[發明專利]自適應式智能井深測量裝置以及測量方法

有效

• 申請號: 201611146709.8
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106761686B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 王運生;蘇建坤;柯玉軍;陳志
• 申請（專利權）人: 云南航天工程物探檢測股份有限公司
• 主分類號: E21B47/04
• 分類號: E21B47/04
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 席小東

1.一種自適應式智能井深測量裝置，其特征在于，包括：測井探頭(101)、鋼絲繩(108)、第1滑輪(104)、第2滑輪(105)、第3滑輪(107)、支架(102)、增量式光電旋轉編碼器(103)、張力傳感器(106)、電動鋼絲繩絞車(109)和井深測量裝置控制器(110)；

所述支架(102)固定安裝于井口；在所述支架(102)上按距離井口由遠而近的方向，依次可轉動裝配所述第3滑輪(107)、所述第2滑輪(105)和所述第1滑輪(104)；

所述電動鋼絲繩絞車(109)所引出的鋼絲繩(108)依次從上方包經所述第3滑輪(107)的上部輪面，然后從下方包經所述第2滑輪(105)的下部輪面后，再從上方包經所述第1滑輪(104)的上部輪面后，然后在所述鋼絲繩(108)的末端固定所述測井探頭(101)，并使所述測井探頭(101)懸掛于井內；

所述增量式光電旋轉編碼器(103)通過軸與所述第1滑輪(104)傳動連接，當所述第1滑輪(104)旋轉一周時，同步帶動所述增量式光電旋轉編碼器(103)旋轉一周，并輸出相位差90°的額定數量的兩路脈沖信號，兩路脈沖信號分別為A相脈沖信號和B相脈沖信號；

所述張力傳感器(106)通過軸與所述第2滑輪(105)傳動連接，所述張力傳感器(106)實時檢測到的鋼絲繩張力T1等于鋼絲繩內部張力T2的2倍；鋼絲繩內部張力T2等于測井探頭重力G1與第1滑輪(104)右側鋼絲繩重力G2的和；

所述井深測量裝置控制器(110)包括：實時數字運算與邏輯控制器(201)以及外部設備及驅動單元(202)；其中，所述外部設備及驅動單元(202)包括外圍輔助輸入輸出單元、模擬信號處理單元以及步進電機驅動單元(406)；其中，所述步進電機驅動單元用于對所述電動鋼絲繩絞車(109)的收放繩速度進行驅動，所述步進電機驅動單元的輸入端與所述實時數字運算與邏輯控制器(201)的輸出端連接；所述張力傳感器(106)的輸出端通過所述模擬信號處理單元連接到所述實時數字運算與邏輯控制器(201)的輸入端；所述增量式光電旋轉編碼器(103)和所述外圍輔助輸入輸出單元均連接到所述實時數字運算與邏輯控制器(201)的輸入端；

所述外圍輔助輸入輸出單元包括：大規模現場可編程門陣列數字處理芯片的外部程序存儲器(401)、用于保存參數的非易失性存儲單元(402)、用于設備智能互聯的RS232通訊單元(403)、用于參數輸入的鍵盤輸入單元(404)和用于實時顯示的液晶顯示單元(405)；

所述模擬信號處理單元包括：用于張力放大處理的儀表放大器(408)和用于張力轉換的A/D轉換器(407)；

所述實時數字運算與邏輯控制器(201)包括：井深測量處理單元、測井探頭收放速度控制單元和外部接口單元；

其中，所述外部接口單元包括：E2PROM控制模塊(303)、RS232控制模塊(304)、鍵盤掃描模塊(305)和液晶顯示控制模塊(306)；

所述井深測量處理單元包括：濾波去抖動和整形處理單元(301)、計數模塊(302)、計數輸入模塊(311)、計數輸出模塊(309)和深度計算模塊(310)；

所述濾波去抖動和整形處理單元(301)用于對所述增量式光電旋轉編碼器(103)輸出的兩路相位相差90°的脈沖信號進行實時快速的濾波去抖動和整形處理，進而輸出計數脈沖信號和增量式光電旋轉編碼器的旋轉方向信號；然后，將所述計數脈沖信號和增量式光電旋轉編碼器的旋轉方向信號傳輸到所述計數模塊(302)；所述計數模塊(302)根據旋轉方向極性對脈沖進行加1或者減1累加計數，累加計數值為n，并將計量得到的脈沖數傳輸到所述深度計算模塊(310)；所述計數輸入模塊(311)用于接收來自于所述鍵盤輸入單元(404)或所述RS232通訊單元(403)的預設的計數初值，并將所述計數初值傳輸到所述深度計算模塊(310)；所述深度計算模塊(310)用于對所述脈沖數和所述計數初值進行綜合計算，實時得到測井探頭當前深度值；

其中，所述計數初值包括：第1滑輪(104)的直徑D、增量式光電旋轉編碼器每旋轉一周產生的脈沖數N和初始深度Depth1；

則：當前實時深度Depth2＝初始深度Depth1+((π*D)/N)*n；

所述測井探頭收放速度控制單元包括：A/D采樣控制模塊(308)和步進電機速度控制模塊(307)；

所述張力傳感器(106)采集到的鋼絲繩張力值傳輸給所述儀表放大器(408)進行張力放大處理；然后，放大處理后的張力信號傳輸給所述A/D轉換器(407)，所述A/D轉換器(407)對放大處理后的張力信號進行數字量化處理，得到數字信號格式的張力T1；所述A/D采樣控制模塊(308)對鋼絲繩張力進行數字量化，得到鋼絲繩內部張力T2；其中，鋼絲繩內部張力T2等于張力傳感器實時檢測到的鋼絲繩張力T1的0.5倍；鋼絲繩內部張力T2和實時檢測到的鋼絲繩張力T1分別傳輸給所述步進電機速度控制模塊(307)；另外，所述深度計算模塊(310)計算得到的當前實時深度Depth2也傳輸給所述步進電機速度控制模塊(307)；所述步進電機速度控制模塊(307)基于下式計算得到當前目標張力值T0:

T0＝2×[G1+L0×ΔG+(Depth2-Depth1)×ΔG]

其中：Depth1代表初始深度；

G1代表測井探頭重力；

L0代表第1滑輪(104)右側鋼絲繩初始長度；

ΔG代表鋼絲繩單位長度重力；

所述步進電機速度控制模塊(307)比較當前目標張力值T0和張力傳感器實時檢測到的鋼絲繩張力T1的偏差，再結合目標設定速度Vset，從而產生步進電機驅動信號，所述步進電機驅動信號通過步進電機驅動單元而控制電動鋼絲繩絞車(109)的收放繩速度，進而實現測井探頭(101)的自適應式勻速下放和上拉操作。