专利名称：高灵敏度数显打捞指重表的制作方法
技术领域：
本发明是一种新型的钻修机监测仪表，具体涉及钻修机的大钩载荷指示仪表，即高灵敏度数显打捞指重表。
背景技术：
随着我国对石油勘探开发进程的不断深入，各大油田陆续进入了中后期开发阶段，井况变差，油田井下作业愈加复杂，修井作业的次数和技术难度不断加大。为确保油井的正常生产，修井作业成为一项重要工作，而指重表是修井作业必备仪表。目前，国内外油田修井作业所使用的指重表，主要用于对钻、修井过程中的悬重和钻压进行定性监测，当它们用于打捞钻修井过程中的井下落物时，普遍存在以下问题1、液压式机械指重表，精度较低(一般1.5% 2%)，特别容易受油温及注油油压等因素的影响，同时灵敏度较低(一般约5%。FS)，难以进行精确取值，所以只能用于对钻修井的悬重和钻压指标进行定性分析。对于一些几百公斤甚至是几十公斤的落物，作业人员通过观察指重表指针是否存在微小变化来判断打捞情况十分困难，经常出现靠碰运气而反复打捞的情况，增加了作业人员的劳动强度和施工成本。2、已有的压力变送器方式接入的数显指重表，虽然精度有了一些增加，但在一次表处将液压信号转化为4 20mA电流环，再在二次表处对长线传过来的4 20mA信号进行测量和量化，整个测量过程存在二次转换和长线传输影响，降低了总体测量精度和灵敏度，难以对轻落物打捞作业提供有效指导；此外，这种数显指重表的显示方式与操作者的长期操作习惯存在差异，实际普及程度不高。
发明内容
本发明为了克服上述现有仪表存在的问题及缺点，提供一种高灵敏度数显打捞指重表，利用钻修机目前普遍采用的机械指重表的液压传感器预留的自封快速接头，在不改变原有液压管线基础上，利用自封快速接头接入液压信号，通过一次表的测量并就地数字化后，再传送给二次表显示，高灵敏度提示大钩悬重的微小变化，并避免了二次转换和长线传输对取值的影响，确保修井打捞作业的精准高效施工。基于以上目的，本发明采用的技术方案为当需要打捞落物时，在原有液压传感器或液压管线上事先预留的自封快速接头处接入一次表(机械指重表全部都有空余的预留接口)，测量数据并就地数字化后，通过通信连接线将一次表测量的数据实时传送到二次表；通常情况下，二次表的两块LCD显示屏都显示当前悬重值，可通过按键切换进入微变指示状态，此时，下屏显示当前悬重的变化量，以指示轻落物是否可靠套接住，从而确保打捞作业的成功率。高灵敏度数显打捞指重表，包括一次表和二次表，一次表采用压力传感器测量压力值并就地数字化，一次表的电流环隔离电路通过通信连接线与二次表的输入输出接口相连，再通过输入输出接口与二次表的电流环隔离电路之间进行数据传送，二次表通过输入输出接口的电源线接入220V交流电或24V直流电，以适应不同的施工现场条件。所述的一次表主要包括压力传感器、传感器驱动信号源、参考电压源、信号放大测量电路、温度测量电路、异步通信控制电路、电源管理电路、电流环隔离电路、标定系数存储器和低功耗微控制器(MCU)；低功耗微控制器分别与传感器驱动信号源、参考电压源、信号放大测量电路、温度测量电路、异步通信控制电路、电源管理电路、标定系数存储器相连，压力传感器分别与传感器驱动信号源和信号放大测量电路相连，参考电压源分别与传感器驱动信号源、信号放大测量电路和温度测量电路相连；电流环隔离电路与异步通信控制电路相连。低功耗微控制器是一次表采样、测量、数据处理核心，主要完成传感器驱动信号源和参考电压源、温度测量、液压信号A/D转换及滤波处理、电流环通信控制等，一次表实时采样压力传感器所感应的压力值，处理后经通信连接线传送至二次表。所述的二次表主要包括微控制器、按键、异步通信控制电路、电流环隔离电路、两块IXD显示屏、两个显示驱动电路、电源管理电路、AC/DC或DC/DC电源板、输入输出接口 ； 二次表以微控制器为核心，微控制器分别连接按键、异步通信控制电路、两个显示驱动电路、电源管理电路，每个显示驱动电路驱动一块IXD显示屏，输入输出接口分别与电流环隔离电路和电源板相连，电流环隔离电路与异步通信控制电路相连，二次表通过输入输出接口外接220V交流电或24V直流电，二次表通过输入输出接口接收一次表电流环传送过来的数据包后，进行量化运算处理，并实时地在LCD显示屏上显示悬重值。