[实用新型]一种基于三轴正交加速度计的井下钻柱振动测量系统

说明书

技术领域

本实用新型属于石油天然气钻井技术领域，特别是涉及一种基于三轴正交加速度计的井下钻柱振动测量系统。

背景技术

在钻井过程中，钻头与地层的冲击、钻头的偏心钻进、钻柱与井壁之间的摩擦碰撞，都会产生强烈的振动。钻柱振动信号包含了大量的钻井工况信息，通过采集这些振动数据，分析钻柱振动机理并做出合理的故障诊断，对于减少钻井事故、优化钻井参数、提高钻进速度都具有非常重要的意义。国外早在20世纪60年代就开始了振动信号测量技术的研究并取得了丰硕的技术成果，在世界各大油田中已得到应用。国内对井下测量的研究始于20世纪80年代，取得了很多成果，但该系列的研究主要是通过建立理想的模型和理论计算得到的，与实际应用有很大差别。截止目前，国内还没有实用的井下振动测量工具，相对国外还有相当的差距，研制开发井下振动测量工具是钻井技术人员的当务之急。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种基于三轴正交加速度计的井下钻柱振动测量系统，实现井下钻柱多轴振动数据的获取与分析。

为了达到上述目的，本实用新型提供的基于三轴正交加速度计的井下钻柱振动测量系统包括:

井下钻具组合、钻柱振动测量单元、信号调理单元、井下控制单元、井下存储单元、数据通信单元、井下电源系统、上位机，其中:井下钻具组合依次通过钻柱振动测量单元和信号调理单元与井下控制单元连接，井下控制单元分别与井下存储单元和数据通信单元连接，数据通信单元与上位机连接，井下电源系统分别与钻柱振动测量单元、信号调理单元、井下控制单元、井下存储单元和数据通信单元相连接。

所述的井下控制单元包括微处理器U1及其外围电路，微处理器U1选用PIC18F系列单片机，外围电路中的第一电阻R1的一端连接直流3.3V电源VDD3.3，另一端连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接微处理器U1的可编程控制引脚MCLR，MCLR引脚低电平有效，第一电容C1的一端与第一电阻R1和第二电阻R2的连接点连接，第一电容C1另一端接地，第二电容C2的一端连接微处理器U1的VCPP引脚，另一端接地，第一晶振Y1的第一端连接微处理器U1的OSC1引脚，第一晶振Y1的第二端连接微处理器U1的OSC2引脚，第三电容C3的一端连接微处理器U1的OSC1引脚，另一端接地，第四电容C4的一端连接微处理器U1的OSC2引脚，另一端接地，第五电容C5的一端连接直流3.3V电源VDD3.3，另一端接地，微处理器U1的电源引脚VDD连接直流3.3V电源VDD3.3，微处理器的VSS引脚接地。

所述的井下存储单元包括存储芯片U2及其外围电路，所述存储芯片选用M25P32芯片，通过SPI总线与所述微处理器U1通信，存储芯片U2的片选引脚S连接微处理器U1的片选控制引脚RC2，存储芯片U2的VCC引脚连接直流3.3V电源VDD3.3，外围电路中的第三电阻R3一端连接直流3.3V电源VDD3.3，另一端连接存储芯片U2的保持引脚HOLD，HOLD引脚低电平有效，第六电容C6一端连接直流3.3V电源VDD3.3，另一端接地，存储芯片U2的VSS引脚接地；

存储芯片U2通过SPI总线与微处理器U1的SPI总线接口相连接，其中：存储芯片U2的引脚Q为SPI总线数据输出端，连接微处理器U1的SPI总线的数据输入引脚SDI；存储芯片U2的引脚D为SPI总线的数据输入端，连接微处理器U1的SPI总线的数据输出引脚SDO；存储芯片U2的引脚C为SPI总线的时钟输入端，连接微处理器U1的SPI总线的时钟输出引脚SCK；存储芯片U2的写保护引脚W悬空。