无线综合录井仪配套的泥浆综合参数采集装置的制作方法

文档序号:15578774发布日期:2018-09-29 06:16

本发明涉及一种信号采集装置,特别涉及一种无线综合录井仪配套的泥浆综合参数采集装置。



背景技术:

钻井过程中对密度、电导率、温度要求有着重要的意义,它是确保快速、平衡、优质安全钻井,同时为保护油气层防止油气污染有重大的意义。所以在钻井过程中自始自终要加强泥浆密度、电导率、温度参数的监测,以保证钻井的顺利进行。

由于油田现场环境复杂恶劣,对于传感器的结构要求轻便,稳定性要求较高,而且对于传感器的布线需要大量的人力物力,而且设备位置一旦改变或实际环境无法布线时,影响正常采集作业。

必须指出传统的有线录井方式,已经不能高效的支持现有的钻井技术,综合录井势必要走向无线低功耗的实现方式。目前采用简单的系统集成方式和已有的商用无线传输技术根本无法满足现场的实际需要,只有从传感器源头开始,到无线传输的所有环节,全部采用低功耗设计,但目前还没有厂商(包括国外著名品牌公司)能够突破该项技术。

而且以往的密度、电导率、温度传感器分别测量,三种传感器都需要长的杆子插入泥浆,对现场安装要求较高,故障率较高,维修麻烦;而且信号是有线传输,24V供电,其电流消耗比较大,无法对其采用电池供电,因为锂电池的正常供电电压是3.6V,需要有线传输信号,造成设备布线距离长,使用不方便,不能实现数字化信息采集。

另外,现有泥浆密度传感器采用差压膜片作为采集部件,通过挤压硅油,使得差压电容值变化,将微小的电容变化放大处理变成4~20mA电流信号输出,现场使用时由于硅油受温度影响较大,使得采集到的信号温漂大。且充油件体积较大、笨重,膜片脆弱,在泥浆池里易被泥浆冲击坏,差压膜片损坏其中任意一个就得更换整套设备,不容易维修。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题是提供一种低功耗、抗干扰能力强的无线综合录井仪配套的泥浆综合参数采集装置,该采集装置可以实现低电压供电、平均电流小于10mA,采集和处理一次可以采集密度、电导率、温度三种参数。

为解决上述技术问题,本发明提供了一种无线综合录井仪配套的泥浆综合参数采集装置,至少包括:

温度传感单元,用于收集泥浆内的温度信号;

密度传感单元,包括两个具有高度差的微压电容传感器,用于收集泥浆内不同高度的压强信号;

电导率传感单元,包括电导率线圈,用于收集泥浆内检测泥浆中金属离子的浓度;

控制单元,对电导率传感单元采集的浓度信号和密度传感单元采集的压强信号计算,通过温度传感单元采集的温度信号对浓度信号和压强信号进行补偿,得到结果信号。

采用这样的结构后,本无线综合录井仪配套的泥浆综合参数采集装置具有3.6V低电压供电、平均电流小于10mA的低功耗工作特点,可以一体化采集和处理密度、电导率、温度三参数信号。

采集密度、电导率、温度三种参数并非是将三种传感器简单叠加,本无线综合录井仪配套的泥浆综合参数采集装置可以实时的得到某一时刻的密度、电导率、温度数据,利用此刻的温度信号对测量出的密度和电导率信号进行补偿,克服原有相互独立的传感器存在的温漂问题,保证测量的精度。

而且利用微压电容传感器代替原有的差压膜片,实现降低传感器温漂、增加传感器抗干扰能力、结构轻便、维修方便的效果。

本专利技术给国内现正在研发的综合录井仪提供从传感器源头到无线传输的所有环节,全部采用低功耗无线数字化的泥浆综合参数采集装置。

为了更清楚的理解本发明的技术内容,以下将本无线综合录井仪配套的泥浆综合参数采集装置简称为本采集装置。

本采集装置的温度传感单元包括热敏电阻;采用这样的结构后,热敏电阻符合本采集装置的设计要求。

本采集装置的两个微压电容传感器分别固定在导杆上,两个微压电容传感器分布位置具有高度差;热敏电阻也固定在导杆上;采用这样的结构后,微压电容传感器和热敏电阻的布局更为合理,方便使用。

本采集装置还包括无线传输单元,用于将控制单元计算出的结果信号采用无线传输的方式发送出去;采用这样的结构后,无线传输单元可以实现本采集装置与外部设备的连通,拓展了本采集装置的适用环境。

