专利名称：流速波发生装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种流速波发生装置，特别是指一种在石油、天然气钻井过程中产生用于检测气侵的流速波发生装置，属于计算机数据采集及控制技术领域。
目前常用的气侵检测的方法是通过测量泵入井眼与从井眼返出的泥浆流量差或测量泥浆池液面变化来判断是否有地层气体进入井眼。这种方法基于气体在上升过程中产生膨胀所引起的返出泥浆流量或泥浆池液面增加，因此只有当气体上升到离地面较近时才能检测出来，这种方法不利于安全钻井。
理论和实践均证明利用声波在气液两相流中传播的幅频特性，可以早期检测气侵。美国专利3982431、4013945、4021774、4733232和4733233介绍了利用压力脉冲信号在井眼含气泥浆中传播产生相移与幅值变化来检测气侵的方法；但是，该方法并不适用于所有的钻井。
另一种方法是利用泥浆泵的泵压波动产生的声波进行气侵的检测。无论是双缸双作用泵还是单缸单作用泵，其泵压的波动均是自然存在的廉价声源。利用该泵压波动产生的声源检测气侵时，须将接收信号的微压传感器安装在泥浆返出管线处。但是，由于泵压波动信号传到井口时已经非常微弱，钻井设备工作时所产生的噪音对该泵压波动信号的干扰非常大；另外，由于接收信号的微压传感器应安装在距泥浆返出管线很近的位置，该压力传感器已经非常接近地面大气，所以钻进过程中井筒液面微小的变化就可以对该传感器产生很大的扰动，尽管可以对该信号的干扰信号进行一定程度的滤波，但是，信号识别的难度较大，影响了这一方法的应用。
由流体力学可以知道在泥浆泵压波动的同时，泵出的泥浆流速也在波动，并且，泥浆泵压的波动与流速的波动具有同样的速度，但是，由于泥浆泵压波动的频率特性与钻井设备产生的干扰的频率特性非常接近，因此，对于这类干扰信号非常难以滤除；反之，对于流速波动的检测是通过流量传感器来实现的，由于流速的变化的频率可以远远低于泥浆泵压的波动频率，所以钻井设备产生的干扰对流速波的影响非常小，因此可以利用流速波来检测气侵。
现有的流速波发生的方法通常有两种，一种是利用泥浆泵泵冲来产生流速波，但由于泥浆泵的脉动频率较高，所产生的流速波的频率也比较高，高频波在井筒中传播时，其振幅衰减很厉害。而且，长距离传播所需要的时间将超过其波动的周期，因此，该信号的跟踪识别性能很差。另外，由于钻杆的振动频率与泥浆泵的脉动频率相近，所以，该装置在气侵检测应用中，流速波信号的可识别性较差。
另一种装置是利用双泵法产生流速波，即在主泥浆泵之外再加装附加泥浆泵，通过控制附加泥浆泵的运转来产生流速波。但是，采用这种方法的装置复杂，价格昂贵，维护费用也很高。
本实用新型的另一目的在于提供一种流速波发生装置，该装置利用调节驱动泥浆泵的柴油机转速产生流速波，无须另加泥浆泵设备，整体造价低廉，使用寿命长，便于维护。
本实用新型的目的是通过如下的技术方案实现的
一种流速波发生装置，它包括钻井数据采集装置、计算机数据采集及控制装置和与柴油机调速杆相连接的、柴油机调速杆调节装置；其中，钻井数据采集装置的输出信号连接到计算机数据采集及控制装置的信号输入端，计算机数据采集及控制装置的输出信号连接到柴油机调速杆调节装置的输入端，柴油机调速杆调节装置与柴油机调速杆相连接。
所述的钻井数据采集装置至少包括立压传感器、返出流速传感器、返出泥浆微压信号传感器及泵冲测量传感器。
所述的钻井数据采集装置还包括与所述相应传感器连接，并将该传感器采集的信号进行处理的信号整理装置。
所述的计算机数据采集及控制装置至少包括模/数转换装置、计算机及其数据输入接口和输出接口；其中，模/数转换装置的输入端与钻井数据采集装置的输出信号端连接，模/数转换装置的输出信号连接到计算机的数据输入接口，计算机通过其数据通讯接口输出其控制信号到柴油机调速杆调节装置。
所述的柴油机转速杆调节装置至少包括调节驱动装置及调节装置；其中，该调节驱动装置与计算机的数据通讯接口连接，其接收计算机发出的控制信号；该调节驱动装置的输出与调节装置连接，其驱动调节装置的调节动作；调节装置的输出为旋转运动，其与柴油机转速杆连接。
所述的调节装置为步进电机。
本实用新型钻井数据采集装置的与计算机数据采集及控制装置连接，并向计算机输入所采集的钻井数据，计算机通过其数据接口控制柴油机转速杆调节装置做旋转调节动作，通过柴油机、调速杆调节装置的动作带动柴油机调速杆动作，达到了调节柴油机输出功率，进而实现了对泥浆泵输出流量进行调节的目的，泥浆泵输出流量的改变则产生了用于检测气侵的低频流速波；本实用新型利用调节柴油机转速产生流速波，无须另加泥浆泵设备，整体造价低廉，使用寿命长，便于维护。
图1为本实用新型的原理示意图。
图2为本实用新型一实施例的信号采集电路原理图。
图3为本实用新型一实施例的信号模数转换电路原理图。
图4为本实用新型一实施例中柴油机转速杆调节装置中的调节驱动装置及调节装置的连接关系示意图。
图5为本实用新型一实施例中步进电机输出端与柴油机调速杆的连接示意图。
钻井数据采集装置1至少设有立压传感器、返出流速传感器、返出泥浆微压信号传感器及泵冲测量传感器；该钻井数据采集装置还设有与上述传感器连接的信号整理装置。
