随钻测井数据的存储方法及微存储器与流程

本发明涉及油气开发与勘探领域，尤其涉及一种随钻测井数据的存储方法及微存储器。

背景技术：

随钻测井与常规电缆测井的主要区别在于其数据采集的实时性，地层数据是在钻井液有轻微入侵或没有入侵的情况下获得的，因而更接近原状地层。在钻井的同时完成地层数据的测试、传输到地面、现场分析、解释，不但节约了钻井周期，而且可以指导钻井，调节钻井轨迹，完善钻井进程因此。井底的信号如何传输到地面是随钻测井技术的一个关键环节，同时也是制约随钻测井技术发展的“瓶颈”之一。

目前随钻测井根据数据传输与否分为有线方式和无线式。实时传输方式是通过各种有线或无线的数据传输方式把随钻测量的数据及时传输到地面。这种方式对指导钻井，特别是钻井时的地质导向有着非常重要的意义，但是目前各种数据传输都难以达到把井下大量数据及时有效的传输到地面。

有线传输方式包括电缆传输方式、光纤传输方式和钻杆传输方式。论文1(《智能钻柱信息及电力传输系统的研究，石油钻探技术》，2006，34(5):10-13)：电缆随钻信号传输的方法是在钻杆内部下入铠装电缆，传输信号。随着钻井深度的加深，加接单根时必须提出电缆和随钻仪器，或者是预先将电缆线穿插在钻杆内孔中。论文2(《随钻数据传输新技术》，石油仪器，2004，18(6):26-31)：光纤传输方式是将具有保护层的光纤下入到井里，从底部随钻仪器连接到地面。光纤的作用与电缆一样。论文3(《旋转导向钻井技术发展现状及展望》.石油机械，2006，34(4):66-70)：钻杆传输方式是将导体安装在钻杆内使其成为钻杆整体的一部分。装在钻杆接头的专用连接模块使整个钻柱形成电信号通道，实现数据传输。以上这些方式由于采用有线连接，其优势在于传输速度非常快，远高于无线方式。但是电缆、光纤、专用钻杆连接器都需安装在整个井筒，而钻井时，钻杆在高速旋 转，以上这些都极易损坏。因此这些现有技术多存在共同的缺点可靠性差、制作工艺相对复杂，并且经常影响正常钻井过程。以上这些现有技术在实际随钻测井生产过程中应用较少。

无线传输方式包括泥浆(即钻井液)脉冲、电磁波和声波三种。其中泥浆脉冲和电磁波方式已经应用到实际随钻测井生产，以泥浆脉冲式使用最为广泛。专利1(《一种用于随钻测量的高速传输发射装置》，公开号:201020298582.3)：泥浆脉冲信号发生器主要由泄流阀门或者节流阀构成，当阀门打开和关闭状态时，由钻柱内流向环空的钻井液流速产生变化，就会引起钻杆内的钻井液压力波产生一系列的脉冲，通过打开和关闭阀门把数据加载到这些脉冲上，就可以把数据传输到地面。但泥浆波相当于机械波，其调制方式使其速率受到很大限制，目前技术报道的最高传输速度也只能达到每秒几十位的数据，难以满足井下测量数据的快速上传。专利2(《一种随钻测量的电磁波信号传输方法及系统》，公开号:102251769a):电磁波随钻测量以地层为传输介质或以钻柱为传输导体。井下仪器将测量的数据调制到电磁波载波上，由电磁波发射器在井下发射出去，经过着各种通道传输到地面。地面检波器将检测到的调制了测量数据的电磁波信号，经过处理电路把测量数据解调出来。文献3(《声波传输测试技术在油田的应用》.测控技术,2005,24(11):76278)：是利用声波或地震波经过钻杆或地层来传输信号。声波发射系统安装在钻杆上，系统将各种测量数据调制到声波振动信号上，沿钻杆传输到地面，被安装在地面的声波接收系统接收，解调出来。声波传输和电磁波传输一样，不需要泥浆循环，实现方法简单、成本低。而其缺点是衰减太快，受环境影响很大，井眼产生的低强度信号和由钻井设备产生的声波和电磁波干扰，使探测信号非常困难，且传输速度较慢。专利3(《一种释放式随钻井下数据上传方法与系统》，公开号：201310191269.8)如图1所示，提出了一种通过在钻铤上存放微存储器的方式，钻铤内读写系统将随钻测量的数据转存到微存储器，然后定期或不定期释放微存储器，微存储器进环空跟随泥浆返回地面，也把数据带回地面。具体的，置于地面上的钻井井架20与钻机30带动钻杆40高速旋转，钻杆40带动钻头50快速向地下钻进，在地层内钻凿一个井眼70，切入地下不同的地质构造层，以探明地下地质等情况，钻杆40包括纵向流体通道60，流体通道60的出口经过钻头50的水眼51，钻杆和井壁之间形成一个环形空间80。设置在钻杆40上的井下随钻测量工具65与随钻投掷短节62连接，其通过 有线连接来获取井下随钻测量工具65实时测量得到的井下测量数据，设置在随钻投掷短节62的无线收发装置63，将获取的测量数据通过无线通信方式传输至微型无线收发模块10中。上述的这种井下测量数据采集方式，由于井下的特殊环境、尺寸限制、微存储器与钻铤内读写系统的传输方式等等，现有的各种微存储器无法使用，需要发明适应这些特殊应用环境的微存储器。

