CN114017015A - 一种适用于泥浆脉冲发生器的适配机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于泥浆脉冲发生器的适配机构，涉及石油钻井技术领域。本发明包括通信监听模块、无线通信模块、通信切换模块、电源模块、调试串口和MCU模块；通信监听模块与MWD探管相连，用于截取MWD探管信号序列，并复写记录MWD输出至脉冲发生器的最新的一个完整序列；无线通信模块用于接收井下状态测量参数短节传输的信号，MCU模块其转换为适合脉冲发生器的电平信号，以驱动脉冲发生器动作；通信切换模块与脉冲发生器相连，用于脉冲发生器分别与MWD探管和井下状态测量参数短节之间的信号通路切换。本发明可实现井下状态参数测量短节与任意MWD的挂接，而无线对MWD定制开发，提高了井下状态参数测量短节的可移植性，降低了使用成本。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井技术领域，尤其涉及石油钻井用旋转导向工具技术领域，更具体地说，涉及一种用于泥浆脉冲发生器的适配机构。
背景技术
泥浆脉冲是现阶段井下信号传输的可靠方式，各厂家的脉冲编码与解码方式是核心机密，均不对外公开。因此，各家的泥浆脉冲发生协议无法通用。为准确获取井下状态参数，井下测量短节的研制和种类广泛运用。但是该类产品往往需要捆绑MWD厂家，借助MWD实现信号的上传。由于MWD不通用，导致井下状态参数测量短节无法同时挂接多个MWD，只能与其定制开发MWD挂接通用。这样会造成使用成本高、移植性差等问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种适用于泥浆脉冲发生器的适配机构，本发明的发明目的在于解决现有技术中存在的因井下状态参数测量短节无法同时挂接多个MWD，只能与其定制开发MWD挂接通用，而引起的使用成本高、移植性差等问题。本发明提供了一种基于无线传输+信号切换的泥浆脉冲发生器的适配机构，利用该机构可实现井下状态参数测量短节与任意MWD的挂接，而无线对MWD定制开发，提高了井下状态参数测量短节的可移植性，降低了使用成本。
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明是通过下述技术方案实现的：
一种适用于泥浆脉冲发生器的适配机构，包括通信监听模块、无线通信模块、通信切换模块、电源模块、调试串口和MCU模块；所述通信监听模块、无线通信模块、通讯切换模块、电源模块和调试串口均与MCU模块相连；电源模块分别为通信监听模块、无线通信模块、通信切换模块、调试串口和MCU模块提供电力支撑；
所述通信监听模块与MWD探管相连，用于截取MWD探管信号序列，并复写记录MWD输出至脉冲发生器的最新的一个完整序列；
所述无线通信模块与井下状态测量参数短节建立无线通讯连接，用于接收井下状态测量参数短节传输的信号，并将该信号传输至MCU模块，MCU模块将无线通信模块传输过来的信号按照上传编码方式进行处理，转换为适合脉冲发生器的电平信号，以驱动脉冲发生器动作；
所述通信切换模块与脉冲发生器相连，用于脉冲发生器分别与MWD探管和井下状态测量参数短节之间的信号通路切换。
更进一步地，所述无线通信模块包括发射模块和接收模块，接收模块集成在适配机构上，发射模块与井下状态测量参数短节连接。
更进一步地，MCU模块控制通信切换模块交替切换MWD探管和井下状态测量参数短节与脉冲发生器的信号通路。
所述适配器根据入井前的设置工作模式，即探管测量信号和测量短节信号的上传规则；若上传1组探管测量信号，则再上传1组测量短节信号，如此往复。
通信切换模块切换至井下状态测量参数短节与脉冲发生器的信号通路，通过脉冲发生器发生测量短节信号的同时，通信监听模块复写记录MWD输出至脉冲发生器的信号，仅保留最新的一个完整序列；待完成一组测量短节信号的上传时，通信切换模块启动通信切换，将通讯监听模块复写的最新MWD探管信号系列对应的信号形式传输至脉冲发生器。
所述信号形式包括控制电压的幅值、频率和脉宽。
所述通信监听模块为电压采集器，以采集传输不同电压幅值及维持时间。
所述通信切换模块为一通道选择电路，得电时与MWD探管通讯导通，失电时与测量短节通讯导通。
本发明的工作原理如下所示：首先，在地面MWD探管入井测试前，对探管输出至脉冲发生器的电压控制信号进行监测，找出1个数据串中起始和停止两个状态的信号特点。其次，装在MWD探管与脉冲发生器之间的适配器如图1所示，自动记录MWD探管发出的数据信号，根据获取的起始和停止两个状态的信号特点，始终保留一组完整数据信号，同时以无线（电磁、声波）等方式，接收井下状态测量参数短节的数据信号。最后，依据设定规则，由适配器驱动脉冲发生器，分别发送MWD和井下状态测量参数短节的数据信号，其中，MWD数据信号类似于透传，适配器不了解信号的含义，仅能由地面设备解读，原理方案如图3。
