專(zhuān)利名稱(chēng)：一種井下超聲波頂?shù)装鍦y(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及井下測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種井下超聲波頂?shù)装鍦y(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
礦體是指含有足夠數(shù)量礦石、具有開(kāi)采價(jià)值的地質(zhì)體。它有一定的形狀、產(chǎn)狀和規(guī)模。礦體周?chē)臒o(wú)經(jīng)濟(jì)意義的巖石是礦體的圍巖。礦層是指與上下圍巖在同一地質(zhì)時(shí)期形成，且與圍巖層理產(chǎn)狀一致的礦體。礦脈是產(chǎn)在各種巖石裂隙中的板狀礦體，系由含礦物質(zhì)充填圍巖的裂隙而成。礦脈和礦層都夾持在圍巖中，其上部的圍巖稱(chēng)“頂板”，直接伏于其下部的圍巖稱(chēng)“底板”。伴隨著油氣資源的日益減少及需求的不斷擴(kuò)大，油氣開(kāi)發(fā)的總體趨勢(shì)是從直井向水平井過(guò)度、厚儲(chǔ)層向薄儲(chǔ)層過(guò)度，大力發(fā)展提高油氣鉆遇率的測(cè)量技術(shù)是當(dāng)前石油工程技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要關(guān)注方向?，F(xiàn)有的鉆井工程中，為了能使鉆井軌跡更準(zhǔn)確的在儲(chǔ)層中鉆進(jìn)，以及更及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握儲(chǔ)層信息，需要有一種采集地質(zhì)信息的測(cè)量裝置安裝在靠近鉆頭的位置，這些測(cè)量裝置隨著鉆機(jī)的鉆進(jìn)在井下進(jìn)行測(cè)量。與此同時(shí)，這些測(cè)量裝置的傳感器采集到的數(shù)據(jù)還要實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛?，以便使工程技術(shù)人員及時(shí)了解井眼的軌跡和儲(chǔ)層信息的變化。為了能使鉆井軌跡更準(zhǔn)確的在儲(chǔ)層中鉆進(jìn)，需要及時(shí)的對(duì)儲(chǔ)層的頂?shù)装鍘r性進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于儲(chǔ)層的頂?shù)装鍘r性的測(cè)量手段有自然伽馬測(cè)井法和方位伽馬隨鉆測(cè)量法。自然伽馬測(cè)井法，對(duì)地層的測(cè)量結(jié)果是地層放射性的平均響應(yīng)，因此對(duì)地層巖性變化的判斷存在時(shí)間滯后，不能及時(shí)分辨上下巖性界面特征和有效發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層的上部蓋頂(頂板)，錯(cuò)過(guò)進(jìn)入儲(chǔ)層的最佳時(shí)機(jī)。方位伽馬隨鉆測(cè)量法可以測(cè)量地層巖性，分析上下巖性界面特征，但是不能測(cè)量上限地層巖性的厚度，尤其是在薄儲(chǔ)層中鉆進(jìn)時(shí)，不能提前調(diào)整井眼軌跡，不能使鉆具始終在儲(chǔ)層中鉆進(jìn)。在實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的過(guò)程中，實(shí)用新型人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中缺乏一種有效的井下頂?shù)装鍦y(cè)量方法，無(wú)法在鉆頭鉆進(jìn)的過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)?chǔ)層與上下巖層(頂?shù)装?的距離，也就無(wú)法保證油氣鉆遇率。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種井下超聲波頂?shù)装鍦y(cè)量方法及裝置。所述技術(shù)方案如下—種井下超聲波頂?shù)装鍦y(cè)量裝置，所述裝置包括發(fā)射換能器、計(jì)數(shù)器、接收換能器及主控單元，所述發(fā)射換能器、接收換能器分別與所述計(jì)數(shù)器連接，所述計(jì)數(shù)器與所述主控單元連接，其中，所述發(fā)射換能器，用于發(fā)射超聲波；所述計(jì)數(shù)器，用于在所述發(fā)射換能器發(fā)射超聲波的同時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)；在所述接收換能器接收返回波的同時(shí)停止計(jì)數(shù)；將計(jì)數(shù)結(jié)果發(fā)送給所述主控單元；[0010]所述接收換能器，用于接收所述返回波；[0011]所述主控單元，用于根據(jù)所述計(jì)數(shù)器單元發(fā)送的計(jì)數(shù)結(jié)果，計(jì)算距離所述頂?shù)装?