技术实现要素：

本发明提供一种随钻测井数据的存储方法及微存储器，用以解决现有技术中微存储器无法适应井下特殊环境的技术问题。

本发明一方面提供一种随钻测井数据的存储方法，包括：

充电步骤，接收随钻释放工具释放的电磁波能量，并对微控制器芯片和存储芯片进行充电；

数据获取步骤，接收随钻释放工具释放的电磁波信号，并对所述电磁波信号进行解调和译码，以获取数据；

数据读取步骤，利用微控制器芯片读取数据，并将所述数据传送至存储芯片；

数据存储步骤，利用存储芯片存储数据。

进一步的，充电步骤具体包括：

将接收到的电磁波能量经过处理，以获得直流电压；

利用直流电压对微控制器芯片和微存储芯片进行充电。

本发明另一方面提供一种微存储器，包括：

射频前端芯片、微控制器芯片和存储芯片，微控制器芯片通过数据总线分别与射频前端芯片和存储芯片相连；

其中，射频前端芯片用于为微控制器芯片和存储芯片提供电源，并对接收到的电磁波信号进行解调和译码，以获取数据；

微控制器芯片用于读取从射频前端芯片传送过来的数据，并将数据发送给存储芯片；

存储芯片用于存储数据。

进一步的，射频前端芯片包括内部电路，所述内部电路上设置有射频输入端、电源输入端、电源输出端和数据输出端；

其中，内部电路用于对接收到的电磁波信号进行解调和译码，以获取数据， 同时，对接收到的电磁波能量进行处理，以获得直流电压；

射频输入端用于接收电磁波信号；

电源输入端用于接收电磁波能量；

电源输出端用于将直流电压输出至微控制器芯片和存储芯片；

数据输出端用于将内部电路获取的数据输出至微控制器芯片。

进一步的，还包括：并联的接收射频线圈和匹配电容，其中，接收射频线圈一端与射频输入端相连，另一端与电源输入端相连。

进一步的，还包括充电电容，所述充电电容一端接地，另一端与接收射频线圈和电源输入端相连。

进一步的，还包括稳压电容，所述稳压电容一端接地，另一端与电源输出端相连，用于为微控制器芯片和存储芯片提供稳定直流电压。

进一步的，存储芯片包括带电可擦可编程只读存储芯片或者flash芯片。

进一步的，内部电路包括封装在内部电路外的环氧树脂层。

本发明提供的随钻测井数据的存储方法及微存储器，利用随钻释放工具释放的电磁波能量来对微控制器芯片和存储芯片进行充电，充电完成以后，微控制器芯片和存储芯片都将启动并开始工作，微存储器对接收到电磁波信号进行解调和译码，译码出的数据就是随钻释放工具发射的随钻测量数据，微控制器芯片再将这些数据读取并转存到存储芯片中。

