一种随钻测量地面系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油勘探技术领域，具体而言，涉及一种随钻测量地面系统。
【背景技术】
[0002] 随钻测量就是在钻井过程中，完成对井底附近相关参数的连续自动测量，然后通 过泥浆脉冲将测量信息发送至地面，通过地面系统对测量信息进行采集、存储、处理、显示， 所W地面系统对整个测井过程起非常重要的作用。在国内，随钻测量技术还没有完全成熟， 过去的地面系统已经不能够满足现有随钻测量的需要。
[0003] 因为现有地面系统已经无法满足随钻测量的需要，所W开发一种应用于随钻测量 的地面系统成为了本领域技术人员追求的目标。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术的地面系统无法满足随钻测量的需要等技术问题，本发明的目 的在于提供一种随钻测量地面系统。
[0005] 为实现W上发明目的，本发明采用的技术方案如下：
[0006] 一种随钻测量地面系统，包括W下几个部分；地面接口箱、PC机、司钻显示器、立 管压力传感器、钩载传感器W及深度编码器；地面接口箱包括主控模块、深度采集模块、压 力采集模块、与PC机通信接口模块；主控模块、与PC机通信接口模块之间通过第一 USART 通信，所述主控模块与压力采集模块、深度采集模块共用一条SPI总线；所述PC机通过所述 与PC机通信接口模块、所述主控模块与地面接口箱连接，所述立管压力传感器将采集到的 信号上传至所述压力采集模块，所述钩载传感器、深度编码器与所述深度采集模块连接，所 述司钻显示器、井下探管与所述主控模块连接。
[0007] 在较佳的技术方案中，所述主控模块包括MCU、W太网PHY、第二接口电路和第H 接口电路、第一前端处理电路、电源输出控制电路、电源电流采样电路，所述MCU通过与PC 机接口模块的第一接口电路与PC机连接，所述MCU顺序通过W太网PHY、RJ45后与PC机通 信，所述MCU分别通过第二USART和第HUSART连接第二接口电路和第H接口电路，并通过 第H接口电路转发命令给司钻显示器，通过第二接口电路与井下探管通信，所述第一前端 处理电路将井下探管采集的脉冲信号上传至所述MCU，所述MCU通过电源输出控制电路为 井下探管供电，所述电源电流采样电路将提供给井下探管的电流反馈给所述MCU。
[0008] 在较佳的技术方案中，所述压力采集模块包括第二前端处理电路和双通道A/D转 换器，第二前端处理电路将从立管压力传感器接收的信号通过A/D转换器上传至SPI总线。
[0009] 在较佳的技术方案中，所述深度采集模块包括一单片机和第H前端处理电路，所 述第H前端处理电路将钩载传感器和深度编码器接收的信号上传至单片机，经单片机处理 后上传至所述SPI总线。
[0010] 在较佳的技术方案中，所述压力传感器和所述钩载传感器信号输出的电流大小为 4-20mA。
[0011] 在较佳的技术方案中，所述地面接口箱与司钻显示器、压力传感器、钩载传感器、 深度编码器的连接通过电缆转接盒进行了转接。
[0012] 在较佳的技术方案中，所述PC机和所述地面接口箱供电电源为220V市电。
[0013] 在较佳的技术方案中，所述PC机和所述地面接口箱供电电源采用UPS电源，功率 为200瓦。
[0014] 本发明用于随钻测量的地面系统，通过接口箱内主控模块控制相应的传感器、深 度编码器、井下探管、司钻显示器工作，实现了随钻测井中对井下信息的采样、处理、存储、 显示等功能，本方案结构模块化，易于实现，实用性强、稳定性高。
【附图说明】
[0015] 如图1为本发明的一种随钻测量地面系统的结构框图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。
