CN103195410A - 一种井深或孔深测量装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种井深或孔深测量装置及测量方法，包括用于供电的电源电路，还包括用于测量三个方向加速度的加速度传感单元、用于对数据处理的数据处理电路、用于对数据进行存储的数据存储器和对各单元、电路进行控制的中央处理单元，所述的加速度传感单元的输出端连接数据处理电路的输入端，数据处理电路的输出端连接中央处理单元的输入端，中央处理单元与数据存储器相连接。本发明通过在钻头上设置三轴加速度传感器，测量钻头行进方向的加速度通过现有的中央处理单元对作业过程中的各个加速度分别进行积分、存储，然后对整个作业过程中钻头位移值相加，即可以得到钻井或钻孔的深度。

Description

一种井深或孔深测量装置及测量方法
技术领域
    本发明涉及石油、天然气等钻探开采和煤矿的井下定向钻孔及地质勘探领域，尤其涉及一种井深或孔深测量装置及测量方法。
背景技术
在现在的石油钻探、开采和煤矿井下水平钻孔或定向钻孔及地质勘探技术领域普遍要求测量井斜、方位等工程参数及伽马计数、电阻率等地质参数，现有的装置、仪器也均可以解决以上数据的测量。但这些参数只有与井深或孔深配合使用才有意义，而现有装置、仪器不能对井深或孔深进行测量。
现有的井深测量装置一般都使用物理测距，通过绳索、脚手架等装置测量井的深度或者孔的深度，但是物理测量的方法难免存在较大的误差，从而在与其它数据搭配使用时，误差会进一步扩大，给最终结果带来不准确性。
发明内容
 本发明的目的是提供一种井深或孔深测量装置及测量方法，使测量的精度更加准确、快速。
 本发明采用下述技术方案：
一种井深或孔深测量装置，包括用于供电的电源电路，还包括用于测量三个方向加速度的加速度传感单元、用于对数据处理的数据处理电路、用于对数据进行存储的数据存储器和对各单元、电路进行控制的中央处理单元，所述的加速度传感单元的输出端连接数据处理电路的输入端，数据处理电路的输出端连接中央处理单元的输入端，中央处理单元与数据存储器相连接。
所述的加速度传感单元为一个三轴加速度传感器。
所述的加速度传感单元为三个单轴加速度传感器，所述的三个单轴加速度传感器两两相互垂直设置，所述三个单轴加速度传感器的输出端分别连接数据处理电路的输入端。
所述的加速度传感单元为两个双轴加速度传感器，所述的两个双轴加速度传感器的其中一个轴的方向为同向设置，且设置方向为钻头行进方向，所述的两个双轴加速度传感器的输出端分别连接数据处理电路的输入端。
所述的数据处理电路包括信号放大电路、滤波电路和A/D转换电路，所述的信号放大电路的输入端连接加速度传感单元的输出端，信号放大电路的输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接A/D转换电路的输入端，A/D转换电路的输出端连接中央处理单元的输入端。
一种井深或孔深的测量方法，包括以下步骤；
A：安装本装置到钻井或钻孔工具上，加速度传感单元以短节的形式安装在近钻头位置，且加速度传感单元的一个测量方向与钻头行进方向一致；
B：正常作业时，使用加速度传感单元实时采集                                                到
Figure 204740DEST_PATH_IMAGE002
时间段内三个测量方向的加速度Gx、Gy、Gz，并把加速度Gx、Gy、Gz通过数据处理电路发送至中央处理单元；
C：中央处理单元对接收到的数据值进行处理，通过下面公式：
Figure 574542DEST_PATH_IMAGE003
计算出井斜角θ的值，通过
Figure 996296DEST_PATH_IMAGE004
计算出本时间段起始速度v的值，
Figure 449143DEST_PATH_IMAGE005
为前一时间段速度的初始值，可通过从0时刻积分计算获得，然后通过公式
Figure 57979DEST_PATH_IMAGE006
进行积分计算得出
Figure 762630DEST_PATH_IMAGE001
到
Figure 773311DEST_PATH_IMAGE002
时间段内位移值s，并把数据值输送至数据存储器进行存储；
D：重复步骤C，采集每一个时间段内的位移值s并存储，然后中央处理单元对采集到的所有位移值s加和即为井或孔深。
所述的加速度传感单元为一个三轴加速度传感器。
所述的加速度传感单元为三个单轴加速度传感器，所述的三个单轴加速度传感器两两相互垂直设置，所述三个单轴加速度传感器的输出端分别连接数据处理电路的输入端。
所述的加速度传感单元为两个双轴加速度传感器，所述的两个双轴加速度传感器的其中一个轴的方向为同向设置，且设置方向为钻头行进方向，所述的两个双轴加速度传感器的输出端分别连接数据处理电路的输入端。
所述的数据处理电路包括信号放大电路、滤波电路和A/D转换电路，所述的信号放大电路的输入端连接加速度传感单元的输出端，信号放大电路的输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接A/D转换电路的输入端，A/D转换电路的输出端连接中央处理单元的输入端。
