[发明专利]随钻地震振动信号采集系统

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻井工程装置领域中的一种沿钻柱传播的随钻地震钻头振动信号测量系统，特别适用于在随钻地震中对井下钻头振动信号进行采集、传输和处理。

背景技术

随钻地震是国外近年来发展起来的一种新的井中地震方法，是在石油钻井过程中以钻头破岩时产生的振动作为地下震源，通过在钻柱上采集到的钻头振动信号和在地面测线上采集到的钻头信号经过各种处理后，进行地层特征评价的一项技术。随钻地震实时地确定钻头在地面地震时间剖面上的位置，并能实时地预测钻头前方的地层压力情况，从而协助钻井安全决策和优化套管设计。

虽然在石油钻井中钻头附近采集钻头信号质量较好，但由于数据量大，缺少实时传输手段，不能及时把采集到的数据进行及时处理，不能实时指导钻井施工。振动信号传感器参数的选择及其安装位置，对于记录高质量的信号起着关键的作用，必须确保它们与钻杆之间是紧密接触，使得记录的数据能够与轴向、横向以及径向上钻机结构的振动进行对比，并辨认、识别出由于钻头钻压作用于地层而产生的振动，给钻头振动信号的提取提供高质量的信号源。

目前随钻地震中钻头信号采集，最流行的体系结构是三分量加速度计安装在方钻杆上方水龙带的位置，通过电缆连接至参考信号的采集、处理设备，经过信号放大、滤波、A/D转换等，转变成数字信号存储起来，以备数据取出和地面检波器组取得数据一起经过专门软件处理，获取地震剖面。在钻井过程中，由于水龙带的摆动，容易把信号电缆扯断，由于安装位置的关系，采集到的信号质量较差，一致最后影响到整个测量结果的精确度。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种能够满足随钻地震工程应用要求的随钻地震钻头振动信号测量系统。

本发明的技术方案包括：

一种随钻地震钻头振动信号测量系统，包括钻头振动信号采集、传输和处理三部分，钻头振动信号的采集部分采用独立的钻头振动信号采集短节，钻头振动信号处理是由预装钻头振动信号采集分析软件的计算机进行，钻头振动信号采集短节与计算机之间以无线局域网的方式进行传输。其中，钻头振动信号采集短节是在短节的中部外周边预设传感器仓、电池仓、电路板仓和无线模块仓，四个仓之间由导线槽连通，四个仓内对应安装传感器、电池、电路板和无线模块；其中，传感器为三分量加速度计；电路板的电路包括滤波调理单元、信号放大单元、A/D调制单元、数字滤波单元、微处理器单元、实时时钟单元、D/A测试单元、存储器单元和GPS单元，无线模块即无线通讯单元采用wifi模块。四个仓内分别设置防爆外壳，对应的传感器、电池、电路板和无线模块设在防爆外壳内。

另一种随钻地震钻头振动信号测量系统，包括钻头振动信号采集、传输和处理三部分，钻头振动信号的采集部分采用独立的钻头振动信号采集短节，钻头振动信号处理是由预装钻头振动信号采集分析软件的计算机进行，钻头振动信号采集短节与计算机之间以无线局域网的方式进行传输。其中，在短节的中部外周边设有环形槽，环形槽内通过防爆外壳间隔为传感器仓、电池仓、电路板仓和无线模块仓，四个仓内对应安装传感器、电池、电路板和无线模块；其中，传感器为三分量加速度计；电路板的电路包括滤波调理单元、信号放大单元、A/D调制单元、数字滤波单元、微处理器单元、实时时钟单元、D/A测试单元、存储器单元和GPS单元，无线模块即无线通讯单元采用wifi模块。

上述两种方案中，所述钻头振动信号采集短节的上下端分别带有连接头； GPS天线置于无线模块外侧。所述的加速度计单元采用3分量ICP 型压电加速度计；滤波调理单元进行低通滤波、单端转差分转换；信号放大单元由低噪声、极小谐波失真、增益可编程的差分输入、差分输出运算放大器CS3301及相关外围电路组成，完成模数转换前的信号放大；A/D调制单元由高动态范围、低谐波失真、4阶△-∑型调制器CS5371、CS5372及相关外围电路组成；数字滤波单元由低功耗、高效率的多功能24位△-∑型数字滤波其CS5376级相关电路组成；微处理器单元由片内资源丰富及多种外部接口的完全集成的混合信号片上系统C8051F340及外围电路组成；实时时钟单元由低成本、具有集成的温度补偿晶体振荡器(TCXO)的高精度实时时钟(RTC)器件所构成；D/A测试单元由低功耗高性能的检测数模转换器CS4373组成，用于传感器的检测及系统的校准；GPS单元由GPS OEM模块及GPS天线组成、实时接收GPS的位置及时间信息，和实时时钟单元一起组成装置的精确时标系统；存储器单元由SD卡及其读写系统组成，在特殊情况下进行数据的暂存。