[0017] 如图1所示，本发明的一种随钻测量地面系统包括W下几个部分；地面接口箱、PC 机、司钻显示器、立管压力传感器、钩载传感器W及深度编码器。地面接口箱包括主控模块、 深度采集模块、压力采集模块、与PC机通信接口模块；主控模块、与PC机通信接口模块之间 通过第一USART通信，所述主控模块与压力采集模块、深度采集模块共用一条SPI总线；所 述PC机通过所述与PC机通信接口模块、所述主控模块与地面接口箱连接，所述立管压力传 感器将采集到的信号上传至所述压力采集模块，所述钩载传感器、深度编码器与所述深度 采集模块连接，所述司钻显示器、井下探管与所述主控模块连接。
[0018] 地面接口箱负责将各传感器信号进行调理和处理、存储、转发，转发命令给司钻显 示器，并与井下仪器通信，转发相关命令给井下仪器，获取井下仪器的通讯数据转发给PC 机的地面处理软件。具体来讲，地面接口箱的主要功能包括：
[0019] a.采集压力传感器、钩载传感器、深度编码器数据，处理数据、将相关数据封装好 后上传给PC机；
[0020] b.转发PC机发给司钻显示器的相关命令（工具面、井斜、方位、井深、压力、日期、 时间、对话框消息等）；
[0021] C.与井下探管直连接时，转发PC机发给井下探管的相关命令W及转发井下探管 上传给PC机的相关数据（探管测试、探管配置、探管数据下载、探管电流等）。
[0022] 地面接口箱按功能可分为；主控模块、压力采集模块、深度采集模块、与PC机通信 接口模块等。其中，主控模块、压力模块、深度采集模块为H大主要模块。与PC机通信接口 模块主要是在PC机与接口箱通过USB 口或RS232串口连接时实现信号的转换。
[0023] 主控模块包括MCU、W太网PHY、第二接口电路和第H接口电路、第一前端处理电 路、电源输出控制电路、电源电流采样电路。所述MCU通过与PC机接口模块的第一接口电 路与PC机连接，所述MCU顺序通过W太网PHY、RJ45后与PC机通信，所述MCU分别通过第 二USART和第H USART连接第二接口电路和第H接口电路，并通过第H接口电路转发命令 给司钻显示器，通过第二接口电路与井下探管通信，所述第一前端处理电路将井下探管采 集的脉冲信号上传至所述MCU，所述MCU通过电源输出控制电路为井下探管供电，所述电源 电流采样电路将提供给井下探管的电流反馈给所述MCU。
[0024] 本实施例中，主控模块通过型号为STM32F107VC的MCU实现与PC机的通信控制、 与井下探管的通信控制、与司钻显示器的通信控制、与压力采集模块的通信控制、与深度采 集模块的通信控制、脉冲器及井下探管供电电源的输出控制、电源电流的AD采样、井下探 管模拟脉冲器输出波形信号X化的AD采样。为了兼顾实用性及稳定性，结合目前的技术发 展现状，MCU与PC机的通信实行可选择的双端口；第一USART和W太网接口。其中，第一 USART又被分成了两个RS232串口和两个USB接口，送部分功能由"与PC机通信接口模块" 来实现。与井下探管的通信控制通过第二USART来实现。第二USART经过第二接口电路处 理，转化为一根TSB总线。本实施例采用的通信方式为半双工通信，命令发送顿和响应顿交 替在总线上传输。井下探管包括多种设备，目前已定义的有MWD电子探管、伽马探管、电阻 率探管等。因此，TSB通信总线必须能够进行多地址通信。与司钻显示器的通信控制通过 第HUSART来实现。与压力采集模块的通信控制、与深度采集模块的通信控制通过SPI总 线及地址线来实现。MCU通过选择对应的地址线可分别与压力模块和深度模块进行通信， 可分别对其进行配置、下发命令、获取数据等。MCU还可控制脉冲器及井下探管供电电源的 输出，电源输出时采集电流的AD值。井下探管模拟脉冲器输出波形信号X化时，进行AD采 样。
[00巧]压力采集模块包括第二前端处理电路和双通道A/D转换器，第二前端处理电路将 从立管压力传感器接收的信号通过A/D转换器上传至SPI总线。其中，立管压力数据是现 场工作的主要依据，是井下与井上进行通信的载体。本实施例中，压力采集模块采用24位 双通道AD转换芯片CS5532。CS5532通信接口为SPI接口，主控MCU对其配置后，CS5532 可选择某通道进行连续AD转换。实际工作时，只有