CN108801847A - 无线综合录井仪配套的泥浆密度采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明给出了一种无线综合录井仪配套的泥浆密度采集装置，至少包括：密度传感单元，包括两个具有高度差的微压电容传感器，用于收集泥浆内不同高度的压强信号；控制单元，通过温度传感单元和密度传感单元采集的信号计算得到结果信号。本无线综合录井仪配套的泥浆密度采集装置利用微压电容传感器代替原有的差压膜片，实现增加传感器抗干扰能力、结构轻便、维修方便的效果。

Description

无线综合录井仪配套的泥浆密度采集装置

技术领域

本发明涉及一种信号采集装置，特别涉及一种无线综合录井仪配套的泥浆密度采集装置。

背景技术

泥浆密度传感器是用于测量钻井泥浆密度的一种新型传感器。钻井过程中对密度要求有着重要的意义，它是确保快速、平衡、优质安全钻井，同时为保护油气层防止油气污染有重大的意义。所以在钻井过程中自始自终要加强泥浆密度监测，以保证钻井的顺利进行。由于现场环境复杂恶劣，对于传感器的温漂、抗干扰能力、耐冲击、携带轻便、安装简单要求较高。

必须指出传统的有线录井方式，已经不能高效的支持现有的钻井技术，综合录井势必要走向无线低功耗的实现方式。目前采用简单的系统集成方式和已有的商用无线传输技术根本无法满足现场的实际需要，只有从传感器源头开始，到无线传输的所有环节，全部采用低功耗设计，但目前还没有厂商（包括国外著名品牌公司）能够突破该项技术。

而且现有的泥浆密度传感器采用差压膜片作为采集部件，通过挤压硅油，使得差压电容值变化，将微小的电容变化放大处理变成4~20mA电流信号输出；现有的泥浆密度传感器还需要与另外的温度传感器配合，使用时由于硅油受温度影响较大，使得采集到的信号温漂大。差压膜片的充油件体积较大、笨重，膜片脆弱，在泥浆池里易被泥浆冲击坏，差压膜片损坏其中任意一个就得更换整套设备，不容易维修。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种抗干扰能力强、结构轻便的无线综合录井仪配套的泥浆密度采集装置。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种无线综合录井仪配套的泥浆密度采集装置，至少包括：

密度传感单元，包括两个具有高度差的微压电容传感器，用于收集泥浆内不同高度的压强信号；

控制单元，通过温度传感单元和密度传感单元采集的信号计算得到结果信号。

采用这样的结构后，本无线综合录井仪配套的泥浆密度采集装置利用微压电容传感器代替原有的差压膜片，实现增加传感器抗干扰能力、结构轻便、维修方便的效果。

本无线综合录井仪配套的泥浆密度采集装置可以实时的得到某一时刻的密度、温度数据，利用此刻的温度信号对测量出的密度信号进行补偿，克服原有相互独立传感器存在的温漂问题，保证测量的精度。

本专利技术给国内现正在研发的综合录井仪提供从传感器源头到无线传输的所有环节，全部采用低功耗无线数字化的泥浆密度采集装置。

为了更清楚的理解本发明的技术内容，以下将本无线综合录井仪配套的泥浆密度采集装置简称为本密度采集装置。

本密度采集装置还包括温度传感单元，温度传感单元包括热敏电阻，用于收集泥浆内的温度信号；采用这样的结构后，热敏电阻符合本密度采集装置的设计要求，实现本密度采集装置降低传感器温漂的效果。

本密度采集装置的两个微压电容传感器分别固定在导杆上，两个微压电容传感器分布位置具有高度差；热敏电阻也固定在导杆上；采用这样的结构后，微压电容传感器和热敏电阻的布局更为合理，方便使用。

本密度采集装置还包括无线传输单元，用于将控制单元计算出的结果信号采用无线传输的方式发送出去；采用这样的结构后，无线传输单元可以实现本密度采集装置与外部设备的连通，拓展了本密度采集装置的适用环境。

本密度采集装置的控制单元还控制温度传感单元、密度传感单元、无线传输单元进行工作或者休眠；采用这样的结构后，本密度采集装置可以在工作状态与休眠状态之间切换，降低本密度采集装置的功耗，而且实现本密度采集装置的高频响效果。

本密度采集装置的温度传感单元通过前级放大单元将收集的温度信号放大输入至控制单元；采用这样的结构后，方便温度传感单元与控制单元之间的型号传输。

本密度采集装置的控制单元内前置有ADC芯片模块，温度传感单元收集的温度信号通过前级放大单元输入ADC芯片模块后进行处理计算；密度传感单元收集的压强信号输入ADC芯片模块后进行处理计算。

