CN108692804A - 一种井下冲击器振动监测系统 - Google Patents

Abstract

一种井下冲击器振动监测系统，其包括：加速度测量装置，其安装在井下冲击器上，用于采集井下冲击器的三轴加速度；数据存储装置；控制装置，其与加速度测量装置和数据存储装置连接，用于向加速度测量装置发送启动测量指令，接收加速度测量装置响应启动测量指令而反馈的加速度数据，并调用数据存储进程来将加速度数据写入数据存储装置；数据回放装置，其与控制装置连接，用于向控制装置发送数据读取指令，并接收控制装置响应数据读取指令而从数据存储装置读取到的数据。本系统可以实现对冲击器加速度的实时测量和存储，由此可以获得冲击器与钻头的撞击频率以及冲击功等参数，从而为确定冲击器的井下工作状态提供了依据。

Description

一种井下冲击器振动监测系统

技术领域

本发明涉及油气勘探开发技术领域，具体地说，涉及一种井下冲击器振动监测系统。

背景技术

井下仪器种类繁多，构造精密。在进行钻进作业的过程中会产生高强度的振动，从而对井下一起产生冲击载荷，有可能造成井下仪器工作效果不理想等效果，严重时甚至会对仪器造成损坏。实时检测井下仪器收到的井下仪器收到的冲击的强度、方向和频率以及其振动状态可以准确地判断井下仪器的情况，从而在井下仪器出现异常振动时及时地进行控制来防止仪器受到损害。同时，对于井下仪器的振动情况的监测对于仪器工作性能的验证以及对测量结果的校正分析均具有参考作用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种井下冲击器振动监测系统，所述系统包括：

加速度测量装置，其安装在井下冲击器上，用于采集井下冲击器的三轴加速度；

数据存储装置；

控制装置，其与所述加速度测量装置和数据存储装置连接，用于向所述加速度测量装置发送启动测量指令，接收所述加速度测量装置响应所述启动测量指令而反馈的加速度数据，并调用数据存储进程来将所述加速度数据写入所述数据存储装置；

数据回放装置，其与所述控制装置连接，用于向所述控制装置发送数据读取指令，并接收所述控制装置响应所述数据读取指令而从所述数据存储装置读取到的数据。

根据本发明的一个实施例，所述控制装置包括控制器和实时时钟电路，所述控制器与所述实时时钟电路连接，其中，所述控制装置在初始化过程中，所述控制器向所述实时时钟电路中写入默认时间信息。

根据本发明的一个实施例，所述控制装置接收所述数据回放装置发送来的控制指令，并判断所述控制指令是否为参数配置指令，其中，如果所述控制指令为参数配置指令，所述控制装置则将所述参数配置指令中的配置参数写入所述数据存储装置。

根据本发明的一个实施例，所述配置参数包括采样频率、采样时间、采样间隔和加速度测量装置启动时间，所述控制装置根据所述加速度测量装置启动时间向所述加速度测量装置发送测量启动指令，以控制所述加速度测量装置开始进行加速度测量；

所述控制装置还根据所述采样频率对所述加速度测量装置传输来的加速度数据进行采样，并将采样得到的数据以及从所述实时时钟电路传输来的时间数据传输至所述数据存储装置。

根据本发明的一个实施例，所述控制装置能够确定所述数据存储装置中数据存储芯片的起始存储位置，并从所述实时时钟电路读取当前时间数据，根据所述起始存储位置将所述当前时间数据写入所述数据存储芯片，

当接收到所述加速度测量装置传输来的加速度数据后，所述控制装置根据所述当前时间数据的存储位置将所述加速度数据写入所述数据存储芯片。

根据本发明的一个实施例，所述控制装置会判断所述加速度测量装置传输来的加速度数据是否正常，其中，如果所述加速度数据不正常，所述控制装置向所述加速度测量装置发送数据错误指示信息。

根据本发明的一个实施例，如果所述控制指令不为参数配置指令，所述控制装置则进一步判断所述控制指令是否为数据读取指令，其中，如果所述控制指令为数据读取指令，所述控制装置从所述数据存储装置中读取数据，并将读取到的数据发送至所述数据回放装置。

根据本发明的一个实施例，如果所述控制指令不为数据读取指令，所述控制装置则进一步判断所述控制指令是否为数据擦除指令，其中，如果所述控制指令为数据擦除指令，所述控制装置控制所述数据存储装置进行数据擦除。

本发明所提供的井下冲击器振动监测系统可以实现对冲击器加速度的实时测量和存储，由此可以获得冲击器与钻头的撞击频率以及冲击功等参数，从而为确定冲击器的井下工作状态提供了依据。该系统能够用于改进冲击器的性能以及现场施工工艺，有助于进一步提高机械钻速并缩短钻井周期。

