專利名稱：一種測量鉆井液漏失的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測量鉆井液漏失的電路，特別涉及一種應(yīng)用超聲波技術(shù)和先進的電子技術(shù)在鉆井過程中探測鉆井液漏失位置的電路。
背景技術(shù)：
目前石油鉆井行業(yè)采用的探測井漏的儀器大致分為兩類一類是物探測井儀器，如井溫測井儀、電法測井儀；另一類是專用測井儀器，如流量測量儀、壓力測量儀。多年來的使用情況表明上述各種儀器不能準(zhǔn)確地測出鉆井液漏失位置，而且檢測時需要投入大量的人力、物力。
由江漢石油學(xué)院申請的專利號為98235961.6的“井漏漏失速度和漏失層位測量儀”專利提出了一種測量井漏位置的方法，該儀器同時測量鉆井液的壓力、溫度和流量，通過壓力和流量數(shù)據(jù)綜合求算漏失的速度和規(guī)律，通過溫度和流量數(shù)據(jù)的變化綜合判斷漏失位置。因為該儀器需要同時測量鉆井液壓力、溫度和流量三個物理量，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且由于壓力傳感器的敏感面易被鉆井液中沙粒等雜質(zhì)堵塞，從而影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；另外由于地層溫度隨其離地面的深度而線性變化，受溫度傳播的不實時性和漏失量較小時溫度變化不明顯等因素的影響，因此在實際應(yīng)用中受到了一定的限制。
由東機工株式會社申請的專利號為89104405.1“渦旋流量計”專利，提出了一種測量流體速率的方法，它是利用渦旋發(fā)生器在流體中產(chǎn)生卡門渦旋，導(dǎo)致流體中傳播的超聲波相位發(fā)生改變并通過檢測卡門渦旋的發(fā)生來測量流體流速的裝置。這種測量裝置需要安裝一個渦旋發(fā)生器，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。而且由于受到測量環(huán)境本身的制約，所使用的流量計中含有轉(zhuǎn)子等可動部件，而可動部件極易受到鉆井液中沙粒的影響而造成測量不可靠或失敗。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種在鉆井過程中，利用超聲波傳感器探測鉆井液漏失位置的電路。
本實用新型的技術(shù)方案如下一種測量鉆井液漏失的電路，包括DSP芯片IC1、數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2、電平轉(zhuǎn)換芯片IC3、傳感器驅(qū)動和切換電路IC6、電源電路IC5、晶體振蕩器IC4、驅(qū)動電路IC7-1構(gòu)成，其特征在于DSP芯片IC1的地址線A0～A18與數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2的地址線A0～A18相連，DSP芯片IC1的數(shù)據(jù)線D0～D7通過電平轉(zhuǎn)換芯片IC3與數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2的數(shù)據(jù)線D0～D7相連；DSP芯片IC1的CLKX0引腳通過上拉電阻R1、R2以及驅(qū)動電路IC7-1與數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2的OE使能引腳相連；DSP芯片IC1的R/W引腳與數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2的WE引腳以及電平轉(zhuǎn)換芯片IC3的DIR引腳相連；DSP芯片IC1的地址線A19與電平轉(zhuǎn)換芯片IC3的OE引腳相連；電源電路IC5分別與DSP芯片IC1的電源引腳CVDD、DVDD以及復(fù)位腳RESET相連；傳感器驅(qū)動和切換電路IC6分別與DSP芯片IC1的XF1、TCLK0、INT1引腳相連；此外DSP芯片IC1采用外部時鐘方式，其EXTCLK引腳與晶體振蕩器IC4相連，XIN引腳與地相連。
傳感器驅(qū)動和切換電路由放大電路IC8、IC11、IC12，模擬開關(guān)IC9、IC10，驅(qū)動電路IC7-2，IC7-6組成，所述模擬開關(guān)IC9包括輸入通道X0和Y3，相應(yīng)的輸出通道X和Y分別接超聲波傳感器S1和S2，并分別與模擬開關(guān)IC10的輸入通道X3和X0相連；驅(qū)動電路IC7-6與DSP的中斷INT1引腳相連；驅(qū)動電路IC7-2與模擬開關(guān)IC9和IC10的通道選擇A、B引腳相連。
