CN204126628U - 一种随钻测量地面*** - Google Patents
一种随钻测量地面*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN204126628U CN204126628U CN201420529723.6U CN201420529723U CN204126628U CN 204126628 U CN204126628 U CN 204126628U CN 201420529723 U CN201420529723 U CN 201420529723U CN 204126628 U CN204126628 U CN 204126628U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- acquisition module
- measurement
- interface
- depth
- ground system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
本实用新型提供一种随钻测量地面***，包括以下几个部分：地面接口箱、PC机、司钻显示器、立管压力传感器、钩载传感器以及深度编码器；地面接口箱包括主控模块、深度采集模块、压力采集模块、与PC机通信接口模块；PC机通过与PC机通信接口模块、主控模块与地面接口箱连接，立管压力传感器将采集到的信号上传至压力采集模块，钩载传感器、深度编码器与深度采集模块连接，司钻显示器、井下探管与主控模块连接。本实用新型用于随钻测量的地面***，通过接口箱内主控模块控制相应的传感器、深度编码器、井下探管、司钻显示器工作，实现了随钻测井中对井下信息的采样、处理、存储、显示等功能，本方案结构模块化，易于实现，实用性强，稳定性高。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油勘探技术领域，具体而言，涉及一种随钻测量地面***。
背景技术
随钻测量就是在钻井过程中，完成对井底附近相关参数的连续自动测量，然后通过泥浆脉冲将测量信息发送至地面，通过地面***对测量信息进行采集、存储、处理、显示，所以地面***对整个测井过程起非常重要的作用。在国内，随钻测量技术还没有完全成熟，过去的地面***已经不能够满足现有随钻测量的需要。
因为现有地面***已经无法满足随钻测量的需要，所以开发一种应用于随钻测量的地面***成为了本领域技术人员追求的目标。
发明内容
为了解决现有技术的地面***无法满足随钻测量的需要等技术问题，本实用新型的目的在于提供一种随钻测量地面***。
为实现以上实用新型目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种随钻测量地面***，包括以下几个部分：地面接口箱、PC机、司钻显示器、立管压力传感器、钩载传感器以及深度编码器；地面接口箱包括主控模块、深度采集模块、压力采集模块、与PC机通信接口模块；主控模块、与PC机通信接口模块之间通过第一USART通信，所述主控模块与压力采集模块、深度采集模块共用一条SPI总线；所述PC机通过所述与PC机通信接口模块、所述主控模块与地面接口箱连接，所述立管压力传感器将采集到的信号上传至所述压力采集模块，所述钩载传感器、深度编码器与所述深度采集模块连接，所述司钻显示器、井下探管与所述主控模块连接。
在较佳的技术方案中，所述主控模块包括MCU、以太网PHY、第二接口电路和第三接口电路、第一前端处理电路、电源输出控制电路、电源电流采样电路，所述MCU通过与PC机接口模块的第一接口电路与PC机连接，所述MCU顺序通过以太网PHY、RJ45后与PC机通信，所述MCU分别通过第二USART和第三USART连接第二接口电路和第三接口电路，并通过第三接口电路转发命令给司钻显示器，通过第二接口电路与井下探管通信，所述第一前端处理电路将井下探管采集的脉冲信号上传至所述MCU，所述MCU通过电源输出控制电路为井下探管供电，所述电源电流采样电路将提供给井下探管的电流反馈给所述MCU。
在较佳的技术方案中，所述压力采集模块包括第二前端处理电路和双通道A/D转换器，第二前端处理电路将从立管压力传感器接收的信号通过A/D转换器上传至SPI总线。
在较佳的技术方案中，所述深度采集模块包括一单片机和第三前端处理电路，所述第三前端处理电路将钩载传感器和深度编码器接收的信号上传至单片机，经单片机处理后上传至所述SPI总线。
