[发明专利]自适应式智能井深测量装置以及测量方法

摘要

本发明提供一种自适应式智能井深测量装置以及测量方法，装置包括：测井探头(101)、钢丝绳(108)、第1滑轮(104)、第2滑轮(105)、第3滑轮(107)、支架(102)、增量式光电旋转编码器(103)、张力传感器(106)、电动钢丝绳绞车(109)和井深测量装置控制器(110)。本发明提供的自适应式智能井深测量装置以及测量方法具有以下优点：用于在勘探测井等过程中实时测量井下测井探头深度，具有实时性好、测量精度高、测量效率高、测量分辨率高、自适应测量、智能测量、使用灵活等优点。

主权项

1.一种自适应式智能井深测量装置，其特征在于，包括：测井探头(101)、钢丝绳(108)、第1滑轮(104)、第2滑轮(105)、第3滑轮(107)、支架(102)、增量式光电旋转编码器(103)、张力传感器(106)、电动钢丝绳绞车(109)和井深测量装置控制器(110)；所述支架(102)固定安装于井口；在所述支架(102)上按距离井口由远而近的方向，依次可转动装配所述第3滑轮(107)、所述第2滑轮(105)和所述第1滑轮(104)；所述电动钢丝绳绞车(109)所引出的钢丝绳(108)依次从上方包经所述第3滑轮(107)的上部轮面，然后从下方包经所述第2滑轮(105)的下部轮面后，再从上方包经所述第1滑轮(104)的上部轮面后，然后在所述钢丝绳(108)的末端固定所述测井探头(101)，并使所述测井探头(101)悬挂于井内；所述增量式光电旋转编码器(103)通过轴与所述第1滑轮(104)传动连接，当所述第1滑轮(104)旋转一周时，同步带动所述增量式光电旋转编码器(103)旋转一周，并输出相位差90°的额定数量的两路脉冲信号，两路脉冲信号分别为A相脉冲信号和B相脉冲信号；所述张力传感器(106)通过轴与所述第2滑轮(105)传动连接，所述张力传感器(106)实时检测到的钢丝绳张力T1等于钢丝绳内部张力T2的2倍；钢丝绳内部张力T2等于测井探头重力G1与第1滑轮(104)右侧钢丝绳重力G2的和；所述井深测量装置控制器(110)包括：实时数字运算与逻辑控制器(201)以及外部设备及驱动单元(202)；其中，所述外部设备及驱动单元(202)包括外围辅助输入输出单元、模拟信号处理单元以及步进电机驱动单元(406)；其中，所述步进电机驱动单元用于对所述电动钢丝绳绞车(109)的收放绳速度进行驱动，所述步进电机驱动单元的输入端与所述实时数字运算与逻辑控制器(201)的输出端连接；所述张力传感器(106)的输出端通过所述模拟信号处理单元连接到所述实时数字运算与逻辑控制器(201)的输入端；所述增量式光电旋转编码器(103)和所述外围辅助输入输出单元均连接到所述实时数字运算与逻辑控制器(201)的输入端；所述外围辅助输入输出单元包括：大规模现场可编程门阵列数字处理芯片的外部程序存储器(401)、用于保存参数的非易失性存储单元(402)、用于设备智能互联的RS232通讯单元(403)、用于参数输入的键盘输入单元(404)和用于实时显示的液晶显示单元(405)；所述模拟信号处理单元包括：用于张力放大处理的仪表放大器(408)和用于张力转换的A/D转换器(407)；所述实时数字运算与逻辑控制器(201)包括：井深测量处理单元、测井探头收放速度控制单元和外部接口单元；其中，所述外部接口单元包括：E2PROM控制模块(303)、RS232控制模块(304)、键盘扫描模块(305)和液晶显示控制模块(306)；所述井深测量处理单元包括：滤波去抖动和整形处理单元(301)、计数模块(302)、计数输入模块(311)、计数输出模块(309)和深度计算模块(310)；所述滤波去抖动和整形处理单元(301)用于对所述增量式光电旋转编码器(103)输出的两路相位相差90°的脉冲信号进行实时快速的滤波去抖动和整形处理，进而输出计数脉冲信号和增量式光电旋转编码器的旋转方向信号；然后，将所述计数脉冲信号和增量式光电旋转编码器的旋转方向信号传输到所述计数模块(302)；所述计数模块(302)根据旋转方向极性对脉冲进行加1或者减1累加计数，累加计数值为n，并将计量得到的脉冲数传输到所述深度计算模块(310)；所述计数输入模块(311)用于接收来自于所述键盘输入单元(404)或所述RS232通讯单元(403)的预设的计数初值，并将所述计数初值传输到所述深度计算模块(310)；所述深度计算模块(310)用于对所述脉冲数和所述计数初值进行综合计算，实时得到测井探头当前深度值；其中，所述计数初值包括：第1滑轮(104)的直径D、增量式光电旋转编码器每旋转一周产生的脉冲数N和初始深度Depth1；则：当前实时深度Depth2＝初始深度Depth1+((π*D)/N)*n；所述测井探头收放速度控制单元包括：A/D采样控制模块(308)和步进电机速度控制模块(307)；所述张力传感器(106)采集到的钢丝绳张力值传输给所述仪表放大器(408)进行张力放大处理；然后，放大处理后的张力信号传输给所述A/D转换器(407)，所述A/D转换器(407)对放大处理后的张力信号进行数字量化处理，得到数字信号格式的张力T1；所述A/D采样控制模块(308)对钢丝绳张力进行数字量化，得到钢丝绳内部张力T2；其中，钢丝绳内部张力T2等于张力传感器实时检测到的钢丝绳张力T1的0.5倍；钢丝绳内部张力T2和实时检测到的钢丝绳张力T1分别传输给所述步进电机速度控制模块(307)；另外，所述深度计算模块(310)计算得到的当前实时深度Depth2也传输给所述步进电机速度控制模块(307)；所述步进电机速度控制模块(307)基于下式计算得到当前目标张力值T0:T0＝2×[G1+L0×ΔG+(Depth2‑Depth1)×ΔG]其中：Depth1代表初始深度；G1代表测井探头重力；L0代表第1滑轮(104)右侧钢丝绳初始长度；ΔG代表钢丝绳单位长度重力；所述步进电机速度控制模块(307)比较当前目标张力值T0和张力传感器实时检测到的钢丝绳张力T1的偏差，再结合目标设定速度Vset，从而产生步进电机驱动信号，所述步进电机驱动信号通过步进电机驱动单元而控制电动钢丝绳绞车(109)的收放绳速度，进而实现测井探头(101)的自适应式匀速下放和上拉操作。