CN201763321U - 一种井斜方位测井仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种井斜方位测井仪。该测井仪包括：壳体(1)及设置在壳体(1)内的以下部件：金属绝热瓶(2)；重力加速度计(3)；磁通门(4)；连接重力加速度计(3)和磁通门(4)的采集处理模块(9)，用于接收并处理重力加速度计(3)和磁通门(4)输出信号得到井斜方位数据；连接采集处理模块(9)的通讯模块(8)，用于接收地面指令并发送给采集处理模块(9)以及将采集处理模块(9)的井斜方位数据发送给地面系统；所述重力加速度计(3)、磁通门(4)、通讯模块(8)、采集处理模块(9)置于金属绝热瓶(2)内，其中通讯模块(8)、采集处理模块(9)由集成电路模块构成。另外，重力加速度计(3)、磁通门(4)、通讯模块(8)、采集处理模块(9)集成在一块集成电路板6上，该电路板的供电电源为+5伏直流电。采用这样的结构，可以减少功耗，提高井斜方位测井仪的耐高温性、可靠性和精确性。

Description

一种井斜方位测井仪

技术领域

本发明涉及一种用于测量倾斜角和方位角的测井仪，特别涉及探矿钻井中的井倾斜角和方位角的测井仪器。

背景技术

井斜方位测井仪是一种连续准确的测量井眼倾斜角和方位角的仪器。目前，国内常用的测井系列为ECLIPS 5700，EX2CELL 2000和HH2530三大系列，这三个系列各自的井斜方位仪分别为4401XA，SDDT，BDS-IB。这三种井斜方位仪都是基于石英饶性加速度计和磁通门设计的测量井眼走向的仪器。三种井斜方位仪挂接的测井系统各不相同，数据传输方式也不同，但基本的工作原理相同：加速度计和磁通门输出六个模拟信号分别经六道滤波电路，进入多路采样开关电路。多路采样开关根据由CPU产生的地址码对六个信号进行选通，输出串行信号至A/D转换电路。CPU提供时钟和转换的开始地址给A/D转换器，转换完成后的数据由CPU处理并通过遥测短节传至地面系统。这样的井斜方位测井仪大量采用中小规模集成元器件，器件使用多而体积大，因此仅仅是将部分电路装入金属绝热瓶内，然后再密封在一个金属承压外壳内，而其他电路则无法封装在金属绝热瓶内来实现高温保护功能。另外，现有的井斜方位测井仪的供电电源有+5伏电源、+12伏电源、-12伏电源，功耗大，导致瓶内温度升高很快。以上现有技术存在的两个问题，影响了整个井斜方位测井仪的耐高温性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温性能更好的井斜方位测井仪，能更好地解决电路体积大不能完全放入金属绝热瓶从而导致整个仪器耐高温性能差以及功耗大导致金属绝热瓶内温度升高过快的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种井斜方位测井仪，包括壳体及设置在壳体内的以下部件：金属绝热瓶；测量井下重力场场强的重力加速度计；测量井下磁场场强的磁通门；连接重力加速度计和磁通门的采集处理模块，用于接收并处理重力加速度计和磁通门输出信号得到井斜方位数据；连接采集处理模块的通讯模块，用于接收地面命令并发送给采集处理模块同时将采集处理模块的井斜方位数据发送给地面系统；重力加速度计、磁通门、通讯模块、采集处理模块置于金属绝热瓶内，其中通讯模块和采集处理模块由集成电路模块构成。

