专利名称：钻井深度测量装置的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型涉及对钻井井深进行测量的装置，是一种钻井深度测量装置。
二背景技术：
目前，对钻井深度进行测量的装置一般包括录井仪的计算机、对绞车旋转方向识别与旋转角度测量的装置和对钻机大钩承载负荷测量的装置，钻井深度是由计算机根据测量到的钻机绞车的信号和钻机大钩承载负荷的信号以及绞车等初始状态参数并通过通用专业软件就可计算得到相对准确的钻井深度值。
在录井仪中，PC机做为主要的测量、计算、数据处理系统，需要实时处理几十项监测参数，计算几百个派生数据，实际过程中会形成计算机对大钩负荷值的测量(响应)不及时，而造成钻井井深(钻头位置)的计算误差增大，在连续钻井过程中会形成较大的累计误差，严重时，会影响录井资料的真实性。由于对大钩负荷测量信号变化响应不及时，对钻具坐卡、解卡状态制判断滞后，会使提出(下入)井筒的钻具长度(钻头位置)计算误差增大许多，使得监控数据失真，影响资料录取质量，而由此产生的资料校正与归位工作，会消耗工作人员许多时间。同时，还由于对绞车旋转方向识别与旋转角度测量的装置和对钻机大钩承载负荷测量的装置直接与计算机电联接，增加了对计算机的干扰源，容易引发计算机死机等故障，严重时钻机上的漏电事故会导致计算机的损坏，这样就影响了对钻井井深等数据的测量和记录。
现有用于对绞车旋转方向检测和对铰车旋转圈数测量的装置一般包括安装在绞车上的传感器即旋转编码器等许多电子元器件构成，其存在以下问题测量到的信号不稳定，误差较大，系统稳定性较差。
现有用于对钻机的大钩负荷进行测量的装置一般都存在误差较大、系统抗干扰能力差、不安全和稳定性能差的缺点。
三
发明内容
本实用新型提供了一种钻井深度测量装置，克服了上述现有技术存在的问题，其测量到的信号较稳定、误差较小，其系统抗干扰能力强、稳定性和安全性较好。
本实用新型的技术方案是通过以下措施来实现的一种钻井深度测量装置，其包括绞车旋转方向识别与旋转角度测量装置、钻机大钩承载负荷测量装置和微处理器；该绞车旋转方向识别与旋转角度测量装置包括旋转编码器、光电隔离芯片和鉴相倍频集成电路，旋转编码器安装在绞车上，旋转编码器的第一相脉冲信号输出端与第一相光电隔离芯片的信号输入端通过电缆电联接，第一相光电隔离芯片的信号输出端与鉴相倍频集成电路的第一相脉冲信号输入端电联接；旋转编码器的第二相脉冲信号输出端与第二相光电隔离芯片的信号输入端通过电缆电联接，第二相光电隔离芯片的信号输出端与鉴相倍频集成电路的第二相脉冲信号输入端电联接；鉴相倍频集成电路的方向识别电平脉冲信号输出端，输出绞车正转或反转的方向电平信号，鉴相倍频集成电路的旋转角度计数脉冲信号输出端，输出用于绞车的旋转角度计数的脉冲信号；该钻机大钩承载负荷测量装置包括压力传感器、电流电压转换集成电路和模拟信号-数字信号转换集成电路，压力传感器安装在钻机的大钩提升装置的死绳固定器所组成的液压传压器上，压力传感器的信号输出端与电流电压转换集成电路的输入端电联接，电流电压转换集成电路的信号输出端与模拟信号-数字信号转换集成电路的信号输入端电联接，模拟信号-数字信号转换集成电路的数字信号输出端输出测量到的钻机大钩承载负荷的数字信号；旋转角度计数脉冲信号输出端、方向识别脉冲信号输出端，分别与微处理器的计数脉冲信号输入端和微处理器的计数脉冲控制输入端电联接，钻机大钩承载负荷的数字信号输出端与微处理器的数字信号输入端电联接，微处理器有钻井深度值和初始化参数值的输出输入端。
下面是对上述本实用新型技术方案的进一步优化或/和改进上述鉴相倍频集成电路的倍频鉴相驱动时钟信号输入端可与时钟分频集成电路的信号输出端电联接。
上述时钟分频集成电路的时钟信号输入端可与时钟电路的信号输出端电联接。
上述旋转编码器的第一相电源输入端可与第一相电源调节器的输出端电联接。
上述旋转编码器的第二相电源输入端可与第二相电源调节器的输出端电联接。
上述电流电压转换集成电路的信号输出端可与模拟信号-数字信号转换集成电路的信号输入端之间串接有有源滤波集成电路。
上述压力传感器的电源输入端可与电源调节器的输出端电联接。
