CN215910563U - 一种智能化录井电导率传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能化录井电导率传感器，包括防爆壳体，外部连接供电电缆6，内部设有变送器；装有电导率探头的安装支架；连接防爆壳体和安装支架的连接管，电导率探头与变送器之间通过连接管内的连接线连接。电源通过变送器的控制给电导率探头供电，电导率探头针对不同电导率的泥浆感应到对应的信号，感应到的信号通过变送器处理后，输出相应的电压信号给无线通讯模块，无线通讯模块电路处理后提供传感器信号给外部的接收终端。本申请结构简单，采用感应式电导率探头，通过一系列电路处理，实时精准地监测钻井液的电导率值信息，为井场钻录工作提供重要依据，可广泛应用于钻井现场。

Description

一种智能化录井电导率传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其是涉及一种智能化录井电导率传感器

背景技术

石油工程录井技术是油气勘探开发活动中最基本的技术，是发现油气藏、评价油气藏最及时、最直接的手段，具有获取地下信息及时、多样、分析解释快捷的特点。目前，石油工程录井技术中利用电导率传感器对钻井液电导率探测采集。感应式电导率的测量原理是，在电导率探头的初级线圈上，加上20KHZ定频率的交流电压信号，在初级线圈圆周截面上感应到定频率的交流感应电动势，在交流电压的作用下周围的流体形成一个电流回路，次级线圈感应到的交流信号，通过取样电阻转化成电压信号。温度越高，电导率的值变化越大；温度越低，电导率变化变小。在录井使用规范中，将钻井液25度时的实时电导率值称为该钻井液的电导率值，所以电路板上要做到温度补偿功能，才能精准高效低测量电导率。

现在通用的电导率传感器大多都是采用模拟信号的处理方法，即现有技术存在的缺陷是：一、由于使用工业标准，致使传感器整体体积偏大，而在石油工程录井技术中需要用到众多的感应探头，这就为录井操作带来了不便。二、现有技术的传感器电路板性能不稳，温度补偿起不到作用，达不到智能化的需求。

实用新型内容

本申请要解决的技术问题是现有技术中的电导率传感器采用模拟信号的处理方法，电路性能不稳，不能起到温度补偿的作用，受外界环境影响较大，达不到现代技术智能化的要求。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种智能化录井电导率传感器，包括：防爆壳体，外部连接供电电缆，防爆壳体内部设有变送器；连接管，中空两端开通，连接管的第一端与防爆壳体可拆卸连接；安装支架，与连接管的第二端可拆卸连接，安装支架内部安装有电导率探头，电导率探头通过连接管内部的连接线变送器电性连接。

其中，变送器设有电路板，电路板包括微处理器和与微处理器连接的供电电路、电导率传感器电路和无线通讯模块电路。供电电路连接电源切换电路，电源切换电路分别与电导率传感器电路和微处理器连接，用于述电导率稳定的交流电源；电导率传感器电路包括温度补偿电路、滤波放大电路，温度补偿电路的作用是微处理器接收电导率探头测得的温度信号进行模数/数模转换，并对被测温度下钻井液的电导率进行温度校正，补偿到钻井液25℃时的电导率值；滤波放大电路的作用是电导率探头的次级线圈感应到的信号通过依次连接的预放模块、调解器和运算放大器从而进行整形、放大处理；微处理器设有信号处理电路，作用是接收电导率传感器电路输出的信号进行模数/数模转换输出对应的低电压信号；无线通讯模块电路，用以接收微处理器输出的低电压信号进行处理后向外部的接收终端发送。

根据本申请的实施例，连接管为伸缩管，伸缩管包括第一安装管、第二装管和能够使第一安装管相对第二安装管移动的快速接头，第一安装管的一端固定安装有所述快速接头，第二安装管一端外侧位于快速接头的内部。

根据本申请的实施例，连接管的第一端与防爆壳体可通过转接头连接，转接头与连接管和防爆壳体的连接处均可设有O型密封圈。

根据本申请的实施例，连接管的第二端可与安装支架通过螺纹连接。

根据本申请的实施例，本申请的传感器还可通信连接接收终端，接收终端包括显示屏。

根据本申请的实施例，微处理器可为微控制器单片机。

根据本申请的实施例，无线通讯模块电路可采用ZigBee无线通信协议。

根据本申请的实施例，电动率探头外部可安装有探头保护装置。

根据本申请的实施例，电导率传感器探头内设有热敏电阻，热敏电阻通过连接线与变送器电性连接。

根据本申请的实施例，微处理器还连接有用于电路复位的复位电路。

与现有技术相比，本申请的录井电导率传感器具有以下有益效果：

1.本实用新型能实时采集钻井液的电导率值，并将电导率传感器的输出电压信号进行处理、发送到接收终端，达到对钻井液电导率的实时监测，为井场录井工作提供重要依据。

2.无需通过现场布线，减少了为进行传感器信息采集、传输而进行的大量准备工作，提高了石油钻录现场的工作效率，降低了工作成本。

3.采用防爆壳体，壳体密封性好，对变送器模块起到很好的保护作用，并能使本申请的传感器能适应外界恶劣的环境，提高传感器的寿命并加强适用性。

4.本实用新型采用可伸缩的连接管，不仅起到连接、保护线缆的作用，而且连接管可伸长可缩短能适应具体的操作现场的要求。

5.本实用新型的电导率感应探头外部安装保护罩，可避免传感器探头碰撞管道侧壁等地方，防止传感器探头损坏。

6.本实用新型的微处理器采用微控制单片机，占用体积小，集成度高。

7.本实用新型的电路板采用高度集成的电路芯片，测量效果精准高效。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本申请的一些实施例，而非对本申请的限制。

