CN112459770B - 一种井下工程参数仪弯矩测量系统及方法 - Google Patents

一种井下工程参数仪弯矩测量系统及方法 Download PDF

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    • E21B44/02—Automatic control of the tool feed
    • E21B44/04—Automatic control of the tool feed in response to the torque of the drive ; Measuring drilling torque

Abstract

本发明公开了一种井下工程参数仪弯矩测量系统及方法，测量系统包括8个孔位，且8个孔位开设于钻铤的一周，相邻两孔位间隔45度，每个孔位横向和纵向的方向上贴附应变片，共计2个应变片电阻，相邻的两个孔内的应变片，共计4个应变片组成惠斯通电桥，共计组成4组惠斯通电桥，4组惠斯通桥路输出差分信号到各自信号调理模块，调理后输出测量信号的模拟信号，4组模拟信号输入至单片机处理模块，单片机进行模拟信号模数转换成数字AD数值，本发明工作原理简单，解决了预防井下仪器弯曲变形断裂导致的使用安全问题，解决了钻井工程师利用井下仪器测量数据分析进而调整钻井设备参数，能够及时准确的弯矩测量，数据及时反应井下仪器的真实弯曲状态。

Description

一种井下工程参数仪弯矩测量系统及方法
技术领域
本发明涉及技术领域，具体为一种井下工程参数仪弯矩测量系统及方法。
背景技术
随着石油钻井的不断发展，钻井施工配套井下工程参数仪在石油钻井应用越来越普遍，尤其在水平井、大位移井施工过程中对井下仪器弯曲程度的判断和测量尤其重要，对防范井下仪器安全和提质增效有重要意义。目前的地面仪器涉及到测量或标定设备，井下仪器弯矩测量未查询到。
发明内容
本发明的目的在于提供一种井下工程参数仪弯矩测量系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种井下工程参数仪弯矩测量系统,测量系统包括8个孔位，且8个所述孔位开设于钻铤的一周，相邻两孔位间隔45度，每个孔位横向和纵向的方向上贴附应变片。
优选的，8个所述孔位包括孔a、孔a’、孔b、孔b’、孔c、孔c’、孔d和孔d’，所述孔a和相距45度的所述孔a’组成一组，所述孔b和相距45度的所述孔b’组成一组,所述孔c和相距45度的所述孔c’组成一组，所述孔d和相距45度的所述孔d’组成一组，每个孔内应变片贴片2片，每片应变片含有轴向和径向应变电阻。
优选的，相邻的两个孔内的应变片，共计4个应变片组成惠斯通电桥。
优选的，所述惠斯通电桥内设置信号调理模块，所述信号调理模块AD转换芯片、第一运算放大器和第二运算放大器，所述AD转换芯片一脚分别连接第一电容一端和第二电容一端，二脚接第二电阻一端，三脚接第一电阻一端，第一电阻另一端和第二电阻另一端连接，四脚分别连接第二电容另一端和第三电容一端，第一电容和第三电容另一端接地，五脚接地，六脚接基准电压端，七脚接第一运算放大器正极输入端，八脚接电压端。
优选的，所述第一运算放大器负极输入端分别连接第三电阻一端和第四电阻一端，第三电阻另一端接地，所述第一运算放大器输出端分别连接第四电阻另一端和第七电阻一端，所述第七电阻另一端连接第四电容一端和信号输出端。
优选的，所述第二运算放大器正极输入端分别连接第五电阻一端和第六电阻一端，所述第二运算放大器负极输入端与输出端连接，所述输出端与基准电压端连接。
优选的，测量方法包括以下步骤：
A、4组惠斯通桥路输出差分信号到各自信号调理板模块，通过经过一级放大电路处理，然后进行电压平移，接着经过第二级放大电路处理，最后经过滤波电路后输出测量信号的模拟信号；
B、4组模拟信号输入至单片机处理模块，单片机进行模拟信号模数转换成数字AD数值；
C、通过标定工作台分别在弯矩X方向，弯矩Y方向进行弯矩数据采集得到AD01，AD02,AD03,AD04数值；
D、单机片进行采集到的信号进行温漂处理，其中，AD1＝AD01*(T*T*P10+T*P11+P12)；AD2＝AD02*(T*T*P20+T*P21+P22)；AD3＝AD03*(T*T*P30+T*P31+P32)；AD4＝AD04*(T*T*P40+T*P41+P42)；
