鉆頭振動(dòng)信號(hào)采集短節(jié)制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)提供一種使用穩(wěn)定、信號(hào)采集質(zhì)量高且實(shí)時(shí)傳輸?shù)你@頭振動(dòng)信號(hào)采集短節(jié)。技術(shù)方案是短節(jié)的上下端分別帶有連接頭，在短節(jié)的中部外周邊設(shè)有傳感器倉(cāng)、電池倉(cāng)、電路板倉(cāng)和無(wú)線模塊倉(cāng)，四個(gè)倉(cāng)之間由導(dǎo)線槽連通，四個(gè)倉(cāng)內(nèi)對(duì)應(yīng)安裝傳感器、電池、電路板和無(wú)線模塊；其中，傳感器為三分量加速度計(jì)；電路板的電路包括濾波調(diào)理單元、信號(hào)放大單元、A/D調(diào)制單元、數(shù)字濾波單元、微處理器單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、D/A測(cè)試單元、GPS單元、存儲(chǔ)器單元，無(wú)線模塊即無(wú)線通訊單元采用wifi模塊。該裝置施工方便，不影響鉆井生產(chǎn)過(guò)程、與鉆柱鋼性連接、信號(hào)傳輸實(shí)時(shí)、信號(hào)質(zhì)量好、電池更換方便、系統(tǒng)易于維護(hù)。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及石油鉆井工程裝置領(lǐng)域中的一種沿鉆柱傳播的鉆頭振動(dòng)信號(hào)采集短節(jié)，特別適用于在隨鉆地震中對(duì)井下鉆頭振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集和傳輸。
技術(shù)介紹
隨鉆地震是國(guó)外近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新的井中地震方法，是在石油鉆井過(guò)程中以鉆頭破巖時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)作為地下震源，通過(guò)在鉆柱上采集到的鉆頭振動(dòng)信號(hào)和在地面測(cè)線上采集到的鉆頭信號(hào)經(jīng)過(guò)各種處理后，進(jìn)行地層特征評(píng)價(jià)的一項(xiàng)技術(shù)。隨鉆地震實(shí)時(shí)地確定鉆頭在地面地震時(shí)間剖面上的位置，并能實(shí)時(shí)地預(yù)測(cè)鉆頭前方的地層壓力情況，從而協(xié)助鉆井安全決策和優(yōu)化套管設(shè)計(jì)。雖然在石油鉆井中鉆頭附近采集鉆頭信號(hào)質(zhì)量較好，但由于數(shù)據(jù)量大，缺少實(shí)時(shí)傳輸手段，不能及時(shí)把采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)處理，不能實(shí)時(shí)指導(dǎo)鉆井施工。振動(dòng)信號(hào)傳感器參數(shù)的選擇及其安裝位置，對(duì)于記錄高質(zhì)量的信號(hào)起著關(guān)鍵的作用，必須確保它們與鉆桿之間是緊密接觸，使得記錄的數(shù)據(jù)能夠與軸向、橫向以及徑向上鉆機(jī)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)進(jìn)行對(duì)t匕，并辨認(rèn)、識(shí)別出由于鉆頭鉆壓作用于地層而產(chǎn)生的振動(dòng)，給鉆頭振動(dòng)信號(hào)的提取提供高質(zhì)量的信號(hào)源。目前隨鉆地震中鉆頭信號(hào)采集，最流行的體系結(jié)構(gòu)是三分量加速度計(jì)安裝在方鉆桿上方水龍帶的位置，通過(guò)電纜連接至參考信號(hào)的采集、處理設(shè)備，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換等，轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)起來(lái)，以備數(shù)據(jù)取出和地面檢波器組取得數(shù)據(jù)一起經(jīng)過(guò)專門軟件處理，獲取地震剖面。在鉆井過(guò)程中，由于水龍帶的擺動(dòng)，容易把信號(hào)電纜扯斷，由于安裝位置的關(guān)系，采集到的信號(hào)質(zhì)量較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的就是現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種使用穩(wěn)定、信號(hào)采集質(zhì)量高且實(shí)時(shí)傳輸?shù)你@頭振動(dòng)信號(hào)采集短節(jié)。本技術(shù)的技術(shù)方案包括兩種:—種鉆頭振動(dòng)信號(hào)采集短節(jié)，短節(jié)的上下端分別帶有連接頭，在短節(jié)的中部外周邊設(shè)有傳感器倉(cāng)、電池倉(cāng)、電路板倉(cāng)和無(wú)線模塊倉(cāng)，四個(gè)倉(cāng)之間由導(dǎo)線槽連通，四個(gè)倉(cāng)內(nèi)對(duì)應(yīng)安裝傳感器、電池、電路板和無(wú)線模塊；其中，傳感器為三分量加速度計(jì)；電路板的電路包括濾波調(diào)理單元、信號(hào)放大單元、A/D調(diào)制單元、數(shù)字濾波單元、微處理器單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、D/A測(cè)試單元、GPS單元、存儲(chǔ)器單元，無(wú)線模塊即無(wú)線通訊單元采用wifi模塊。