该井斜方位测井仪的重力加速度计、磁通门、通讯模块、采集处理模块还可以集成在一块集成电路板上。

该井斜方位测井仪还包括向金属绝热瓶内的通讯模块和采集处理模块提供+5伏直流电的供电模块。

该井斜方位测井仪还包括位于金属绝热瓶内的温度传感器，该温度传感器连接采集处理模块(9)。

该井斜方位测井仪的采集处理模块由两块MSC1210芯片构成。

该井斜方位测井仪的通讯模块可以由两块PSOC芯片构成。

该井斜方位测井仪的重力加速度计和磁通门可以合成在一起。

该井斜方位测井仪的温度传感器可以设置在MSC1210芯片中。

PSOC芯片具有连接重力加速度计(3)和磁通门(4)直流电源端的直流供电端。

PSOC芯片还具有连接重力加速度计(3)和磁通门(4)激磁电源端的激磁供电端。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果在于：由于重力加速度计、磁通门、采集处理模块、通讯模块完全置于金属绝热瓶内，从而可提高井斜方位测井仪的耐高温性能，进而增强井斜方位测井仪的精确性、可靠性。又由于金属绝热瓶内的通讯模块、采集处理模块的供电电源为+5伏直流电，从而降低了功耗，使金属绝热瓶内的温度上升速度变慢。

附图说明

图1是本发明实施例提供的井斜方位测井仪的剖视图；

图2是本发明实施例提供的电路原理图；

图3是本发明实施例提供的金属绝热瓶内集成电路的结构示意图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本实用新型的示意图，如图1所示，井斜方位测井仪，包括：壳体1、金属绝热瓶2、置于金属绝热瓶2内部的集成电路板6。其中集成电路板6上集成有：通讯模块8，用于接收地面命令发送给采集处理模块9同时接收采集处理模块9的井斜方位数据发送给地面系统；重力加速度计3，检测井下的重力场并输出重力场检测信号；磁通门4，检测井下的磁场场强并输出磁场检测信号；温度传感器7，检测金属绝热瓶2内的温度，得到并输出温度检测信号；采集处理模块9，用于采集重力场信号、磁力场信号和温度信号，计算处理得到井斜角和方位角等数据。重力加速度计3、磁通门4、温度传感器7连接采集处理模块9，通讯模块8连接采集处理模块9。

图2是本实用新型的电路原理图，如图2所示，重力加速度计3、磁通门4、温度传感器7采集的重力场数据、地球磁场数据、金属绝热瓶2内的温度数据输入到采集处理模块9中。采集处理模块9经过计算处理得到井斜角、方位角的相关数据并存储在内存中。通讯模块8接收到地面的命令后，转换编码后输入至采集处理模块9中，采集处理模块9根据地面命令读取出井斜角、方位角等数据后输出到通讯模块8中，通讯模块8对该数据进行编码转换后发送到地面系统。供电模块5为通讯模块8和采集处理模块9提供+5伏直流电源。

图3是本实用新型的电路结构示意图，如图3所示，通讯模块8由主PSOC芯片13和副PSOC芯片14组成，采集处理模块9由主MSC1210芯片11和副MSC1210芯片12组成。主PSOC芯片13、副PSOC芯片14、主MSC1210芯片11、副MSC1210芯片12、重力加速度计3、磁通门4集成在一块集成电路板6上。地面命令输入至主PSOC芯片13中，主PSOC芯片13将地面命令处理后输入至主MSC1210芯片11中。重力加速度计3、磁通门4、温度传感器7分别采集重力场数据、地球磁场数据、金属绝热瓶2内的温度数据并输入至主MSC1210芯片11和副MSC1210芯片12中。副MSC1210芯片12将输入的数据输出至主MSC1210芯片11中。主MSC1210芯片11计算并处理重力加速度计3、磁通门4、温度传感器7采集的数据计算处理后得到井斜角、方位角等数据并存储在内存中。主MSC1210芯片11根据地面命令将上述得到的数据输入至主PSOC芯片13中，主PSOC芯片13对该数据加工处理转换编码后发送至地面系统。主PSOC芯片13同时给重力加速度计3和磁通门4提供直流电源，副PSOC芯片14给重力加速度计3和磁通门4提供激磁电源；集成电路板6的工作电压为+5V；温度传感器7由MSC1210芯片内的二极管提供。

