CN1060245C - 测斜仪仿真器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及为测量石油地质钻井井斜的测斜仪提供标定信号源的一种测斜仪仿真器。主要由微机、单片机、存储器、I/O接口和D/A转换器组成，微机通过RS-232接口与单片机相连，实现数据通讯。单片机与I/O接口相连，I/O接口与D/A转换器和移位寄存器连接，移位寄存器依次与码型形成电路和驱动电路相连，D/A转换器和驱动电路分别输出模拟信号与数字信号。单片机与I/O接口之间并行安装有存储器，作为掉电保护。本发明改变了传统调校测斜仪的方法，不存在现有校验台架的不足，可直接为测斜仪地面仪表提供调校标定信号源，无论数字或模拟输出均可保证处理得到与理论值一致的高精度信号，而且仪器轻便，性能可靠。

Description

测斜仪仿真器

本发明涉及石油地质勘探测井仪器，是一种为测量井斜的测斜仪提供标定信号源的测斜仪仿真器。

目前在石油勘探和生产中大量地采用丛式井、水平井、大斜度井等钻井工艺，随着斜井的增多，测斜仪器的研制和使用也逐渐地增加，测斜仪的调校、标定也成为经常要解决的问题。

测斜仪通常采用惯导部件(加速度计、磁道门)作为敏感元件，这样可获得较高的测斜精度，如美国斯伦贝契(Schlumberger)公司的地层倾角测井仪、斯派里森(Spray sun)公司的电子定向仪就是该类产品，这类仪器分为井下和地面两部分，井下仪器主要是传感器(惯导部件)及编码调制器等，地面仪器主要是解调器，运算和记录部分构成。由于该仪器结构复杂而且具有较高的精度和严格的质量要求，在出厂前和维修检验时都需要重新调校标定，目前采用的方法是先标定井下部分，然后再根据标定好的井下部分输出的信号标定地面仪器。井下部分标定通常采用专用的校验台架(结构如图1)，其工作原理是：将测斜仪井下部分(1)装在校验台架上的定位孔中，台架的各部分分别可沿A、B、C所示的方向转动，转动的各角度分别可在台架上直接读出，而被校验的仪器根据其在空间的三个不同的倾角分别输出各自的重力加速度三个分量和地磁场三个分量，若井下部分输出正确，便可据此来调校标定地面仪器，完成全部标定工作，这种标定仪器的方法和设备有如下不足之处：

1．校验台架要求精度高，制作工艺复杂，台架的制作加工成本高，同时限制了应用场所。

2．调校工作过程十分复杂，在测试时如井下仪器或地面仪器自身不准确，往往需要重新设定各自标准，相互反复调校和标定，非常繁琐费时，即便经过这样反复的调校，还可能达不到仪器所需的精度要求。

本发明为克服上述测斜仪调校方法和校验台架存在的不足设计出一种能直接为测斜仪地面仪表提供高精度调往标定信号的测斜仪仿真器。

本发明原理和数学模型是：由惯导部件构成的测斜仪传感器一般由三个加速度计、三个磁力计以及电子线路组成，在测量时给出重力加速度G在I、j、z轴上的三个分量G_x、G_y、G_z，和地磁场的三个分量F_x、F_y、F_z。而传感器在井中的姿态是由三个角度决定的，它们是井斜角DEV，井斜方位角AZIM和1极板方位角AZ-1或相对方位角RB。对路定的测斜模型，由下式可求出传感8的六个输出值：

 G_x=-sinDEV*cosRB

 G_y=sinDEV*sinRB

 G_z=cosDFVF_x=[(cosIcosAZIMcosDEV-sinDEVsinI)cosRB-sinAZIMcosIsinRB]F_y=-[(cosIcosAZIMcosDEV-sinDEVsinI)cosRB-sinAZIMcosIsinRB]F_z=sinDEVsinI+sinDEVconIcosAZIM

其中：sinI=G_xF_x+G_yF_y+G_zF_z，I是磁倾角。

在规定了模型后，就可以根据当地的重力加速度值G，地磁场强度值F以及I和仪器常数，给出各传感器的标准输出值，由此作为该测斜仪井下传感器的模拟输出，来标定地面仪器。如果该测斜仪井下传感器是通过数字信号传送的，则测斜仪仿真器将输出数字信号，再将以上信号量化，再按帧、道格式编排并以一定的传输速度率和相应的码型经功率放大后输出。模拟转换应满足以下关系：U_D=U_NFS(a₁2^-1+a₂2^-2+……+a_n2^2-n)

二进制数全“1”时应使模拟量满足：U_FS=U_NFS(1-2^-n)

