一种信号采集显示一体化定向井测量地面装置的制作方法

本发明涉及石油勘探开发定向井测量，具体涉及一种信号采集显示一体化定向井测量地面装置。

背景技术：

1、随钻测量系统是定向钻进中一种先进的技术手段，可以不间断定向钻进而测量井下钻头附近位置的井斜、方位、工具面等信息，并将信息即刻传送到地面的过程。

2、随钻测量系统是由井下装置和地面装置两部分组成。本发明为地面装置部分。井下装置将各类传感器采集的数据通过泥浆传输至地面井口压力传感器。现有的地面装置包括压力传感器、接口箱、电脑及解码程序、司钻显示仪等设备设施，这些设备通过不同规格的电缆进行连接，实现相关的业务功能。

3、随着作业效率要求的不断提升，当前地面装置繁琐的作业流程已不能满足现场实际工作需要。分析总结存在如下几个方面的问题：

4、1.当前地面装置系统设备繁多，线缆连接复杂，系统安装及操作专业度高，受场地距离、场地作业设备现场排布影响大等问题；

5、2.当前地面装置系统存在安装作业时间长，稳定性差，安全风险大（高空作业，大型机械进出场刮碰线缆，触电等风险）等问题；

6、3.司钻工程师通过司钻显示仪观察的数据非常有限，若需获得更多数据综合判断钻探作业，需要往返司钻房和地面仪器房之间，费时费力，工作效率低下。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明设计了一种信号采集显示一体化定向井测量地面装置，以解决上述提到的问题。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：一种信号采集显示一体化定向井测量地面装置，主要由信号采集模块、显示终端解码模块、数据处理存储模块、信号切换模块、液晶显示模块、无线传输模块组成，通过将数据的采集、传输、转换、解码、分析、存储、显示、无线传输等定向井测量地面装置所有功能一体化集成设计，系统稳定，结构简单，携带便利。

3、信号采集模块由隔离式安全栅、信号放大器、信号滤波器、高速数模转换电路、arm32位处理器组成。信号采集模块输入端与外部信号（压力传感器）连接，输出端分别与数据处理存储模块和显示终端解码模块连接，负责数据采集和转换。信号采集模块通过 arm 32位处理器进行运算处理，处理完成的信号通过串行接口方式传送。信号采集模块按s1步骤执行：

4、步骤s11：井下仪器总成通过各种传感器测得井斜、方位、工具面等数据参数，经泥浆脉冲编码装置编码后（数据编码格式由第三方定义），借助泥浆将信号传输到地面压力传感器；

5、步骤s12：地面压力传感器将接收的信号转换成4-20ma电流信号；

6、步骤s13：电流信号通过隔离安全栅进行信号安全隔离，避免雷电、静电等对设备造成永久损坏；

7、步骤s14：安全隔离后的电流信号经250欧电阻，将电流信号转换成直流1-5v电压信号，传递给信号滤波器，按照“高于100hz信号为高频干扰信号”原则，滤除钻具震动、泥浆泵压力波动等外界环境噪声影响；

8、步骤s15：滤波后的信号经运算放大电路，按照100倍进行信号放大；

9、步骤s16：放大后信号传送到24位数模转换电路，将模拟信号转换成数字信号；

10、步骤s17：取数字信号高16位送入arm32处理器进行计算处理。按照第三方提供数据定义格式：确定低压力时间段持续的时间，所述的低压力时间段为井下采集的两个高压力值之间的低压力值持续的时间，所述的高压力值≥18mpa，所述的低压力值≤5mpa，所述的低压力时间段按照时间长短，从短到长对应字符“0”，“1”，“2”，“3”，“4”，“5”，“6”，“7”，“8”，“9”，“a”，“b”，“c”，“d”，“e”，“f”。另外，通过判断高压力持续时间，来增强数据的可靠性，有一定持续时间的高压力为有效数据，持续时间较短的高压力为干扰数据。最终，信号采集模块就可以算出一组数据，进而解码得出井斜、方位角、工具面等数据信息。

