井下测量接头自动测量系统的研制

井下测量接头自动测量系统的研制

龚新福

云南省昭通市威信县麟凤镇威信云投粤电煤炭有限公司云南省昭通市657903

【摘要】随着科学技术的飞速发展，经济水平的不断提高，各个行业都引进了一些先进的科学技术以及一些先进的机械设备来提高工作质量和效率，而制造业方面表现的尤为突出。井下测量的过程中钻柱在井下作业受力的具体情况受到很多相关人士的广泛关注。所以就井下测量的实际工作状况研制出了一种针对井下测量接头的自动测量系统。本篇文章从井下测量接头自动测量系统的简介、组成与结构、具体的功能以及该系统在实际工作过程中的运用等这五个方面进行探讨。

【关键词】井下测量接头；自动测量系统；研制

前言

在网络信息化高速发展的今天，任何一个行业都需要引进一些相应的先进技术来提高生产的效率以及生产的质量。就来井下测量接头来讲，针对井下测量研制的一款井下测量接头的自动测量系统。对与井下测量的钻柱在井下作业时受力的情况已经进行过许多的理论研究，但是对于钻柱在井下实际的工作状态情况的研究还比较少。因此，研制出了一种非常实用的井下测量接头计算机自动测量的系统，该系统研制成功以后在地面与井下都做了不少实时试验，测试结果还是比较理想的。

1.井下测量接头自动测量系统的简介

井下测量接头自动测量系统能够对井下钻进时钻柱的受力情况进行实时的监测，并且这种系统能够自动的采集数据并及时的传输到地面上，可以实时监测并记录钻柱在井下钻进作业时实际的受力与运动的情况。该系统是由单片计算机、井下传感器、高能电池、存储器以及输入输出设备等组成，能接收地面指挥信号，在井下自动工作。当钻进结束后提至地面，将井下采集的数据回放至地面微机中即可进行各种力学和运动分析地面上的工作人员直接将传来的数据输入到电脑上就可以展开细致的分析处理。井下测量接头自动测量系统的测量系统的功能、结构与组成以及测量系统在实际工作过程中的运用进行了比较细致的分析。

2.自动测量系统的组成与结构

2.1井下测量接头的自动测量系统的结构

井下测量接头的自动测量系统的结构一般是由测力应变片和电子仪器仓这两部分组成。测力应变片一般是利用引线和测力筒进行检测的，其中的引线和测力筒都需要使用一定的保护措施来保护，例如密封、绝缘等。测力应变片须根据被测力的要求贴到测力筒的特定受力区域，引线通过专门导孔引至电子仪器仓。测力筒需要有耐压、密封的保护套保护，引线孔也需要密封。除了测力应变片以外，其他所有的元器件都在电子仪器仓内，包括加速度计、温度传感器、压力传感器、电池、电路板等。所有的电子元件（如放大器、存储器、单片机、DC-DC、阻容元件等）都焊在同一电路板上，该板需要密封、防振、防水、耐压。

2.2井下测量接头的自动测量系统的硬件组成

井下测量接头的自动测量系统的硬件包括6部分见图1

2.2.1传感器

振动及加速度的测量一般都是采用美国的集成电路压电三轴加速度计来完成的。测量力学的参数大多采用由电阻应变片组成的测量桥路来完成，应变片贴在专门设计的测量筒上面，由专门的线路引到电子仪器仓当中。采用压阻式压力传感器来测量内外钻井液压力的，利用日本的铂电阻温度传感器来进行温度测量采集。

2.2.2信号放大调整电路

传感器输出都是毫伏级模拟信号，不能直接输入计算机的A/D转换电路，所以每路传感器都有不同增益的信号放大调整电路，采用精密仪器运放。这样能提高信噪比，使输出的信号达到单片机的要求。

2.2.3井下计算机

井下工作条件严酷及几何空间较小，因此只能采用体积小、功能强、集CPU、ROM、RAM、定时器/计数器、A/D转换器、中断控制器、同步/异步串行口、各种I/O口于一身的单片计算机（简称单片机）。本系统采用了Philips公司80C51系列中功能最强的87C552单片机。