其中：U_A输入模拟信号的电压；

U_D-U_A所对应的量化电压；

a₁、a₂、…a_n-U_D量化后的二进制数；

U_NFS满刻度值，即最大输入电压；

n-二进制数的位数。

本发明主要由微机、单片机、存储器、I／O接口和D／A转换器等组成，微机通过RS-232接口与单片机相连，实现数据通讯，交换信息。单片机与I／O接口相连，I／O接口与D／A转换器和移位寄存器连接，移位寄存器依次与码型形成电路和驱动电路相连，D／A转换器和驱动电路分别输出模拟信号与数字信号。单片机与I／O接口之间并行安装有存储器，作为掉电保护，单片机与道信号形成电路相连，输出多路道信号，同时，单片机上设置有帧信号输出口。

为了适合各种测斜仪的调校，经D／A转换器和道信号均各自多于4组。对数字传输信号，输出信号传送输频率为3KHz至20KHz可调。

本发明附图说明如下：

图1是测斜仪校验台架结构示意图；

图2是测斜仪仿真器硬件构成框图；

图3是测斜仪仿真器电路图；

图4是测斜仪仿真器软件构成框图。

本发明改变了传统调校测斜仪的方法，不存在现有校验合架的不足，可直接为测斜仪地面仪表提供调校标定信号源，无论数字或模拟输出均可保证处理得到与理论值一致的高精度信号，而且仪器轻便，性能可靠。

以下结合实施例详细说明本发明。

本发明主要由微机、单片机、存储器、I／O接口和D／A转换器等组成，微机通过RS-232接口与单片机相连，以串行中断方式实现数据通讯，交换信息，微机可采用市售的IBM兼容型机，它完成建立教学模型，模拟测斜仪井下传感器的数字输出信号，数值量化，输出格式编排等。单片机、存储器、I／O接口片选等组成以单片机为核心的实时控制系统，单片机可选用8031，它与I／O接口相连，单片机与I／O接口之间并行安装有存储器，作为掉电保护，储存微机传送来编排好的信号，同时也可使单片机脱离微机独立工作。I／O接口与D／A转换器和移位寄存器连接，移位寄存器依次与码型形成电路和驱动电路相连，移位寄存器输出不归零二进制数字信号，通过码型形成电路可形成需要的二进制码(如AMI等)。D／A转换器和驱动电路分别输出模拟信号与数字信号，用来对测斜仪地面仪器进行标定。CP时钟信号发生器形成移位寄存器的移位脉冲，时钟频率可调，从而使数字信号传输率在3KHz至20KHz之间。

本发明单片机与6路道信号形成电路相连，输出由计数／译码器形成的道信号，单片机串行输出道同步信号脉冲序列，经道信号形成电路并行输出各道同步信号，供有数字输入的测斜仪地面仪器标定。同时，单片机上设置有帧信号输出口。为了适合各种测斜仪的调校，D／A转换器有6片，分别在片选和道脉冲控制下接收I／O接口和微机端相应的数据，并锁存在各自的D／A转换器中，供有模拟输入的测斜仪地面仪器标定。D／A转换器也可以根据不同的测斜仪确定组数。

图2与本发明实施例图3的元器件对应关系和可选件如下：

单片机-U₃、U₄、U₅；

存储器-U₅、U₆／2764、6264或E2PROM2864；

移位寄存器-U₁₀／74LS165；

码型形成电路和驱动电路-U₁₁／CD4001、U₁₂／74LSO4；U₁₃／CD4013、

U₁₄／555、U₁₅／LM741、U₈；

I／O接口-U₉／8255；

片选-U₇／74LS138、U₁₆／74LS138；

D／A转换器／DAC1210(图2中只给出1路)。

本发明软件包在微机中，用BASIC语言编写，以中文主单形式与用户对话，用于建立测斜模型；帧格式选择；道格式选择；通讯。详见测斜仪仿真器软件构成框图。

Claims (3)

1．一种为测量井斜的测斜仪提供标定信号源的测斜仪仿真器，由微机、单片机、存储器、I／O接口和D／A转换器组成，其特征在于：

a．微机通过RS－232接口与单片机相连，实现数据通讯；

b．单片机与I／O接口相连，I／O接口与D／A转换器和移位寄存器连接，移位寄存器依次与码型形成电路和驱动电路相连，D／A转换器和驱动电路分别输出模拟信号与数字信号；

c．单片机与I／O接口之间并行安装有存储器，储存微机传送来的数据，使单片机能脱离微机工作；

d．单片机与道信号形成电路相连，单片机上设置有帧信号输出口。

2．根据权利要求1所述的测斜仪仿真器，其特征在于：经D／A转换器和道信号均各自至少有4组。

3．根据权利要求1或者2所述的测斜仪仿真器，其特征在于：输出信号传送输频率为3KHz至20KHz。

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