E、通过数据拟合公式进行转换成弯矩计算公式：
WJ1＝K1*AD1+B1；WJ2＝K2*AD2+B2；WJ3＝K3*AD3+B3；WJ4＝K4*AD4+B4；
F、得出四组弯矩测量数值后，进行X轴和Y轴的弯矩公式拟合：WJX＝WJ1-WJ3；WJY＝WJ2-WJ4；
G、通过拟合后的弯矩X和弯矩Y数值经过单片机无线通讯处理，发送至MWD接收短节，在通过MWD泥浆脉冲无线上传至地面进行解码显示。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明工作原理简单，解决了预防井下仪器弯曲变形断裂导致的使用安全问题，解决了钻井工程师利用井下仪器测量数据分析进而调整钻井设备参数，能够及时准确的弯矩测量，数据及时反应井下仪器的真实弯曲状态。
附图说明
图1为本发明结构示意俯视图；
图2为本发明应变片粘贴位置示意图；
图3为本发明信号调理模块电路图。
图中：孔a1、孔a’2、孔b3、孔b’4、孔c5、孔c’6、孔d7、孔d’8。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种井下工程参数仪弯矩测量系统,测量系统包括8个孔位，且8个所述孔位开设于钻铤的一周，相邻两孔位间隔45度，每个孔位横向和纵向的方向上贴附应变片；8个所述孔位包括孔a1、孔a’2、孔b3、孔b’4、孔c5、孔c’6、孔d7和孔d’8，所述孔a1和相距45度的所述孔a’2组成一组，所述孔b3和相距45度的所述孔b’4组成一组,所述孔c5和相距45度的所述孔c’6组成一组，所述孔d7和相距45度的所述孔d’8组成一组，每个孔内应变片贴片2片，每片应变片含有轴向和径向应变电阻；相邻的两个孔内的应变片，共计4个应变片组成惠斯通电桥。
本发明中，惠斯通电桥内设置信号调理模块，所述信号调理模块AD转换芯片9、运算放大器U2A和运算放大器U2B，所述AD转换芯片U1一脚分别连接第一电容C1一端和第二电容C2一端，二脚接第二电阻R2一端，三脚接第一电阻R1一端，第一电阻R1另一端和第二电阻R2另一端连接，四脚分别连接第二电容C2另一端和第三电容C3一端，第一电容C1和第三电容C3另一端接地，五脚接地，六脚接基准电压端，七脚接运算放大器U2A正极输入端，八脚接电压端；运算放大器U2A负极输入端分别连接第三电阻R3一端和第四电阻R4一端，第三电阻R3另一端接地，所述运算放大器U2A输出端分别连接第四电阻R4另一端和第七电阻R7一端，所述第七电阻R7另一端连接第四电容C4一端和信号输出端；运算放大器U2B正极输入端分别连接第五电阻R5一端和第六电阻R6一端，所述运算放大器U2B负极输入端与输出端连接，所述输出端与基准电压端连接。
本发明的测量方法包括以下步骤：
A、4组惠斯通桥路输出差分信号到各自信号调理板模块，通过经过一级放大电路处理，然后进行电压平移，接着经过第二级放大电路处理，最后经过滤波电路后输出测量信号的模拟信号；
B、4组模拟信号输入至单片机处理模块，单片机进行模拟信号模数转换成数字AD数值；
C、通过标定工作台分别在弯矩X方向，弯矩Y方向进行弯矩数据采集得到AD01，AD02,AD03,AD04数值；
D、单机片进行采集到的信号进行温漂处理，其中，AD1＝AD01*(T*T*P10+T*P11+P12)；AD2＝AD02*(T*T*P20+T*P21+P22)；AD3＝AD03*(T*T*P30+T*P31+P32)；AD4＝AD04*(T*T*P40+T*P41+P42)；
E、通过数据拟合公式进行转换成弯矩计算公式：
WJ1＝K1*AD1+B1；WJ2＝K2*AD2+B2；WJ3＝K3*AD3+B3；WJ4＝K4*AD4+B4；
F、得出四组弯矩测量数值后，进行X轴和Y轴的弯矩公式拟合：WJX＝WJ1-WJ3；WJY＝WJ2-WJ4；
G、通过拟合后的弯矩X和弯矩Y数值经过单片机无线通讯处理，发送至MWD接收短节，在通过MWD泥浆脉冲无线上传至地面进行解码显示。
综上所述，本发明工作原理简单，解决了预防井下仪器弯曲变形断裂导致的使用安全问题，解决了钻井工程师利用井下仪器测量数据分析进而调整钻井设备参数，能够及时准确的弯矩测量，数据及时反应井下仪器的真实弯曲状态。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (2)