2.2.4存储器

由于数据只能暂时存放在井下，所以要求存储器容量大、可靠性高。本系统选用了FlashMemory存储器。其容量是4MB，速度是100ns。它的优点是命令、地址和数据均通过一个口（8条I/O线）传输，具有可读写、非易失、容量大、速度快等特点，便于扩容。当系统需要更大存储空间时，只要换上一个更大存储容量的芯片就可以升级，同时无须更改任何线路。

2.2.5地面回放接口板

因为单片机的串行通讯口和地面微机的串口RS-232电平不一致，须进行电平转换和一些逻辑控制，故设计一个专用的回放接口板用于单片机与地面微机之间的数据传输。

2.2.6电池及控制电路

采用可充电高能电池或锂电池经DC-DC转换器转换为系统各部分所需要的电压。为了延长井下工作时间，采用分别供电和间歇供电方式工作以节约用电。在设计时选用CMOS芯片，同时让单片机以节电方式工作，定时给压力传感器供电，以监测有无启动信号，而其余电路都不供电。采用这种设计方法，控制电路在井下工作时间可达100h以上。经在开发装置上仿真调试无误后固化于87C552的8KBEPROM中。地面回放程序用VB语言编写，在Windows98平台上运行。软件框图见图2。

3.井下测量接头自动测量系统的主要功能

井下测量接头的自动测量系统的功能主要有以下四点：

3.1自动测量系统在数据采集时可以循环的采集数据，在采集的同时还能够进行一些数据的分析处理。一般来说，需要采集的数据主要有受力参数、振动、加速度、温度参数等这些参数。井下测量接头自动测量系统功能特点是：省时省力、操作简单方便、可靠性较高、准确性高。

3.2井下测量接头自动测量系统还具有数据回放的功能。数据之间的传输是有地面上的微机和井下的计算机这两台计算机以及通讯回路来完成的，来方便对数据展开分析研究；井下测量接头自动测量系统的功能优点是：便于观察、直观方便、节省时间。

3.3自动测量系统具有自动存储的功能。因为现在还不能直接的向井上传递采集到的数据，所以当数据采集完成以后只能先放在井下，通过存储器作为介质来来保存采集的数据，到地面上以后在把采集到的数据输入到电脑上，最后进行各项的分析、处理。井下测量接头自动测量系统这种功能的优点是：操作简单方便、容易保存与携带。

3.4自动测量系统具有可以接受地面信号的功能。地面与井下通过泥浆泵的方式传输控制信号，井下通过测量接头的压力传感器来接受信号，在识别后数据采集子程序就开始了正常工作。这种功能的优点是：误差较小、方便快捷。

4.井下测量接头自动测量系统的实际应用

在做井下试验以前必须对整个电路和各个传感器分别进行标定，以保证系统精度及回放数据有可比性。采用压力试验台打压的方法试验压力传感器和相关电路，结果见图3和图4。在100t的压力机上进行拉力、压力试验。在力学万能材料试验机上做弯曲试验。在机械振动台上做了三轴加速度试验。温度传感器采用标准分度值Pt100铂电阻。系统研制成功后在地面已做了大量试验，并在胜利油田侧平59井和侧平1井进行了井下试验。测量结果与预想结果基本一样。

5.结束语

井下测量接头的自动测量系统在实际的行业过程中起着十分重要的作用，该系统可以促进矿井行业的经济发展。随着社会与科技的不断进步，在井下测量中井下测量接头自动测量的系统也将会越来越完善。

参考文献：

[1]王以法，管志川，李志刚，孙成堂，韩志勇.井下测量接头自动测量系统的研制[J].石油大学学报（自然科学版），2000，05：11-13+9-8.

[2]孙峰.捷联式自动垂直钻井系统稳定平台技术研究[D].中国石油大学（华东），2012.

[3]姚廷波.基于VisualC++的微波自动测量系统的研制[D].华东师范大学，2010.