傳感器S1的一端接地，另一端與模擬開關(guān)IC9的輸出通道X以及模擬開關(guān)IC10的輸入通道X3相連；傳感器S2的一端接地，另一端與模擬開關(guān)IC9的輸出通道Y以及模擬開關(guān)IC10的輸入通道X0相連。
本實用新型測量鉆井液漏失電路的第一個特點在于利用DSP作為控制和數(shù)據(jù)處理的核心，實時計算出一定距離內(nèi)兩只傳感器對發(fā)、對收之間的時間差，從而計算出鉆井液流速，并由鉆井液流速的變化判定漏失層的位置。
第二個特點在于由于本電路采用內(nèi)部帶有時鐘電路的NVRAM芯片IC2，因此不需要單獨的時鐘電路。
第三個特點是本實用新型包含兩只對發(fā)、對收的超聲波傳感器，通過DSP芯片IC1的XF1引腳和驅(qū)動電路IC7-2實現(xiàn)了兩只超聲波傳感器在接收和發(fā)送之間的切換。


圖1是本實用新型的電路原理框圖。
圖2是本實用新型的電路原理圖。
圖3是傳感器驅(qū)動和切換電路原理圖。
具體實施方式
本實用新型的電路原理框圖如圖1所示，包括DSP控制電路、程序和數(shù)據(jù)存儲電路、時鐘電路、傳感器驅(qū)動和切換電路、電源電路。DSP控制和處理電路是各部分電路的控制和連接中心，它控制各電路完成各自的功能，并且進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。
程序和數(shù)據(jù)存儲電路以及時鐘電路由內(nèi)含時鐘電路的NVRAM芯片構(gòu)成，用以存儲程序、數(shù)據(jù)以及讀取時鐘信號。在DSP上電后，首先DSP將程序存儲電路中的程序引導(dǎo)至DSP內(nèi)部高速RAM區(qū)，然后DSP開始全速執(zhí)行程序。在程序執(zhí)行的過程中，DSP將不同時刻的數(shù)據(jù)存儲到NVRAM芯片內(nèi)。
傳感器驅(qū)動和切換電路由多路模擬開關(guān)以及放大電路構(gòu)成，DSP控制多路模擬開關(guān)交替地按一定的時間間隔選擇超聲波傳感器中的一只作為發(fā)送傳感器，另一只作為接收傳感器，其中發(fā)送和接收傳感器的切換由DSP控制完成。兩只傳感器共用了相同的發(fā)送驅(qū)動電路和接收放大電路，由于兩只傳感器總是按照一定的時間間隔交替地進行對發(fā)、對收，所以兩只傳感器也是按照同樣的時間間隔交替地切換到發(fā)送驅(qū)動電路和接收放大電路上。
電源電路用于提供電路所需的直流電源。
本實用新型的具體電路原理圖如圖2所示，包括DSP芯片IC1、數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2、電平轉(zhuǎn)換芯片IC3、傳感器驅(qū)動和切換電路IC6、電源電路IC5、晶體振蕩器IC4、驅(qū)動電路IC7-1構(gòu)成。其中DSP芯片IC1的地址線A0～A18與數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2的地址線A0～A18相連，DSP芯片IC1的數(shù)據(jù)線D0～D7通過電平轉(zhuǎn)換芯片IC3與數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2的數(shù)據(jù)線D0～D7相連。DSP芯片IC1的CLKX0引腳通過上拉電阻R1、R2以及驅(qū)動電路IC7-1與數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2的OE使能引腳相連DSP芯片IC1的R/W引腳與數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2的WE引腳以及電平轉(zhuǎn)換芯片IC3的DIR引腳相連；DSP芯片IC1的地址線A19與電平轉(zhuǎn)換芯片IC3的OE引腳相連。電源電路IC5分別與DSP芯片IC1的電源引腳CVDD、DVDD以及復(fù)位腳RESET相連；傳感器驅(qū)動和切換電路IC6分別與DSP芯片IC1的XF1、TCLK0、INT1引腳相連；此外DSP芯片IC1采用外部時鐘方式，其EXTCLK引腳與晶體振蕩器IC4相連，XIN引腳與地相連。