二次表采用上下双IXD显示屏作为显示部件，可同时显示悬重当前值和变化值， 当通过按键切换到悬重值微变量显示模式时，二次表的上LCD显示屏继续实时显示当前悬重值，同时，以按下按键时刻的悬重值为基准值，将随后的悬重值与基准值的差值以 0. OOlX IOKN为最小分辨单位实时显示在下IXD显示屏上，提供给作业人员。二次表可通过上电时的按键选择来设定绳数，以满足不同类型的钻修井设备。一次表和二次表均采用不锈钢全密封设计，满足油田行业防水、防腐及防爆要求。本发明的主要优点为1、液压信号本地采样，数字传输，避免二次转换和长线传输对信号采样造成的误差影响，最大程度减少信号失真。采用这种方式，灵敏度可达1 ~ 2faFS，可实现对轻物打捞情况的精确判断。2、按键设定绳数，不需要开盖拨码更改绳数，配用不同钻修机设备时，也不再需要配备多种规格指重表，一表通用。3、利用现场已有的自封快速接头接入信号源，不改变原液压管线传动和连接关系，确保不会由于安装本仪表造成额外安全隐患。安装和拆卸方便简单。4、二次表采用带背光IXD屏数字显示悬重值，避免了指针式仪表的读数误差，确保取值的直观性和准确性。即使是在夜间施工，显示也足够清晰。
图1为本发明的组成框图。图2为本发明的一次表组成框图。图3为本发明的二次表组成框图。图4a、图4b、图如为本发明的一次表控制程序流程图。
具体实施例方式结合附图对本发明作进一步的描述。如图1所示，本发明包括一次表和二次表，一次表的电流环隔离电路通过通信连接线与二次表的输入输出接口相连，再通过输入输出接口与二次表的电流环隔离电路之间进行数据传送，二次表通过输入输出接口的电源线接入220V交流电或24V直流电，以适应不同的施工现场条件。如图2所示，所述的一次表主要包括压力传感器、传感器驱动信号源、参考电压源、信号放大测量电路、温度测量电路、异步通信控制电路、电源管理电路、电流环隔离电路、标定系数存储器和低功耗微控制器(MCU)；低功耗微控制器分别与传感器驱动信号源、 参考电压源、信号放大测量电路、温度测量电路、异步通信控制电路、电源管理电路、标定系数存储器相连，压力传感器分别与传感器驱动信号源和信号放大测量电路相连，参考电压源分别与传感器驱动信号源、信号放大测量电路和温度测量电路相连；电流环隔离电路与异步通信控制电路相连。低功耗微控制器是一次表采样、测量、数据处理核心，主要完成传感器驱动信号源和参考电压源、温度测量、液压信号A/D转换及滤波处理、电流环通信控制等，一次表实时采样压力传感器的感应的压力值，处理后经通信连接线传送至二次表；一次表可通过前端的自封快速接头接入到作业现场的指重表液压管线。低功耗微控制器启动传感器驱动信号源和参考电压源，给压力传感器提供稳定的激励信号，液压在压力传感器上产生的微弱电信号经放大电路提升后，经过16位A/D转换， 送回低功耗微控制器进行数字滤波处理。低功耗微控制器同时采样温度值，并将处理后的液压、温度值通过通信连接线传送至二次表。—次表为确保测量的准确，在电源电路、传感器驱动信号源、A/D转换等多环节采取了抑噪措施，在软件上采取了多重滤波处理。一次表控制程序流程图简介如下低功耗微控制器在完成自检和初始化后，分别启用定时器和异步通信两种中断， 定时器设置每Is中断，用于仪表标定处理，而后分别开启参考电压源和传感器驱动信号源，进行压力、温度采样和滤波处理，如图4b所示。在定时器中断发生时，程序将判断是否处于标定状态，是则每隔一段时间将滤波处理后的压力值和温度值存入标定系数存储器，然后中断返回，如图如所示。异步通信接收中断发生后，程序根据接收状态字依次判断当前接收字节是否符合通信协议规范，不符合协议规范则丢弃该字节并返回。在指令包完全接收后，进行指令包 CRC校验。只有当指令包校验正确时，微控制器才返回应答信息，然后中断返回。如图如所