同时，该井下冲击器振动监测系统在实现过程中将实时操作系统应用于嵌入式系统中，保证了系统的实时性、可靠性和稳定性，并且有助于提高开发效率、缩短开发周期，使得程序便于修改和维护。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的井下冲击器振动监测系统的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的参数配置以及数据回放的实现流程示意图；

图3是根据本发明一个实施例的数据存储进程的实现流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1示出了本实施例所提供的井下冲击器振动监测系统的结构示意图。

如图1所示，本实施例所提供的井下冲击器振动监测系统优选地包括：加速度测量装置101、控制装置102、数据存储装置103以及数据回放装置104。其中，当井下冲击器处于工作状态时，加速度测量装置101、控制装置102以及数据存储装置103设置在井下，而数据回放装置104则设置在地面。本实施例中，振动监测系统在上述硬件平台上移植有实时操作系统。

本实施例中，加速度测量装置101优选地安装在井下冲击器上，其用于采集井下冲击器的三轴加速度。具体地，加速度测量装置101安装在钻柱和井下冲击器之间并且相邻地位于井下冲击器之上。由于井下冲击器的冲锤需要不停地冲击钻头才能够起到加快转速的目的，而如果加速度测量装置101安装在井下冲击器的下方，那么则会使得冲锤与钻头之间的间隔过远，从而导致冲击力降低，进而影响井下冲击器的工作性能，因此为了避免上述情况，本实施例中，加速度测量装置101优选地安装在井下冲击器上方。

本实施例中，加速度测量装置101优选地包括三轴加速度计。当然，根据实际需要，加速度测量装置101还可以包含其他合理元件或电路，本发明不限于此。

加速度测量装置101与控制装置102连接，其能够将自身测量得到的加速度数据传输至控制装置102。本实施例中，当井下冲击器下到井底后，控制装置102将会向加速度测量装置101发送启动测量指令。加速度测量装置101在接收到上述启动测量指令后会对加速度测量装置101传输来的加速度数据进行数据采样，并调用数据存储进程来将采样得到的加速度数据写入与之连接的数据存储装置103。

本实施例中，控制装置102还与数据回放装置104连接。当井下冲击器振动监测系统工作完毕后，数据回放装置104会向控制装置102发送数据读取指令，以由控制装置102从与之连接的数据存储装置103中读取相应数据并将读取到的数据传输至数据回放装置104，从而使得位于地面的工作人员通过数据回放装置104获知井下冲击器振动的相关数据。

具体地，图2示出了本实施例中参数配置以及数据回放的实现流程示意图。

如图2所示，本实施例中，控制装置102会在步骤S201中接收数据回放装置104发送来的控制指令。在接收到数据回放装置104所发送来的控制指令后，控制装置102首先会在步骤S202中判断上述控制指令是否为参数配置指令。其中，如果控制装置102在步骤S201中所接收到的控制指令为参数配置指令，那么则表示此时需要对该井下冲击器振动监测系统内的相关装置进行参数配置，因此控制装置102会在步骤S203中将参数配置指令中的配置参数写入数据存储装置中。

具体地，本实施例中，数据回放装置104会在井下冲击器振动监测系统入井前来对相关井下设备进行参数配置。其中，对于该井下冲击器振动监测系统来说，其可配置参数优选地包括：当前入井时间、采样频率、采样时间、采样间隔以及加速度测量装置的待机启动时间等。需要指出的是，在本发明的其他实施例中，井下冲击器振动监测系统的可配置参数既可以仅包含以上所列项中的某一项或某几项，也可以包含其他未列出的合理项，抑或是以上所列项中的某一项或某几项与其他未列出的合理项的组合等，本发明不限于此。

本实施例中，当控制装置102将参数配置指令中的配置参数写入数据存储装装置中后，控制装置102还会重启主程序。具体地，本实施例中，上述主程序流程优选地包括：MCU底层初始化、实时时钟电路的默认时间信息写入、加速度测量装置的默认采样参数的初始化赋值、实时操作系统的初始化、任务的创建以及实时操作系统的启动等。当然，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，上述主程序既可以仅包含以上所列项中的任一项或几项，还可以包含未列出的其他合理项，本发明不限于此。

在进行MCU底层初始话的过程中，控制装置102所进行的初始话操作优选地包括：同步串行接口SPI的初始化、异步串行结构SCI的初始化以及实时时钟中断RTI的初始化等。本实施例中，控制装置102优选地包括控制器以及实时时钟电路。其中，控制器与实时时钟电路连接，控制装置在初始化过程中，控制器会向实时时钟电路中的实时时钟芯片中写入默认时间信息。