11、显示终端解码模块由串行数据接收模块、数据处理模块和显示模块组成。显示终端解码模块输出端同样与信号切换模块输入端连接，负责显示信号的解码。显示终端解码模块接收串口数据，通过内置的应用程序解析出所需信息，通过标准协议显示接口，传送到液晶显示模块进行数据显示。显示终端解码模块按s2步骤执行：

12、步骤s21：信号采集模块将显示终端需要显示的数据传递给串行数据接收模块，通过数据处理函数提取井斜、方位、工具面等信息并保存至数据缓存区；

13、步骤s22：数据处理模块采用的是双核arm cortex-a7处理器，配备4g内部存储和1g的运行内存。通过数据分析函数从数据缓存区读取相邻两次井斜、方位、工具面数据进行比对运算；

14、步骤s23：若比对运算结果在设定阈值范围内（上下偏差20%），数据处理模块将井斜、方位、工具面等数据推送给显示模块显示。若比对运算结果在设定阈值范围外，数据处理模块将异常数据推送给显示模块报警显示。

15、数据处理存储模块输出端与信号切换模块的输入端连接，负责测量信号解码、分析、存储。

16、信号切换模块输出信号与液晶显示模块连接，负责两种不同信号的切换，满足司钻工程师多维度业务需求。

17、无线传输模块负责将信号从司钻房无线传输至地面仪器房控制显示，满足地面仪器房工程师数据监测需要。同时，无线传输的方式降低了现场作业安全风险，提高了集团公司对前端作业现场的管理效率和水平。

18、相对于现有的技术，本发明具有如下有益效果：

19、1.本发明将数据的采集、传输、转换、解码、分析、存储、显示、无线传输等定向井测量地面装置所有功能一体化集成设计，大幅减少了设备的数量，系统集成度高，部署安装简单，不受场地距离和钻井设备现场排布的影响。

20、2.采用软件系统优化、电气隔离、数据校验等技术手段，大幅提升了装置系统的稳定性，通过场地无线化设计，无需繁杂的线缆布线连接，规避了高空作业、大型机械进出场刮碰线缆、触电等安全隐患，降低了现场施工作业风险。

21、3.装置提供多种信号按需显示，满足司钻工程师多维度、综合判断钻探作业的需求，颠覆了传统繁杂工作模式和作业流程，大幅提升了定向井测量工作效率。

技术特征：

1.一种信号采集显示一体化定向井测量地面装置，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的一种信号采集显示一体化定向井测量地面装置，其特征在于：所述的显示终端解码模块由串行数据接收模块、数据处理模块和显示模块组成，所述的显示终端解码模块按s2步骤执行：

3.根据权利要求1所述的一种信号采集显示一体化定向井测量地面装置，其特征在于：所述的信号采集模块通过 arm 32 位处理器进行运算处理，处理完成的信号通过串行接口方式传送。

4.根据权利要求1所述的一种信号采集显示一体化定向井测量地面装置，其特征在于：所述的显示终端解码模块接收串口数据，通过内置的应用程序解析出所需信息，通过标准协议显示接口，传送到液晶显示模块进行数据显示。

技术总结本发明提供一种信号采集显示一体化定向井测量地面装置，属于石油勘探开发定向井测量领域。特征在于信号采集模块负责数据采集和转换；数据处理存储模块输出端与信号切换模块的输入端连接，负责测量信号解码、分析、存储；显示终端解码模块输出端同样与信号切换模块输入端连接，负责显示信号的解码；信号切换模块输出信号与液晶显示模块连接，负责两种不同信号的切换；无线传输模块负责将信号从司钻房无线传输至地面仪器房控制显示。本发明将数据的采集、传输、转换、解码、分析、存储、显示、无线传输等定向井测量地面装置一体化集成设计，提供多种信号按需显示，满足司钻工程师业务需求，提升了定向井测量的工作效率，降低了作业安全风险。技术研发人员：高建华,孟玉国,李发岩受保护的技术使用者：山东易川信息科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18