專利名稱：流速波發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種流速波發(fā)生裝置，特別是指一種在石油、天然氣鉆井過程中產(chǎn)生用于檢測氣侵的流速波發(fā)生裝置，屬于計算機數(shù)據(jù)采集及控制技術(shù)領(lǐng)域。
目前常用的氣侵檢測的方法是通過測量泵入井眼與從井眼返出的泥漿流量差或測量泥漿池液面變化來判斷是否有地層氣體進入井眼。這種方法基于氣體在上升過程中產(chǎn)生膨脹所引起的返出泥漿流量或泥漿池液面增加，因此只有當(dāng)氣體上升到離地面較近時才能檢測出來，這種方法不利于安全鉆井。
理論和實踐均證明利用聲波在氣液兩相流中傳播的幅頻特性，可以早期檢測氣侵。美國專利3982431、4013945、4021774、4733232和4733233介紹了利用壓力脈沖信號在井眼含氣泥漿中傳播產(chǎn)生相移與幅值變化來檢測氣侵的方法；但是，該方法并不適用于所有的鉆井。
另一種方法是利用泥漿泵的泵壓波動產(chǎn)生的聲波進行氣侵的檢測。無論是雙缸雙作用泵還是單缸單作用泵，其泵壓的波動均是自然存在的廉價聲源。利用該泵壓波動產(chǎn)生的聲源檢測氣侵時，須將接收信號的微壓傳感器安裝在泥漿返出管線處。但是，由于泵壓波動信號傳到井口時已經(jīng)非常微弱，鉆井設(shè)備工作時所產(chǎn)生的噪音對該泵壓波動信號的干擾非常大；另外，由于接收信號的微壓傳感器應(yīng)安裝在距泥漿返出管線很近的位置，該壓力傳感器已經(jīng)非常接近地面大氣，所以鉆進過程中井筒液面微小的變化就可以對該傳感器產(chǎn)生很大的擾動，盡管可以對該信號的干擾信號進行一定程度的濾波，但是，信號識別的難度較大，影響了這一方法的應(yīng)用。
由流體力學(xué)可以知道在泥漿泵壓波動的同時，泵出的泥漿流速也在波動，并且，泥漿泵壓的波動與流速的波動具有同樣的速度，但是，由于泥漿泵壓波動的頻率特性與鉆井設(shè)備產(chǎn)生的干擾的頻率特性非常接近，因此，對于這類干擾信號非常難以濾除；反之，對于流速波動的檢測是通過流量傳感器來實現(xiàn)的，由于流速的變化的頻率可以遠遠低于泥漿泵壓的波動頻率，所以鉆井設(shè)備產(chǎn)生的干擾對流速波的影響非常小，因此可以利用流速波來檢測氣侵。
現(xiàn)有的流速波發(fā)生的方法通常有兩種，一種是利用泥漿泵泵沖來產(chǎn)生流速波，但由于泥漿泵的脈動頻率較高，所產(chǎn)生的流速波的頻率也比較高，高頻波在井筒中傳播時，其振幅衰減很厲害。而且，長距離傳播所需要的時間將超過其波動的周期，因此，該信號的跟蹤識別性能很差。另外，由于鉆桿的振動頻率與泥漿泵的脈動頻率相近，所以，該裝置在氣侵檢測應(yīng)用中，流速波信號的可識別性較差。
另一種裝置是利用雙泵法產(chǎn)生流速波，即在主泥漿泵之外再加裝附加泥漿泵，通過控制附加泥漿泵的運轉(zhuǎn)來產(chǎn)生流速波。但是，采用這種方法的裝置復(fù)雜，價格昂貴，維護費用也很高。
本實用新型的另一目的在于提供一種流速波發(fā)生裝置，該裝置利用調(diào)節(jié)驅(qū)動泥漿泵的柴油機轉(zhuǎn)速產(chǎn)生流速波，無須另加泥漿泵設(shè)備，整體造價低廉，使用壽命長，便于維護。
本實用新型的目的是通過如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種流速波發(fā)生裝置，它包括鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置、計算機數(shù)據(jù)采集及控制裝置和與柴油機調(diào)速桿相連接的、柴油機調(diào)速桿調(diào)節(jié)裝置；其中，鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置的輸出信號連接到計算機數(shù)據(jù)采集及控制裝置的信號輸入端，計算機數(shù)據(jù)采集及控制裝置的輸出信號連接到柴油機調(diào)速桿調(diào)節(jié)裝置的輸入端，柴油機調(diào)速桿調(diào)節(jié)裝置與柴油機調(diào)速桿相連接。
所述的鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置至少包括立壓傳感器、返出流速傳感器、返出泥漿微壓信號傳感器及泵沖測量傳感器。
所述的鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置還包括與所述相應(yīng)傳感器連接，并將該傳感器采集的信號進行處理的信號整理裝置。
所述的計算機數(shù)據(jù)采集及控制裝置至少包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、計算機及其數(shù)據(jù)輸入接口和輸出接口；其中，模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的輸入端與鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置的輸出信號端連接，模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的輸出信號連接到計算機的數(shù)據(jù)輸入接口，計算機通過其數(shù)據(jù)通訊接口輸出其控制信號到柴油機調(diào)速桿調(diào)節(jié)裝置。
所述的柴油機轉(zhuǎn)速桿調(diào)節(jié)裝置至少包括調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置及調(diào)節(jié)裝置；其中，該調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置與計算機的數(shù)據(jù)通訊接口連接，其接收計算機發(fā)出的控制信號；該調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的輸出與調(diào)節(jié)裝置連接，其驅(qū)動調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)動作；調(diào)節(jié)裝置的輸出為旋轉(zhuǎn)運動，其與柴油機轉(zhuǎn)速桿連接。