的測(cè)量值。[0012]該裝置進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)電路，與所述發(fā)射換能器、主控單元分別連接，用于驅(qū)動(dòng)所 述發(fā)射換能器發(fā)射超聲波；[0013]所述主控單元還用于輸出載波為40K赫茲的脈沖信號(hào)給所述驅(qū)動(dòng)電路，用于驅(qū)動(dòng) 所述發(fā)射換能器發(fā)射超聲波。[0014]該裝置進(jìn)一步包括濾波整形放大器，分別與所述的接收換能器和主控單元連接， 用于將接收到的返回波轉(zhuǎn)換為40K赫茲毫伏級(jí)的電壓信號(hào)，進(jìn)行濾波、整形、放大后形成一 系列矩形脈沖發(fā)送給所述主控單元。[0015]該裝置進(jìn)一步包括傳輸單元，與所述主控單元連接，用于將所述主控單元計(jì)算出 的所述測(cè)量值傳輸給地面接收系統(tǒng)。[0016]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是[0017]通過(guò)發(fā)射超聲波，并接收超聲波經(jīng)過(guò)頂?shù)装宸瓷浜蟮姆祷夭?，通過(guò)計(jì)數(shù)器記錄發(fā) 射超聲波和接收返回波的時(shí)間差，根據(jù)超聲波的速度計(jì)算出距離頂?shù)装宓木嚯x測(cè)量值，這 個(gè)測(cè)量值就是測(cè)量裝置相對(duì)于頂?shù)装宓木嚯x。本實(shí)用新型實(shí)施例用超聲波測(cè)距的方法，用 于隨鉆測(cè)量?jī)x器中，在鉆進(jìn)的過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)?chǔ)層與上下巖層的距離，本方案可以應(yīng)用在 泥漿鉆井、空氣鉆井及泡沫鉆井中，確保鉆頭始終在儲(chǔ)層中鉆進(jìn)。


[0018]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需 要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí) 施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖 獲得其他的附圖。[0019]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的井下超聲波頂?shù)装鍦y(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；[0020]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的井下超聲波頂?shù)装鍦y(cè)量裝置之二結(jié)構(gòu)示意圖；[0021]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例三提供的井下超聲波頂?shù)装鍦y(cè)量方法流程圖。
具體實(shí)施方式
[0022]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新 型實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。[0023]本實(shí)用新型實(shí)施例中，在鉆井測(cè)量?jī)x器內(nèi)，提供一種近鉆頭超聲波測(cè)量技術(shù)確定 儲(chǔ)層與上下巖層距離的方案，可以廣泛應(yīng)用于以各種介質(zhì)為鉆井液的特殊工藝井(如定向 鉆井、水平鉆井、欠平衡鉆井等)，使得在鉆井工程中，鉆井軌跡更準(zhǔn)確地在儲(chǔ)層中鉆進(jìn)，以 及更及時(shí)準(zhǔn)確地掌握儲(chǔ)層信息。[0024]實(shí)施例一[0025]參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了 一種井下超聲波頂?shù)装鍦y(cè)量裝置，該裝置包括 發(fā)射換能器100、計(jì)數(shù)器200、接收換能器300及主控單元400，發(fā)射換能器100、接收換能器 300分別與計(jì)數(shù)器200連接，計(jì)數(shù)器200與主控單元400連接。其中，[0026]發(fā)射換能器100，用于發(fā)射超聲波。計(jì)數(shù)器200，用于在發(fā)射換能器100發(fā)射超聲波的同時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)；在接收換能器300接收返回波的同時(shí)停止計(jì)數(shù)；將計(jì)數(shù)結(jié)果發(fā)送給主控單元400。接收換能器300，用于接收返回波。主控單元400，用于根據(jù)計(jì)數(shù)器發(fā)送的計(jì)數(shù)結(jié)果，計(jì)算距離頂?shù)装宓臏y(cè)量值。