本实施例中，实时时钟芯片为该井下冲击器振动监测系统的测量提供时间记录，在初始化过程中向实时时钟芯片中写入默认时间信息能够在入井前忘记配置时间信息的情况下，实时时钟芯片仍能够提供相对的时间作为参考。同步串行结构SPI分别与数据存储装置103中的数据存储芯片(例如Flash芯片)和实时时钟芯片通信，异步串行接口分别与加速度测量装置和数据回放装置通信，实时始终终端RTI为实时操作系统提供节拍中断。

本实施例中，数据测量进程用于完成控制装置与加速度测量装置间的通信，该进程按照所配置的采样时间间隔启动一次测量。数据存储进程用于完成控制装置与数据存储装置之间的通信。

本实施例中，在启动加速度测量时，控制装置102会向加速度测量装置101发送测量启动指令。加速度测量装置101在接收到上述测量启动指令后会进行相应回复。具体地，如果加速度测量装置101接收到的测量启动指令正确，那么加速度测量装置101将发送相应的指示信息给控制装置102，此时加速度测量进程将会生成相应的控制信号并发送给数据存储进程，数据存储进程在收到上述控制信号后才会进行后续的数据存储操作。

而如果加速测量装置101所接收到的测量启动指令不正确，那么控制装置102则会继续向加速度测量装置101发送测量启动指令直至加速度测量装置101接收到正确的测量启动指令为止。当然，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，加速度测量装置101如果接收到不正确的测量启动指令的次数达到预设次数阈值，控制装置102还可以配置为生成故障指示信息，本发明不限于此。

加速度测量装置101在接收到正确的测量启动指令后，加速度测量装置101便开始对井下冲击器的加速度进行测量，从而得到井下冲击器的三轴加速度数据。控制装置102与加速度测量装置101连接，其能够根据所配置的采样频率对加速度测量装置101所传输来的加速度数据进行采样，并将采样得到的数据以及实时时钟电路传输来的时间数据传输至数据存储电路103，以由数据存储电路103进行存储。

本实施例中，控制装置102向加速度测量装置101发送测量启动指令的时间(例如加速度测量装置启动时间)是根据冲击器下到井底的时间来确定的。本实施例中，利用上述加速度测量装置启动时间作为加速度测量装置101的待机启动时间，可以有效避免因冲击器下到井底过程中监测系统处于工作状态而导致的电量过度损耗以及无用数据的测量和存储，这样也就提高了井下冲击器振动监测系统的工作效率。

图3示出了本实施例中数据存储进程的实现流程示意图。

如图3所示，本实施例中，控制装置102会在步骤S301中确定数据存储装置103中数据存储芯片的起始存储位置。在确定出数据存储芯片的起始存储位置后，控制装置102会在步骤S302中向加速度测量装置101发送测量启动指令并等待加速度测量装置101发送加速度数据。

在向加速度测量装置101发送测量启动指令后，该方法还会在步骤S303中从实时始终电路读取当前时间数据，并在步骤S304中根据数据存储芯片的起始存储位置来将当前时间数据写入数据存储芯片。

在步骤S305中，控制装置102会接收加速度测量装置101所传输来的加速度数据。本实施例中，在接收到上述加速度数据后，控制装置102会在步骤S306中判断上述加速度数据是否正常。具体地，本实施例中，控制装置102可以根据相关通信协议来判断加速度测量装置101所传输来的加速度数据是否正常。当然，在本发明的其他实施例中，控制装置102还可以采用其他合理方式来判断加速度数据是否正常，本发明不限于此。

如果加速度测量装置101所传输来的加速度数据不正常，那么此时控制装置102会在步骤S307中向加速度测量装置101发送数据错误指示信息并返回步骤S305以接收加速度测量装置101在接收到上述数据错误指示信息后所续传的该帧数据。

而如果加速度测量装置101所传输来的加速度数据正常，那么此时控制装置102会在步骤S308中进一步判断当前存储地址是否达到数据存储芯片的最大存储位置。如果当前数据存储地址达到数据存储芯片的最大存储位置，那么则表示该数据存储芯片的所有存储地址均已存储数据，因此控制装置102也就会在步骤S309中将存储地址转到下一数据存储芯片的初始地址。而如果当前数据存储地址未达到该数据存储芯片的最大存储位置，那么控制器102则会在步骤S310中将采样得到的加速度数据写入该数据存储芯片。

本实施例中，控制装置102在数据存储芯片正确写入加速度数据后，会在步骤S311中向加速度测量装置101发送数据正确指示信息。控制装置102在完成本数据帧的加速度数据的存储后，其还会在步骤S312中判断本次测量的所有数据帧是否传输完毕。其中，如果本次测量还有未传输的数据帧，那么控制装置102将会重复执行步骤S305至步骤S312，直至本次测量的所有数据帧传输完毕。而如果本次测量的所有数据帧全部传输完毕，那么控制装置102则会返回步骤S302以等待下一次的测量启动过程。

