一种随钻录井的控制装置及其控制方法与流程

本发明属于随钻录井技术领域，具体涉及一种随钻录井的控制装置及其控制方法。

背景技术：

测量钻井过程中的固体、液体、气体等井筒返出物信息的过程称为录井。录井能够指导钻井过程或者作为底层油气含量的分析依据等。岩屑录井和荧光录井等传统的录井方式主要在地面上进行，即需要钻井液将井下信息带到地面进行检测。传统的录井方式所获得的井下信息具有时间上的滞后性、效率低。因此，很多学者提出了随钻录井技术。所谓随钻录井是指将录井仪器集成在钻铤内部，在钻头附近对井下数据进行检测，并通过遥传技术将井下信息反馈到地面。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种随钻录井的控制装置及其控制方法。

本发明一种随钻录井的控制装置包括控制模块、电机驱动器、液压泵、蓄电池、电源转换模块、阀体组、a/d转换器、第一抽排样装置、压力传感器和第二抽排样装置。所述的第一抽排样装置及第二抽排样装置均采用专利号为“201610437867.2”的专利中公开的“一种应用于随钻测井仪器的抽排样装置”。

所述电源转换模块的输入接口与蓄电池的输出接口相连；所述电机驱动器的驱动供电引脚与蓄电池的输出接口相连，信号供电引脚与电源转换模块的第一输出接口相连。所述a/d转换器、控制模块及压力传感器的电源输入引脚均与电源转换模块的第二输出接口相连。所述第一抽排样装置中的第一位移传感器及第二抽排样装置中的第二位移传感器均与电源转换模块的第三输出接口相连。所述的电机驱动器与控制模块相连，液压泵与电机驱动器相连。

所述的压力传感器固定在第一抽排样装置柱塞缸的入口处。压力传感器的输出引脚与a/d转换器的第一模拟量输入引脚相连，第一抽排样装置内的第一位移传感器的输出引脚与a/d转换器的第二模拟量输入引脚相连。第二抽排样装置内的第二位移传感器与a/d转换器的第三模拟量输入引脚相连。a/d转换器的第一数字量输出引脚、第二数字量输出引脚和第三数字量输出引脚均与控制模块相连。

所述的阀体组包括第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀、第四换向阀、第五换向阀、第六换向阀、第七换向阀、第八换向阀、第九换向阀、第十换向阀、第一单向阀和第二单向阀。所述第九换向阀的一个油口与钻井液相连，另一个油口与第一抽排样装置的柱塞缸相连；所述第十换向阀的一个油口与第一抽排样装置的柱塞缸相连，另一个油口与第一单向阀的输出口及第二单向阀的输入口相连；第二单向阀的输出口与油气检测模块的入口端相连；油气检测模块的出口端及第一单向阀的输入口均与第二抽排样装置的柱塞缸相连。油气检测模块的信号输出引脚与控制模块相连，控制模块与上位机通过无线信号相连。

所述的第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀、第四换向阀、第五换向阀、第六换向阀、第七换向阀和第八换向阀的压力油口均与液压泵的出油口相连，回油口均与油箱相连。所述的第一换向阀的工作油口与第一抽排样装置的活塞缸无杆腔相连；所述的第二换向阀的工作油口与第一抽排样装置的活塞缸有杆腔相连；所述的第三换向阀的工作油口与第九换向阀的第一液控端相连；所述的第四换向阀的工作油口与第九换向阀的第二液控端相连；所述的第五换向阀的工作油口与第十换向阀的第一液控端相连；所述的第六换向阀的工作油口与第十换向阀的第二液控端相连；所述的第七换向阀的工作油口与第二抽排样装置的活塞缸有杆腔相连；所述的第八换向阀的工作油口与第二抽排样装置的活塞缸无杆腔相连；第二抽排样装置中活塞缸的活塞杆作为柱塞缸的柱塞。

