一种井壁取芯电控系统的制作方法

本申请实施例涉及但不限于钻井技术，尤其涉及一种井壁取芯电控系统。

背景技术：

在井壁取芯系统中，常规的井壁取芯仪器在井下应用一个交流或直流电机，存在取芯速度无法调节与控制，容易卡钻、取芯不完整或取芯失败等弊端，更无法稳定可靠的完成大颗粒岩心的钻取。在大颗粒井壁取芯测井仪器中，由于取芯电机采用大功率直流无刷电机完成岩心的钻取，同时完成推靠钻进等功能需用到500w液压动力电机，此外，还要给井下仪器供交流电及完成上下行通讯功能，而测井目前采用长缆为7芯电缆，每根缆芯为awg20号线，电缆的缆芯数量和线号的限制，在供电上无法用原先的方法完成；同时井下仪器的电控系统完成的数据采集及控制功能比常规井壁取芯仪器更为复杂。针对一些技术中，井壁取芯仪器取芯和液压动力用一台电机，存在着不能单独调节钻进速度和钻头的转速，无法实现智能化取芯，取芯作业全凭操作人员对仪器的熟悉程度和经验判断，卡钻率高，岩心的获取率低，占用井口时间长，作业成本高。

技术实现要素：

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本公开提供了一种井壁取芯电控系统，能够在当前缆芯数量的基础上，同时满足井下交流和高压直流的供应，以及地面系统和井下电控系统相结合的智能化取芯供电系统。

本公开提供了一种井壁取芯电控系统，一种井壁取芯电控系统，包括：地面电控系统和井下仪器电控系统；所述地面电控系统，包括：地面供电及配套设备部分，其中，所述地面供电及配套设备部分包括：交流电源、直流电源、缆芯分配面板、马龙头、电缆；所述井下仪器电控系统，包括：第一电机控制驱动电路、第二电机控制驱动电路；其中：

所述马龙头的输出端和所述第一电机控制驱动电路和第二电机控制驱动电路相连，输入端通过缆芯分配面板分别连接所述交流电源和所述直流电源；

所述缆芯分配面板，设置成对所述电缆的缆芯进行功能分配；

所述第一电机控制驱动电路设置成对所述第一电机进行控制与驱动；

所述第二电机控制驱动电路设置成对所述第二电机进行控制与驱动；

其中，所述第一电机和第二电机的功率不同。

一种示例性的实施例中，所述交流电源的输出端包括：第一变压器，所述第一变压器的次级绕组具有第一中心抽头；所述第一变压器的次级绕组的两端作为所述交流电源的输出端，分别通过所述马龙头与所述电缆的第一缆芯和第二缆芯相连；

