[發(fā)明專利]一種井下和地面多傳感器陣列采集系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810327510.8
• 申請(qǐng)日: 2018-04-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108533256A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬海;李閃;肖紅兵;施斌全;李錚陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中石化石油工程技術(shù)服務(wù)有限公司;中石化勝利石油工程有限公司
• 主分類號(hào): E21B49/00
• 分類號(hào): E21B49/00
• 代理公司: 東營(yíng)雙橋?qū)＠碛邢挢?zé)任公司 37107
• 代理人: 侯華頌

本發(fā)明公布一種井下和地面多傳感器陣列采集系統(tǒng)，主要由井下多傳感器陣列和地面多傳感器陣列組成的一種井下和地面多維空間立體式的多傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；其中：所述的井下多傳感器陣列包括設(shè)置在井下鉆柱下部和井底鉆頭之間的泥漿脈沖發(fā)生器；所述的地面多傳感器陣列包括設(shè)置在立管上和泥漿泵附近、空氣包附近的泥漿脈沖壓力傳感器，以及設(shè)置在泥漿泵上的轉(zhuǎn)速傳感器。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是通過(guò)這種多傳感器陣列采集系統(tǒng)，可以通過(guò)較少的試驗(yàn)掌握較多的信息量，對(duì)泥漿信道模型和信號(hào)衰減模型進(jìn)行驗(yàn)證；另一方面是當(dāng)?shù)孛鏅z測(cè)不到信號(hào)或者誤碼率較高時(shí)，該系統(tǒng)通過(guò)井下和地面多傳感器陣列對(duì)泥漿脈沖壓力信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和檢測(cè)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多傳感器融合可以更全面地分析泥漿脈沖壓力信號(hào)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油鉆井、隨鉆測(cè)井技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及隨鉆測(cè)井系統(tǒng)中的信號(hào)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨鉆測(cè)控系統(tǒng)是指在鉆井過(guò)程中，同時(shí)測(cè)量工程參數(shù)和所鉆遇地層的地質(zhì)、巖石物理參數(shù)，并將信息實(shí)時(shí)傳送到地面上的系統(tǒng)。所測(cè)量的井下工程參數(shù)包括井斜角、方位角、工具面角、井底鉆壓、井底扭矩、井底壓力，地質(zhì)、巖石物理參數(shù)包括電阻率、伽馬、中子、密度、聲波等，井下信息的實(shí)時(shí)傳輸是提高鉆井安全性、可靠性、最大化節(jié)省鉆井成本的關(guān)鍵因素。

目前，井下數(shù)據(jù)傳輸方法主要包括有線電纜法、泥漿脈沖法、聲波法、電磁波法及光纖法，每種方法均有其適用范圍及局限性，其中泥漿脈沖法應(yīng)用最為廣泛、魯棒性更好。泥漿脈沖法是采用開(kāi)關(guān)或改變鉆柱中鉆井液流通面積的方式，從而改變鉆柱中的鉆井液壓力，形成一定頻率和幅值的泥漿壓力波信號(hào)，將該壓力波以脈沖的形式傳遞到地面，并形成電信號(hào)以便采集、處理。常見(jiàn)的泥漿脈沖方式包括正脈沖、負(fù)脈沖和連續(xù)波等三種方式。

對(duì)于泥漿脈沖法，噪聲的影響非常大，適當(dāng)?shù)男盘?hào)檢測(cè)及信號(hào)識(shí)別方法能夠有效提高接收數(shù)據(jù)的正確性及可靠性。影響泥漿脈沖信號(hào)的噪聲主要包括兩方面，一部分噪聲是由井下工具引起，傳輸方向跟上傳脈沖信號(hào)方向一致，如鉆頭與井底的作用、鉆柱與井壁的作用、井下渦輪發(fā)電機(jī)等所產(chǎn)生的泥漿脈沖壓力噪聲；另一部分噪聲來(lái)源于地面設(shè)備，如泥漿泵、空氣包等，傳輸方向跟上傳脈沖信號(hào)方向相反。

目前，對(duì)于井下泥漿脈沖壓力信號(hào)的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)上普遍采用在立管上安裝一個(gè)壓力傳感器的方式，井下沒(méi)有任何對(duì)泥漿脈沖壓力信號(hào)的監(jiān)測(cè)。這種單一傳感器的采集系統(tǒng)當(dāng)泥漿脈沖壓力信號(hào)受干擾比較大時(shí)，特別是對(duì)于連續(xù)波泥漿脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的泥漿脈沖壓力信號(hào)受到信號(hào)延遲、反射影響比較大時(shí)，是很難通過(guò)一個(gè)壓力傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行井下信號(hào)還原的，因此，需要在井下和地面進(jìn)行多傳感器陣列采集，通過(guò)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行多源數(shù)據(jù)融合，進(jìn)行有效的泥漿脈沖壓力信號(hào)檢測(cè)和識(shí)別。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種井下和地面多傳感器陣列采集系統(tǒng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種井下和地面多維空間立體式的多傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于對(duì)井下泥漿脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的泥漿脈沖壓力信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和檢測(cè)。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種井下和地面多傳感器陣列采集系統(tǒng)，主要由井下多傳感器陣列和地面多傳感器陣列組成的一種井下和地面多維空間立體式的多傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；其中：所述的井下多傳感器陣列包括設(shè)置在井下鉆柱下部和井底鉆頭之間的泥漿脈沖發(fā)生器；所述的地面多傳感器陣列包括設(shè)置在立管上和泥漿泵附近、空氣包附近的泥漿脈沖壓力傳感器，以及設(shè)置在泥漿泵上的轉(zhuǎn)速傳感器。

上述方案進(jìn)一步包括：

設(shè)置在泥漿脈沖發(fā)生器上方鉆柱內(nèi)的井下泥漿脈沖壓力監(jiān)測(cè)短節(jié)，對(duì)泥漿脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的泥漿脈沖壓力信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到內(nèi)存中。

所述的井下泥漿脈沖壓力監(jiān)測(cè)短節(jié)為多節(jié)且間隔分布，每節(jié)井下泥漿脈沖壓力監(jiān)測(cè)短節(jié)主要由脈沖壓力檢測(cè)模塊、電流/電壓轉(zhuǎn)換電路、濾波放大電路、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)化電路、單片機(jī)和大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊組成。