本发明通过在钻头上设置三轴加速度传感器，测量钻头行进方向的加速度，通过现有的中央处理单元对作业过程中的各个加速度分别进行积分，从而得到每个加速度所对应的位移值，并对此位移值进行存储。钻孔、钻井作业完毕后，对整个作业过程中钻头所有的位移值相加，即可以得到钻井或钻孔的深度。本发明不仅安装使用方便，而且使用数字积分计算，使测量精度大大提高。
附图说明
图1为本发明电路原理框图；
图2为本发明所述加速度传感器与钻头测量方向示意图。
具体实施方式
如图1图2所示，一种井深或孔深测量装置，包括用于供电的电源电路，还包括用于测量X、Y、Z三个方向加速度的加速度传感单元、用于对数据处理的数据处理电路、用于对数据进行存储的数据存储器和对各单元、电路进行控制的中央处理单元，所述的加速度传感单元的输出端连接数据处理电路的输入端，数据处理电路的输出端连接中央处理单元的输入端，中央处理单元与数据存储器相连接。
实施例1：所述的加速度传感单元采用一个三轴加速度传感器MMA7260QT。一个三轴加速度传感器MMA7260QT可以实现X、Y、Z三个轴方向的加速度测量，使安装更加简单。
实施例2：所述的加速度传感单元采用三个单轴加速度传感器FH2000MIII，所述的三个单轴加速度传感器FH2000MIII两两相互垂直设置，所述三个单轴加速度传感器FH2000MIII的输出端分别连接数据处理电路的输入端。使用三个单轴加速度传感器FH2000MIII使每个轴向的加速度测量更加精准。
实施例3：所述的加速度传感单元为两个双轴加速度传感器ADXL203CE，所述的两个双轴加速度传感器ADXL203CE的其中一个轴同向设置，且设置方向为钻头2行进方向。图2中所示Z轴方向即为钻头2行进方向，所述的两个双轴加速度传感器ADXL203CE的输出端分别连接数据处理电路的输入端。采用两个双轴加速度传感器ADXL203CE，这样可利用均值的方法测量钻头2行进方向即Z轴方向的加速度，使其误差更小、测量更加精确。
所述的数据处理电路包括信号放大电路、滤波电路和A/D转换电路，所述的信号放大电路的输入端连接加速度传感单元的输出端，信号放大电路的输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接A/D转换电路的输入端，A/D转换电路的输出端连接中央处理单元的输入端。
本发明工作时安装在钻井、钻孔的工具上，在进行作业时，通过加速度传感单元测量X、Y、Z三个轴方向的加速度，并把加速度值发送至中央处理单元，中央处理单元对其进行积分运算，计算出每个加速度所对应的时间段内钻头2行走的位移值，并存储至数据存储器，最后把各个位移值相加即为钻孔、钻井总的行进位移值，也即为井、孔深度值。
一种井深或孔深的测量方法，包括以下步骤；
A：安装本装置到钻井或钻孔工具上，加速度传感单元以短节的形式安装在近钻头2位置，且加速度传感单元的一个测量方向与钻头2方向一致；
B：正常作业时，使用加速度传感单元实时采集
Figure 147792DEST_PATH_IMAGE001
到
Figure 243923DEST_PATH_IMAGE002
时间段内三个测量方向的测量加速度Gx、Gy、Gz，并把加速度Gx、Gy、Gz通过数据处理电路发送至中央处理单元；所述的
Figure 142478DEST_PATH_IMAGE001
到
Figure 7666DEST_PATH_IMAGE002
时间段根据此时间段的加速度进行选取，即加速度没有变化的时间段为一个计算单元。所述的数据处理电路包括信号放大电路、滤波电路和A/D转换电路，所述的信号放大电路的输入端连接加速度传感单元的输出端，信号放大电路的输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接A/D转换电路的输入端，A/D转换电路的输出端连接中央处理单元的输入端。加速度a通过信号放大电路、滤波电路以及A/D转换电路后，电压信号转变为可处理的数字信号，输送至中央处理单元。
C：中央处理单元对接收到的数据值进行处理，通过下面公式：
Figure 677682DEST_PATH_IMAGE003
计算出井斜角θ的值，通过
Figure 261110DEST_PATH_IMAGE004
计算出本时间段起始速度v的值，
Figure 510826DEST_PATH_IMAGE005
为前一时间段速度的初始值，可通过从0时刻积分计算获得，然后通过公式
Figure 902624DEST_PATH_IMAGE006
进行积分计算得出
Figure 212382DEST_PATH_IMAGE001
到
Figure 814265DEST_PATH_IMAGE002
时间段内位移值s，并把数据值输送至数据存储器进行存储；g为当地重力加速度；当Z轴与水平面2重合时，重力加速度在Z轴方向上的分量为0；当井斜角为θ（Z轴与水平面2的夹角为90°-θ）时，重力加速度在Z轴方向上的分量为
Figure 867672DEST_PATH_IMAGE007
，若此时Z轴方向上的加速度测量值为Gz，则Z方向上探管的运动加速度
Figure 374963DEST_PATH_IMAGE008
为。