图1为本实用新型录井电导率传感器的一个实施例的主视图；

图2为本实用新型录井电导率传感器的另一个实施例的主视图；

图3为本实用新型录井电导率传感器的工作原理框图。

附图标记说明如下：

1.防爆壳体，

2.连接管，

3.转接头，

4.安装支架，

5.电导率探头，

6.电缆，

7.插头。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

图1为本实用新型录井电导率传感器的一个实施例的主视图，图2为本实用新型录井电导率传感器的另一个实施例的主视图，图3为本实用新型录井电导率传感器的工作原理框图。

如图1、图2所示，本实用新型申请的录井电导率传感器，包括防爆壳体1、连接管2和安装电导率探头5的安装支架4，防爆壳体1和安装支架4分别安装在连接管2的两端。电源通过防爆壳体1内变送器(图中未示出)的控制给电导率探头5供电，电导率探头5针对不同电导率的泥浆感应到对应的信号，感应到的信号通过变送器处理后，输出相应的电压信号给无线通讯模块，无线通讯模块电路处理后提供传感器信号给外部的接收终端。

防爆壳体1外部连接供电电缆6，内部设有变送器，该变送器与电导率传感器探头通过线缆电性连接。变送器设有电路板，电路板为高度集成的电路芯片，包括微处理器和与微处理器连接的供电电路、电导率传感器电路和无线通讯模块电路。

进一步地，防爆壳体1采用防爆的压铸铝壳体，壳体之间的连接都采用防爆螺纹和O型密封圈，螺纹的表面设有耐高温的环氧树脂层，双重保障提高防爆壳体1的密封性。防爆壳体1设有连接电缆6线的安装口，外表面也设有相应的连接部，以用于实用时的安装连接。其中电缆6优选4芯电缆，相应地，电缆6连接的插头7为4芯航插。

进一步地，防爆壳体1的形状可以根据实际需要定制，如图1、图2所示，防爆壳体1的横截面可以为圆形或方形。

进一步地，供电电路可通过现场工业电源、可充电锂电池和太阳能电池给变送器供电。

进一步地，如图3所示，供电电路连接电源切换电路，电源切换电路分别与电导率传感器电路和微处理器连接，电源切换电路通过精密的运放器转换和线性变换，输出20KHZ定频率的交流电压，用于为电导率探头5提供稳定的驱动电源。

进一步地，如图3所示，电导率传感器电路包括温度补偿电路、滤波放大电路。温度补偿电路的作用是微处理器接收电导率探头5测得的温度信号进行模数/数模转换，并对被测温度下钻井液的电导率进行温度校正，补偿到钻井液25℃时的电导率值；滤波放大电路的作用是电导率探头5的次级线圈感应到的信号通过依次连接的预放模块、信号调解器和运算放大器从而进行整形、放大处理。其中，温度信号可由电导率探头5安装的热敏电阻做为温度传感器而采集得到。

进一步地，如图3所示，微处理器设有信号处理电路，作用是接收电导率传感器电路输出的信号进行模数/数模转换输出对应的低电压信号。微处理器可采用微控制单片机，体积小，集成度高。

进一步地，如图3所示，无线通讯模块电路用以接收微处理器输出的低电压信号进行处理后向外部的接收终端发送。无线通讯模块电路优选采用了ZigBee无线通信协议，功耗小、信号稳定。

进一步地，连接管2优选为伸缩管，伸缩管包括第一安装管、第二装管和能够使第一安装管相对第二安装管移动的快速接头，第一安装管的一端固定安装有所述快速接头，第二安装管一端外侧位于所述第快速接头的内部。这样，连接管2即起到了连接、固定安全保护的作用，且保护了线缆不受损坏，而且可伸长可收缩，能适应具体管道长短的要求。

进一步地，连接管2的第一端与防爆壳体1可通过转接头3连接，转接头3与连接管2和防爆壳体1的连接处均设有O型密封圈，提高密封性；连接管2的第二端与安装支架4通过螺纹连接，本申请对此连接不做限定，可采用本领域技术人员常用的连接方式。