上述方案進(jìn)一步完善為:四個(gè)倉(cāng)內(nèi)分別設(shè)置防爆外殼，對(duì)應(yīng)的傳感器、電池、電路板和無(wú)線模塊設(shè)在防爆外殼內(nèi)。所述存儲(chǔ)器單元由SD卡及其讀寫系統(tǒng)組成；所述三分量加速度計(jì)為三分量ICP型壓電加速度計(jì)；所述GPS單元由GPS OEM模塊及GPS天線組成，GPS天線置于模塊外側(cè)。第二種鉆頭振動(dòng)信號(hào)采集短節(jié)，短節(jié)的上下端分別帶有連接頭，在短節(jié)的中部外周邊設(shè)有環(huán)形槽，環(huán)形槽內(nèi)通過(guò)防爆外殼間隔為傳感器倉(cāng)、電池倉(cāng)、電路板倉(cāng)和無(wú)線模塊倉(cāng)，四個(gè)倉(cāng)之間由導(dǎo)線槽連通，四個(gè)倉(cāng)內(nèi)對(duì)應(yīng)安裝傳感器、電池、電路板和無(wú)線模塊；其中，傳感器為三分量加速度計(jì)；電路板的電路包括濾波調(diào)理單元、信號(hào)放大單元、A/D調(diào)制單元、數(shù)字濾波單元、微處理器單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、D/A測(cè)試單元、存儲(chǔ)器單元和GPS單元，無(wú)線模塊即無(wú)線通訊單元采用wifi模塊。第二種進(jìn)一步完善為:所述存儲(chǔ)器單元由SD卡及其讀寫系統(tǒng)組成；所述三分量加速度計(jì)為三分量ICP型壓電加速度計(jì)；所述GPS單元由GPS OEM模塊及GPS天線組成，GPS天線置于無(wú)線模塊外側(cè)。本技術(shù)具有以下積極效果:在正常鉆進(jìn)時(shí)采集鉆頭信號(hào)，起下鉆及停鉆時(shí)采集背景噪聲信號(hào)，便于有用信號(hào)的提??；與鉆柱剛性連接、信號(hào)質(zhì)量好，施工方便，不影響鉆井生產(chǎn)過(guò)程；配套相關(guān)的地面接收和處理設(shè)備，為鉆井人員提供鉆頭前方地層特征，進(jìn)行待鉆地層壓力預(yù)測(cè)及鉆具故障診斷分析，保障鉆井施工安全。附圖說(shuō)明圖1是一種鉆頭振動(dòng)信號(hào)采集短節(jié)的徑向剖面圖；圖2是圖1中A-A剖面圖；圖3是圖1中B-B剖面圖；圖4是鉆頭振動(dòng)信號(hào)采集短節(jié)電路示意圖。具體實(shí)施方式現(xiàn)結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本技術(shù)進(jìn)一步描述。實(shí)施例1，參照附圖1、2和3，鉆頭振動(dòng)信號(hào)采集短節(jié)的短節(jié)本體I安裝在方鉆桿與鉆桿之間，通過(guò)上端母扣與方鉆桿連接、下端公扣與鉆桿連接。在短節(jié)本體I的中部四側(cè)分別銑出4個(gè)倉(cāng)室，分別是電路板倉(cāng)3、電池倉(cāng)8、傳感器倉(cāng)9、無(wú)線模塊倉(cāng)11，并分別開模制作防爆外殼置于四個(gè)倉(cāng)中。電路板5、電池6、傳感器10和無(wú)線模塊13對(duì)應(yīng)安裝在四個(gè)倉(cāng)內(nèi)的防爆外殼中。在四個(gè)倉(cāng)室的頂部邊沿部分銑出導(dǎo)線槽2，使四個(gè)腔連通起來(lái)。為了方便更換電池和必要時(shí)取出SD卡，還分別設(shè)置了電池殼體定位銷4和電路板殼體定位銷7。GPS天線12設(shè)在無(wú)線模塊倉(cāng)11外側(cè)。參照附圖4，無(wú)線通訊單元41即無(wú)線模塊采用wifi模塊，連同GPS天線單獨(dú)設(shè)在無(wú)線模塊倉(cāng)內(nèi)。加速度計(jì)單元32 (即傳感器10)為三分量(即X軸向、Y軸向、Z軸向)ICP型壓電加速度計(jì)，單獨(dú)設(shè)在傳感器倉(cāng)內(nèi)。電路板5的電路包括濾波調(diào)理單元33、信號(hào)放大單元34、A/D調(diào)制單元35、數(shù)字濾波單元36、微處理器單元37、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元38、D/A測(cè)試單元39、GPS單元40、存儲(chǔ)器單元42。