D：重复步骤C的数据采集、存储步骤，采集每一个时间计算单元内钻头2的位移值s并存储，最后中央处理单元对采集到的所有位移值s加和即为井或孔深。把整个作业过程中的多个采集计算单元的位移值进行求和即可以得到此次作业过程钻头2的整个位移值，即为所开采井或者孔的深度值。所述的
Figure 679222DEST_PATH_IMAGE001
到
Figure 942844DEST_PATH_IMAGE002
为加速度Gz所持续时间，由于加速度Gz和θ是时刻变化的，所以每个加速度a和井斜角θ均对应一个持续时间段
Figure 637131DEST_PATH_IMAGE001
到。
本发明通过对钻头2的行进方向以及相互垂直的两个方向加速度进行测量，计算井斜角，并通过井斜角对钻头2行进方向的加速度进行积分的算法计算每个加速度和井斜角持续时间段对应的位移值，对作业过程中Z轴所有位移值相加得出作业过程中钻头2的行进值，此行进值即为所钻孔、钻井的孔深或井深值。相对于现有的机械测量井深、孔深装置和方法，不仅精确度高，而且安装使用方便。

Claims (10)

1.一种井深或孔深测量装置，包括用于供电的电源电路，其特征在于：还包括用于测量三个方向加速度的加速度传感单元、用于对数据处理的数据处理电路、用于对数据进行存储的数据存储器和对各单元、电路进行控制的中央处理单元，所述的加速度传感单元的输出端连接数据处理电路的输入端，数据处理电路的输出端连接中央处理单元的输入端，中央处理单元与数据存储器相连接。
2.根据权利要求1所述的井深或孔深测量装置，其特征在于：所述的加速度传感单元为一个三轴加速度传感器。
3.根据权利要求1所述的井深或孔深测量装置，其特征在于：所述的加速度传感单元为三个单轴加速度传感器，所述的三个单轴加速度传感器两两相互垂直设置，所述三个单轴加速度传感器的输出端分别连接数据处理电路的输入端。
4.根据权利要求1所述的井深或孔深测量装置，其特征在于：所述的加速度传感单元为两个双轴加速度传感器，所述的两个双轴加速度传感器的其中一个轴的方向为同向设置，且设置方向为钻头行进方向，所述的两个双轴加速度传感器的输出端分别连接数据处理电路的输入端。
5.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的井深或孔深测量装置，其特征在于：所述的数据处理电路包括信号放大电路、滤波电路和A/D转换电路，所述的信号放大电路的输入端连接加速度传感单元的输出端，信号放大电路的输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接A/D转换电路的输入端，A/D转换电路的输出端连接中央处理单元的输入端。
6.一种井深或孔深的测量方法，其特征在于：包括以下步骤
A：安装本装置到钻井或钻孔工具上，加速度传感单元以短节的形式安装在近钻头位置，且加速度传感单元的一个测量方向与钻头行进方向一致；
B：正常作业时，使用加速度传感单元实时采集                                                时间段内三个测量方向的加速度Gx、Gy、Gz，并把加速度Gx、Gy、Gz通过数据处理电路发送至中央处理单元；
C：中央处理单元对接收到的数据值进行处理，通过下面公式：
Figure 485124DEST_PATH_IMAGE002
计算出井斜角θ的值，通过
Figure 674797DEST_PATH_IMAGE003
计算出本时间段起始速度v的值，
Figure 105778DEST_PATH_IMAGE004
为前一时间段速度的初始值，可通过从0时刻积分计算获得，然后通过公式
Figure 671889DEST_PATH_IMAGE005
进行积分计算得出
Figure 629349DEST_PATH_IMAGE001
时间段内位移值s，并把数据值输送至数据存储器进行存储；
D：重复步骤C，采集每一个时间段内的位移值s并存储，然后中央处理单元对采集到的所有位移值s加和即为井或孔深。
7.根据权利要求6所述的井深或孔深的测量方法，其特征在于：所述的加速度传感单元为一个三轴加速度传感器。
8.根据权利要求6所述的井深或孔深测量方法，其特征在于：所述的加速度传感单元为三个单轴加速度传感器，所述的三个单轴加速度传感器两两相互垂直设置，所述三个单轴加速度传感器的输出端分别连接数据处理电路的输入端。
9.根据权利要求6所述的井深或孔深测量方法，其特征在于：所述的加速度传感单元为两个双轴加速度传感器，所述的两个双轴加速度传感器的其中一个轴的方向为同向设置，且设置方向为钻头行进方向，所述的两个双轴加速度传感器的输出端分别连接数据处理电路的输入端。
10.根据权利要求7-9任意权利要求所述的井深或孔深测量方法，其特征在于：所述的数据处理电路包括信号放大电路、滤波电路和A/D转换电路，所述的信号放大电路的输入端连接加速度传感单元的输出端，信号放大电路的输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接A/D转换电路的输入端，A/D转换电路的输出端连接中央处理单元的输入端。
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