进一步地，变送器通信连接接收终端，变送器输出信号经由无线通讯模块电路传输到接收终端，通过显示屏读取电导率值。

进一步地，电动率探头外部安装有探头保护装置，在组装本申请的传感器时，在安装支架4内组装探头保护装置，以免与安装支架4碰撞。

进一步地，安装支架4可选不锈钢材质制造。

进一步地，微处理器还连接有用于电路复位的复位电路。

进一步地，电导率探头5可采用CLS50环形电导率探头5，测量范围100-200mS/cm。微处理器可采用MSP430系列数字处理单片机，测量精度准。

本申请的录井电导率传感器的工作原理为：电导率探头5浸入钻井液中，在电导率探头5的原级线圈中通过20KHz的交流信号，在呈现闭合状态的钻井液中产生感应电流，再感应到电导率探头5的负级线圈，负极线国所接收信号与钻井液的电导率成正比，负极线圈接收的信号送往变送器，变送器对该信号进行温度补偿、整形、放大后输出为4～20mA的钻井液电导率直流信号。

如图3所示，本申请的录井电导率传感器的工作流程为：供电电路通过电源切换电路为电导率探头5提供稳定的驱动电路，电导率探头5针对不同电导率的泥浆感应到对应的信号，感应到的信号通过变送器处理后，输出相应的电压信号给无线通讯模块，无线通讯模块电路处理后提供传感器信号给外部的显示终端。

综上所述，本申请的录井电导率传感器具有以下有益效果：

1.本实用新型能实时采集钻井液的电导率值，并将电导率传感器的输出电压信号进行处理、发送到接收终端，达到对钻井液电导率的实时监测，为井场录井工作提供重要依据。

2.无需通过现场布线，减少了为进行传感器信息采集、传输而进行的大量准备工作，提高了石油钻录现场的工作效率，降低了工作成本。

3.采用防爆壳体1，壳体密封性好，对变送器模块起到很好的保护作用，并能使本申请的传感器能适应外界恶劣的环境，提高传感器的寿命并加强适用性。

4.本实用新型采用可伸缩的连接管，不仅起到连接、保护线缆的作用，而且连接管可伸长可缩短能适应具体的操作现场的要求。

5.本实用新型的电导率感应探头外部安装保护罩，可避免传感器探头碰撞管道侧壁等地方，防止传感器探头损坏。

6.本实用新型的微处理器采用微控制单片机，占用体积小，集成度高。

7.本实用新型的电路板采用高度集成的电路芯片，测量效果精准高效。

以上所述仅是本申请的示范性实施方式，而非用于限制本申请的保护范围，本申请的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (10)

1.一种智能化录井电导率传感器，其特征在于，包括：

防爆壳体，外部连接供电电缆，所述防爆壳体内部设有变送器；

连接管，中空两端开通，所述连接管的第一端与所述防爆壳体可拆卸连接；

安装支架，与所述连接管的第二端可拆卸连接，所述安装支架内部安装有电导率探头，所述电导率探头通过所述连接管内部的连接线与所述变送器电性连接；

其中，所述变送器设有电路板，所述电路板包括微处理器和与所述微处理器连接的供电电路、电导率传感器电路和无线通讯模块电路，

所述供电电路连接电源切换电路，所述电源切换电路分别与所述电导率传感器电路和微处理器连接，用于为所述电导率探头提供驱动电路；

所述电导率传感器电路包括温度补偿电路、滤波放大电路，所述温度补偿电路的作用是所述微处理器接收所述电导率探头测得的温度信号进行模数/数模转换，并对被测温度下钻井液的电导率进行温度校正，补偿到钻井液25℃时的电导率值；所述滤波放大电路的作用是所述电导率探头的次级线圈感应到的信号通过依次连接的预放模块、调解器和运算放大器从而进行整形、放大处理；

所述微处理器设有信号处理电路，作用是接收所述电导率传感器电路输出的信号进行模数/数模转换输出对应的低电压信号；

所述无线通讯模块电路，用以接收所述微处理器输出的所述低电压信号进行处理后向外部的接收终端发送。

2.根据权利要求1所述的录井电导率传感器，其特征在于，所述连接管为伸缩管，所述伸缩管包括第一安装管、第二装管和能够使第一安装管相对第二安装管移动的快速接头，第一安装管的一端固定安装有所述快速接头，第二安装管一端外侧位于所述第快速接头的内部。

3.根据权利要求1所述的录井电导率传感器，其特征在于，所述连接管的第一端与所述防爆壳体通过转接头连接，所述转接头与所述连接管和所述防爆壳体的连接处均设有O型密封圈。

4.根据权利要求1所述的录井电导率传感器，其特征在于，所述连接管的第二端与所述安装支架通过螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的录井电导率传感器，其特征在于，还包括与所述变送器通信连接的接收终端，所述接收终端包括显示屏。

6.根据权利要求1所述的录井电导率传感器，其特征在于，所述微处理器为微控制器单片机。

7.根据权利要求1所述的录井电导率传感器，其特征在于，所述无线通讯模块电路采用了ZigBee无线通信协议。

8.根据权利要求1所述的录井电导率传感器，其特征在于，还包括设置在所述电动率探头外部的探头保护装置。

9.根据权利要求1所述的录井电导率传感器，其特征在于，所述电导率传感器探头内设有热敏电阻，所述热敏电阻通过所述连接线与所述变送器电性连接。

10.根据权利要求1所述的录井电导率传感器，其特征在于，所述微处理器还连接有用于电路复位的复位电路。

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