實(shí)施例二參見(jiàn)圖2，上述實(shí)施例一中的井下超聲波頂?shù)装鍦y(cè)量裝置進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)電路500，與發(fā)射換能器100、主控單元400分別連接，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)射換能器單100發(fā)射超聲波。主控單元400還用于輸出載波為40K赫茲的脈沖信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路500，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)射換能器100發(fā)射超聲波。特別的，該裝置進(jìn)一步包括濾波整形放大器600，分別與接收換能器300和主控單元400連接，用于將接收到的返回波轉(zhuǎn)換為40K赫茲毫伏級(jí)的電壓信號(hào)，進(jìn)行濾波、整形、放大后形成一系列矩形脈沖發(fā)送給主控單元400。主控單元400在接收到該矩形脈沖后，通知所計(jì)數(shù)器200停止計(jì)數(shù)。特別的，該裝置進(jìn)一步包括傳輸單元700，與主控單元400連接，用于將主控單元400計(jì)算出的測(cè)量值傳輸給地面接收系統(tǒng)。實(shí)施例三基于上述實(shí)施例中的井下超聲波頂?shù)装鍦y(cè)量裝置，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種井下超聲波頂?shù)装鍦y(cè)量方法，參見(jiàn)圖3，方法流程包括步驟10，發(fā)射換能器發(fā)射超聲波，同時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。發(fā)射換能器實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)超聲波的發(fā)射器，主要用于根據(jù)主控單元的輸出指令來(lái)發(fā)射超聲波。一般的，這里的主控單元輸出載波為40K赫茲的脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)發(fā)射換能器發(fā)射超聲波。在發(fā)射換能器發(fā)射超聲波的同時(shí)，需要一個(gè)計(jì)數(shù)器記錄當(dāng)前的時(shí)間。一般是通過(guò)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。這里的超聲波通常是一個(gè)超聲波脈沖幀，在該超聲波脈沖幀發(fā)射完成后，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。步驟20，超聲波經(jīng)過(guò)頂?shù)装宸瓷浜?，形成返回波。超聲波通過(guò)發(fā)射換能器發(fā)射后，遇到儲(chǔ)層的頂板或者底板，由于密度的變化，會(huì)形成超聲波的反射，由此形成超聲波返回波。實(shí)際上，無(wú)論井下儲(chǔ)層是油層還是煤層，其密度與儲(chǔ)層頂?shù)装宓膸r石層都不同的，超聲波在不同的介質(zhì)中傳播速度不同，而且在臨界面會(huì)形成反射。本實(shí)施例正是利用這個(gè)返回波來(lái)計(jì)算距離。步驟30，接收換能器接收返回波，同時(shí)計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。接收換能器在發(fā)射換能器發(fā)射超聲波后，開(kāi)始監(jiān)測(cè)返回波，當(dāng)接收到返回波的時(shí)候，停止計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)。一般的，接收換能器將接收到的返回波轉(zhuǎn)換為40K赫茲毫伏級(jí)的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波、整形、放大后形成一系列矩形脈沖返回給主控單元，主控單元在接收到該脈沖后控制計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。特別的，為了防止虛假返回波的干擾，接收換能器在延時(shí)一段時(shí)間后，在開(kāi)始接收返回波。也就是說(shuō)，接收換能器間隔設(shè)定時(shí)長(zhǎng)后再接收所述返回波，這里的設(shè)定時(shí)長(zhǎng)，根據(jù)需要設(shè)定，一般需要參照超聲波在儲(chǔ)層中的傳播速度來(lái)設(shè)定。[0046]步驟40，根據(jù)計(jì)數(shù)器的值計(jì)算距離頂?shù)装宓臏y(cè)量值。[0047]這里，發(fā)射換能器發(fā)射超聲波的時(shí)間與接收換能器接收到返回波的時(shí)間之差，就是超聲波在鉆頭與頂?shù)装逯g一個(gè)來(lái)回傳播的時(shí)間，結(jié)合超聲波在儲(chǔ)層中的傳播速度，就可以計(jì)算出鉆頭與頂?shù)装逯g的距離，也就是距離頂?shù)装宓臏y(cè)量值。