所述的調(diào)節(jié)裝置為步進電機。
本實用新型鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置的與計算機數(shù)據(jù)采集及控制裝置連接，并向計算機輸入所采集的鉆井?dāng)?shù)據(jù)，計算機通過其數(shù)據(jù)接口控制柴油機轉(zhuǎn)速桿調(diào)節(jié)裝置做旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)動作，通過柴油機、調(diào)速桿調(diào)節(jié)裝置的動作帶動柴油機調(diào)速桿動作，達到了調(diào)節(jié)柴油機輸出功率，進而實現(xiàn)了對泥漿泵輸出流量進行調(diào)節(jié)的目的，泥漿泵輸出流量的改變則產(chǎn)生了用于檢測氣侵的低頻流速波；本實用新型利用調(diào)節(jié)柴油機轉(zhuǎn)速產(chǎn)生流速波，無須另加泥漿泵設(shè)備，整體造價低廉，使用壽命長，便于維護。


圖1為本實用新型的原理示意圖。
圖2為本實用新型一實施例的信號采集電路原理圖。
圖3為本實用新型一實施例的信號模數(shù)轉(zhuǎn)換電路原理圖。
圖4為本實用新型一實施例中柴油機轉(zhuǎn)速桿調(diào)節(jié)裝置中的調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置及調(diào)節(jié)裝置的連接關(guān)系示意圖。
圖5為本實用新型一實施例中步進電機輸出端與柴油機調(diào)速桿的連接示意圖。
鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置1至少設(shè)有立壓傳感器、返出流速傳感器、返出泥漿微壓信號傳感器及泵沖測量傳感器；該鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置還設(shè)有與上述傳感器連接的信號整理裝置。
參見圖2，其為本實用新型一實施例中的信號整理裝置的電路原理圖，其中，由傳感器采集的信號V1通過一信號輸入端接入，該信號經(jīng)過由放大器L1A、L1B、L1C、L1D、L2A、L2B、L2C和L2DC構(gòu)成的濾波器進行濾波以后再進一步由放大器U01和放大器AD1組成的放大電路進行放大；放大后的信號VG1由放大器AD1輸出到一多路選擇器D1；同樣，由傳感器采集的信號V2通過另一信號輸入端接入，該信號經(jīng)過由放大器L3A、L3B、L3C、L3D、L4A、L4B、L4C和L4DC構(gòu)成的濾波器進行濾波以后再進一步由放大器U02和放大器AD2組成的放大電路進行放大；放大后的信號VG2由放大器AD2輸出到一多路選擇器D1；該多路選擇器D1由與其相連接的數(shù)據(jù)鎖存器D17所引入的選擇控制信號B0-B3控制來選擇將信號VG1或者信號VG2輸出到計算機數(shù)據(jù)采集及控制裝置2；其中，信號VG1經(jīng)數(shù)據(jù)鎖存器D17轉(zhuǎn)換后的輸出信號為信號V01，信號VG2經(jīng)數(shù)據(jù)鎖存器D17轉(zhuǎn)換后的輸出為信號V02。
參見圖3，其為本實用新型一實施例中的計算機數(shù)據(jù)采集及控制裝置2的電路原理圖。在本實施例中，由鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置1輸出的信號V01或V02與計算機數(shù)據(jù)采集及控制裝置2中模/數(shù)轉(zhuǎn)換器U10的模擬信號輸入端(引腳14)，經(jīng)過該模/數(shù)轉(zhuǎn)換器U10的轉(zhuǎn)換，由其數(shù)字輸出端DB0-DB11輸出；該輸出信號DB0-DB11由來自計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)、地址信號BD0-BD7、AD0-AD7控制，通過數(shù)據(jù)鎖存器U11、U12輸出到計算機的通訊接口；在本實施例中，該信號輸出到計算機的打印接口。
參見圖4、圖5，本實施例中，柴油機轉(zhuǎn)速桿調(diào)節(jié)裝置3包括調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置31及調(diào)節(jié)裝置32；其中，該調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置31為市售的BY-2HB01M型步進電機驅(qū)動器，該步進電機驅(qū)動器與計算機的數(shù)據(jù)通訊接口連接，其接收計算機發(fā)出的控制信號；該調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置31的輸出驅(qū)動信號輸出到調(diào)節(jié)裝置32，該調(diào)節(jié)裝置32為市售的86BYG450AH-01型單軸伸反應(yīng)式步進電機；該步進電機與柴油機轉(zhuǎn)速桿41連接，控制柴油機轉(zhuǎn)速桿41的動作，從而實現(xiàn)對柴油機轉(zhuǎn)速的控制和調(diào)節(jié)。
在具體的流速波發(fā)生的過程中，計算機數(shù)據(jù)采集及控制裝置2根據(jù)采集到的立壓、套壓、泵沖、柴油機轉(zhuǎn)速信息以及由計算機鍵盤輸入的井深、泵排量參數(shù)確定泥漿泵的工況，進而控制柴油機調(diào)速桿41的位移量以及起調(diào)時刻和回調(diào)的時刻。計算機發(fā)出調(diào)節(jié)信號通過其通訊接口輸出到調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置31，該信號控制調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置31進一步驅(qū)動作為調(diào)節(jié)裝置32的步進電機動作，該步進電機通過DDL3型電磁離合器311與柴油機調(diào)速桿41連接，由此帶動柴油機調(diào)速桿41移動，使柴油機的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生變化，進而帶動泥漿泵輸出的泥漿流量產(chǎn)生波動，產(chǎn)生流速波動。柴油機調(diào)速桿41的位移量，速度和間隔時間的確定，由計算機根據(jù)鉆井生產(chǎn)實際情況及存儲在計算機中的數(shù)據(jù)做出判斷，可采用柴油機增速或減速的調(diào)節(jié)方式。