在较佳的技术方案中，所述压力传感器和所述钩载传感器信号输出的电流大小为4-20mA。
在较佳的技术方案中，所述地面接口箱与司钻显示器、压力传感器、钩载传感器、深度编码器的连接通过电缆转接盒进行了转接。
在较佳的技术方案中，所述PC机和所述地面接口箱供电电源为220V市电。
在较佳的技术方案中，所述PC机和所述地面接口箱供电电源采用UPS电源，功率为200瓦。
本实用新型用于随钻测量的地面***，通过接口箱内主控模块控制相应的传感器、深度编码器、井下探管、司钻显示器工作，实现了随钻测井中对井下信息的采样、处理、存储、显示等功能，本方案结构模块化，易于实现，实用性强、稳定性高。
附图说明
如图1为本实用新型的一种随钻测量地面***的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细说明。
如图1所示，本实用新型的一种随钻测量地面***包括以下几个部分：地面接口箱、PC机、司钻显示器、立管压力传感器、钩载传感器以及深度编码器。地面接口箱包括主控模块、深度采集模块、压力采集模块、与PC机通信接口模块；主控模块、与PC机通信接口模块之间通过第一USART通信，所述主控模块与压力采集模块、深度采集模块共用一条SPI总线；所述PC机通过所述与PC机通信接口模块、所述主控模块与地面接口箱连接，所述立管压力传感器将采集到的信号上传至所述压力采集模块，所述钩载传感器、深度编码器与所述深度采集模块连接，所述司钻显示器、井下探管与所述主控模块连接。
地面接口箱负责将各传感器信号进行调理和处理、存储、转发，转发命令给司钻显示器，并与井下仪器通信，转发相关命令给井下仪器，获取井下仪器的通讯数据转发给PC机的地面处理软件。具体来讲，地面接口箱的主要功能包括：
a.采集压力传感器、钩载传感器、深度编码器数据，处理数据、将相关数据封装好后上传给PC机；
b.转发PC机发给司钻显示器的相关命令(工具面、井斜、方位、井深、压力、日期、时间、对话框消息等)；
c.与井下探管直连接时，转发PC机发给井下探管的相关命令以及转发井下探管上传给PC机的相关数据(探管测试、探管配置、探管数据下载、探管电流等)。
地面接口箱按功能可分为：主控模块、压力采集模块、深度采集模块、与PC机通信接口模块等。其中，主控模块、压力模块、深度采集模块为三大主要模块。与PC机通信接口模块主要是在PC机与接口箱通过USB口或RS232串口连接时实现信号的转换。
主控模块包括MCU、以太网PHY、第二接口电路和第三接口电路、第一前端处理电路、电源输出控制电路、电源电流采样电路。所述MCU通过与PC机接口模块的第一接口电路与PC机连接，所述MCU顺序通过以太网PHY、RJ45后与PC机通信，所述MCU分别通过第二USART和第三USART连接第二接口电路和第三接口电路，并通过第三接口电路转发命令给司钻显示器，通过第二接口电路与井下探管通信，所述第一前端处理电路将井下探管采集的脉冲信号上传至所述MCU，所述MCU通过电源输出控制电路为井下探管供电，所述电源电流采样电路将提供给井下探管的电流反馈给所述MCU。
本实施例中，主控模块通过型号为STM32F107VC的MCU实现与PC机的通信控制、与井下探管的通信控制、与司钻显示器的通信控制、与压力采集模块的通信控制、与深度采集模块的通信控制、脉冲器及井下探管供电电源的输出控制、电源电流的AD采样、井下探管模拟脉冲器输出波形信号XCL的AD采样。为了兼顾实用性及稳定性，结合目前的技术发展现状，MCU与PC机的通信实行可选择的双端口：第一USART和以太网接口。其中，第一USART又被分成了两个RS232串口和两个USB接口，这部分功能由“与PC机通信接口模块”来实现。与井下探管的通信控制通过第二USART来实现。第二USART经过第二接口电路处理，转化为一根TSB总线。本实施例采用的通信方式为半双工通信，命令发送帧和响应帧交替在总线上传输。井下探管包括多种设备，目前已定义的有MWD电子探管、伽马探管、电阻率探管等。因此，TSB通信总线必须能够进行多地址通信。与司钻显示器的通信控制通过第三USART来实现。与压力采集模块的通信控制、与深度采集模块的通信控制通过SPI总线及地址线来实现。MCU通过选择对应的地址线可分别与压力模块和深度模块进行通信，可分别对其进行配置、下发命令、获取数据等。MCU还可控制脉冲器及井下探管供电电源的输出，电源输出时采集电流的AD值。井下探管模拟脉冲器输出波形信号XCL时，进行AD采样。