所述第一直流电源的正极输出端与所述第一中心抽头相连；

第二直流电源的正极输出端通过所述马龙头与所述电缆的第五、第六和第七缆芯相连；所述第一直流电源和所述第二直流电源的负极输出端与所述电缆的外皮相连。

一种示例性的实施例中，所述地面电控系统，还包括：控制模块和数据采集模块；其中：

所述数据采集模块，用于把所述第三缆芯、第四缆芯传输上来的井下数据转换成电平格式的数据，并将电平格式数据输入到所述控制模块；

所述控制模块，用于对所接收的电平格式数据进行处理，得到相应的执行命令，并将所述执行命令发送给所述数据采集模块以传输到井下仪器进行数据采集。

一种示例性的实施例中，所述井下仪器电控系统，还包括：井下弱电供电电路模块；

所述井下弱电供电电路模块，包括：设置成为井下提供交流电源的交流供电部分；所述交流供电部分包括：至少一个第二变压器；

所述第二变压器的初级绕组的两端与所述第一缆芯和所述第二缆芯相连；

所述第二变压器的次级绕组作为井下交流用电仪器的交流输入端；

所述第二变压器的初级绕组具有第二中心抽头；

每个所述第二变压器的次级绕组为一个或多个；

当所述第二变压器的次级绕组为多个时，所述第二变压器的不同的次级绕组输出不同电压的交流电。

一种示例性的实施例中，所述井下仪器供电部分还包括：用于为井下提供直流电源的直流供电部分；

所述直流供电部分包括：第一直流正极导线、第一直流负极导线、第二直流正极导线和第二直流负极导线；

所述第一直流正极导线的第一端与所述第二中心抽头相连，所述第一直流正极导线的第二端与所述井下第一电机的控制驱动电路相连；

所述第一直流负极导线的第一端与所述电缆的外皮相连，所述第一直流负极导线的第二端与所述井下第一电机的控制驱动电路相连；

所述第二直流正极导线的第一端与所述马龙头相连，所述第二直流正极导线的第二端与所述井下第二电机的控制驱动电路相连；

所述第二直流负极导线的第一端与所述电缆的外皮相连，所述第二直流负极导线的第二端与所述井下第二电机的控制驱动电路相连。

一种示例性的实施例中，所述井下仪器电控系统还包括：主控电路模块、井下通讯模块；

所述井下通讯模块，与所述井下弱电供电电路模块及所述主控电路模块连接，用于将地面传输下来的曼码指令转换成ttl电平的指令，并传送给主控电路模块；同时把主控电路模块传输过来的ttl电平格式的数据帧转换成曼码格式的数据帧，并利用电缆中的第三缆芯、第四缆芯传输给所述地面电控系统；

所述主控电路模块，与所述井下通讯模块连接，用于接收所述井下通讯模块所发送的命令指令，并通过rs485总线把指令传输到井下仪器各个节点电路模块中。

一种示例性的实施例中，所述井下仪器电控系统还包括：自然伽玛电路模块、井下压力测量电路模块、岩心长度测量电路模块；

所述自然伽玛电路模块，与所述井下弱电供电电路模块和所述主控电路模块连接，用于测量地层的深度位置信息，并将所测量的深度位置信息传输给所述主控电路模块；

所述井下压力测量电路模块，与所述井下弱电供电电路模块和所述主控电路模块连接，用于采集推靠压力传感器和取芯压力传感器的信号，并将所采集的信号传输给所述主控电路模块；

所述岩心长度测量电路模块，与所述井下弱电供电电路模块和所述主控电路模块连接，用于监测和确定井壁取芯所对应的井深位置数据；

所述主控电路模块，与所述自然伽玛电路模块、所述井下压力测量电路模块、所述岩心长度测量电路模块分别连接，用于接收所连接的各个电路模块所采集的数据，并组合成数据帧作为井下数据发送给所述井下通讯模块。

一种示例性的实施例中，所述直流电压包括以下一种或多种：+5v、±12v、+18v以及±24v。

一种示例性的实施例中，所述缆芯分配面板对所述电缆的缆芯进行功能分配包括：当所述直流电源包括第一直流电源和第二直流电源时，所述缆芯分配面板分配所述电缆的第一、第二缆芯传输交流电，所述第一直流电源复用交流电源所占用的第一、第二缆芯传输第一直流电源的直流电并为所述第一电机直流供电；所述电缆的第五、第六和第七缆芯传输第二直流电源的直流电，并为所述第二电机直流供电。

一种示例性的实施例中，所述复用为交流电和直流电同缆芯共同传输的复用。

本公开实施例公开一种井壁取芯电控系统，包括：地面电控系统和井下仪器电控系统；地面电控系统，包括：地面供电及配套设备部分，其中，地面供电及配套设备部分包括：交流电源、直流电源、缆芯分配面板、马龙头、电缆；井下仪器电控系统，包括：第一电机控制驱动电路、第二电机控制驱动电路；缆芯分配面板设置成对所述电缆的缆芯进行功能分配；第一电机控制驱动电路设置成对所述第一电机进行控制与驱动；第二电机控制驱动电路设置成对所述第二电机进行控制与驱动；其中，第一电机和第二电机的功率不同。通过本公开的方案，在当前缆芯数量的基础上，实现了同时满足井下仪器一路交流、两路高压直流的供电、数据通讯的需求以及智能化取芯的供电系统。