工作时，本实用新型直接挂接在5700测井系统上。

5700测井系统的主要部分由井下仪器和地面系统两部分组成。地面和井下信号的传输方式为电缆传输，井下仪器完成数据的测量和采集，把计算处理后的结果传输到地面，地面系统对井下传上来的信息进行接收、处理、显示等。

5700WTS遥测系统调制编码方式采用Manchester编码。M2命令和M2、M5、M7数据都是Manchester编码，但在电缆上传输的信号是AMI Manchester编码。这是因为AMI Manchester编码有两个优点。首先，AMI Manchester编码的电压不全在高值状态，故较Manchester编码的功率小。其次，AMI Manchester编码的波形接近正弦波，这样使得信号中的高频谐波成分较Manchester编码大大减少，因而信号的畸变较小，所以误码率较曼切斯特码低。

井下仪下井之后，地面系统不断向井下仪发送M2命令，M2命令经过远距离有限带宽的传输之后，到井下有严重的变形，所以要通过3514通讯短节的整形之后方能输入到井下仪中。3514通讯短节中还有一个供电模块5，将地面传送过来的电压转换成一+5伏直流电压，然后通过电缆将此电压提供给金属绝热瓶2内的集成电路板6。

井斜方位测井仪的通讯模块8接收地面命令并将其由AMI Manchester编码转换成Manchester码。电缆上传输的信号是AMI Manchester编码，需要将其转换成Manchester编码。本实施例中，通过设定主PsoC芯片13的PGA将来自地面的AMI Manchester波形放大8至256倍，然后通过设定主PsoC13的通用模拟块为迟滞比较器，将放大后的AMI Manchester码转换为Manchester码。地面命令转换成Manchester码之后，输入到采集处理模块9中。

采集处理模块9将通讯模块8输入的已转换成Manchester码的地面命令转换成16位的数据包。将主MSC1210芯片11中的2个TIMER一个设定为边沿捕获另一个设定为高电平记数，即可以得到一系列的周期和脉宽值，然后按照中点跳变的方向，计算出Manchester码数据流所代表的16位数据。

采集处理模块9从16位的地面命令数据包中解析出地面指令。16位的数据包前八位是地址，后八位是命令。采集处理模块首先判断数据包中的地址是否是井斜方位测井仪对应的地址，如果不是，则不对命令做处理。相反如果判断地面命令是发给井斜方位测井仪的，则根据命令进行相应的处理。

采集处理模块9采集并处理重力加速度计3、磁通门4、温度传感器7的输出信号，计算处理后得到井斜角、方位角等数据。采集处理模块9采集7路信号数据，分别是磁通门4输出的三个轴向上的磁场场强分量、加速度计3输出的三个轴向上的重力场分量以及温度传感器7输出的温度信号。采集处理模块9首先通过A/D转换器对温度传感器7、磁通门4、重力加速度记3输出的信号进行连续采样，采样率为1毫秒，然后通过软件算法对转换为数字量的采样信号进行计算处理，用温度传感器7采集的金属绝热瓶2内的温度数据补偿磁通门4和重力加速度计3采集的数据，并将计算处理后得到的井斜角、方位角等数据存储在数据存储器中。

采集处理模块9根据地面命令把数据存储器中的井斜角、方位角等数据发送到通讯模块8中。如果地面命令是回传数据，则采集处理模块9从存储器中读出数据，然后利用MSC1210芯片11中的PWM功能，设定其周期和脉宽，并随时根据编码的二进制数，调整周期和脉宽的设定，便可产生出非常标准的20位Manchester编码数据流。采集处理模块9将Manchester码的回传数据发送到通讯模块8中。

通讯模块8把回传数据转换成AMI Machester码发送至地面。设定主PsoC芯片13之中的COUNTER，组成一个5微妙和2个2.5微妙的单稳态，这样每当Manchester的电平跳变时触发便生成了AMI Manchester。通讯模块8将AMI Manchester码的回传数据通过电缆发送至地面系统。