压力采集模块包括第二前端处理电路和双通道A/D转换器，第二前端处理电路将从立管压力传感器接收的信号通过A/D转换器上传至SPI总线。其中，立管压力数据是现场工作的主要依据，是井下与井上进行通信的载体。本实施例中，压力采集模块采用24位双通道AD转换芯片CS5532。CS5532通信接口为SPI接口，主控MCU对其配置后，CS5532可选择某通道进行连续AD转换。实际工作时，只有一路压力AD采集，两路通道互为备用。CS5532独自外接转换时钟，其频率为4.9152MHz的有源晶振，可以独立进行AD转换，主控MCU可随时向其获取最新的AD转换数据，舍弃数据的低8位，取高16位。
深度采集模块包括一单片机和第三前端处理电路，所述第三前端处理电路将钩载传感器和深度编码器接收的信号上传至单片机，经单片机处理后上传至所述SPI总线。，其工作是钩载的AD采集、深度编码器计数值的采集、钻具坐卡、解卡状态的判断以及断电时保存深度编码器的计数值。深度采集模块采用C8051F500单片机进行控制，单片机通过SPI接口与主控模块的MCU进行通信。
本实用新型所使用的前端处理电路、接口电路都是现有技术，为本领域技术人员的常规技术选择。
PC机预装地面软件及相关驱动。PC机地面软件***负责管理其它设备，下发命令、接收处理数据、显示相关信息，是人机对话及命令发布的中心***。PC机和接口箱供电电源为～220V市电。接口箱将电源转换为相应的电源，通过相关电缆输出给井下设备(直连接时)、司钻显示器、压力传感器、钩载传感器、深度编码器等。PC机与接口箱之间可以通过串口线、USB线或网线进行连接。
司钻显示器用来显示井深、井斜、方位、工具面、立管压力、日期、时间、开泵时间、关泵时间、命令信息等相关内容。
接口箱与其它户外设备的连接通过电缆转接盒进行了转接。户外设备包括司钻显示器、压力传感器、钩载传感器和深度编码器等，接口箱引出的连接电缆按功能分成了主电缆和深度电缆。主电缆通过电缆转接盒分成了压力电缆和司显电缆；深度电缆通过电缆转接盒分成了钩载电缆和编码器电缆。根据现场工作情况和要求，所有户外设备均要求具有防水功能，电缆接头采用防水航插。
司钻显示器显示工具面、井斜、方位、井深、压力、日期、时间、开关泵指令、开关泵时间等相关信息。
压力传感器、钩载传感器、深度编码器等地面传感器分别测量立管泥浆压力、游车载重、游车高度等。根据现场的工作情况，选用4-20mA信号输出的压力传感器和钩载传感器。钩载传感器采用测量死绳张力的传感器来测量钩载。此方式安装拆卸方便，能正确判断出钻具坐卡、解卡的状态，满足功能需求。深度编码器采用相位相差90度的两路脉冲信号输出的增量式光电编码器，通过编码器的脉冲计数来判断游车高度。
为了让地面***可靠工作，排出经常供电的不稳定和干扰，本实用新型采用UPS电源，功率为200瓦。
该地面***各个部分的技术指标如下：
a.压力传感器技术指标
| 工作温度 | -20℃—70℃ |
| 测量范围 | 0—35MPa |
| 供电电压 | +24V |
| 输出信号 | 4—20mA |
b.钩载传感器技术指标
| 工作温度 | -20℃—70℃ |
| 测量范围 | 0—40T |
| 测量精度 | |
| 供电电压 | +24V |
| 输出信号 | 4—20mA |
c.深度编码器技术指标
| 工作温度 | -20℃—70℃ |
| 供电电压 | +10V～+30V |
| 输出信号 | UA、UB相位相差90度的电压脉冲 |
| 每圈每相脉冲数 | 40 |
d.司钻显示器技术指标
| 工作温度 | -20℃—70℃ |
| 供电电压 | +18V—+36V(+24V) |
e.地面接口箱技术指标
| 工作温度 | -20℃—70℃ |
| 供电电压 | AC220V±10％,AC110V |
| 输出电源 | +24V |
| XCL线有效电平 | +9V |
| TSB信号线有效电平 | +15V |
| 数字电路主电源 | +3.3V |
f.接口箱与PC机通信技术要求
g.接口箱与司钻显示器通信技术要求
h.接口箱与井下探管通信技术要求
另外，针对上述各部分有相应的软件设计。地面硬件***的软件设计中，包括主控MCU的软件设计，深度采集模块的软件设计以及司钻显示器控制板的软件设计。主控MCU程序主要实现模拟脉冲数据的AD转换，电流数据的AD转换，电源输出控制，通信数据的获取、组装、发送等功能。深度采集模块控制程序主要实现钩载数据的AD转换，深度编码器数据的计数，坐卡解卡判断，数据的接收、发送等。司钻显示器控制板程序主要接收数据，执行相关显示命令。主控MCU程序开发使用IAR Embedded Workbench 5.4，网络通信部分采用LWIP协议栈。深度模块控制程序、司钻显示器控制板程序开发使用Keil uVision4。