在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。

附图说明

图1为本申请实施例的井壁取芯电控系统结构示意图；

图2为一些示例性实施例中地面电控系统结构示意图；

图3为一些示例性实施例中井下仪器电控系统结构示意图。

具体实施方式

下文中将结合附图对本申请实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1为本申请实施例的井壁取芯电控系统的示意图，包括：地面电控系统1和井下仪器电控系统2；所述地面电控系统1，包括：地面供电及配套设备部分11，其中，所述地面供电及配套设备部分包括：交流电源111、直流电源112、缆芯分配面板113、马龙头114、电缆115；所述井下仪器电控系统2，包括：第一电机控制驱动电路21、第二电机控制驱动电路22；其中：

所述马龙头114的输出端和所述第一电机控制驱动电路21和第二电机控制驱动电路22相连，输入端通过缆芯分配面板113分别连接所述交流电源111和所述直流电源112；

所述缆芯分配面板113，设置成对所述电缆的缆芯进行功能分配；

所述第一电机控制驱动电路21设置成对所述第一电机进行控制与驱动；

所述第二电机控制驱动电路22设置成对所述第二电机进行控制与驱动；

其中，所述第一电机和第二电机的功率不同。

一些示例性实施例中，所述交流电源111的输出端包括：第一变压器，所述第一变压器的次级绕组具有第一中心抽头；所述第一变压器的次级绕组的两端作为所述交流电源111的输出端，分别通过所述马龙头114与所述电缆115的第一缆芯和第二缆芯相连；

所述第一直流电源1121的正极输出端与所述第一中心抽头相连；

第二直流电源1122的正极输出端通过所述马龙头114与所述电缆115的第五、第六和第七缆芯相连；所述第一直流电源1121和所述第二直流电源1122的负极输出端与所述电缆115的外皮相连。

一些示例性实施例中，所述地面电控系统1，还包括：控制模块12和数据采集模块13；其中：所述数据采集模块13用于把所述第三缆芯、第四缆芯传输上来的井下数据转换成ttl电平格式的数据，并将ttl电平格式数据输入到所述控制模块12；所述控制模块12用于对所接收的ttl电平格式数据进行处理，得到相应的执行命令，并将所述执行命令发送给所述数据采集模块以传输到井下仪器进行数据采集。其中，所述电缆115为7芯电缆；所述7芯电缆中缆芯线满足美国线规awg20。在本实施例中，如图2所示地面电控系统结构示意图，数据采集模块13包括通讯电路及数据采集处理电路。通讯电路负责把井下通过7芯电缆中的两根缆芯作为通讯线传上来的fsk编码格式的数据解码成ttl电平格式，输入到控制模块12进行采集，最后由系统软件进行处理。该系统软件把采集的数据进行提取和分析处理，并直观的显示出来，也可以输入待操作的动作及相关参数，并下发到数据采集模块13，经编码后以fsk通讯方式传输到井下仪器进行命令的执行。

一些示例性实施例中，所述缆芯分配面板113对电缆的缆芯进行功能分配包括：当直流电源包括第一直流电源和第二直流电源时，缆芯分配面板分配电缆的第一、第二缆芯传输交流电，第一直流电源复用交流电源所占用的第一、第二缆芯传输第一直流电源的直流电并为所述第一电机直流供电；电缆的第五、第六和第七缆芯传输第二直流电源的直流电，并为第二电机直流供电。如图2所示，所述地面供电及配套设备部分包括：交流电源111、两个直流电源1121和1122、缆芯分配面板113、马龙头114、7芯电缆115；其中，交流电源提供井下仪器需要的电源，可以选用ac1500w交流电源，该电源输出电压电流有两档选择，可以根据井下仪器进行选择，该直流电源1121带有中心抽头。两路直流电源可以分别选用dc6000w和dc2000w直流电源，dc6000w用于提供3500w功率的第一直流电机供电使用，dc2000用于提供500w功率的第二直流电机供电使用。dc2000用于提供500w功率的第二直流电机供电电源的正端通过交流的中心抽头经过缆芯分配面板完成缆芯的配置，叠加到交流电占用的两根缆芯上；另一路dc6000w的直流电源正端通过电缆的三根缆芯传输到井下仪器，两路直流电源的负端通过电缆的外皮进行传输。马龙头完成相关用电仪器和7芯电缆的连接作用。7芯电缆中两根缆芯完成交流电和一路直流电源的供电传输，两根缆芯作为通讯线，三根缆芯作为直流电源的正端，两路直流电源的负端通过7芯电缆的外皮供下去。在本实施例中，电缆中的第一缆芯、第二缆芯……第七缆芯是为了区分不同缆芯，可以是任一个缆芯作为第一缆芯，其它六个缆芯类似。