DSP芯片IC1采用TMS320VC33芯片，工作電壓為+3.3V，而數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2采用內(nèi)部帶有時鐘的NVRAM芯片，工作電壓為+5V，因此在DSP芯片IC1與數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2的數(shù)據(jù)總線之間加入電平轉(zhuǎn)換芯片IC3，實現(xiàn)了+3.3V和+5V電平的轉(zhuǎn)換。其中數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2和電平轉(zhuǎn)換芯片IC3的OE、WE、DIR引腳由DSP芯片IC1控制，當(dāng)DSP讀取數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2內(nèi)部的數(shù)據(jù)和程序時，DSP置CLKX0引腳為高電平，通過驅(qū)動電路IC7-1使IC2的引腳OE為低電平，這時DSP的R/W引腳為高電平，即數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2和電平轉(zhuǎn)換芯片IC3的WE、DIR引腳為高電平，IC2處于讀狀態(tài)，電平轉(zhuǎn)換芯片IC3由其DIR引腳控制使數(shù)據(jù)由IC2到IC1，實現(xiàn)DSP讀取外部數(shù)據(jù)和程序；當(dāng)DSP給數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2寫數(shù)據(jù)時，DSP置CLKX0引腳為低電平，通過驅(qū)動電路IC7-1使IC2的OE引腳為高電平，這時DSP的R/W引腳為低電平，即IC2和IC3的WE、DIR引腳也為低電平，IC2處于寫狀態(tài)，IC3由其DIR引腳控制使數(shù)據(jù)由IC1到IC2，實現(xiàn)DSP對外部存儲器寫數(shù)據(jù)。
DSP在進行數(shù)據(jù)存儲時，需要存儲該數(shù)據(jù)對應(yīng)的時間，因此需要對時鐘進行讀寫。由于本電路采用內(nèi)部帶有時鐘電路的NVRAM芯片IC2，因此不需要單獨的時鐘電路。在測漏儀下井之前，首先對時鐘進行調(diào)整；在存儲數(shù)據(jù)時，讀出相應(yīng)的時間并同數(shù)據(jù)一起存儲到外部存儲器中。
DSP芯片IC1通過其XF1、TCLK0、INT1引腳與傳感器驅(qū)動和切換電路IC6相連，其中由DSP芯片IC1通過內(nèi)部定時器TCLK0輸出方波信號，該信號通過傳感器驅(qū)動和切換電路IC6發(fā)送給超聲波傳感器；接收超聲波傳感器的接收信號也通過傳感器驅(qū)動和切換電路IC6與DSP芯片IC1的中斷INT1引腳相連，由DSP實時計算一定距離內(nèi)，在鉆井液流動條件下，兩只傳感器經(jīng)DSP切換分別作為接收與發(fā)送傳感器，即對發(fā)、對收時超聲波信號之間的時間差，從而計算出鉆井液流速，由鉆井液流速的變化可找到漏失層的位置。
電源電路IC5用于提供DSP芯片IC1的工作電壓+3.3V、+1.8V，同時與DSP芯片的RESET引腳相連，用于上電復(fù)位。
傳感器驅(qū)動和切換電路原理如圖3所示，由放大電路IC8、IC11、IC12，模擬開關(guān)IC9、IC10，驅(qū)動電路IC7-2，IC7-6組成。其中DSP芯片IC1的TCLK0引腳發(fā)送600KHz振蕩信號，振蕩信號的頻率由超聲波傳感器的頻率范圍確定。此振蕩信號經(jīng)過放大電路IC8將+3.3V的信號放大到+9V，放大后的信號接到模擬開關(guān)IC9的輸入通道X0和Y3，相應(yīng)的輸出通道X和Y分別接超聲波傳感器S1和S2，并分別與模擬開關(guān)IC10的輸入通道X3和X0相連。超聲波傳感器的接收信號由X通道輸出，并經(jīng)過放大器IC11、IC12兩級放大后，由驅(qū)動電路IC7-6將接收信號轉(zhuǎn)換為+3.3V的信號并與DSP的中斷INT1引腳相連。由DSP的XF1引腳發(fā)出的控制信號經(jīng)驅(qū)動電路IC7-2驅(qū)動后與模擬開關(guān)IC9和IC10的通道選擇A、B引腳相連。傳感器S1的一端接地，另一端與模擬開關(guān)IC9的輸出通道X以及模擬開關(guān)IC10的輸入通道X3相連；傳感器S2的一端接地，另一端與模擬開關(guān)IC9的輸出通道Y以及模擬開關(guān)IC10的輸入通道X0相連。當(dāng)XF1為0時，模擬開關(guān)IC9選擇通道0，即由X通道輸出，傳感器S1為發(fā)送傳感器，傳感器S2為接收傳感器；同時模擬開關(guān)IC10也選擇通道0，輸入通道X0上的信號被輸出，即傳感器S2的接收信號被輸出；當(dāng)XF1為1時，模擬開關(guān)IC9選擇通道Y通道輸出，傳感器S2為發(fā)送傳感器，傳感器S1為接收傳感器；模擬開關(guān)IC10選擇輸入通道X3上的信號輸出，即傳感器S1的接收信號被輸出。
權(quán)利要求1.一種測量鉆井液漏失的電路，包括DSP芯片IC1、數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2、電平轉(zhuǎn)換芯片IC3、傳感器驅(qū)動和切換電路IC6、電源電路IC5、晶體振蕩器IC4、驅(qū)動電路IC7-1，其特征在于DSP芯片IC1的地址線A0～A18與數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2的地址線A0～A18相連，DSP芯片IC1的數(shù)據(jù)線D0～D7通過電平轉(zhuǎn)換芯片IC3與數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2的數(shù)據(jù)線D0～D7相連DSP芯片IC1的CLKX0引腳通過上拉電阻R1、R2以及驅(qū)動電路IC7-1與數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2的OE使能引腳相連DSP芯片IC1的R/W引腳與數(shù)據(jù)和程序存儲芯片IC2的WE引腳以及電平轉(zhuǎn)換芯片IC3的DIR引腳相連；DSP芯片IC1的地址線A19與電平轉(zhuǎn)換芯片IC3的OE引腳相連；電源電路IC5分別與DSP芯片IC1的電源引腳CVDD、DVDD以及復(fù)位腳RESET相連；傳感器驅(qū)動和切換電路IC6分別與DSP芯片IC1的XF1、TCLK0、INT1引腳相連；此外DSP芯片IC1采用外部時鐘方式，其EXTCLK引腳與晶體振蕩器IC4相連，XIN引腳與地相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量鉆井液漏失的電路，其特征是傳感器驅(qū)動和切換電路由放大電路IC8、IC11、IC12，模擬開關(guān)IC9、IC10，驅(qū)動電路IC7-2，IC7-6組成，其中放大后的信號接到模擬開關(guān)IC9的輸入通道X0和Y3，相應(yīng)的輸出通道X和Y分別接超聲波傳感器S1和S2，并分別與模擬開關(guān)IC10的輸入通道X3和X0相連；驅(qū)動電路IC7-6與DSP的中斷INT1引腳相連；驅(qū)動電路IC7-2與模擬開關(guān)IC9和IC10的通道選擇A、B引腳相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述鉆井液測漏儀電路，其特征是傳感器S1的一端接地，另一端與模擬開關(guān)IC9的輸出通道X以及模擬開關(guān)IC10的輸入通道X3相連；傳感器S2的一端接地，另一端與模擬開關(guān)IC9的輸出通道Y以及模擬開關(guān)IC10的輸入通道X0相連。
專利摘要一種鉆井液測漏儀電路，包括DSP控制和處理電路、程序和數(shù)據(jù)存儲電路、時鐘電路、傳感器驅(qū)動和切換電路、電源電路，其中DSP是整個系統(tǒng)的控制和處理核心，實時計算出一定距離內(nèi)兩只傳感器對發(fā)、對收之間的時間差，從而計算出鉆井液流速，并由鉆井液流速的變化判定漏失層的位置。本實用新型采用兩只超聲波傳感器按照一定的時間間隔交替地進行對發(fā)和對收，由DSP計算出相鄰兩個時間間隔內(nèi)對發(fā)、對收的時間差，進而求出鉆井液的流速，并由流速的變化情況判斷出鉆井液的漏失位置。
文檔編號E21B47/10GK2723676SQ20042008584
公開日2005年9月7日 申請日期2004年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月20日
發(fā)明者黨瑞榮, 謝雁, 李利品 申請人:西安石油大學(xué)