所述的控制模块包括控制器、时钟振荡电路、复位电路、报警指示灯、数据存储器和温度采集电路。所述的控制器选用型号为pic18f4680的单片机，所述的时钟振荡电路为控制器提供时钟信号，所述的复位电路用于使控制器回复到初始状态，所述的报警指示灯用于在异常状况下进行报警。数据存储器用于存储油气检测模块检测得到的数据。所述的温度采集电路用于检测工作温度并传输到控制器。

所述蓄电池的输出电压为直流48v，电源转换模块的第一输出接口的电压为15v，第二输出接口的电压为5v，第三输出接口的电压为24v。

所述的第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀、第四换向阀、第五换向阀、第六换向阀、第七换向阀和第八换向阀均为两位三通电磁换向阀，且电源输入引脚均与电源转换模块的第三输出接口相连，信号输入引脚均与控制模块相连。所述的第九换向阀和第十换向阀均为两位两通液控换向阀。

该随钻录井的控制装置的控制方法具体如下：

步骤一、液压泵启动，控制模块通过设定pwm的占空比控制液压泵内电机的转速，进而控制液压泵流量和压力。控制模块通过a/d转换器读取第一位移传感器和第二位移传感器的数据，从而获得第一抽排样装置与第二抽排样装置柱塞的当前位置。若第一抽排样装置的柱塞缸或第二抽排样装置的柱塞缸不在容积为零的初始位置，第一换向阀与第八换向阀通电，第一抽排样装置和第二抽排样装置回复到初始位置，第一换向阀与第八换向阀断电。

步骤二、第二换向阀与第四换向阀通电，第一抽排样装置的柱塞缸与外部钻井液连通，钻井液被吸入第一抽排样装置的柱塞缸内。

步骤三、第一位移传感器检测到被吸入的钻井液达到60～80毫升时，第四换向阀断电，第三换向阀通电，第一抽排样装置的柱塞缸与外部钻井液断开。

步骤四、压力传感器检测到被吸入的钻井液的压力降低到0.3～0.8mpa后，第二换向阀断电，第一抽排样装置停止运动，第七换向阀通电，第二抽排样装置的柱塞缸容积增大。

步骤五、第二位移传感器检测到第二抽排样装置的柱塞缸内容积达到60～80毫升时，第七换向阀断电，第二抽排样装置停止运动，第一换向阀与第五换向阀通电，第一抽排样装置的柱塞缸内的钻井液经过第二单向阀及油气检测模块进入第二抽排样装置的柱塞缸。钻井液经过油气检测模块时，油气检测模块检测出钻井液的油气含量。

步骤六、第一位移传感器检测到第一抽排样装置的柱塞缸内钻井液排尽时，第一换向阀与第五换向阀断电，第二换向阀与第六换向阀通电，第一抽排样装置的柱塞缸与第二单向阀断开，第一抽排样装置的柱塞缸容积增大。

步骤七、第一位移传感器检测到第一抽排样装置的柱塞缸内容积达到60～80毫升时，第二换向阀与第六换向阀断电，第五换向阀与第八换向阀通电。第二抽排样装置的柱塞缸内的钻井液进入第一抽排样装置的柱塞缸。

步骤八、第二位移传感器检测到第二抽排样装置的柱塞缸内钻井液排尽时，第五换向阀断电，第一换向阀与第六换向阀通电，第一抽排样装置的柱塞缸内压力上升。

步骤九、压力传感器检测第一抽排样装置的柱塞缸内的钻井液的压力升高到50～70mpa后，第四换向阀通电，第三换向阀断电，钻井液被排出第一抽排样装置的柱塞缸。

步骤十、第一位移传感器检测到第一抽排样装置的柱塞缸内钻井液排尽时，第一换向阀、第四换向阀断电，第三换向阀通电，一次油气含量检测完成。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明能够在井下完成钻井液油气含量的检测，无需将钻井液带上地面。