[0048]計(jì)數(shù)器從開(kāi)始記數(shù)，到檢測(cè)到第一個(gè)返回波脈沖的瞬間，計(jì)數(shù)器停止記數(shù)，這樣就得到了從發(fā)射到接收的時(shí)間差Λ t，根據(jù)如下公式計(jì)算出被測(cè)距離。[0049]S=V · Δ t/2[0050]Y=Y1 +KT[0051]在上述公式中，S為超聲波發(fā)射點(diǎn)距儲(chǔ)層頂?shù)装宓木嚯x；V為超聲波在鉆進(jìn)儲(chǔ)層中的傳播速度'N'為超聲波在o°c儲(chǔ)層中傳播速度；κ為超聲波在儲(chǔ)層中的傳播速度的溫度補(bǔ)償系數(shù)。[0052]進(jìn)一步的，上述的方法還包括通過(guò)井下儀器的數(shù)據(jù)總線，將測(cè)量值傳送到地面接收系統(tǒng)。[0053]一般的，上述的方法通常采用單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)完成，其中，真?zhèn)€系統(tǒng)開(kāi)機(jī)之后，單片機(jī)復(fù)位，然后控制程序使單片機(jī)輸出載波為40Κ赫茲的脈沖信號(hào)加到驅(qū)動(dòng)電路上，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行功率放大后加到發(fā)射換能器上，使超聲換能器發(fā)射超聲波。當(dāng)?shù)?一個(gè)超聲波脈沖幀發(fā)射結(jié)束后，單片機(jī)內(nèi)的計(jì)數(shù)器開(kāi)始記數(shù)，在接收換能器檢測(cè)到第一個(gè)返回波脈沖的瞬間，計(jì)數(shù)器停止記數(shù)。接收換能器將接收到的反射超聲波轉(zhuǎn)換為40Κ赫茲毫伏級(jí)的電壓信號(hào)加到濾波、整形、放大電路上，信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波、整形、放大后變成一系列矩形脈沖，通過(guò)單片機(jī)將測(cè)量值送到井下儀器的數(shù)據(jù)總線上，最后通過(guò)傳輸信道傳送到地面接收系統(tǒng)。[0054]這里的單片機(jī)就是主控單元，為了完成測(cè)量工作，單片機(jī)需要包括諸多軟件，具體包括主程序、溫度測(cè)量子程序、超聲波發(fā)射子程序、外部中斷子程序和定時(shí)器中斷子程序。 主程序初始化后調(diào)用超聲波發(fā)射子程序，由Ρ1.0 口發(fā)射脈沖，驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器發(fā)射超聲波，并關(guān)外部中斷，計(jì)數(shù)器to開(kāi)始計(jì)時(shí)，為防止虛假回波的干擾，在延時(shí)一段時(shí)間后，開(kāi)中斷。當(dāng)外部有中斷信號(hào)時(shí)，單片機(jī)就停止計(jì)數(shù)器to的計(jì)時(shí),計(jì)算出Λ t并存儲(chǔ)到e2prom中， 單片機(jī)再調(diào)用計(jì)算子程序，計(jì)算出超聲波傳感器到儲(chǔ)層的頂部或底部距離，最后把測(cè)量結(jié)果傳送到485總線上，完成一次測(cè)量。[0055]需要說(shuō)明的是上述實(shí)施例提供的井下超聲波頂?shù)装鍦y(cè)量裝置在進(jìn)行井下超聲波測(cè)量頂?shù)装寰嚯x時(shí)，僅以上述各功能模塊的劃分進(jìn)行舉例說(shuō)明，實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)需要而將上述功能分配由不同的功能模塊完成，即將裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分成不同的功能模塊， 以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述實(shí)施例提供的井下超聲波頂?shù)装鍦y(cè)量裝置與井下超聲波頂?shù)装鍦y(cè)量方法實(shí)施例屬于同一構(gòu)思，其具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程詳見(jiàn)方法實(shí)施例， 這里不再贅述。[0056]上述本實(shí)用新型實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。[0057]綜上所述，本實(shí)用新型實(shí)施例通過(guò)發(fā)射超聲波，并接收超聲波經(jīng)過(guò)頂?shù)装宸瓷浜蟮姆祷夭?，通過(guò)計(jì)數(shù)器記錄發(fā)射超聲波和接收返回波的時(shí)間差，根據(jù)超聲波的速度計(jì)算出距離頂?shù)装宓木嚯x測(cè)量值，這個(gè)測(cè)量值就是測(cè)量裝置相對(duì)于頂?shù)装宓木嚯x。