最后所應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型而并非限制本實用新型所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個實施例對本實用新型已進行了詳細的說明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本實用新型進行修改或者等同地替換；而一切不脫離本實用新型的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種流速波發(fā)生裝置，其特征在于它包括鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置、計算機數(shù)據(jù)采集及控制裝置和與柴油機調(diào)速桿相連接的、柴油機調(diào)速桿調(diào)節(jié)裝置；其中，鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置的輸出信號連接到計算機數(shù)據(jù)采集及控制裝置的信號輸入端，計算機數(shù)據(jù)采集及控制裝置的輸出信號連接到柴油機調(diào)速桿調(diào)節(jié)裝置的輸入端，柴油機調(diào)速桿調(diào)節(jié)裝置與柴油機調(diào)速桿相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的流速波發(fā)生裝置，其特征在于所述的鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置至少包括立壓傳感器、返出流速傳感器、返出泥漿微壓信號傳感器及泵沖測量傳感器。
3.如權(quán)利要求2所述的流速波發(fā)生裝置，其特征在于所述的鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置還包括與所述相應(yīng)傳感器連接，并將該傳感器采集的信號進行處理的信號整理裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的流速波發(fā)生裝置，其特征在于所述的計算機數(shù)據(jù)采集及控制裝置至少包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、計算機及其數(shù)據(jù)輸入接口和輸出接口；其中，模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的輸入端與鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置的輸出信號端連接，模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的輸出信號連接到計算機的數(shù)據(jù)輸入接口，計算機通過其數(shù)據(jù)通訊接口輸出其控制信號到柴油機調(diào)速桿調(diào)節(jié)裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的流速波發(fā)生裝置，其特征在于所述的柴油機轉(zhuǎn)速桿調(diào)節(jié)裝置至少包括調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置及調(diào)節(jié)裝置；其中，該調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置與計算機的數(shù)據(jù)通訊接口連接，其接收計算機發(fā)出的控制信號；該調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的輸出與調(diào)節(jié)裝置連接，其驅(qū)動調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)動作；調(diào)節(jié)裝置的輸出為旋轉(zhuǎn)運動，其與柴油機轉(zhuǎn)速桿連接。
6.如權(quán)利要求5所述的流速波發(fā)生裝置，其特征在于所述的調(diào)節(jié)裝置為步進電機。
專利摘要一種流速波發(fā)生裝置，它包括鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置、計算機數(shù)據(jù)采集及控制裝置和與柴油機調(diào)速桿相連接的、柴油機調(diào)速桿調(diào)節(jié)裝置；鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置將采集的數(shù)據(jù)輸入到計算機數(shù)據(jù)采集及控制裝置，計算機控制柴油機調(diào)速桿調(diào)節(jié)裝置做旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)動作，通過調(diào)節(jié)柴油機輸出功率，達到調(diào)節(jié)泥漿泵的輸出流量，產(chǎn)生了用于檢測氣侵的低頻流速波；本實用新型利用調(diào)節(jié)柴油機轉(zhuǎn)速產(chǎn)生流速波，無須另加泥漿泵設(shè)備，整體造價低廉，使用壽命長，便于維護。
文檔編號G01N29/02GK2526843SQ0127014
公開日2002年12月18日 申請日期2001年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月5日
發(fā)明者李相方, 隋秀香, 馬秀軍, 剛濤, 唐德釗, 蔡萬偉, 劉舉濤 申請人:石油大學(xué)(北京)