2、本发明在井下实现对底层信息的测量，具有实时性和高效性，解决了传统地面测量的滞后性和效率低的问题。

3、本发明将钻井液降压后送入油气检测模块，避免了高压损坏油气检测模块，保证了装置的可靠性。

附图说明

图1是本发明的信号传输示意图；

图2是本发明的油路图；

图3是本发明的控制流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种随钻录井的控制装置，包括控制模块、电机驱动器5、液压泵6、蓄电池7、电源转换模块8、阀体组9、a/d转换器10、第一抽排样装置11、压力传感器12、第二抽排样装置13。第一抽排样装置11及第二抽排样装置13采用专利号为“201610437867.2”的发明专利中公开的“一种应用于随钻测井仪器的抽排样装置”。控制模块包括控制器1以及与控制器1连接的时钟振荡电路2、复位电路3、报警指示灯4、数据存储器14和温度采集电路16。控制器1选用型号为pic18f4680的单片机，时钟振荡电路2为控制器1提供时钟信号，复位电路3用于使控制器1回复到初始状态，报警指示灯4用于在异常状况下进行报警。数据存储器14用于存储油气检测模块17检测得到的数据。温度采集电路16用于检测工作温度并传输到控制器1。

如图1所示，蓄电池7的输出电压为直流48v；电源转换模块8的输入接口与蓄电池7的输出接口相连，三个输出接口的电压分别为24v、15v和5v。电机驱动器5的驱动供电引脚与蓄电池7的输出接口相连，电机驱动器5的信号供电引脚与电源转换模块8的15v输出接口相连，控制器1、a/d转换器10及压力传感器12的电源输入引脚均与电源转换模块8的5v输出接口相连。第一抽排样装置11中的第一位移传感器及第二抽排样装置13中的第二位移传感器均与电源转换模块8的24v输出接口相连。电机驱动器5与控制器1相连，液压泵6与电机驱动器5相连。

如图1所示，压力传感器12固定在第一抽排样装置11柱塞缸的入口处，用来实时测量第一抽排样装置11柱塞缸内部的压力。压力传感器12的输出引脚与a/d转换器10的第一模拟量输入引脚相连，第一抽排样装置11内的第一位移传感器的输出引脚与a/d转换器10的第二模拟量输入引脚相连。第二抽排样装置13内的第二位移传感器与a/d转换器10的第三模拟量输入引脚相连。a/d转换器10的第一数字量输出引脚、第二数字量输出引脚和第三数字量输出引脚分别与控制器1上的三个i/o口相连。

如图1和2所示，阀体组9包括第一换向阀9-1、第二换向阀9-2、第三换向阀9-3、第四换向阀9-4、第五换向阀9-5、第六换向阀9-6、第七换向阀9-7、第八换向阀9-8、第九换向阀9-9、第十换向阀9-10、第一单向阀9-11和第二单向阀9-12。第九换向阀9-9和第十换向阀9-10均为两位两通液控换向阀。第九换向阀9-9的a口与外部钻井液m相连，b口与第一抽排样装置11的柱塞缸x腔相连。第十换向阀9-10的b口与第一抽排样装置11的柱塞缸x腔相连，a口与第一单向阀9-11的p2口及第二单向阀9-12的p1口相连。第二单向阀9-12的p2口与油气检测模块17的入口端相连；油气检测模块17的出口端及第一单向阀9-11的p1口均与第二抽排样装置13的柱塞缸y腔相连。油气检测模块17的信号输出引脚与控制器1相连，控制器1与上位机15通过无线信号传输。

如图2所示，第一换向阀9-1、第二换向阀9-2、第三换向阀9-3、第四换向阀9-4、第五换向阀9-5、第六换向阀9-6、第七换向阀9-7和第八换向阀9-8均为两位三通电磁换向阀；第一换向阀9-1、第二换向阀9-2、第三换向阀9-3、第四换向阀9-4、第五换向阀9-5、第六换向阀9-6、第七换向阀9-7和第八换向阀9-8的电源输入引脚均与电源转换模块8的24v输出接口相连，信号输入引脚与控制器1的八个i/o分别相连。第一换向阀9-1、第二换向阀9-2、第三换向阀9-3、第四换向阀9-4、第五换向阀9-5、第六换向阀9-6、第七换向阀9-7和第八换向阀9-8的p口均与液压泵的出油口相连，t口均与油箱相连。第一换向阀9-1的a口与第一抽排样装置11的活塞缸无杆腔相连；第二换向阀9-2的a口与第一抽排样装置11的活塞缸有杆腔相连；第三换向阀9-3的a口与第九换向阀9-9的第一液控端k1相连；第四换向阀9-4的a口与第九换向阀9-9的第二液控端k2相连；第五换向阀9-5的a口与第十换向阀9-10的第一液控端k1相连；第六换向阀9-6的a口与第十换向阀9-10的第二液控端k2相连；第七换向阀9-7的a口与第二抽排样装置13的活塞缸有杆腔相连；第八换向阀9-8的a口与第二抽排样装置13的活塞缸无杆腔相连。