7J\ ο如图3所示，所述的二次表主要包括微控制器、按键、异步通信控制电路、电流环隔离电路、两块LCD显示屏、两个显示驱动电路、电源管理电路、AC/DC或DC/DC电源板、输入输出接口 ；二次表以微控制器为核心，微控制器分别连接按键、异步通信控制电路、两个显示驱动电路、电源管理电路，每个显示驱动电路驱动一块IXD显示屏，输入输出接口分别与电流环隔离电路和电源板相连，电流环隔离电路与异步通信控制电路相连，二次表通过输入输出接口外接220V交流电或MV直流电，二次表通过输入输出接口接收到一次表电流
5环传送过来的数据包后，进行量化运算处理，并实时地在IXD液晶屏上显示悬重值。二次表采用防水按键作为人机交互方式，绳数设置和显示模式切换等功能通过按键实现。按键安装于二次表的前面板上，二次表在上电开始工作时，首先显示当前设定的绳数，并停留3s钟；如需要更改绳数，可在3s钟内按下按键，翻到所需的绳数值，停止操作 3s钟后，二次表将保存新设定的绳数值，并以此为基准进入悬重显示。通过按键选择绳数， 可以满足不同类型的钻修井设备。当处于悬重显示状态时，按一下按键，二次表的下LCD屏显示当前悬重的变化量，即微变指示；再按一下按键，下LCD屏退出微变指示。二次表接收到一次表传回的压力和温度值后，按照标定系数曲线，以10千牛 (10KN)为单位进行换算处理，并精确到小数点后3位，然后将最终结果显示在LCD屏上进行轻物打捞时，不论是打捞矛、打捞筒，还是强磁打捞器，这些工具在使用过程中，都需要判断在打捞工具探底前后是否存在悬重微小变化，此时，可以通过按键切换显示模式，以打捞工具探底前悬重值为基准，观察悬重值随后的微小变化量，因为本仪表的灵敏度高，0. IKN 0. 2KN的落物都能明显指示，从而确保修井打捞作业的高效性。
权利要求
1.高灵敏度数显打捞指重表，包括一次表和二次表，其特征在于一次表的电流环隔离电路通过通信连接线与二次表的输入输出接口相连，再通过输入输出接口与二次表的电流环隔离电路之间进行数据传送，二次表通过输入输出接口的电源线接入220V交流电或 24V直流电。
2.根据权利要求1所述高灵敏度数显打捞指重表，其特征在于所述的一次表主要包括压力传感器、传感器驱动信号源、参考电压源、信号放大测量电路、温度测量电路、异步通信控制电路、电源管理电路、电流环隔离电路、标定系数存储器和低功耗微控制器(MCU)； 低功耗微控制器分别与传感器驱动信号源、参考电压源、信号放大测量电路、温度测量电路、异步通信控制电路、电源管理电路、标定系数存储器相连，压力传感器分别与传感器驱动信号源和信号放大测量电路相连，参考电压源分别与传感器驱动信号源、信号放大测量电路和温度测量电路相连；电流环隔离电路与异步通信控制电路相连。
3.根据权利要求1所述高灵敏度数显打捞指重表，其特征在于所述的二次表主要包括微控制器、按键、异步通信控制电路、电流环隔离电路、两块LCD显示屏、两个显示驱动电路、电源管理电路、AC/DC或DC/DC电源板、输入输出接口 ；二次表以微控制器为核心，微控制器分别连接按键、异步通信控制电路、两个显示驱动电路、电源管理电路，每个显示驱动电路驱动一块LCD显示屏，输入输出接口分别与电流环隔离电路和电源板相连，电流环隔离电路与异步通信控制电路相连，二次表通过输入输出接口外接220V交流电或24V直流 H1^ ο
全文摘要
本发明涉及高灵敏度数显打捞指重表，包括一次表和二次表，一次表的电流环隔离电路通过通信连接线与二次表的输入输出接口相连，再通过输入输出接口与二次表的电流环隔离电路之间进行数据传送，二次表通过输入输出接口的电源线接入220V交流电或24V直流电。本发明避免二次转换和长线传输对信号采样造成的误差影响，最大程度减少信号失真，灵敏度可达，可实现对轻物打捞情况的精确判断；通过按键设定绳数，不需要开盖拨码更改绳数，一表通用；利用现场已有的自封快速接头接入信号源，不改变原液压管线传动和连接关系，确保不会由于安装本仪表造成额外安全隐患；安装和拆卸方便简单。二次表采用带背光LCD屏数字显示悬重值，避免了指针式仪表的读数误差。
文档编号E21B47/07GK102444398SQ20111028668
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者吴孝喜, 袁敦朋 申请人:武汉市欧赛石油技术开发有限公司