利用随钻释放工具释放的电磁波能量来对微控制器芯片和存储芯片进行充电，可以使微存储器不需要自带电池，有利于减少微存储器的体积，解决了现有的微存储器由于体积的限制无法在井下应用的缺陷。此外由于微存储器跟随随钻释放工具下到井底之后将无法更换电池，此时电池的容量将限制微存储器的工作时间，本发明中利用电磁波能量来对微存储器进行充电，很好解决了这个问题。同时，利用微控制器芯片进行随钻测量数据的读取，再将随钻测量数据存储到存储芯片中，由于存储芯片的容量可根据实际情况进行选择，因此本发明中的微存储器完全可以满足随钻数据传输的要求。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为现有技术中通过在钻铤上存放微存储器的结构示意图；

图2为根据本发明实施例一的随钻测井数据的存储方法流程示意图；

图3为根据本发明实施例二的微存储器结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例一

本实施例的执行主体为本发明提供的微处理器。

图2为根据本发明实施例一的随钻测井数据的存储方法流程示意图；如图2所示，本实施例提供一种随钻测井数据的存储方法，包括：

充电步骤101，接收随钻释放工具释放的电磁波能量，并对微控制器芯片和存储芯片进行充电。

具体的，随钻释放工具包括发射射频线圈，用于向微存储器发送电磁波能量，以对微存储器的微控制器芯片和存储芯片进行充电，同时还用于将随钻测量数据通过电磁波的形式发送给微存储器。微存储器中存储随钻测量数据，随钻释放工具会定时向环空投掷该微存储器，微存储器返回地面，会把随钻测量数据带回到地面，从而实现随钻井下数据的快速上传。

数据获取步骤102，接收随钻释放工具释放的电磁波信号，并对所述电磁波信号进行解调和译码，以获取数据。

具体的，对微控制器芯片和存储芯片充电完成以后，微控制器芯片和存储芯片都将启动并开始工作。微存储器将在微控制器芯片的控制之下，对接收到电磁波信号进行解调和译码，译码出的数据就是随钻释放工具发射的随钻测量数据。

数据读取步骤103，利用微控制器芯片读取数据，并将所述数据传送至存储芯片。

具体的，微控制器芯片再将上一步骤中的这些随钻测量数据读取并转存到存储芯片中，存储芯片的存储容量可根据现有的各类eeprom、flash芯片进行选择。

数据存储步骤104，利用存储芯片存储数据。

具体的，现有的存储芯片的容量完全可以满足随钻传输的要求，可根据实际情况选择存储芯片。

本实施例中的随钻测井数据的存储方法，利用随钻释放工具释放的电磁波能量来对微控制器芯片和存储芯片进行充电，可以使微存储器不需要自带电池，有利于减少微存储器的体积，解决了现有的微存储器由于体积的限制无法在井下应用的缺陷。此外由于微存储器跟随随钻释放工具下到井底之后将无法更换电池，此时电池的容量将限制微存储器的工作时间，本发明中利用电磁波能量来对微存储器进行充电，很好解决了这个问题。同时，利用微控制器芯片进行随钻测量数据的读取，再将随钻测量数据存储到存储芯片中，由于存储芯片的容量可根据实际情况进行选择，因此采用本发明中的微存储器完全可以满足随钻数据传输的要求。

进一步的，充电步骤101具体包括：

将接收到的电磁波能量经过处理，以获得直流电压；

利用直流电压对微控制器芯片和微存储芯片进行充电。

具体的，将接收到的电磁波能量经过微处理器的内部电路处理，从而获得直流电压，利用直流电压对微控制器芯片和微存储芯片进行充电。可以使微存储器不需要自带电池，有利于减少微存储器的体积，解决了现有的微存储器由于体积的限制无法在井下应用的缺陷。而且可以对微控制器芯片和微存储芯片进行实时充电，方便快捷。

