CN2680853Y - 井下动态监测电子短节 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于油气田测试井及生产过程中实施井下动态遥控监测的电子短节，由传感器、A/D模数转换器、单片机、时钟电路、通讯单元电路和控制单元电路构成，传感器的压力及温度测量信号端经A/D模数转换器接至单片机的对应输入端，传感器的角位移及流量测量信号和时钟电路输出端分别接至单片机的对应输入端，通讯单元电路的输出/输入端与单片机的通讯输入/输出口联通，单片机的输出端与控制单元电路的输入端相联。本实用新型的应用推广可有效解决特殊井的测试难题，提高生产效率并降低生产成本，有利于油井与油田的管理。

Description

井下动态监测电子短节

所属技术领域

本实用新型属于电变量测量装置技术领域，涉及一种用于油气田测试井及生产过程中实施井下动态遥控监测的电子短节。

背景技术

目前全国有几十万口抽油井在生产过程中均存在有各种各样的井下测试问题，其中大约1/3的井按有关规定和需要每年必须要进行诸如温度、压力及流量等井下参数的测量或常年井下动态监测，工作量相当之大。现有技术已为公知的井下动态监测装置包括分别采用双油管法、起泵测压法、临时起举法、绑扎环空电缆监测法、毛细钢管监测法及环空测试法等的常规电缆形式的监测装置。在实际应用中，受结构原理的制约，这些装置相应存在有测量参数少、精度差、工作中需多次起下二次管柱、操作难度大、现场施工不便、施工费用昂贵以及不利于油井与油田管理等缺陷。随着当今科学技术的发展，抽油井开采技术越来越新颖，而使用电缆的常规测试方法与设备已很难适应现代化油井的生产需要。为此，本领域工程技术人员近年来一直致力于寻找一种不用电缆的井下测试技术，或者又称为井下无电缆数据传输技术DNTD(Downhole Nonwire Transmitted Data)以满足现代抽油井生产的需要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺陷，进而提供一种结构性能合理、成本低、操作方便、测量精度高、应用范围广无需起泵且不用电缆即可完成井下被测参数采集处理的测试装置——井下动态监测电子短节。

在油田生产领域一般将石油井下工具或设备中的部件凡能独立构成一体者称为短节或接头，本实用新型所提供的井下动态监测电子短节是一种利用井下无电缆测试技术准确获得特殊井下动态监测的智能化测试装置，它由具有压力、温度、角位移和流量测量头的传感器以及A/D模数转换器、单片机、时钟电路、通讯单元电路和控制单元电路构成，传感器的压力及温度测量信号输出端经A/D模数转换器联接至单片机的对应输入端，传感器的角位移及流量测量信号输出端和时钟电路的输出端分别接至单片机的对应输入端，通讯单元电路的输出/输入端与单片机的通讯输入/输出口联通，单片机的输出端与控制单元电路的输入端相联。

本实用新型用于实施中，电子短节的主要任务是按测试要求采集油气井下被测参数，如压力P、温度T、角位移Φ和流量Q等。上述被测参数信号中的压力信号被传感器转换为模拟量之后，还须通过A/D模数转换器变换为数量值，再送至单片机进行编码，被编码后的压力数码信号暂存在单片机的寄存器中，并等待发送这些数码的指令，其指令可以来自工作程序，也可来自地面的控制信号；由传感器获得的流量Q等其它的参数为数字量，可以直接送单片机进行编码并贮存在单片机寄存器内。由于从寄存器中取出的编码是一种不具备发射能力的微弱电信号，因而还须将它们送至脉冲开关控制单元电路进行脉冲功率放大，如此即可将代表井下被测参数的数码信号发送至地面，使油田工程技术人员得以实时了解井下油层的动态变化情况，本实用新型的应用推广可有效解决特殊井的测试难题，为油田提高生产效率、降低生产成本开创了新途径，有利于油井与油田的管理。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例结构的电路原理示意图。