一些示例性实施例中，复用为交流电和直流电同缆芯共同传输的复用

一些示例性实施例中，井下仪器电控系统的取电可以由变压器或变压器组以及相应的各路整流滤波直流低压电源电路组成，该变压器初级绕组接7芯电缆ac供电的2芯，从中心抽头取出500vdc直流电供井下仪器液压动力电机供电使用；从次级线圈得到变压后的低压交流电，再经过不同的整流稳压电路进一步得到井下仪器需要的多路低压电源供仪器里各功能电路使用。

一些示例性实施例中，如图3所示井下仪器电控系统结构示意图，井壁取芯电控系统还包括接头3，用于连接地面电控系统1和井下仪器电控系统2，井下仪器电控系统2还包括：井下弱电供电电路模块23；所述井下弱电供电电路模块23，包括：设置成为井下提供交流电源的交流供电部分231；所述交流供电部分包括：至少一个第二变压器；所述第二变压器的初级绕组的两端与所述第一缆芯和所述第二缆芯相连；所述第二变压器的次级绕组作为井下交流用电仪器的交流输入端；所述第二变压器的初级绕组具有第二中心抽头；每个所述第二变压器的次级绕组为一个或多个；当所述第二变压器的次级绕组为多个时，所述第二变压器的不同的次级绕组输出不同电压的交流电。

一些示例性实施例中，所述井下仪器电控系统2还包括：用于为井下提供直流电源的直流供电部分232；所述直流供电部分包括：第一直流正极导线、第一直流负极导线、第二直流正极导线和第二直流负极导线；所述第一直流正极导线的第一端与所述第二中心抽头相连，所述第一直流正极导线的第二端与所述井下第一电机的控制驱动电路相连；所述第一直流负极导线的第一端与所述电缆的外皮相连，所述第一直流负极导线的第二端与所述井下第一电机的控制驱动电路相连；所述第二直流正极导线的第一端与所述马龙头相连，所述第二直流正极导线的第二端与所述井下第二电机的控制驱动电路相连；所述第二直流负极导线的第一端与所述电缆的外皮相连，所述第二直流负极导线的第二端与所述井下第二电机的控制驱动电路相连。

一些示例性实施例中，所述井下仪器电控系统2还包括：主控电路模块24、井下通讯模块25；所述井下通讯模块25与所述井下弱电供电电路模块23连接，用于将井下数据转换为命令指令；所述主控电路模块24与所述井下通讯模块连接，用于接收所述井下通讯模块所发送的命令指令，并利用电缆中的第三缆芯、第四缆芯传输给所述地面电控系统。所述井下通讯模块和所述主控电路模块与所述井下通讯模块连接是为了进行供电，提供不同电压的电源。

