[实用新型]利用声波通过钻杆传输的钻进参数采集装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种数据采集装置，尤其是涉及一种利用声波通过钻杆传输的钻进参数采集装置。

背景技术

由于岩石的复杂性和钻井过程中众多影响因素的多变性，使得钻探生产成为一个比较复杂的工艺过程。对于这样一个复杂的过程，要实现安全、优质、高效、低耗等目标，除要对钻探工艺技术进行优化设计外，还要实时地掌握钻进过程中各参数的变化情况，并根据参数变化及时有效地对钻探工艺进行调节，其数据传输是关键问题。

在泥浆井中的随钻测量是利用泥浆脉冲来传递信号，该技术已经成熟，但是不能用于水平钻探，代替它的是电磁波脉冲信号传输技术(EMMWD-Electromagnetic Measurement While Drilling)。EMMWD是利用超低频电磁波直接穿过地层到达地面接收器，如果钻孔较深、地层阻抗较小，在传输过程中被衰减，不能到达地面被有效接收，信号的传输距离一般为700米到3000米。由于其使用低频电磁波其载波频率低，数据的传输速率也比较低，不能实时传输信息。为了满足实时传输的要求，一般采用有线传输的方式，即在钻杆内装入导线，这引起钻杆的制造工艺复杂且在钻探过程中容易发生故障等一系列的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种利用声波通过钻杆传输的钻进参数采集装置，其设计合理、成本低、安装布设及接线方便且使用效果好，能有效克服利用电磁波脉动信号传输技术传输速率低、传输距离近的缺点，而且克服了利用有线传输数据方式带来的高成本与高故障率。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种利用声波通过钻杆传输的钻进参数采集装置，其特征在于：包括布设在钻机钻头上且利用钻杆将检测信号传送至的数据采集及发送模块、安装在钻机钻杆尾部且与数据采集及发送模块配合使用的数据接收模块和布设在地面工作站内且与数据接收模块相接的上位监控系统，所述数据接收模块与上位监控系统间以无线通信方式进行双向通信；所述数据采集及发送模块包括数据采集模块、与所述数据采集模块相接的数据处理模块一、与所述数据处理模块一相接的数据压缩及编码模块和与所述数据压缩及编码模块相接的声波换能及发送模块；所述数据接收模块包括与所述声波换能及发送模块配合使用的声波接收器、与声波接收器相接的数据解码及解压缩模块和与所述数据解码及解压缩模块相接的数据处理模块二，所述数据解码及解压缩模块与所述数据压缩及编码模块相对应，所述数据处理模块二和上位监控系统间以无线通信方式进行双向通信。

所述数据采集模块包括传感器单元、与传感器单元相接的信号调理模块一、与信号调理模块一相接的A/D转换器一；所述数据处理模块一为与A/D转换器一相接的ARM微处理器一；所述数据压缩及编码模块包括与ARM微处理器一相接的压缩编码器、与压缩编码器相接的扩频编码模块和与扩频编码模块相接的D/A转换器；所述声波换能及发送模块包括与扩频编码模块相接且用于产生声波信号的声波发生器和与声波发生器相接的驱动电路，声波发生器和声波接收器相配合使用。

所述数据解码及解压缩模块包括与声波接收器相接的信号调理模块二、与信号调理模块二相接的A/D转换器二、与A/D转换器二相接的扩频解码模块和与扩频解码模块相接的解压缩模块；所述数据处理模块二为与解压缩模块相接的ARM微处理器二。

还包括与上位监控系统相接的自动报警单元，所述自动报警单元固定在钻台上。

所述数据接收模块上安装有与其相接的无线信号收发单元一，地面工作站内布设有与上位监控系统相接的无线信号收发单元二。

所述传感器单元包括布设在钻机钻头上相应测点的多个传感器，所述多个传感器包括对钻孔内压力进行实时检测的压力传感器、对钻头工作温度进行实时检测的温度传感器、对地层出水情况进行实时检测的粉尘含水量传感器和对钻孔区域的地磁磁力线分布进行实时检测的磁力计。

所述数据采集及发送模块与上位监控系统间以有线或无线通信方式进行连接。

还包括分别与所述数据处理模块一和数据处理模块二相接的供电电池，所述供电电池与所述数据处理模块一和数据处理模块二间均接有电源管理模块。

所述钻杆为位于钻台上方的方钻杆，所述数据接收模块和无线信号收发单元一通过紧固件组装为一体且安装在方钻杆上部。

还包括与上位监控系统相接的状态显示模块；所述数据采集及发送模块安装在外部壳体内部且所述外部壳体通过卡箍夹持固定在钻机钻头处的钻杆上。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、安装布设及接线方便且成本低、使用操作简便。