上述模拟信号-数字信号转换集成电路可有控制信号输出输入端，并与微处理器的控制信号输出输入端电联接。
上述微处理器的时钟输入端电接可有时钟电路。
上述微处理器的钻井深度值和初始化参数值的输出输入端电联接有与计算机的通讯接口集成电路。
本实用新型的有益效果是将原有录井仪的计算机中的钻井深度测量计算功能从计算机中分离出来，由绞车旋转方向识别及旋转角度测量装置、钻机大钩承载负荷测量装置和微处理器构成本实用新型钻井深度测量装置，并且还可通过与计算机通讯的通讯接口电路与录井仪的计算机进行有关数据的输入或输出，由于测控效率提高、对外界变化信号的响应及时性增强，因此很大程度上减小了录井仪钻井深度(钻头位置)的测量计算误差，提高了录井仪井深测量的精度，还减少了对录井仪的计算机的干扰源，并将测量前端与计算机进行了有效隔离，从而对计算机起到了有效保护作用。
四
附图1为本实用新型最佳实施例的电路原理框图，附图2为本实用新型最佳实施例中绞车旋转方向识别与旋转角度测量装置的电路图，附图3为附图2中的信号测量原理图，附图4为本实用新型最佳实施例中钻机大钩承载负荷测量装置的电路图，附图5为本实用新型最佳实施例中微处理器的电联接关系电路图，附图中的编码分别为A相为第一相，B相为第二相；Ain+为旋转编码器的第一相脉冲信号输出端的输出信号，Bin+为旋转编码器的第二相脉冲信号输出端的输出信号；A-OUT为第一相光电隔离芯片的信号输出端的输出脉冲信号，B-OUT为第二相光电隔离芯片的信号输出端的输出脉冲信号；ALE为时钟电路的信号输出端输出的时钟信号；ADO-AD7都为输出的数字信号，mA-IN为测量到的大钩负荷电流模拟信号，A/Din为模拟信号-数字信号转换集成电路的输入信号；JCLK为时钟分频集成电路输出的倍频、鉴相驱动时钟信号；U2为时钟分频集成电路，U3为鉴相倍频集成电路，U4为模拟信号-数字信号转换集成电路，U5为有源滤波集成电路，U6为电流电压转换集成电路，U7为第一相电源调节器，U8为第二相电源调节器，U9为电源调节器；P1.0为鉴相倍频集成电路的旋转角度计数脉冲信号输出端，P1.1为鉴相倍频集成电路的方向识别电平脉冲信号输出端。
五具体实施方式
本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步描述如附图1至5所示，该钻井深度测量装置包括绞车旋转方向识别与旋转角度测量装置、钻机大钩承载负荷测量装置和微处理器；该绞车旋转方向识别与旋转角度测量装置包括旋转编码器、光电隔离芯片和鉴相倍频集成电路U3，旋转编码器安装在绞车上，旋转编码器的第一相脉冲信号输出端与第一相光电隔离芯片的信号输入端通过电缆电联接，第一相光电隔离芯片的信号输出端与鉴相倍频集成电路U3的第一相脉冲信号输入端电联接；旋转编码器的第二相脉冲信号输出端与第二相光电隔离芯片的信号输入端通过电缆电联接，第二相光电隔离芯片的信号输出端与鉴相倍频集成电路U3的第二相脉冲信号输入端电联接；鉴相倍频集成电路U3的方向识别电平脉冲信号输出端P1.1，输出绞车正转或反转的方向电平信号，鉴相倍频集成电路U3的旋转角度计数脉冲信号输出端P1.0，输出用于绞车的旋转角度计数的脉冲信号；该钻机大钩承载负荷测量装置包括压力传感器、电流电压转换集成电路U6和模拟信号-数字信号转换集成电路U4，压力传感器安装在钻机的大钩提升装置的死绳固定器所组成的液压传压器上，压力传感器的信号输出端与电流电压转换集成电路U6的输入端电联接，电流电压转换集成电路U6的信号输出端与模拟信号-数字信号转换集成电路u4的信号输入端电联接，模拟信号-数字信号转换集成电路U4的数字信号输出端输出测量到的钻机大钩承载负荷的数字信号；旋转角度计数脉冲信号输出端P1.0、方向识别脉冲信号输出端P1.1，分别与微处理器的计数脉冲信号输入端和微处理器的计数脉冲控制输入端电联接，钻机大钩承载负荷的数字信号输出端与微处理器的数字信号输入端电联接，微处理器有钻井深度值和初始化参数值的输出输入端。