与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在：
本发明提供了一种基于无线传输+信号切换的泥浆脉冲发生器的适配机构，利用该机构可实现井下状态参数测量短节与任意MWD的挂接，而无线对MWD定制开发，提高了井下状态参数测量短节的可移植性，降低了使用成本。
附图说明
图1为本发明适配机构的安装示意图；
图2为本发明适配机构与MWD探管、脉冲发生器和井下状态测量参数短节的连接结构示意图；
图3为本发明适配机构结构框图；
其中，A表示MWD，B表示脉冲发生器，C表示井下状态测量参数短节。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明的技术方案作出进一步详细地阐述。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。
实施例1
作为本发明一较佳实施例，参照说明书附图1-3所示，本实施例公开了一种适用于泥浆脉冲发生器的适配机构，包括通信监听模块、无线通信模块、通信切换模块、电源模块、调试串口和MCU模块；所述通信监听模块、无线通信模块、通讯切换模块、电源模块和调试串口均与MCU模块相连；电源模块分别为通信监听模块、无线通信模块、通信切换模块、调试串口和MCU模块提供电力支撑；
所述通信监听模块与MWD探管相连，用于截取MWD探管信号序列，并复写记录MWD输出至脉冲发生器的最新的一个完整序列；
所述无线通信模块与井下状态测量参数短节建立无线通讯连接，用于接收井下状态测量参数短节传输的信号，并将该信号传输至MCU模块，MCU模块将无线通信模块传输过来的信号按照上传编码方式进行处理，转换为适合脉冲发生器的电平信号，以驱动脉冲发生器动作；
所述通信切换模块与脉冲发生器相连，用于脉冲发生器分别与MWD探管和井下状态测量参数短节之间的信号通路切换。
实施例2
作为本发明又一较佳实施例，参照说明书附图1-3，本实施例公开了一种适用于泥浆脉冲发生器的适配机构。
原理分析：MWD工作原理，由探管完成参数测量、编码，并驱动脉冲发生器动作，改变井下节流面积，从而引起立压变化，实现井下数据传输。通过实测发现，脉冲发生器仅仅是一个执行机构，不具备信号处理和判断等功能，所有数据处理均由探管完成，由探管IO直接驱动脉冲发生器电机工作。适配机构工作原理如图2所示。A表示MWD，B表示脉冲发生器，C表示井下状态测量参数短节
本适配机构目标为：A\C模块共同驱动B模块表达A\C模块的通讯含义，因为A\C模块共用一个通道，因此需要1个切换电路，确保A或者C中1个与B连接，且在连接状态时，能稳定通讯1个完整的数据串，其中C的数据编码格式为自主设计。因为脉冲发生器仅仅是一个执行机构，内部为一个三相电机，通过电机的正转和反转实现节流面积的调整，进而实现立管压力的调节。首先，在地面MWD探管入井测试前，对探管输出至脉冲发生器的电压控制信号进行监测，找出1个数据串中起始和停止两个状态的信号特点。其次，装在MWD探管与脉冲发生器之间的适配器如图1所示，自动记录MWD探管发出的数据信号，根据获取的起始和停止两个状态的信号特点，始终保留一组完整数据信号，同时以无线（电磁、声波）等方式，接收井下状态测量参数短节的数据信号。最后，依据设定规则，由适配器驱动脉冲发生器，分别发送MWD和井下状态测量参数短节的数据信号，其中，MWD数据信号类似于透传，适配器不了解信号的含义，仅能由地面设备解读，原理方案如图3。
入井后，会通过适配器将MWD探管信号与井下状态参数进行轮换循环发送，以确保地面对两套参数的顺利获取。轮换过程为：
①发送一个MWD探管测量信号序列；
②启动通信切换，发送一个井下状态参数信号序列，同时通信监听模块，复写记录MWD输出至脉冲发生器的信号，仅保留最新的一个完整序列；
③启动通信切换，将复写的最新MWD探管信号序列对应的信号形式（控制电压的幅值、频率、脉宽等）传输至脉冲发生器，实现MWD信号的上传；
④重复②③步骤，实现交替轮换发送。
本发明的优点在于，可以不受MWD信号传输协议限制，实现井下测量短节和MWD信号的上传，井下测量短节可挂接任一MWD之下。因此，具备经济性和适用性广的特点。
实施例3