再次如图2所示，本实施例中，如果控制装置102在步骤S202中判断出数据回放装置104所传输来的控制指令不为参数配置指令，那么控制装置102则会在步骤S204中进一步判断上述控制指令是否为数据读取指令。

如果接收到的控制指令为数据读取指令，那么控制装置102则会在步骤S205中从数据存储装置103中读取数据，并将读取到的数据传输至数据回放装置104。具体地，本实施例中，当振动监测系统在井下工作完毕出井后，数据回放装置104会向控制装置102发送数据读取指令，从而通过控制装置102从数据存储装置103中读取到相应的测量数据，并根据读取到的数据来绘制出冲击器三轴加速度曲线。

本实施例中，数据回放装置通过所读取到的数据的存储地址以及存储时间，可以判断出该振动监测系统是否发生过重启现象，从而为确定振动监测系统的稳定性提供依据。

如果接收到的控制指令不为数据读取指令，那么控制装置102则会在步骤S206中进一步判断上述控制指令是否为数据擦除指令。其中，如果控制指令不为数据擦除指令，那么控制装置102则会返回步骤S202以继续接收数据回放装置104所发送来的控制指令；而如果控制指令为数据擦除指令，那么控制装置102则会在步骤S207中控制数据存储装置103进行数据擦除工作，从而为下次工作做准备。

从上述描述中可以看出，本实施例所提供的井下冲击器振动监测系统可以实现对冲击器加速度的实时测量和存储，由此可以获得冲击器与钻头的撞击频率以及冲击功等参数，从而为确定冲击器的井下工作状态提供了依据。该系统能够用于改进冲击器的性能以及现场施工工艺，有助于进一步提高机械钻速并缩短钻井周期。

同时，该井下冲击器振动监测系统在实现过程中将实时操作系统应用于嵌入式系统中，保证了系统的实时性、可靠性和稳定性，并且有助于提高开发效率、缩短开发周期，使得程序便于修改和维护。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (8)

1.一种井下冲击器振动监测系统，其特征在于，所述系统包括：

加速度测量装置，其安装在井下冲击器上，用于采集井下冲击器的三轴加速度；

数据存储装置；

控制装置，其与所述加速度测量装置和数据存储装置连接，用于向所述加速度测量装置发送启动测量指令，接收所述加速度测量装置响应所述启动测量指令而反馈的加速度数据，并调用数据存储进程来将所述加速度数据写入所述数据存储装置；

数据回放装置，其与所述控制装置连接，用于向所述控制装置发送数据读取指令，并接收所述控制装置响应所述数据读取指令而从所述数据存储装置读取到的数据。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制装置包括控制器和实时时钟电路，所述控制器与所述实时时钟电路连接，其中，在初始化过程中，所述控制器向所述实时时钟电路中写入默认时间信息。

3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述控制装置接收所述数据回放装置发送来的控制指令，并判断所述控制指令是否为参数配置指令，其中，如果所述控制指令为参数配置指令，所述控制装置则将所述参数配置指令中的配置参数写入所述数据存储装置。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述配置参数包括采样频率、采样时间、采样间隔和加速度测量装置启动时间，所述控制装置根据所述加速度测量装置启动时间向所述加速度测量装置发送测量启动指令，以控制所述加速度测量装置开始进行加速度测量；

所述控制装置还根据所述采样频率对所述加速度测量装置传输来的加速度数据进行采样，并将采样得到的数据以及从所述实时时钟电路传输来的时间数据传输至所述数据存储装置。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制装置能够确定所述数据存储装置中数据存储芯片的起始存储位置，并从所述实时时钟电路读取当前时间数据，根据所述起始存储位置将所述当前时间数据写入所述数据存储芯片，

当接收到所述加速度测量装置传输来的加速度数据后，所述控制装置根据所述当前时间数据的存储位置将所述加速度数据写入所述数据存储芯片。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制装置会判断所述加速度测量装置传输来的加速度数据是否正常，其中，如果所述加速度数据不正常，所述控制装置向所述加速度测量装置发送数据错误指示信息。

7.如权利要求3～6中任一项所述的系统，其特征在于，如果所述控制指令不为参数配置指令，所述控制装置则进一步判断所述控制指令是否为数据读取指令，其中，如果所述控制指令为数据读取指令，所述控制装置从所述数据存储装置中读取数据，并将读取到的数据发送至所述数据回放装置。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，如果所述控制指令不为数据读取指令，所述控制装置则进一步判断所述控制指令是否为数据擦除指令，其中，如果所述控制指令为数据擦除指令，所述控制装置控制所述数据存储装置进行数据擦除。