如图3所示，该随钻录井的控制装置的控制方法具体如下：

步骤一、蓄电池7通电，控制器1开启。液压泵启动，控制器通过设定pwm波的占空比控制液压泵内电机的转速，进而控制液压泵流量和压力。控制器1通过a/d转换器10读取第一位移传感器和第二位移传感器的数据，从而获得第一抽排样装置11与第二抽排样装置13柱塞的当前位置。若第一抽排样装置11的柱塞缸x腔或第二抽排样装置13的柱塞缸y腔不在容积为零的初始位置，第一换向阀9-1与第八换向阀9-8通电，第一抽排样装置11和第二抽排样装置13回复到初始位置，第一换向阀9-1与第八换向阀9-8断电。

步骤二、第二换向阀9-2与第四换向阀9-4通电，第一抽排样装置11的柱塞缸x腔与外部钻井液m连通，钻井液被吸入第一抽排样装置11的柱塞缸x腔内。

步骤三、第一位移传感器检测到被吸入的钻井液达到70毫升时，第四换向阀9-4断电，第三换向阀9-3通电，第一抽排样装置11的柱塞缸x腔与外部钻井液m断开，第一抽排样装置11的柱塞缸x腔内钻井液压力降低。

步骤四、压力传感器12检测到被吸入的钻井液的压力降低到0.5mpa后，第二换向阀9-2断电，第一抽排样装置11停止运动，第七换向阀9-7通电，第二抽排样装置13的柱塞缸y腔容积增大。

步骤五、第二位移传感器检测到第二抽排样装置13的柱塞缸y腔内容积达到70毫升时，第七换向阀9-7断电，第二抽排样装置13停止运动，第一换向阀9-1与第五换向阀9-5通电，第一抽排样装置11的柱塞缸x腔内的钻井液经过第二单向阀9-12及油气检测模块17进入第二抽排样装置13的柱塞缸y腔。钻井液经过油气检测模块17时，油气检测模块17检测出钻井液的油气含量。

步骤六、第一位移传感器检测到第一抽排样装置11的柱塞缸x腔内钻井液排尽时，第一换向阀9-1与第五换向阀9-5断电，第二换向阀9-2与第六换向阀9-6通电，第一抽排样装置11的柱塞缸x腔与第二单向阀9-12断开，第一抽排样装置11的柱塞缸x腔容积增大。

步骤七、第一位移传感器检测到第一抽排样装置11的柱塞缸x腔内容积达到70毫升时，第二换向阀9-2与第六换向阀9-6断电，第五换向阀9-5与第八换向阀9-8通电。第二抽排样装置13的柱塞缸y腔内的钻井液进入第一抽排样装置11的柱塞缸x腔。

步骤八、第二位移传感器检测到第二抽排样装置13的柱塞缸y腔内钻井液排尽时，第五换向阀9-5断电，第一换向阀9-1与第六换向阀9-6通电，第一抽排样装置11的柱塞缸x腔内压力上升。

步骤九、压力传感器12检测第一抽排样装置11的柱塞缸x腔内的钻井液的压力升高到60mpa后，第四换向阀9-4通电，第三换向阀9-3断电，钻井液被排出第一抽排样装置11的柱塞缸x腔。

步骤十、第一位移传感器检测到第一抽排样装置11的柱塞缸x腔内钻井液排尽时，第一换向阀9-1、第四换向阀9-4断电，第三换向阀9-3通电，一次油气含量检测完成。