在鉆井過(guò)程中，加速度計(jì)單元32采集鉆頭振動(dòng)沿鉆柱傳播的的三分量振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)濾波調(diào)理單元33進(jìn)行低通濾波、單端轉(zhuǎn)差分轉(zhuǎn)換；信號(hào)放大單元34由低噪聲、極小諧波失真、增益可編程的差分輸入、差分輸出運(yùn)算放大器CS3301及相關(guān)外圍電路組成，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換前的信號(hào)放大；A/D調(diào)制單元35由高動(dòng)態(tài)范圍、低諧波失真、4階Λ - Σ型調(diào)制器CS5371、CS5372及相關(guān)外圍電路組成；數(shù)字濾波單元36由低功耗、高效率的多功能24位Λ - Σ型數(shù)字濾波其CS5376級(jí)相關(guān)電路組成；微處理器單元37由片內(nèi)資源豐富及多種外部接口的完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)C8051F340及外圍電路組成；實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元38由低成本、具有集成的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(TCXO)的高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)器件所構(gòu)成；D/A測(cè)試單元39由低功耗高性能的檢測(cè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器CS4373組成，用于傳感器的檢測(cè)及系統(tǒng)的校準(zhǔn)；GPS單元40由GPS OEM模塊及GPS天線組成、實(shí)時(shí)接收GPS的位置及時(shí)間信息，和實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元38 —起組成裝置的精確時(shí)標(biāo)系統(tǒng)；利用無(wú)線路由器形成的井場(chǎng)局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)鉆頭振動(dòng)信號(hào)采集短節(jié)與中心計(jì)算機(jī)的雙向無(wú)線通訊，通過(guò)中心計(jì)算機(jī)軟件實(shí)時(shí)處理分析進(jìn)行地層特征評(píng)價(jià)、實(shí)時(shí)地預(yù)測(cè)鉆頭前方的地層壓力情況以及進(jìn)行鉆具故障分析。存儲(chǔ)器單元42由SD卡及其讀寫系統(tǒng)組成，在特殊情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)的暫存。實(shí)施例2:結(jié)合實(shí)施例1，改進(jìn)之處在于在短節(jié)的中部外周邊設(shè)有環(huán)形槽，環(huán)形槽內(nèi)通過(guò)防爆外殼間隔為傳感器倉(cāng)、電池倉(cāng)、電路板倉(cāng)和無(wú)線模塊倉(cāng)。其它借助實(shí)施例1的相關(guān)技術(shù)方案。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種鉆頭振動(dòng)信號(hào)采集短節(jié)，短節(jié)的上下端分別帶有連接頭，其特征在于：在短節(jié)的中部外周邊設(shè)有傳感器倉(cāng)、電池倉(cāng)、電路板倉(cāng)和無(wú)線模塊倉(cāng)，四個(gè)倉(cāng)之間由導(dǎo)線槽連通，四個(gè)倉(cāng)內(nèi)對(duì)應(yīng)安裝傳感器、電池、電路板和無(wú)線模塊；其中，傳感器為三分量加速度計(jì)；電路板的電路包括濾波調(diào)理單元、信號(hào)放大單元、A/D調(diào)制單元、數(shù)字濾波單元、微處理器單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、D/A測(cè)試單元、存儲(chǔ)器單元和GPS單元，無(wú)線模塊即無(wú)線通訊單元采用wifi模塊。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種鉆頭振動(dòng)信號(hào)采集短節(jié)，短節(jié)的上下端分別帶有連接頭，其特征在于:在短節(jié)的中部外周邊設(shè)有傳感器倉(cāng)、電池倉(cāng)、電路板倉(cāng)和無(wú)線模塊倉(cāng)，四個(gè)倉(cāng)之間由導(dǎo)線槽連通，四個(gè)倉(cāng)內(nèi)對(duì)應(yīng)安裝傳感器、電池、電路板和無(wú)線模塊；其中，傳感器為三分量加速度計(jì)；電路板的電路包括濾波調(diào)理單元、信號(hào)放大單元、A/D調(diào)制單元、數(shù)字濾波單元、微處理器單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、D/A測(cè)試單元、存儲(chǔ)器單元和GPS單元，無(wú)線模塊即無(wú)線通訊單元采用wifi模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭振動(dòng)信號(hào)采集短節(jié)，其特征在于:四個(gè)倉(cāng)內(nèi)分別設(shè)置防爆外殼，對(duì)應(yīng)的傳感器、電池、電路板和無(wú)線模塊設(shè)在防爆外殼內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：曹忠成，耿應(yīng)春，王愛(ài)鳳，于麗麗，李玉紅，崔謙，范寅聰，解莉萍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)石油化工股份有限公司，中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：