通讯模块8除了完成收发命令和数据的功能外，还为磁通门4和重力加速度计3提供直流电源和激磁电源。主PSOC芯片13具有连接重力加速度计3和磁通门4激磁电源端的激磁供电端，副PSOC芯片14具有连接重力加速度计3和磁通门4直流电源端的直流供电端。重力加速度记3和磁通门4工作时，需要一个外部的激磁电源，激磁电源的波形可以为正弦波或方波。设定副PsoC芯片14的COUNTER产生977Hz的方波，还可以设定副PsoC芯片14的通用模拟块为977Hz的带通，即可产生977Hz的正弦波。此正弦波或方波输入至重力加速计3和磁通门4的激磁电源端，为其提供激磁电源。设定主PsoC芯片13的通用模拟块为斩波放大器，即可产生直流电源。该直流电源输入至重力加速度计3和磁通门4的直流电源端为加速度计3和磁通门4提供直流电压。

综上所述，本实用新型通过把通讯模块8、采集处理模块9、磁通门4、重力加速度计3、温度传感器7集成在一块集成电路板6上并封装在金属绝热瓶2内，从而提高了井斜方位测井仪的耐高温性、增强了仪器的可靠性和精确性。另外本实用新型的金属绝热瓶2的通讯模块8、采集处理模块9的供电电源为+5伏直流电，功耗小，从而保证了金属绝热瓶2内的温度升高不会过快，进一步增强了井斜方位测井仪的耐高温性。

尽管上文对本实用新型进行了详细说明，但是本实用新型不限于此，本技术领域技术人员可以根据本实用新型的原理进行各种修改。因此，凡按照本实用新型原理所作的修改，都应当理解为落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种井斜方位测井仪，包括壳体(1)及设置在壳体(1)内的以下部件：

金属绝热瓶(2)；

测量井下重力场场强的重力加速度计(3)；

测量井下磁场场强的磁通门(4)；

连接重力加速度计(3)和磁通门(4)的采集处理模块(9)，用于接收并处理重力加速度计(3)和磁通门(4)输出信号得到井斜方位数据；

连接采集处理模块(9)的通讯模块(8)，用于接收地面命令并发送给采集处理模块(9)以及将采集处理模块(9)的井斜方位数据发送给地面系统；

其特征在于：所述重力加速度计(3)、磁通门(4)、通讯模块(8)、采集处理模块(9)置于金属绝热瓶(2)内，其中通讯模块(8)和采集处理模块(9)由集成电路模块构成。

2.根据权利要求1所述的井斜方位测井仪，其特征在于：所述重力加速度计(3)、磁通门(4)、通讯模块(8)、采集处理模块(9)集成在一块集成电路板(6)上。

3.根据权利要求2所述的井斜方位测井仪，其特征在于还包括向金属绝热瓶(2)内的通讯模块(8)和采集处理模块(9)提供+5伏直流电的供电模块(5)。

4.根据权利要求1至3任一项所述的井斜方位测井仪，其特征在于还包括位于金属绝热瓶(2)内的温度传感器(7)，所述温度传感器(7)连接采集处理模块(9)。

5.根据权利要求1至3任一项所述的井斜方位测井仪，其特征在于：所述采集处理模块(9)由两块MSC1210芯片构成。

6.根据权利要求1至3任一项所述的井斜方位测井仪，其特征在于：所述通讯模块(8)由两块PSOC芯片构成。

7.根据权利要求1至3任一项所述的测井仪，其特征在于：所述重力加速度计(3)和磁通门(4)合成在一起。

8.根据权利要求5所述的井斜方位测井仪，其特征在于：所述温度传感器设置在MSC1210芯片中。

9.根据权利要求6所述的井斜方位测井仪，其特征在于：所述PSOC芯片具有连接重力加速度计(3)和磁通门(4)直流电源端的直流供电端。

10.根据权利要求9所述的井斜方位测井仪，其特征在于：所述PSOC芯片还具有连接重力加速度计(3)和磁通门(4)激磁电源端的激磁供电端。

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