本實(shí)用新型實(shí)施例用超聲波測(cè)距的方法，用于隨鉆測(cè)量?jī)x器中，在鉆進(jìn)的過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)?chǔ)層與上下巖層的距離，實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)?chǔ)層與上下巖層的距離，本方案可以應(yīng)用在泥漿鉆井、空氣鉆井及泡沫鉆井中，確保鉆頭始終在儲(chǔ)層中鉆進(jìn)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過(guò)硬件來(lái)完成，也可以通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，上述提到的存儲(chǔ)介質(zhì)可以是只讀存儲(chǔ)器，磁盤(pán)或光盤(pán)等。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種井下超聲波頂?shù)装鍦y(cè)量裝置，其特征在于，所述裝置包括發(fā)射換能器、計(jì)數(shù)器、 接收換能器及主控單元，所述發(fā)射換能器、接收換能器分別與所述計(jì)數(shù)器連接，所述計(jì)數(shù)器與所述主控單元連接，其中，所述發(fā)射換能器，用于發(fā)射超聲波；所述計(jì)數(shù)器，用于在所述發(fā)射換能器發(fā)射超聲波的同時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)；在所述接收換能器接收返回波的同時(shí)停止計(jì)數(shù)；將計(jì)數(shù)結(jié)果發(fā)送給所述主控單元；所述接收換能器，用于接收所述返回波；所述主控單元，用于根據(jù)所述計(jì)數(shù)器單元發(fā)送的計(jì)數(shù)結(jié)果，計(jì)算距離所述頂?shù)装宓臏y(cè)量值。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該裝置進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)電路，與所述發(fā)射換能器、主控單元分別連接，用于驅(qū)動(dòng)所述發(fā)射換能器發(fā)射超聲波；所述主控單元還用于輸出載波為40K赫茲的脈沖信號(hào)給所述驅(qū)動(dòng)電路，用于驅(qū)動(dòng)所述發(fā)射換能器發(fā)射超聲波。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該裝置進(jìn)一步包括濾波整形放大器，分別與所述接收換能器和主控單元連接，用于將接收到的返回波轉(zhuǎn)換為40K赫茲毫伏級(jí)的電壓信號(hào)，進(jìn)行濾波、整形、放大后形成一系列矩形脈沖發(fā)送給所述主控單元。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該裝置進(jìn)一步包括傳輸單元，與所述主控單元連接，用于將所述主控單元計(jì)算出的所述測(cè)量值傳輸給地面接收系統(tǒng)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種井下超聲波頂?shù)装鍦y(cè)量裝置，包括發(fā)射換能器、計(jì)數(shù)器、接收換能器及主控單元，所述發(fā)射換能器、接收換能器分別與所述計(jì)數(shù)器連接，所述計(jì)數(shù)器與所述主控單元連接，其中，所述發(fā)射換能器，用于發(fā)射超聲波；所述計(jì)數(shù)器，用于在所述發(fā)射換能器發(fā)射超聲波的同時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)；在所述接收換能器接收返回波的同時(shí)停止計(jì)數(shù)；將計(jì)數(shù)結(jié)果發(fā)送給所述主控單元；所述接收換能器，用于接收所述返回波；所述主控單元，用于根據(jù)所述計(jì)數(shù)器單元發(fā)送的計(jì)數(shù)結(jié)果，計(jì)算距離所述頂?shù)装宓臏y(cè)量值。本實(shí)用新型通用于隨鉆測(cè)量?jī)x器中，在鉆進(jìn)的過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)?chǔ)層與上下巖層的距離，確保鉆頭始終在儲(chǔ)層中鉆進(jìn)。
文檔編號(hào)E21B47/00GK202832479SQ201220384669
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者曹沖, 李林, 盛利民, 張連成, 陳文藝, 弓志謙, 禹德洲, 王磊, 魏志剛 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院