一些示例性实施例中，所述井下仪器电控系统2还包括：自然伽玛电路模块26、井下压力测量电路模块27、岩心长度测量电路模块28；所述自然伽玛电路模块26，与所述井下弱电供电电路模块23和所述主控电路模块24连接用于测量地层的深度位置信息，并将所测量的深度位置信息传输给所述主控电路模块24；所述井下压力测量电路模块，与所述井下弱电供电电路模块23和所述主控电路模块24连接，用于采集推靠压力传感器和取芯压力传感器的信号，并将所采集的信号传输给所述主控电路模块24；所述岩心长度测量电路模块，与所述井下弱电供电电路模块23和所述主控电路模块24连接，用于监测和确定井壁取芯所对应的井深位置数据；所述主控电路模块24，与所述自然伽玛电路模块26、所述井下压力测量电路模块27、所述岩心长度测量电路模块28分别连接，用于接收所连接的各个模块所采集的数据排列组合成一个大帧数据作为井下数据发送给所述井下通讯模块25，并经过电缆传输到所述地面电控系统1。在本实施例中，主控电路模块24将所接收的所述自然伽玛电路模块26、所述井下压力测量电路模块27、所述岩心长度测量电路模块28等各个模块所采集的数据排列组合成一个大帧数据作为井下数据发送给所述井下通讯模块并经过电缆传输到所述地面电控系统1。主控电路模块24与井下各功能电路的通讯采用rs485的通讯方式。在本实施例中，井下仪器中自然伽玛电路模块利用伽玛射线探测器测量地层的性质，主要完成井深的校深，使仪器精确的获得井下所处地层的深度位置，为仪器获取指定地层的岩心提供保障。井下通讯模块与地面控制系统中的通讯模块相同，起数据和命令通讯模式的转换作用。主控电路与井下各功能电路的通讯采用rs485的通讯方式，用来接收通讯电路下发的命令到井下仪器的各功能电路，并采集各功能电路的状态及采集的数据，并把各状态及数据排列组合成一大帧数据发给通讯电路经电缆传到地面电控系统进行处理。井下压力测量电路包括推靠压力和取芯压力主要用来采集压力传感器的信号，监测液压系统的系统压力，为仪器的推靠坐封和岩心的钻取速度进行监测和控制。岩心长度测量电路主要完成岩心筒唯一传感器的测量，用来监测和确定所取岩心对应的井深位置，解决了所钻取的岩心序号和井深位置对不上的问题。大小两套功率不同的电机控制驱动电路分别完成液压动力电机取芯电机的控制与驱动，保障液压管线的压力和岩心钻取的进行。多路阀控电路完成液压管线中不同功能部位的电磁阀的关断和开启，保障各功能部位所需的系统压力，保障推靠坐封和岩心的钻取和回收。

一些示例性实施例中，所述直流电压包括以下一种或多种：+5v、±12v、+18v以及±24v。不同的直流电压可以为不同的井下仪器提供电源。

现有井壁取芯仪器取芯和液压动力用一台电机，不能单独调节钻进速度和钻头的转速，无法实现智能化取芯，取芯作业全凭操作人员对仪器的熟悉程度和经验判断，卡钻率高，岩心的获取率低，占用井口时间长，作业成本高。地面系统软件通过分析井下采集的液压系统压力、钻头转速、钻取压力、岩心长度等信息，可以实现对岩心的一键化智能自动钻取。仪器到达指定深度的目标地层后，进行推靠坐封动作，实时监测坐封压力，待坐封良好后，自动预设钻头推进速度和电机钻进速度，对岩心进行一次钻取，根据返回的钻进压力值、钻头速度值、电机运行的转速和电流值，与岩心参数库里的钻取参数进行比对和计算，判断出井下岩心的种类，再次自动选择出合适的钻取参数，进行设置，调节仪器坐封方位重新在该井位进行坐封后进行岩心的钻取。此种智能钻取可以提高钻取的成功率和岩心的完整性，避免了卡钻的风险、提高了作业效率，并缩减了井口占用时间。

本发明实施例方案至少包括以下有益效果：

1.实现了7芯电缆在缆芯数量有限的情况下，利用缆芯复用技术保证了井下仪器两个高压500vdc/500w和500vdc/3500w直流无刷电机的供电需求。

2.井下仪器采用两个电机分别完成提供液压动力和岩心的钻取作业，实现了取芯时钻头推进速度和钻头的旋转速度的单独控制，可以根据不同地层在地面系统软件中设置，通过电缆下发到井下控制系统的对应控制电路模块，可以应用到各种地质情况的地层进行作业。

3.地面操作系统增加了岩心的预取功能，实现了大颗粒井壁取芯仪器智能化取芯功能，解决了取芯作业完全依赖操作工程师经验的弊端，提高了作业的成功率。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。