如附图2所示，鉴相倍频集成电路U3的倍频鉴相驱动时钟信号输入端可与时钟分频集成电路U2的信号输出端电联接，时钟分频集成电路U2的时钟信号输入端与时钟电路的信号输出端电联接，从而进一步提高测量精度。如附图2所示，旋转编码器的第一相电源输入端与第一相电源调节器U7的输出端电联接，旋转编码器的第二相电源输入端与第二相电源调节器U8的输出端电联接，对提供给旋转编码器的工作电源进行调节和过电流保护。
如附图4所示，电流电压转换集成电路U6的信号输出端与模拟信号-数字信号转换集成电路U4的信号输入端之间串接有有源滤波集成电路U5，从而增强系统的抗干扰能力。如附图4所示，压力传感器的电源输入端与电源调节器U9的输出端电联接，对提供给压力传感器的工作电源进行调节和过电流保护。如附图4所示，模拟信号-数字信号转换集成电路U4有控制信号输出输入端，并与微处理器的控制信号输出输入端电联接。如附图5所示，微处理器的时钟输入端电接有时钟电路。
如附图5所示，微处理器的钻井深度值和初始化参数值的输出输入端电联接有与计算机通讯的接口集成电路。
在本实用新型中所用的电源调节器、旋转编码器、光电隔离芯片、鉴相倍频集成电路、时钟分频集成电路、电源调节器、压力传感器、电流电压转换集成电路、有源滤波集成电路、模拟信号-数字信号转换集成电路、微处理器、时钟电路、计算机的通讯接口集成电路等电路电器元件都是采用已经公知的技术。
以上技术特征构成了本实用新型的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
本实用新型最佳实施例中绞车旋转方向识别与旋转角度测量装置的工作原理如下首先，如附图2所示，时钟电路的时钟信号输出端(ALE端)输出的时钟信号(ALK)，从时钟分频集成电路U2的时钟输入端(时钟分频电路的CLK端)输入，经时钟分频电路U2对输入信号10分频(输入信号除以10)后，从时钟分频电路U2的时钟分频信号输出端(CO端)输出的倍频、鉴相驱动时钟信号JCLK，并从鉴相倍频集成电路的时钟信号输入端(IN/CLK)输入，并作为鉴相倍频集成电路U3中逻辑电路的运行时钟，保证鉴相倍频集成电路U3中逻辑电路按照一定的时序逻辑运行；其次，如附图2和3所示，测量铰车旋转状态的旋转编码器输出的两相脉冲信号(称为第一相脉冲信号Ain+和第二相脉冲信号Bin+)，由电缆传送到光电隔离芯片进行光电隔离，经光电隔离芯片元件隔离后的输出信号A-OUT和B-OUT鉴相倍频集成电路U3的输入端，从而减少或避免了对鉴相倍频集成电路的干扰和保护作用；然后，如附图3所示，由鉴相倍频集成电路U3中的逻辑电路根据输入的信号进行逻辑运算，从鉴相倍频集成电路U3的鉴相输出端(P1.1)输出绞车正转或反转的用于控制计数器计数方向的鉴相信号(如高电平为正转，低电平为反转)，鉴相倍频集成电路U3内的时钟(固定频率的脉冲信号串)驱动鉴相倍频集成电路U3内的倍频逻辑电路对输入的两相脉冲信号的每一项脉冲信号进行四倍频运算，从鉴相倍频集成电路U3的计数输出端(P1.0)输出绞车旋转角度进行计数的脉冲信号；这样就实现了对绞车正转或反转的方向的准确判，也实现了对绞车旋转角度的相对准确的测量。
本实用新型最佳实施例中钻机大钩承载负荷测量装置的工作原理如下首先，如附图4所示，测量大钩负荷的压力传感器将测量到的大钩压力信号变换为电流信号，由电缆传送到的电流电压转换集成电路U6的信号输入端(第3端(mA_IN端))，在电流电压转换集成电路U6内变换为电压信号；从电流电压转换集成电路U6的信号输出端(第14、15端)输出到由运算集成放大器组成的有源滤波器集成电路U5；而有源滤波器集成电路U5输出的电压信号，从模拟信号-数字信号转换集成电路U4的电压信号输入端(1端(电压信号输入))输入，输入的电压信号在模拟信号-数字信号转换集成电路U4中转换为表示电压信号的数字量，从模拟信号-数字信号转换集成电路U4的数字数据输出端(ADO朅D7)输出，这样就完成了对大钩承载负荷相对准确的测量。
本实用新型最佳实施例中微处理器的工作原理如下首先微处理器根据测量到的钻机绞车的信号和钻机大钩承载负荷的信号以及绞车等初始状态参数并通过通用专业软件就可计算得到相对准确的钻井深度值，其次将得到的钻井深度值通过与计算机通讯的接口集成电路和录井仪的计算机电联接而将其录入计算机内，同时还可以通过计算机来给微处理器设定输入初始化参数值。这样就减少了录井仪的计算机干扰源，并将测量前端与计算机进行了有效隔离，从而对计算机起到了有效保护作用，也使录井仪的计算机保持了正常安装的工作。