参见图2，其为本实用新型一实施例中的信号整理装置的电路原理图，其中，由传感器采集的信号V1通过一信号输入端接入，该信号经过由放大器L1A、L1B、L1C、L1D、L2A、L2B、L2C和L2DC构成的滤波器进行滤波以后再进一步由放大器U01和放大器AD1组成的放大电路进行放大；放大后的信号VG1由放大器AD1输出到一多路选择器D1；同样，由传感器采集的信号V2通过另一信号输入端接入，该信号经过由放大器L3A、L3B、L3C、L3D、L4A、L4B、L4C和L4DC构成的滤波器进行滤波以后再进一步由放大器U02和放大器AD2组成的放大电路进行放大；放大后的信号VG2由放大器AD2输出到一多路选择器D1；该多路选择器D1由与其相连接的数据锁存器D17所引入的选择控制信号B0-B3控制来选择将信号VG1或者信号VG2输出到计算机数据采集及控制装置2；其中，信号VG1经数据锁存器D17转换后的输出信号为信号V01，信号VG2经数据锁存器D17转换后的输出为信号V02。
参见图3，其为本实用新型一实施例中的计算机数据采集及控制装置2的电路原理图。在本实施例中，由钻井数据采集装置1输出的信号V01或V02与计算机数据采集及控制装置2中模/数转换器U10的模拟信号输入端(引脚14)，经过该模/数转换器U10的转换，由其数字输出端DB0-DB11输出；该输出信号DB0-DB11由来自计算机内的数据、地址信号BD0-BD7、AD0-AD7控制，通过数据锁存器U11、U12输出到计算机的通讯接口；在本实施例中，该信号输出到计算机的打印接口。
参见图4、图5，本实施例中，柴油机转速杆调节装置3包括调节驱动装置31及调节装置32；其中，该调节驱动装置31为市售的BY-2HB01M型步进电机驱动器，该步进电机驱动器与计算机的数据通讯接口连接，其接收计算机发出的控制信号；该调节驱动装置31的输出驱动信号输出到调节装置32，该调节装置32为市售的86BYG450AH-01型单轴伸反应式步进电机；该步进电机与柴油机转速杆41连接，控制柴油机转速杆41的动作，从而实现对柴油机转速的控制和调节。
在具体的流速波发生的过程中，计算机数据采集及控制装置2根据采集到的立压、套压、泵冲、柴油机转速信息以及由计算机键盘输入的井深、泵排量参数确定泥浆泵的工况，进而控制柴油机调速杆41的位移量以及起调时刻和回调的时刻。计算机发出调节信号通过其通讯接口输出到调节驱动装置31，该信号控制调节驱动装置31进一步驱动作为调节装置32的步进电机动作，该步进电机通过DDL3型电磁离合器311与柴油机调速杆41连接，由此带动柴油机调速杆41移动，使柴油机的转速产生变化，进而带动泥浆泵输出的泥浆流量产生波动，产生流速波动。柴油机调速杆41的位移量，速度和间隔时间的确定，由计算机根据钻井生产实际情况及存储在计算机中的数据做出判断，可采用柴油机增速或减速的调节方式。
最后所应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或者等同地替换；而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种流速波发生装置，其特征在于它包括钻井数据采集装置、计算机数据采集及控制装置和与柴油机调速杆相连接的、柴油机调速杆调节装置；其中，钻井数据采集装置的输出信号连接到计算机数据采集及控制装置的信号输入端，计算机数据采集及控制装置的输出信号连接到柴油机调速杆调节装置的输入端，柴油机调速杆调节装置与柴油机调速杆相连接。
2.如权利要求1所述的流速波发生装置，其特征在于所述的钻井数据采集装置至少包括立压传感器、返出流速传感器、返出泥浆微压信号传感器及泵冲测量传感器。
3.如权利要求2所述的流速波发生装置，其特征在于所述的钻井数据采集装置还包括与所述相应传感器连接，并将该传感器采集的信号进行处理的信号整理装置。
4.如权利要求1所述的流速波发生装置，其特征在于所述的计算机数据采集及控制装置至少包括模/数转换装置、计算机及其数据输入接口和输出接口；其中，模/数转换装置的输入端与钻井数据采集装置的输出信号端连接，模/数转换装置的输出信号连接到计算机的数据输入接口，计算机通过其数据通讯接口输出其控制信号到柴油机调速杆调节装置。
5.如权利要求1所述的流速波发生装置，其特征在于所述的柴油机转速杆调节装置至少包括调节驱动装置及调节装置；其中，该调节驱动装置与计算机的数据通讯接口连接，其接收计算机发出的控制信号；该调节驱动装置的输出与调节装置连接，其驱动调节装置的调节动作；调节装置的输出为旋转运动，其与柴油机转速杆连接。
6.如权利要求5所述的流速波发生装置，其特征在于所述的调节装置为步进电机。
专利摘要一种流速波发生装置，它包括钻井数据采集装置、计算机数据采集及控制装置和与柴油机调速杆相连接的、柴油机调速杆调节装置；钻井数据采集装置将采集的数据输入到计算机数据采集及控制装置，计算机控制柴油机调速杆调节装置做旋转调节动作，通过调节柴油机输出功率，达到调节泥浆泵的输出流量，产生了用于检测气侵的低频流速波；本实用新型利用调节柴油机转速产生流速波，无须另加泥浆泵设备，整体造价低廉，使用寿命长，便于维护。
文档编号G01N29/02GK2526843SQ0127014
公开日2002年12月18日 申请日期2001年11月5日 优先权日2001年11月5日
发明者李相方, 隋秀香, 马秀军, 刚涛, 唐德钊, 蔡万伟, 刘举涛 申请人:石油大学(北京)