本采集装置的控制单元还控制温度传感单元、密度传感单元、无线传输单元按时间信号进行工作或者休眠;采用这样的结构后,本采集装置可以在工作状态与休眠状态之间切换,降低本采集装置的功耗,而且实现本采集装置的高频响效果。

本采集装置的温度传感单元通过前级放大单元将收集的温度信号放大输入至控制单元;采用这样的结构后,方便温度传感单元与控制单元之间的信号传输。

本采集装置的控制单元内前置有ADC芯片模块,温度传感单元收集的温度信号通过前级放大单元输入ADC芯片模块后进行处理计算;密度传感单元收集的压强信号输入ADC芯片模块后进行处理计算。

附图说明

图1是本采集装置实施例的结构示意图。

图2是本采集装置实施例的原理框图。

具体实施方式

如图1和2所示

本采集装置包括温度传感单元、电导率传感单元、密度传感单元、控制单元、导杆1、前级放大单元和无线传输单元。

温度传感单元为市售的PT100热敏电阻3,温度传感单元可以给密度与电导率的温度补偿提供信号,密度传感单元包括两个市售的微压电容传感器4,控制单元中使用MSP430单片机,单片机前置有24位ADC芯片,前级放大单元为一组通用放大电路,无线传输单元采用433MHz的射频发射模块,用于将控制单元的单片机计算出的结果信号采用无线传输的方式发送出去,电导率传感单元为电导率线圈5。

导杆1一端设有半圆状的折弯,电导率线圈5固定在导杆1的靠近折弯处的端部,PT100热敏电阻3和两个微压电容传感器4分别通过激光焊接在导杆1上,两个微压电容传感器4上下分布,两个微压电容传感器4保持固定300mm的高度差,两个微压电容传感器4收集泥浆内不同高度的压强信号,PT100热敏电阻3处于两个微压电容传感器4之间,导杆1内留有供导线经过的空腔。

电池供电单元、前级放大单元、控制单元和无线传输单元都设置在集成电路板上,集成电路板固定在壳体2内,壳体2与导杆1上端之间密封,PT100热敏电阻3和两个微压电容传感器4分别通过导线与集成电路板连接,导线经过导杆1内的空腔,电池和稳压模块组成电池供电单元,电池供电单元是将锂电池正常工作电压(3.6V)接入稳压模块,然后转换成稳定的3.3V工作电压对本采集装置供能。

电导率线圈5收集的泥浆中金属离子的浓度信号和PT100热敏电阻3收集的温度信号通过前级放大单元和ADC芯片模块后输入至控制单元的单片机中;两个微压电容传感器4收集的压强信号通过ADC芯片后输入至控制单元的单片机中。

使用时,控制单元的单片机收到两个微压电容传感器4收集的压强信号,两个微压传感在距离固定的情况下感应不同密度泥浆的压力变化,通过密度算法(密度算法原理利用P=ρgh公式)计算泥浆的密度。

PT100热敏电阻3检测环境温度,单片机采集处理后的PT100热敏电阻3的变化,下位机软件采样不同温度下两个微压电容传感器4的差值,对其温度补偿,计算出密度。

其中,控制单元的单片机还控制温度传感单元、密度传感单元、前级放大单元、无线传输单元按时间信号进行工作或者休眠,控制原理如下:单片机启动两个微压电容传感器4、PT100热敏电阻3和电导率线圈5,压强信号经ADC芯片后传输至单片机,电导率线圈5的信号和PT100热敏电阻3的信号也通过前级放大单元传输至单片机,一段时间后(如100毫秒),PT100热敏电阻3、电导率线圈5和两个微压电容传感器4工作状态稳定后,启动433MHz的射频发射模块,将单片机处理后的信号通过无线传输,采集一段时间的稳定信号后(如100毫秒),单片机关闭温度传感单元、电导率传感单元、密度传感单元、前级放大单元、无线传输单元,实现整个本采集装置的休眠,降低能耗(休眠时间可以是800毫秒),如此往复,使本采集装置具有高频响的优点。

单片机所有配置信号都是通过SPI接口传入无线模块,实现对433MHz的射频发射模块的频段、通道、功率等配置。

本采集装置设有专门的温度补偿电路,具有输出稳定、运转平稳、使用安装方便、精度高、重复性好等优点,克服了传统的泥浆密度传感器在使用中温飘的缺点,通过工作、休眠两种方式的切换达到减低功耗,延长电池的使用时间。

以上所述的仅是本发明的一种实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干变型和改进,这些也应视为属于本发明的保护范围。

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