权利要求1.一种钻井深度测量装置，其特征在于包括绞车旋转方向识别与旋转角度测量装置、钻机大钩承载负荷测量装置和微处理器；该绞车旋转方向识别与旋转角度测量装置包括旋转编码器、光电隔离芯片和鉴相倍频集成电路，旋转编码器安装在绞车上，旋转编码器的第一相脉冲信号输出端与第一相光电隔离芯片的信号输入端通过电缆电联接，第一相光电隔离芯片的信号输出端与鉴相倍频集成电路的第一相脉冲信号输入端电联接；旋转编码器的第二相脉冲信号输出端与第二相光电隔离芯片的信号输入端通过电缆电联接，第二相光电隔离芯片的信号输出端与鉴相倍频集成电路的第二相脉冲信号输入端电联接；鉴相倍频集成电路的方向识别电平脉冲信号输出端，输出绞车正转或反转的方向电平信号，鉴相倍频集成电路的旋转角度计数脉冲信号输出端，输出用于绞车的旋转角度计数的脉冲信号；该钻机大钩承载负荷测量装置包括压力传感器、电流电压转换集成电路和模拟信号-数字信号转换集成电路，压力传感器安装在钻机的大钩提升装置的死绳固定器所组成的液压传压器上，压力传感器的信号输出端与电流电压转换集成电路的输入端电联接，电流电压转换集成电路的信号输出端与模拟信号-数字信号转换集成电路的信号输入端电联接，模拟信号-数字信号转换集成电路的数字信号输出端输出测量到的钻机大钩承载负荷的数字信号；旋转角度计数脉冲信号输出端、方向识别电平脉冲信号输出端，分别与微处理器的计数脉冲信号输入端和微处理器的计数脉冲控制输入端电联接，钻机大钩承载负荷的数字信号输出端与微处理器的数字信号输入端电联接，微处理器有钻井深度值和初始化参数值的输出输入端。
2.根据权利要求1所述的钻井深度测量装置，其特征在于鉴相倍频集成电路的倍频鉴相驱动时钟信号输入端与时钟分频集成电路的信号输出端电联接。
3.根据权利要求2所述的钻井深度测量装置，其特征在于时钟分频集成电路的时钟信号输入端与时钟电路的信号输出端电联接。
4.根据权利要求1或2或3所述的钻井深度测量装置，其特征在于旋转编码器的第一相电源输入端与第一相电源调节器的输出端电联接。
5.根据权利要求1或2或3所述的钻井深度测量装置，其特征在于旋转编码器的第二相电源输入端与第二相电源调节器的输出端电联接。
6.根据权利要求1或2或3所述的钻井深度测量装置，其特征在于电流电压转换集成电路的信号输出端与模拟信号-数字信号转换集成电路的信号输入端之间串接有有源滤波集成电路。
7.根据权利要求1或2或3所述的钻井深度测量装置，其特征在于压力传感器的电源输入端与电源调节器的输出端电联接。
8.根据权利要求1或2或3所述的钻井深度测量装置，其特征在于模拟信号-数字信号转换集成电路有控制信号输出输入端，并与微处理器的控制信号输出输入端电联接。
9.根据权利要求1或2或3所述的钻井深度测量装置，其特征在于微处理器的时钟输入端电接有时钟电路。
10.根据权利要求1或2或3所述的钻井深度测量装置，其特征在于微处理器的钻井度深值和初始化参数值的输出输入端电联接有与计算机通讯的接口集成电路。
专利摘要一种钻井深度测量装置，其包括绞车旋转方向识别与旋转角度测量装置、钻机大钩承载负荷测量装置和微处理器；绞车旋转方向识别与旋转角度测量装置的旋转角度计数脉冲信号输出端、方向识别脉冲信号输出端，分别与微处理器的计数脉冲信号输入端和微处理器的计数脉冲控制输入端电联接，钻机大钩承载负荷的数字信号输出端与微处理器的数字信号输入端电联接，微处理器有钻井深度值和初始化参数值的输出输入端。其有益效果因测控效率提高、对外界变化信号的响应及时性增强，从而很大程度上减小了对钻井深度的测量计算误差，提高了测量的精度，还减少了对录井仪的计算机的干扰源，并将测量前端与计算机进行了有效隔离，这对计算机起到了有效保护作用。
文档编号E21B47/04GK2924002SQ20062020038
公开日2007年7月18日 申请日期2006年4月17日 优先权日2006年4月17日
发明者田文广, 蔺学华, 李学明 申请人:田文广