实施例二

图3为根据本发明实施例二的微存储器结构示意图；如图3所示，本实施例提供一种微存储器，包括：射频前端芯片600、微控制器芯片700和存储芯片存储芯片800，其中，微控制器芯片700通过数据总线901分别与射频前端芯片600和存储芯片存储芯片800相连；射频前端芯片600用于为微控制器芯片700和存储芯片存储芯片800提供电源，并对接收到的电磁波信号进行解调和译码，以获取数据；微控制器芯片700用于读取从射频前端芯片600传送过来的数据，并将数据发送给存储芯片存储芯片800；存储芯片存储芯片800用于存储数据。

进一步的，射频前端芯片600包括内部电路，所述内部电路上设置有射频输入端601、电源输入端602、电源输出端603和数据输出端604；

其中，内部电路用于对接收到的电磁波信号进行解调和译码，以获取数据，同时，对接收到的电磁波能量进行处理，以获得直流电压；射频输入端601用于接收电磁波信号；电源输入端602用于接收电磁波能量；电源输出端603用于将 直流电压输出至微控制器芯片700和存储芯片存储芯片800；数据输出端604用于将内部电路获取的数据输出至微控制器芯片700。

进一步的，微存储器还包括：并联的接收射频线圈和匹配电容，其中，接收射频线圈一端与射频输入端601相连，另一端与电源输入端602相连。接收射频线圈与匹配电容并联形成谐振电路，可提高电磁波信号的接收效率。

进一步的，微存储器还包括充电电容，所述充电电容一端接地，另一端与接收射频线圈和电源输入端602相连。充电电容用于提供电源，并通过电源输入端602输入至射频前端芯片600中。

进一步的，微存储器还包括稳压电容，所述稳压电容一端接地，另一端与电源输出端603相连，用于为微控制器芯片700和存储芯片存储芯片800提供稳定直流电压。

进一步的，存储芯片存储芯片800包括带电可擦可编程只读存储芯片存储芯片800或者flash芯片。

进一步的，内部电路包括封装在内部电路外的环氧树脂层。使用环氧树脂层对微存储器的内部电路进行封装，可以在保护微存储器的电路系统的同时，又不影响电磁波信号的传输。

具体的，随钻释放工具100上的发射射频线圈200，首先向微存储器90发射电磁波信号，微存储器90中的接收射频线圈300接收到该电磁波信号，并经过匹配电容400提高接收效率。接收射频线圈300与匹配电容400并联形成谐振电路，该电路的两端分别接到射频前端芯片600的射频输入端601和电源输入端602，电源输入端602还与充电电容500的一端连接，充电电容500的另一端接地1000。射频输入端601为电磁波信号传输的接入端，电源输入端602为电磁波能量的接入端。电源输入端602接收到的电磁波能量经过到射频前端芯片600内部电路的处理后，通过电源输出端603输出，并连接到稳压电容900稳压得到稳定的直流电压，然后直流电压输出到微控制器芯片700和存储芯片800，为其提供电源，保证其稳定工作，以上过程即完成了随钻释放工具100对微存储器90的充电。

以上充电过程为无线充电，且简单方便快捷，能够随时充电，由于微存储器90不需要带电池，减少了微存储器90的体积。以现有电池技术为例，现有能够满足应用最小的钮扣电池直径超过10mm，厚度0.5mm，这样的尺寸如果集成在 微存储器90中，将显著增加其体积，不利于其存储在随钻释放工具100当中。此外由于钮扣电池的容量较小，使用时间也会受到限制，而本发明中的微存储器没有这种限制，可以随时充电。

充电完成以后，数据微存储器90中的微控制器芯片700和大容量微存储芯片800都将启动。在微控制器芯片700的控制之下，射频前端芯片600将对接收射频线圈300接收到电磁波信号进行解调和译码，译码出的数据就是随钻释放工具100发射的随钻测量数据。微控制器芯片700通过数据总线901将随钻测量数据从射频前端芯片600中的数据输出端604读取到微控制器芯片700的内存当中。微控制器芯片700再通过数据总线901将存在内存当中的随钻测量数据，传输到存储芯片800中存储起来。

本实施例中使用的存储芯片800的容量为1mbit。在微控制器芯片700和随钻释放工具100的配合下，经过多次的数据发射、接收、转存，最终将1mbit的随钻测量数据从随钻释放工具100中传输到存储芯片800当中，从而完成整个随钻测量数据的传输过程。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。