成电路(U1B)的型号为AT49BV642D、集成电路(U2B)的型号为SST39VF010、集成电路(U3B)的型号为DS1556W、集成电路(U4B)的型号为TMS320VC33、集成电路(U5B)的型号为JTAG_TMS320、集成电路(U6B)的型号为74F06、集成电路(U7B)的型号为MAX3232。
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