上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是实用新型并不限于上述的实施方式，在本领域普遍技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化，变化后的内容仍属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种随钻测量地面***，其特征在于：包括以下几个部分：地面接口箱、PC机、司钻显示器、立管压力传感器、钩载传感器以及深度编码器；地面接口箱包括主控模块、深度采集模块、压力采集模块、与PC机通信接口模块；主控模块、与PC机通信接口模块之间通过第一USART通信，所述主控模块与压力采集模块、深度采集模块共用一条SPI总线；所述PC机通过所述与PC机通信接口模块、所述主控模块与地面接口箱连接，所述立管压力传感器将采集到的信号上传至所述压力采集模块，所述钩载传感器、深度编码器与所述深度采集模块连接，所述司钻显示器、井下探管与所述主控模块连接。
2.如权利要求1所述的一种随钻测量地面***，其特征在于：所述主控模块包括MCU、以太网PHY、第二接口电路和第三接口电路、第一前端处理电路、电源输出控制电路、电源电流采样电路；所述MCU通过与PC机接口模块的第一接口电路与PC机连接，所述MCU顺序通过以太网PHY、RJ45后与PC机通信，所述MCU分别通过第二USART和第三USART连接第二接口电路和第三接口电路，并通过第三接口电路转发命令给司钻显示器，通过第二接口电路与井下探管通信，所述第一前端处理电路将井下探管采集的脉冲信号上传至所述MCU，所述MCU通过电源输出控制电路为井下探管供电，所述电源电流采样电路将提供给井下探管的电流反馈给所述MCU。
3.如权利要求2所述的一种随钻测量地面***，其特征在于：所述压力采集模块包括第二前端处理电路和双通道A/D转换器，第二前端处理电路将从立管压力传感器接收的信号通过A/D转换器上传至SPI总线。
4.如权利要求3所述的一种随钻测量地面***，其特征在于：所述深度采集模块包括一单片机和第三前端处理电路，所述第三前端处理电路将钩载传感器和深度编码器接收的信号上传至单片机，经单片机处理后上传至所述SPI总线。
5.如权利要求4所述的一种随钻测量地面***，其特征在于：所述压力传感器和所述钩载传感器信号输出的电流大小为4-20mA。
6.如权利要求1-5中任一项所述的一种随钻测量地面***，其特征在于：所述地面接口箱与司钻显示器、压力传感器、钩载传感器、深度编码器的连接通过电缆转接盒进行了转接。
7.如权利要求1-5中任一项所述的一种随钻测量地面***，其特征在于：所述PC机和所述地面接口箱供电电源为220V市电。
8.如权利要求1-5中任一项所述的一种随钻测量地面***，其特征在于：所述PC机和所述地面接口箱供电电源采用UPS电源，功率为200瓦。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201420529723.6U CN204126628U (zh) | 2014-09-15 | 2014-09-15 | 一种随钻测量地面*** |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201420529723.6U CN204126628U (zh) | 2014-09-15 | 2014-09-15 | 一种随钻测量地面*** |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN204126628U true CN204126628U (zh) | 2015-01-28 |
Family
ID=52382995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201420529723.6U Active CN204126628U (zh) | 2014-09-15 | 2014-09-15 | 一种随钻测量地面*** |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN204126628U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105003203A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-10-28 | 中国海洋石油总公司 | 基于井下钻具工具面动态控制的顶驱式钻机***及钻井方法 |