图2为该实施例用于传输井下信息的电子线路时序图。

具体实施方式

参见附图，本实用新型所述的井下动态监测电子短节由传感器1、A/D模数转换器2、单片机4、时钟电路3、通讯单元电路5和控制单元电路6构成，其中虚线左侧为井下参数的采集部分，称为数据采集电路板，在虚线右侧除有电源变换之外，主要是井下参数的信号发射部分，由其元件构成数据发送电路板。在所有电路元件中，传感器1采用北京诺金公司产CEMP-3000型传感器，它有8路信号输入口，其中4路可用于井下压力测量，用P₀、P₁、P₂、P₃表示，另有3个入口用作其它井下参数的测量，如温度T、流量Q及角位移Φ之用，剩余一个入口作为机动用途；A/D模数转换器2由型号为AD626的模数转换器构成；单片机4由189c51构成；时钟电路3由型号为Max3223/MC146818时钟芯片构成；通讯单元电路5采用单片机内置通讯模块；控制单元电路6采用具有发射线圈Col的2SK102D/IRFP258器件。实际运行时，P₀至P₃被传感器1转换的模拟量经A/D模数转换器2变换为数值量后，再送单片机189c51对数值进行二进制编码，被编码后的压力数码信号暂存在单片机的寄存器中等待发送指令，温度T、流量Q及角位移Φ等均为数字量的井下参数直接送单片机进行编码，进而也存储在寄存器中，最后各编码信号在获得相关指令后由控制单元电路6进行脉冲功率放大，将代表井下被测参数的数码信号发送至地面。

目前电子线路的单片机MCS可以完成井下参数的采集、编码及发送的控制功能，但必须在预先安排的程序控制之下才能正常运行或完成其功能任务，因此有些程序是事先写入单片机，有些程序则由用户临时输入，为此需在电路中设置有通讯模块电路5为主的用户通讯口P.C。用户通讯口P.C在此还有三个功能，其一是由于仪器在井下的测试数据直接发射至地面的同时也将这些数据改存至电路的存储器中，当仪器在井下经长期监测并返回地面后，通过P.C口将存储器内的数据回放出来，可用于同先前直接发射至地面的数据进行准确程度的对比；其二是由于整个仪器的功耗受电池容量的限制，仅能将1000～3000组井下数据直接发送至地面，而存储器可以存储几万组数据，如果仪器在井下测试完毕后，再由P.C口回放这几万组数据，尽管它是滞后的数据，但它对油田开发与管理仍然很有价值；其三是由于仪器在井下长期监测过程中可能出现各种故障，若用代码表示这类故障，如果故障出现它也将被存放在存储器中，当仪器返回地面后，也可从P.C口回放这些代码，用户据此便可了解仪器在井下工作的质量，以利于对之进一步改进。

另外，电路中的程序能否正确运行？何时采集数据？何时发送数据？除有程序控制器外，还必须有一个准确的时间，为此，本实用新型还设置有由Max3223/MC146818时钟芯片构成的时钟电路3，它和标准时间对时。

图2为该电子短节利用声波在油井钢管内分子振动来传输井下信息的电子线路时序图，井下被测资料的采集直到数码信号的发射均可由此电子线路时序图表明。图中符号A为全“1”码；B为实发二进制码；C为压力、温度时序；D为数据位；E为同步尾；H为同步头；P₁、P₂、T均为传感器。由于在实际工作中代表井下压力、温度等各种资料的二进制码信号源源不断地从井下发射至井口，这样就必须对他们有一个识别的方法。对此可在每组信号的开始处定义为同步头，与它每相隔12秒后的码信号定义为同步尾，当在地面接收到这些信号之后，只要它们之间在计算机上取得同步，就可以判定它是何时采集的何种井下资料。若把每组信号的同步头与同步尾称为识别位，则紧随其后的12个码就称为数据位，其数值代表井下被测参数的大小。时序中每个数据的间隔为10秒，这个间隔是为下一个码信号作准备，也就是为了给发射信号的大电容以一个合理的充电时间，当该间隔小于10秒时，电容器电压不能充至额定值，将导致发射信号强度不够，若充电时间过长，将浪费电池能量。现场测试结束后，在数据处理过程中如果每个码的间隔为整10秒时，也将给数据处理带来许多方便。

Claims (1)

1、一种井下动态监测电子短节，其特征在于它由具有压力、温度、角位移和流量测量头的传感器(1)以及A/D模数转换器(2)、单片机(4)、时钟电路(3)、通讯单元电路(5)和控制单元电路(6)构成，传感器(1)的压力及温度测量信号输出端经A/D模数转换器(2)联接至单片机(4)的对应输入端，传感器(1)的角位移及流量测量信号输出端和时钟电路(3)输出端分别接至单片机(4)的对应输入端，通讯单元电路(5)的输出/输入端与单片机(4)的通讯输入/输出口联通，单片机(4)的输出端与控制单元电路(6)的输入端相联。

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