作为本发明又一较佳实施例，参照说明书附图1-3，本实施例公开了：一种适用于泥浆脉冲发生器的适配机构，包括通信监听模块、无线通信模块、通信切换模块、电源模块、调试串口和MCU模块；所述通信监听模块、无线通信模块、通讯切换模块、电源模块和调试串口均与MCU模块相连；电源模块分别为通信监听模块、无线通信模块、通信切换模块、调试串口和MCU模块提供电力支撑；所述通信监听模块与MWD探管相连，用于截取MWD探管信号序列，并复写记录MWD输出至脉冲发生器的最新的一个完整序列；所述无线通信模块与井下状态测量参数短节建立无线通讯连接，用于接收井下状态测量参数短节传输的信号，并将该信号传输至MCU模块，MCU模块将无线通信模块传输过来的信号按照上传编码方式进行处理，转换为适合脉冲发生器的电平信号，以驱动脉冲发生器动作；所述通信切换模块与脉冲发生器相连，用于脉冲发生器分别与MWD探管和井下状态测量参数短节之间的信号通路切换。更进一步地，所述无线通信模块包括发射模块和接收模块，接收模块集成在适配机构上，发射模块与井下状态测量参数短节连接。更进一步地，MCU模块控制通信切换模块交替切换MWD探管和井下状态测量参数短节与脉冲发生器的信号通路。所述适配器根据入井前的设置工作模式，即探管测量信号和测量短节信号的上传规则；若上传1组探管测量信号，则再上传1组测量短节信号，如此往复。通信切换模块切换至井下状态测量参数短节与脉冲发生器的信号通路，通过脉冲发生器发生测量短节信号的同时，通信监听模块复写记录MWD输出至脉冲发生器的信号，仅保留最新的一个完整序列；待完成一组测量短节信号的上传时，通信切换模块启动通信切换，将通讯监听模块复写的最新MWD探管信号系列对应的信号形式传输至脉冲发生器。所述信号形式包括控制电压的幅值、频率和脉宽。所述通信监听模块为电压采集器，以采集传输不同电压幅值及维持时间。所述通信切换模块为一通道选择电路，得电时与MWD探管通讯导通，失电时与测量短节通讯导通。
Claims (8)
1.一种适用于泥浆脉冲发生器的适配机构，其特征在于：包括通信监听模块、无线通信模块、通信切换模块、电源模块、调试串口和MCU模块；所述通信监听模块、无线通信模块、通讯切换模块、电源模块和调试串口均与MCU模块相连；电源模块分别为通信监听模块、无线通信模块、通信切换模块、调试串口和MCU模块提供电力支撑；
所述通信监听模块与MWD探管相连，用于截取MWD探管信号序列，并复写记录MWD输出至脉冲发生器的最新的一个完整序列；
所述无线通信模块与井下状态测量参数短节建立无线通讯连接，用于接收井下状态测量参数短节传输的信号，并将该信号传输至MCU模块，MCU模块将无线通信模块传输过来的信号按照上传编码方式进行处理，转换为适合脉冲发生器的电平信号，以驱动脉冲发生器动作；
所述通信切换模块与脉冲发生器相连，用于脉冲发生器分别与MWD探管和井下状态测量参数短节之间的信号通路切换。
2.如权利要求1所述的一种适用于泥浆脉冲发生器的适配机构，其特征在于：所述无线通信模块包括发射模块和接收模块，接收模块集成在适配机构上，发射模块与井下状态测量参数短节连接。
3.如权利要求1或2所述的一种适用于泥浆脉冲发生器的适配机构，其特征在于：MCU模块控制通信切换模块交替切换MWD探管和井下状态测量参数短节与脉冲发生器的信号通路。
4.如权利要求3所述的一种适用于泥浆脉冲发生器的适配机构，其特征在于：所述适配器根据入井前的设置工作模式，即探管测量信号和测量短节信号的上传规则；若上传1组探管测量信号，则再上传1组测量短节信号，如此往复。
5.如权利要求3所述的一种适用于泥浆脉冲发生器的适配机构，其特征在于：通信切换模块切换至井下状态测量参数短节与脉冲发生器的信号通路，通过脉冲发生器发生测量短节信号的同时，通信监听模块复写记录MWD输出至脉冲发生器的信号，仅保留最新的一个完整序列；待完成一组测量短节信号的上传时，通信切换模块启动通信切换，将通讯监听模块复写的最新MWD探管信号系列对应的信号形式传输至脉冲发生器。
6.如权利要求5所述的一种适用于泥浆脉冲发生器的适配机构，其特征在于：所述信号形式包括控制电压的幅值、频率和脉宽。
7.如权利要求1所述的一种适用于泥浆脉冲发生器的适配机构，其特征在于：所述通信监听模块为电压采集器，以采集传输不同电压幅值及维持时间。
8.如权利要求1所述的一种适用于泥浆脉冲发生器的适配机构，其特征在于：所述通信切换模块为一通道选择电路，得电时与MWD探管通讯导通，失电时与测量短节通讯导通。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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