1.一种井下工程参数仪弯矩测量系统,测量系统包括8个孔位，其特征在于：且8个所述孔位开设于钻铤的一周，相邻两孔位间隔45度，每个孔位横向和纵向的方向上贴附应变片；
8个所述孔位包括孔a(1)、孔a’(2)、孔b(3)、孔b’(4)、孔c(5)、孔c’(6)、孔d(7)和孔d’(8)，所述孔a(1)和相距45度的所述孔a’(2)组成一组，所述孔b(3)和相距45度的所述孔b’(4)组成一组,所述孔c(5)和相距45度的所述孔c’(6)组成一组，所述孔d(7)和相距45度的所述孔d’(8)组成一组，每个孔内应变片贴片2片，每片应变片含有轴向和径向应变电阻；
相邻的两个孔内的应变片，共计4个应变片组成惠斯通电桥；
所述惠斯通电桥内设置信号调理模块，所述信号调理模块AD转换芯片(U1)、运算放大器(U2A)和运算放大器(U2B)，所述AD转换芯片(U1)一脚分别连接第一电容(C1)一端和第二电容(C2)一端，二脚接第二电阻(R2)一端，三脚接第一电阻(R1)一端，第一电阻(R1)另一端和第二电阻(R2)另一端连接，四脚分别连接第二电容(C2)另一端和第三电容(C3)一端，第一电容(C1)和第三电容(C3)另一端接地，五脚接地，六脚接基准电压端，七脚接运算放大器(U2A)正极输入端，八脚接电压端；
所述运算放大器(U2A)负极输入端分别连接第三电阻(R3)一端和第四电阻(R4)一端，第三电阻(R3)另一端接地，所述运算放大器(U2A)输出端分别连接第四电阻(R4)另一端和第七电阻(R7)一端，所述第七电阻(R7)另一端连接第四电容(C4)一端和信号输出端；
所述运算放大器(U2B)正极输入端分别连接第五电阻(R5)一端和第六电阻(R6)一端，所述运算放大器(U2B)负极输入端与输出端连接，所述运算放大器(U2B)输出端与基准电压端连接。
2.实现权利要求1所述的一种井下工程参数仪弯矩测量系统的测量方法，其特征在于：测量方法包括以下步骤：
A、4组惠斯通桥路输出差分信号到各自信号调理板模块，通过一级放大电路处理，然后进行电压平移，接着经过第二级放大电路处理，最后经过滤波电路后输出测量信号的模拟信号；
B、4组模拟信号输入至单片机处理模块，单片机进行模拟信号模数转换成数字AD数值；
C、通过标定工作台分别在弯矩X方向，弯矩Y方向进行弯矩数据采集得到AD01，AD02,AD03,AD04数值；
D、单机片进行采集到的信号进行温漂处理，其中，
AD1＝AD01*(T*T*P10+T*P11+P12)；AD2＝AD02*(T*T*P20+T*P21+P22)；AD3＝AD03*(T*T*P30+T*P31+P32)；AD4＝AD04*(T*T*P40+T*P41+P42)；
E、通过数据拟合公式转换成弯矩计算公式：
WJ1＝K1*AD1+B1；WJ2＝K2*AD2+B2；WJ3＝K3*AD3+B3；WJ4＝K4*AD4+B4；
F、得出四组弯矩测量数值后，进行X轴和Y轴的弯矩公式拟合：WJX＝WJ1-WJ3；WJY＝WJ2-WJ4；
G、通过拟合后的弯矩X和弯矩Y数值经过单片机无线通讯处理，发送至MWD接收短节，在通过MWD泥浆脉冲无线上传至地面进行解码显示。
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