附图说明

图1是本密度采集装置实施例的结构示意图。

图2是本密度采集装置实施例的原理框图。

具体实施方式

如图1和2所示

本密度采集装置包括温度传感单元、密度传感单元、控制单元、导杆1、前级放大单元和无线传输单元。

温度传感单元为市售的PT100热敏电阻3，密度传感单元包括两个市售的微压电容传感器4，控制单元中使用MSP430单片机，单片机前置有24位ADC芯片，前级放大单元为一组通用放大电路，无线传输单元采用433MHz的射频发射模块，用于将控制单元的单片机计算出的结果信号采用无线传输的方式发送出去。

PT100热敏电阻3和两个微压电容传感器4分别通过激光焊接在导杆1上，两个微压电容传感器4上下分布，两个微压电容传感器4保持固定300mm的高度差，两个微压电容传感器4收集泥浆内不同高度的压强信号，PT100热敏电阻3处于两个微压电容传感器4之间，PT100热敏电阻3的位置可以更为精确提供温度信号，导杆1内留有供导线经过的空腔。

电源、前级放大单元、控制单元和无线传输单元都设置在集成电路板上，集成电路板固定在壳体2内，壳体2与导杆1上端之间密封，PT100热敏电阻3和两个微压电容传感器4分别通过导线与集成电路板连接，导线经过导杆1内的空腔。

PT100热敏电阻3收集的温度信号通过前级放大单元和ADC芯片模块后输入至控制单元的单片机中；两个微压电容传感器4收集的压强信号通过ADC芯片后输入至控制单元的单片机中。

使用时，控制单元的单片机收到两个微压电容传感器4收集的压强信号，两个微压传感在距离固定的请款下不同密度泥浆的压力变化，通过密度算法（密度算法原理利用P=ρgh公式）计算泥浆的密度。

PT100热敏电阻3检测环境温度，单片机采集处理后的PT100热敏电阻3的变化，下位机软件采样不同温度下两个微压电容传感器4的差值，计算出密度，并对其温度补偿。

其中，控制单元的单片机还控制温度传感单元、密度传感单元、前级放大单元、无线传输单元按时间信号进行工作或者休眠，控制原理如下：单片机启动两个微压电容传感器4，压强信号经ADC芯片后传输至单片机，PT100热敏电阻3的信号也传输至单片机，一段时间后（如100毫秒），PT100热敏电阻3和两个微压电容传感器4工作状态稳定后，启动433MHz的射频发射模块，将单片机处理后的信号通过无线传输，采集一段时间的稳定信号后（如100毫秒），单片机关闭温度传感单元、密度传感单元、前级放大单元、无线传输单元，实现整个本密度采集装置的休眠，降低能耗（休眠时间可以是800毫秒），如此往复，使本密度采集装置具有高频响的优点。

本密度采集装置设有专门的温度补偿电路，具有输出稳定、运转平稳、使用安装方便、精度高、重复性好等优点，克服了传统的泥浆密度传感器在使用中温飘的缺点，通过工作、休眠两种方式的切换达到减低功耗，延长电池的使用时间。

单片机所有配置字都是通过SPI接口传入无线模块，实现对433MHz的射频发射模块的频段、通道、功率等配置。

本密度采集装置还包括电池供电单元，其利用锂电池3.6V接入稳压模块，然后通过升、降压转换成稳定的3.3V工作电压，为整个装置提供能量，可以在电池电压2.8~3.6V范围内提供稳定的3.3V，在电池电压即将低于2.8V时，单片机像上位机发出低电压报警，利用电池供电单元对本密度采集装置进行供电。

以上所述的仅是本发明的一种实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种无线综合录井仪配套的泥浆密度采集装置，其特征为：

至少包括：

密度传感单元，包括两个具有高度差的微压电容传感器，用于收集泥浆内不同高度的压强信号；

控制单元，通过温度传感单元和密度传感单元采集的信号计算得到结果信号。

2.根据权利要求1所述的油田录井数字泥浆密度传感装置，其特征是：

还包括温度传感单元，温度传感单元包括热敏电阻，用于收集泥浆内的温度信号。

3.根据权利要求2所述的无线综合录井仪配套的泥浆密度采集装置，其特征是：

两个微压电容传感器分别固定在导杆上，两个微压电容传感器分布位置具有高度差；热敏电阻也固定在导杆上。

4.根据权利要求1所述的无线综合录井仪配套的泥浆密度采集装置，其特征是：

还包括无线传输单元，用于将控制单元计算出的结果信号采用无线传输的方式发送出去。

5.根据权利要求4所述的无线综合录井仪配套的泥浆密度采集装置，其特征是：

所述控制单元还控制温度传感单元、密度传感单元、无线传输单元进行工作或者休眠。

6.根据权利要求1所述的无线综合录井仪配套的泥浆密度采集装置，其特征是：

温度传感单元通过前级放大单元将收集的温度信号放大输入至控制单元。

7.根据权利要求6所述的无线综合录井仪配套的泥浆密度采集装置，其特征是：

控制单元内前置有ADC芯片模块，温度传感单元收集的温度信号通过前级放大单元输入ADC芯片模块后进行处理计算；密度传感单元收集的压强信号输入ADC芯片模块后进行处理计算。