| CN105401932A (zh) * | 2014-09-15 | 2016-03-16 | 北京环鼎科技有限责任公司 | 一种随钻测量地面*** |
| CN107785012A (zh) * | 2016-08-26 | 2018-03-09 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种声控司钻显示器的控制方法 |
-
2014
- 2014-09-15 CN CN201420529723.6U patent/CN204126628U/zh active Active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105401932A (zh) * | 2014-09-15 | 2016-03-16 | 北京环鼎科技有限责任公司 | 一种随钻测量地面*** |
| CN105401932B (zh) * | 2014-09-15 | 2018-05-29 | 北京环鼎科技有限责任公司 | 一种随钻测量地面*** |
| CN105003203A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-10-28 | 中国海洋石油总公司 | 基于井下钻具工具面动态控制的顶驱式钻机***及钻井方法 |
| CN107785012A (zh) * | 2016-08-26 | 2018-03-09 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种声控司钻显示器的控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103488112B (zh) | 一种基于时间同步的多通道数据采集仪 | |
| CN204832351U (zh) | 一种微小电阻和绝缘电阻的一体化测试仪 | |
| CN103698366A (zh) | 一种多功能数字式岩土静力触探测试*** | |
| CN204126628U (zh) | 一种随钻测量地面*** | |
| CN205100258U (zh) | 深层水泥搅拌桩施工数据监测装置 | |
| CN105401932A (zh) | 一种随钻测量地面*** | |
| CN206514881U (zh) | 土壤与地下水检测装置 | |
| CN202402023U (zh) | 用于井下无线随钻测井的探管*** | |
| CN202731891U (zh) | 一种随钻井深测量装置 | |
| CN205154134U (zh) | 一种海洋型钻井参数仪*** | |
| CN201886075U (zh) | 一种电流信号采集模块 | |
| CN203978425U (zh) | 一种电缆测井高速遥测通讯设备 | |
| CN203632686U (zh) | 一种用于油井测试***的半双工通信电路 | |
| CN104199112A (zh) | 一种海洋电法探测信号采集电路 | |
| CN203455123U (zh) | 一种旋转轴功率多通道无线监测装置 | |
| CN105604539A (zh) | 多参数组合测井探管 | |
| CN102720478A (zh) | 煤矿井下坑道钻机多终端参数监测*** | |
| CN202720693U (zh) | 一种桩工机械施工监测记录仪 | |
| CN102510326A (zh) | 基于单芯电缆的全双工通信方法 | |
| CN110006803A (zh) | 一种远程监测地下水渗流速度的装置及监测方法 | |
| CN202645534U (zh) | 一种煤矿井下坑道钻机多终端参数监测*** | |
| CN202645539U (zh) | 基于同步技术的无缆钻孔测斜仪 | |
| CN201193518Y (zh) | 油井下管作业数据录取仪 | |
| CN201031686Y (zh) | 一种修井工况监视装置 | |
| CN212837779U (zh) | 一种随钻测量与随钻测井地面信号无线传输*** |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |