本實用新型涉及一種模擬器，尤其涉及一種隨鉆測井地面?zhèn)鞲行盘柲M器。

背景技術(shù)：

隨鉆測井系統(tǒng)主要由井下儀器﹑地面?zhèn)鞲衅?立管傳感器﹑鉤載傳感器﹑絞車傳感器)﹑地面數(shù)據(jù)采集箱體﹑計算機組成，如圖1所示。井下儀器工作在幾千米的井下，在隨鉆測井遇到故障時，問題是在井下儀器還是地面系統(tǒng)，需要盡快判斷并排除。

目前最常用的辦法就是分別更換地面數(shù)據(jù)采集箱體﹑工控機、地面?zhèn)鞲衅?、井場通訊電纜等，反復(fù)測試，逐一排除。系統(tǒng)多次拆裝不但增加了儀器損傷的風(fēng)險，而且故障排除效率也大為降低，甚至誤判斷為井下儀故障造成起下鉆，不但影響鉆井效率，而且會直接造成鉆井隊數(shù)萬元的經(jīng)濟損失。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型為了解決上述技術(shù)問題，提供了一種隨鉆測井地面?zhèn)鞲行盘柲M器，可針對不同類型的隨鉆測井儀器快速判斷故障部位，提高鉆井效率。

本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種隨鉆測井地面?zhèn)鞲行盘柲M器，包括鉤載信號模擬電路、絞車信號編碼器、立管信號模擬電路和脈沖發(fā)生器電路；所述的脈沖發(fā)生器電路與脈沖轉(zhuǎn)換整形電路相連，脈沖轉(zhuǎn)換整形電路與立管信號模擬電路相連，立管信號模擬電路上連接有電壓表和電流表，鉤載信號模擬電路、絞車信號編碼器和立管信號模擬電路均與信號輸出插座相連。

所述的信號輸出插座與地面數(shù)據(jù)采集箱體相連。

所述的絞車信號編碼器為內(nèi)部裝有檢測開關(guān)和一片鐵質(zhì)的齒片的絞車信號編碼器。

所述的鉤載信號模擬電路包括空載R11、半載R12和滿載R13，電源通過開關(guān)與空載R11、半載R12或滿載R13相接通。

所述的脈沖發(fā)生器電路包括NE555芯片、二極管D1、二極管D2和滑動電阻器Rw1、Rw2；電容C1和電容C2并聯(lián)后一端與NE555芯片的管腳1相接，另一端接滑動電阻器Rw2一端，滑動電阻器Rw2滑動端分別接NE555芯片的管腳6和管腳2，滑動電阻器Rw2的另一端接滑動電阻器Rw1的滑動端，滑動電阻器Rw1固定端的一端通過二極管D2、電阻R2和電阻R1后接NE555芯片的RD端和VCC端，滑動電阻器Rw1固定端的另一端通過二極管D1連接到NE555芯片的Ct端，NE555芯片的Vc端通過電容C3接地，電容C4一端接NE555芯片的管腳1，另一端接NE555芯片的VCC端，NE555芯片的管腳1接地。

所述的脈沖轉(zhuǎn)換整形電路包括直流電壓轉(zhuǎn)換器U1、直流電壓轉(zhuǎn)換器U2、繼電器J1、反相器U4A和反相器U4B；NE555芯片的管腳1與繼電器J1相連，繼電器J1的1腳與NE555芯片的管腳3相連，直流電壓轉(zhuǎn)換器U1的輸出端接NE555芯片的VCC端，直流電壓轉(zhuǎn)換器U1輸入端與直流電壓轉(zhuǎn)換器U2輸入端相接，直流電壓轉(zhuǎn)換器U2輸出端與電阻R5相連，電阻R5通過電阻R3和二極管D3后與繼電器J1上的管腳4相接，直流電壓轉(zhuǎn)換器U1的輸入端和直流電壓轉(zhuǎn)換器U2的輸入端均接直流電壓，電阻R5和電阻R3之間分兩路，一路通過電阻R4和電容C5后接地，另一路通過反相器U4A、反相器U4B和電阻R6后與立管信號模擬電路相接。

所述的立管信號模擬電路包括光電隔離器；脈沖轉(zhuǎn)換整形電路中的電阻R6與光電隔離器相接，光電隔離器與開關(guān)K2-2，電阻R7與光電隔離器的4腳相連，滑動電阻器Rw3與電阻R8串聯(lián)后與光電隔離器的4腳相連，滑動 電阻器Rw4與電阻R9串聯(lián)后與光電隔離器的4腳相連，滑動電阻器Rw5與電阻R10串聯(lián)后與光電隔離器的4腳相連，電源通過開關(guān)K1和電壓表與開關(guān)K2-1相連，開關(guān)K2-1分別與電阻R7或滑動電阻器Rw3、Rw4、Rw5相接，開關(guān)K2-2分別與滑動電阻器Rw3、Rw4或Rw5相接，光電隔離器的4腳通過電流表與立管通道相連。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益的技術(shù)效果：

本實用新型提供的隨鉆測井地面?zhèn)鞲行盘柲M器，是一種標(biāo)準(zhǔn)的地面系統(tǒng)測試裝置，可以模擬立管傳感器、鉤載傳感器、絞車傳感器的輸出信號，直接送到地面數(shù)據(jù)采集箱體，通過觀測計算機顯示界面的立管信號﹑鉤載負(fù)荷﹑深度BPI計數(shù)，判斷地面儀器的好壞，進(jìn)而快速準(zhǔn)確的判斷故障部位是在井下儀器還是地面系統(tǒng)，提高鉆井效率。且該裝置還可用于不同公司、不同類型的隨鉆測井儀器。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中隨鉆測井系統(tǒng)框圖；

圖2為絞車編碼器工作原理圖；

圖3為隨鉆測井地面?zhèn)鞲行盘柲M器功能電路結(jié)構(gòu)框圖；

圖4為隨鉆測井地面?zhèn)鞲行盘柲M器電路原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體的實施例對本實用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本實用新型的解釋而不是限定。

參見圖2至圖4，一種隨鉆測井地面?zhèn)鞲行盘柲M器，包括鉤載信號模擬電路、絞車信號編碼器、立管信號模擬電路和脈沖發(fā)生器電路；所述的脈沖發(fā)生器電路與脈沖轉(zhuǎn)換整形電路相連，脈沖轉(zhuǎn)換整形電路與立管信號模擬電路相連，立管信號模擬電路上連接有電壓表和電流表，鉤載信號模擬電路、絞車信號編碼器和立管信號模擬電路均與信號輸出插座相連，所述的信號輸 出插座與地面數(shù)據(jù)采集箱體相連。

具體的，所述的絞車信號編碼器為內(nèi)部裝有檢測開關(guān)和一片鐵質(zhì)的齒片的絞車信號編碼器。

具體的，參見圖4，所述的脈沖發(fā)生器電路包括NE555芯片、二極管D1、二極管D2和滑動電阻器Rw1、Rw2；電容C1和電容C2并聯(lián)后一端與NE555芯片的管腳1相接，另一端接滑動電阻器Rw2一端，滑動電阻器Rw2滑動端分別接NE555芯片的管腳6和管腳2，滑動電阻器Rw2的另一端接滑動電阻器Rw1的滑動端，滑動電阻器Rw1固定端的一端通過二極管D2、電阻R2和電阻R1后接NE555芯片的RD端和VCC端，滑動電阻器Rw1固定端的另一端通過二極管D1連接到NE555芯片的Ct端，NE555芯片的Vc端通過電容C3接地，電容C4一端接NE555芯片的管腳1，另一端接NE555芯片的VCC端，NE555芯片的管腳1接地；所述的脈沖轉(zhuǎn)換整形電路包括直流電壓轉(zhuǎn)換器U1、直流電壓轉(zhuǎn)換器U2、繼電器J1、反相器U4A和反相器U4B；NE555芯片的管腳1與繼電器J1相連，繼電器J1的1腳與NE555芯片的管腳3相連，直流電壓轉(zhuǎn)換器U1的輸出端接NE555芯片的VCC端，直流電壓轉(zhuǎn)換器U1輸入端與直流電壓轉(zhuǎn)換器U2輸入端相接，直流電壓轉(zhuǎn)換器U1的輸入端和直流電壓轉(zhuǎn)換器U2的輸入端均接直流電壓，直流電壓轉(zhuǎn)換器U2輸出端與電阻R5相連，電阻R5通過電阻R3和二極管D3后與繼電器J1上的管腳4相接，直流電壓轉(zhuǎn)換器U1、直流電壓轉(zhuǎn)換器U2的接地端均接地，電阻R5和電阻R3之間分兩路，一路通過電阻R4和電容C5后接地，另一路通過反相器U4A、反相器U4B和電阻R6后與立管信號模擬電路相接。

所述的立管信號模擬電路包括光電隔離器；脈沖轉(zhuǎn)換整形電路中的電阻R6與光電隔離器相接，光電隔離器與開關(guān)K2-2，電阻R7與光電隔離器的4腳相連，滑動電阻器Rw3與電阻R8串聯(lián)后與光電隔離器的4腳相連，滑動電阻器Rw4與電阻R9串聯(lián)后與光電隔離器的4腳相連，滑動電阻器Rw5 與電阻R10串聯(lián)后與光電隔離器的4腳相連，電源通過開關(guān)K1和電壓表與開關(guān)K2-1相連，開關(guān)K2-1分別與電阻R7或滑動電阻器Rw3、Rw4、Rw5相接，開關(guān)K2-2分別與滑動電阻器Rw3、Rw4或Rw5相接，光電隔離器的4腳通過電流表與立管通道相連。所述的鉤載信號模擬電路包括空載R11、半載R12和滿載R13，電源通過開關(guān)K4與空載R11、半載R12或滿載R13相接通；所述的絞車信號編碼器與開關(guān)K3-1和K3-2相連。

需要說明的是，圖中的絞車編碼器為絞車信號編碼器。

進(jìn)一步地，具體的：

立管傳感器輸出信號模擬

立管傳感器感應(yīng)立管壓力和井下儀器產(chǎn)生的壓力波，輸出為一個4～20mA直流電流混合疊加信號。

1.立管傳感器壓力信號模擬

在圖四隨鉆測井地面?zhèn)鞲行盘柲M器電路原理圖中，K1閉合。

當(dāng)旋鈕K2-1接到0Mpa位置時，立管通道的回路電流為：

I＝24V/R7＝24/6＝4mA

當(dāng)旋鈕K2-1接到10Mpa位置時，調(diào)節(jié)RW3＝2.941kΩ，立管通道的回路電流為：

I＝24V/(RW3+R8)＝24/(2.941+0.059)＝8mA

當(dāng)旋鈕K2-1接到20Mpa位置時，調(diào)節(jié)RW4＝1.973kΩ，立管通道的回路電流為：

I＝24V/(RW4+R9)＝24/(1.973+0.027)＝12mA

當(dāng)旋鈕K2-1接到30Mpa位置時，調(diào)節(jié)RW5＝1.486kΩ，立管通道的回路電流為：

I＝24V/(RW5+R10)＝24/(1.486+0.014)＝16mA

通過旋鈕在不同位置，產(chǎn)生不同的直流電流，送到數(shù)據(jù)采集箱體，達(dá)到 了模擬立管傳感器電流輸出的目的。

2.井下儀器信號模擬

井下儀器信號：打開泥漿泵，放置在井下幾千米的井下儀器開始工作，產(chǎn)生一串幅度約為100psi壓力波，脈寬和周期由井下儀器設(shè)置，立管傳感器檢測到這個壓力波并轉(zhuǎn)換成電流變化，送給數(shù)據(jù)采集箱體。

通過模擬電流變化實現(xiàn)井下儀器的信號模擬。

在圖四隨鉆測井地面?zhèn)鞲行盘柲M器電路原理圖中，由NE555信號發(fā)生器電路的3腳，輸出一個脈寬1s、周期3s、幅度為12V的脈沖信號到繼電器JI的線包，當(dāng)信號為高電平時，繼電器的4腳與8腳相通(懸空)，當(dāng)信號為低電平時，繼電器的4腳與6腳相通(接地)，這樣在U4A的1腳得到一個脈寬1s、周期3s、幅度為5V的脈沖信號，經(jīng)過U4A和U4B反相器的整形處理，使4N25的輸入二極管和輸出三極管在高電平時導(dǎo)通，低電平時截止。

當(dāng)K2-2旋到10Mpa位置時，R8并接在4N25的輸出三極管集電極、發(fā)射極兩端，三極管導(dǎo)通時，R8短路，立管通道的回路電流為：

I＝24V/(RW3+R8)＝24/(2.941+0)＝8.16mA

三極管截止時，立管通道的回路電流為：

I＝24V/(RW3+R8)＝24/(2.941+0.059)＝8mA

每個1s脈寬的脈沖使立管通道產(chǎn)生0.16mA的電流變化，在立管回路中會產(chǎn)生脈寬1s、周期3s、幅度為0.16mA的脈沖信號。

同理，當(dāng)K2-2旋到20Mpa和30Mpa位置時，R9和R10分別并接在4N25的輸出三極管集電極、發(fā)射極兩端，三極管導(dǎo)通、截止時，同樣會在立管通道產(chǎn)生脈寬1s、周期3s、幅度為0.16mA的脈沖信號。而且這個電流變化是疊加在一個恒定的電流(代表立管壓力)上，實現(xiàn)了立管傳感器輸出信號模擬。

二.鉤載負(fù)荷模擬

鉤載負(fù)荷：鉤載傳感器測量鉆井過程中的鉆壓，輸出4～20mA電流信號送到地面數(shù)據(jù)采集箱體，通過對信號的整形和處理，在計算機上進(jìn)行鉤載負(fù)荷的顯示。

根據(jù)實際應(yīng)用模擬4mA(空載)、12mA(半載)、20mA(空載)三個電流，在圖四隨鉆測井地面?zhèn)鞲行盘柲M器電路原理圖中，K4閉合，24V直流電源供電，由歐姆定律可知，對應(yīng)的三個電阻值為：6kΩ、2kΩ、1.2kΩ，實現(xiàn)鉤載負(fù)荷模擬。

三.絞車傳感器信號模擬

絞車傳感器信號：絞車傳感器監(jiān)測整個鉆進(jìn)過程中絞車軸轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的角位移，輸出兩路相位差為90°的電脈沖信號，此信號送入地面數(shù)據(jù)采集箱體，經(jīng)識別處理后就可以得到相應(yīng)的角位移方向和變化值，進(jìn)而得到鉆進(jìn)深度。

絞車編碼器模擬絞車傳感器輸出信號，內(nèi)部裝有檢測開關(guān)和一片鐵質(zhì)的齒片，旋轉(zhuǎn)絞車編碼器轉(zhuǎn)速旋鈕，齒片隨軸轉(zhuǎn)動時，齒片會分別穿過兩只相位差為90°的檢測開關(guān)采樣通道，從而發(fā)出兩組相位差為90°的電脈沖信號，實現(xiàn)絞車傳感器輸出信號的模擬，絞車編碼器的工作原理見附圖二所示，圖2中，1為空，2為供電9V，3為信號A，4為信號B，5為臨近探測頭；6為轉(zhuǎn)子部件:

本實用新型提供的隨鉆測井地面?zhèn)鞲行盘柲M器，是一種標(biāo)準(zhǔn)的地面系統(tǒng)測試裝置，可以模擬立管傳感器、鉤載傳感器、絞車傳感器的輸出信號，直接送到地面數(shù)據(jù)采集箱體，通過觀測計算機顯示界面的立管信號﹑鉤載負(fù)荷﹑深度BPI計數(shù)，判斷地面儀器的好壞，進(jìn)而快速準(zhǔn)確的判斷故障部位是在井下儀器還是地面系統(tǒng)，提高鉆井效率。且該裝置還可用于不同公司、不同類型的隨鉆測井儀器。

隨鉆測井地面?zhèn)鞲行盘柲M器，模擬隨鉆測井地面?zhèn)鞲衅鞯妮敵鲂盘枺? 在測井施工中，遇到系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，將該裝置與地面系統(tǒng)連接測試，判斷地面系統(tǒng)是否正常，故障是在井下儀器還是地面儀器。

本實用新型還具有以下有益效果：

一.隨鉆測井地面?zhèn)鞲行盘柲M器模擬地面?zhèn)鞲衅鞯妮敵鲂盘?，對地面系統(tǒng)進(jìn)行測試，快速判斷故障部位，避免誤判造成的鉆井作業(yè)時間延誤和不必要的經(jīng)濟損失，提高鉆井效率。

二.井場通訊電纜在現(xiàn)場是架空布線，如果有故障，一是不易判斷，二是更換需要重新布線非常誤事。隨鉆測井地面?zhèn)鞲行盘柲M器不需要外接電源，直接連在井場通訊電纜鉆井平臺一端，為地面系統(tǒng)提供傳感器模擬信號，通過觀測計算機顯示界面的立管信號﹑鉤載負(fù)荷﹑深度BPI計數(shù)，判斷井場通訊電纜是否有問題、哪根線有問題。

三.隨鉆測井地面?zhèn)鞲行盘柲M器可以通過儀器測試電纜，直接和數(shù)據(jù)采集箱體連接，測試地面系統(tǒng)，避免了過去必須連接井下儀器、綜合測試箱體、眾多測試電纜才能進(jìn)行地面測試的不足。

四.隨鉆測井地面?zhèn)鞲行盘柲M器，適用于國內(nèi)外各種隨鉆測井地面系統(tǒng)，測試時只需要將模擬器輸出信號的插座和需要連接的地面儀器匹配即可。

五.隨鉆測井地面?zhèn)鞲行盘柲M器的設(shè)計與實現(xiàn)填補了國內(nèi)外在這方面的空白。

六、隨鉆測井地面?zhèn)鞲行盘柲M器的研制成功，為隨鉆測井儀地面系統(tǒng)的測試和故障判斷提供了一種快速測試裝置，因其體積小，造價低，使用方便，便于攜帶，可形成隨鉆測井儀器的配套產(chǎn)品。

以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn) 都落入要求保護(hù)的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。