[发明专利]钻井钻头数据采集系统及采集记录器

说明书

技术领域

本发明属于钻井钻头力学环境测量技术领域，具体涉及一种钻井钻头数据采集系统。

背景技术

钻井钻头数据采集系统安装在钻井钻头内，主要用于在钻井钻头工作过程中的力学环境测量。由于钻井钻头处工作环境恶劣，不但需要高速旋转，而且存在高振动、高冲击并处于高温环境，对钻井钻头的力学环境测量设备的环境适应性提出了严苛的要求。其次，由于钻井钻头本身空间有限，在不影响钻头自身结构强度的情况，提供给传感器和测量设备的安装空间非常有限。再者，一个钻头的工作寿命较长，往往要几天的时间，而钻头的旋转使供电成了难题。因此，在这一背景下，亟需研制一种钻井钻头数据采集系统以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术问题，提供一种小型化、低功耗、抗冲击振动环境能力强的钻井钻头数据采集系统。

实现本发明目的的技术方案为：

一种钻井钻头数据采集系统，包括采集记录器、测试计算机、供电系统和信号系统。采集记录器在调试时通过通讯电缆与测试计算机、供电信息和信号系统相连，通过测试计算机设置采集记录器的参数；在使用时与供电系统、信号系统相连，用于完成信号系统信号的转换以及结果数据的存储；在使用完毕后与测试计算机相连，将存储的数据发送给测试计算机；

测试计算机在调试时通过通讯电缆与采集记录器相连，用于设置采集记录器的参数；在使用完毕后通过通讯电缆与采集记录器相连，读取采集记录器中记录的数据；

供电系统通过供电电缆与采集记录器相连，用于向系统供电，包括电池或桌面线性电源，在调试时桌面线性电源通过供电电缆与采集记录器连接；在使用时电池通过供电电缆与采集记录器连接；

信号系统通过信号电缆与采集记录器连接，为采集记录器提供信号，包括传感器及安装在传感器上的激振器或标准信号源；在调试时，将标准信号源与采集记录器连接用于调试采集记录器，再将传感器、激振器与采集记录器连接用于调试传感器；在使用时，将传感器与采集记录器连接。

所述采集记录器包括多通道信号适配模块、模数转换器、存储单元、电源管理模块、内置通讯管理单元的控制CPU，采集记录器具有金属外壳；多通道信号适配模块包括多个并列设置的信号适配模块，每个信号适配模块通道包括依次串联的电荷放大器、增益放大电路和低通滤波电路。多通道信号适配模块将传感器信号转换成电压信号，经增益放大电路放大到模数转换的合适输入电压，再经低通滤波电路后送至模数转换器；模数转换器将模拟信号转换成数字信号后，在高速控制CPU的控制下，将数据快速保存在存储单元中；数据采集存储完成后，在高速控制CPU的控制下，通过芯片内置的通讯接口，可将存储单元中的数据上传到测试计算机中；在测试计算机中可以对数据进行显示、处理、分析、打印等操作；电源管理模块提供所有器件所需的工作电压。

信号适配模块前端为电荷信号输入，其信号输入端为一电荷放大器。电荷放大器将电荷转换成电压信号供后级电路做增益控制及低通滤波。电荷放大器包含隔直电路，其电路如图4所示，其最低截止频率根据需要设定，设定幅度一般为0.1Hz～1Hz。

本发明的钻井钻头数据采集系统的使用方法包括如下步骤：

第1步，用户通过连接测试计算机、采集记录器、标准信号源和小型激振器，对采集记录器及传感器进行标校和检定；以确保设备工作正常；

第2步，用户连接测试计算机和采集记录器，启动测试计算机的控制软件，设置采集记录器参数，查询采集记录器记录状态，清除数据，使采集记录器进入待采集状态；

第3步，用户将采集记录器、电池、传感器安装在钻井钻头内部，打开电源开关，使采集记录器进入工作状态，然后安装钻头，开始钻井工作；

第4步，待钻井工作完成或钻头损坏，拆下钻头，取出采集记录器、电池、传感器；

第5步，连接测试计算机和采集记录器，检查采集记录器工作状态，读取采集记录器内记录的数据；

第6步，分析处理已采集的数据，出具测量结果。

进一步地，所述步骤3还包括：在安装采集记录器时采取隔热处理措施。上述隔热处理措施包括：一是在安装采集记录器时在采集记录器金属外壳内部进行灌封，灌封材料为绝热有机材料；二是在采集记录器金属外壳外部涂抹热源反射涂层。