专利名称：一种基于偏振光精确计算井深的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种基于偏振光精确计算井深的装置及方法。
背景技术：
井深是一个非常重要的描述参数，其测量准确度直接关系到石油工程领域的诸多抉择。克服由测量方法、仪器、环境及人为因素引起的井深数据测量误差一直是石油钻井行业面临的一项重要问题。目前，常用的井深探测方式有通过绞车传感器测量绞车转动角度和光电实时探测游车位置两种。原理都是通过直接或间接地测量游车下放高度，也就是井口钻具的下放高度间接计算井深。此外通过无线随钻测量系统MWD或LWD也可以实时得到井深数据，但成套的随钻测量系统价格十分昂贵，一般的钻井施工现场很少使用。根据对钻井现场井深测量装置使用情况的调查发现(1)目前的绞车测量方式， 由于绞车滚筒上的钢丝绳为层状缠绕结构，每圈钢丝绳的半径尺寸不同，工况的起点和终点具有随机性，因此，通过测量绞车滚筒转角计算绞车钢丝绳的长度来确定井深的方法存在较大的误差；另外，绞车传感器安装在绞车内部，给拆卸、维修都带来了不便。(2)在天车和游车上分别安装光电探测器的发射和接收器以探测游车位置来确定井深的传统探测方法检测距离短，而且由于光路衰减不明显，接收器无法区分其接受的光波是来自发射器还是其他光源，因此，导致产生井深的误差计算。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种井深测量成本低，拆卸和维修方便，检测距离长，通过增设的偏振滤光片保证接收器接收的偏振光的可靠性的，井深测量误差小、准确性高的基于偏振光精确计算井深的装置及方法。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种基于偏振光精确计算井深的装置，它包括
至少一组用于检测游车位置的光电探测器，光电探测器由发射器和接收器组成，发射器的前端设有水平方向滤光片，接收器的前端设有垂直方向滤光片；
一个安装于游车上靠近光电探测器一侧的用于反射水平偏振光的直角反射板。本发明所述的光电探测器设于井架上。本发明所述的直角反射板倾斜角a的大小等于垂直偏振光与水平偏振光夹角3的大小的1/2。本发明还包括一个用于记录使用钻杆数量的钻杆计数器。本发明还包括一个用于控制发射器发射光波、检测接收器接收光波并完成计算的中央处理器CPU。本发明还包括一个用于显示井深计算结果的显示装置，显示装置与中央处理器CPU连接。
一种基于偏振光精确计算井深的方法，它包括以下步骤
Si:将带水平方向滤光片的发射器和带垂直方向滤光片的接收器分别安装在井架上；
52:分别将发射器和接收器与中央处理器CPU电连接；
53:中央处理器CPU控制发射器不断发射光波；
54:光波经过水平方向滤光片的滤光，只发射出水平偏振光；
55:将直角反射板安装在游车上，直角反射板在游车的带动下上下移动，当直角反射板移动到与发射器水平的位置时，直角反射板反射水平偏振光并将其偏振方向扭转90° ;
56:中央处理器CPU检测到接收端接收垂直偏振光；
57:中央处理器CPU计算井深。 本发明所述的井深H=h*n_hl，其中，h为每段钻杆的长度，η为使用的钻杆数量，hi为发射器的安装高度。本发明还包括一个通过显示装置显示井深计算结果的步骤。本发明的有益效果是
(1)需要测量井深时，可将光电探测器安装在井架上，将直角反射板安装在游车上，再接上控制系统即可进行测量，使用、拆卸和维修都十分方便；
(2)在发射器和接收器的前端增设了滤光片，将发射器发射出来的光波经过水平方向滤光片过滤后再经直角反射板反射进入接收器，将发射器发出的光波与其他光波区分开来，保证了接收器接收偏振光的可靠性，降低了井深测量的误差，提高了测量结果的准确度和可靠性；
(3)在实际操作过程中，由于井深测量精确度的大幅提升，能省去大量的误差校正时间，节约了大量的无形支出；
(4)由于井深的计算结果几乎接近于实际值，为其他参数的计算提供了更高的精度保证。
图I为本发明计算井深的装置的结构示意 图2为本发明计算井深的装置的使用状态 图3为本发明直角反射板的结构示意 图中，I-井架，2-游车，3-发射器，4-接收器，5-直角反射板。
具体实施例方式下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。如图I所示，一种基于偏振光精确计算井深的装置，它包括至少一组用于检测游车2位置的光电探测器，光电探测器设于井架I上，光电探测器由发射器3和接收器4组成，发射器3的前端设有水平方向滤光片，接收器4的前端设有垂直方向滤光片；一个安装于游车2上靠近光电探测器一侧的用于反射水平偏振光的直角反射板5。如图2所示，井深H=h*n-hl，其中，h为每段钻杆的长度，η为使用的钻杆数量，hi为发射器3的安装高度。
如图3所示，直角反射板5倾斜角a的大小等于垂直偏振光与水平偏振光夹角3的大小的1/2。它还包括一个用于记录使用钻杆数量的钻杆计数器，一个用于控制发射器3发射光波、检测接收器4接收光波并完成计算的中央处理器CPU和一个用于显示井深计算结果的显示装置，显示装置与中央处理器CPU连接。一种基于偏振光精确计算井深的方法，它包括以下步骤
51:将带水平方向滤光片的发射器3和带垂直方向滤光片的接收器4分别安装在井架I上；
52:分别将发射器3和接收器4与中央处理器CPU电连接；
53:中央处理器CPU控制发射器3不断发射光波；
54:光波经过水平方向滤光片的滤光，只发射出水平偏振光；
55:将直角反射板5安装在游车2上，直角反射板5在游车2的带动下上下移动，当直角反射板5移动到与发射器3水平的位置时，直角反射板5反射水平偏振光并将其偏振方向扭转90° ;
56:中央处理器CPU检测到接收端4接收垂直偏振光；
57:中央处理器CPU计算井深。它还包括一个通过显示装置显示井深计算结果的步骤。
权利要求
1.一种基于偏振光精确计算井深的装置，其特征在于它包括 至少一组用于检测游车(2)位置的光电探测器，光电探测器由发射器(3)和接收器(4)组成，发射器(3)的前端设有水平方向滤光片，接收器(4)的前端设有垂直方向滤光片； 一个安装于游车(2)上靠近光电探测器一侧的用于反射水平偏振光的直角反射板(5)。
2.根据权利要求I所述的一种基于偏振光精确计算井深的装置，其特征在于所述的光电探测器设于井架(I)上。
3.根据权利要求I所述的一种基于偏振光精确计算井深的装置，其特征在于所述的直角反射板(5)倾斜角α的大小等于垂直偏振光与水平偏振光夹角β的大小的1/2。
4.根据权利要求I所述的一种基于偏振光精确计算井深的装置，其特征在于它还包括一个用于记录使用钻杆数量的钻杆计数器。
5.根据权利要求I所述的一种基于偏振光精确计算井深的装置，其特征在于它还包括一个用于控制发射器(3)发射光波、检测接收器(4)接收光波并完成计算的中央处理器CPU。
6.根据权利要求I所述的一种基于偏振光精确计算井深的装置，其特征在于它还包括一个用于显示井深计算结果的显示装置，显示装置与中央处理器CPU连接。
7.一种基于偏振光精确计算井深的方法，其特征在于它包括以下步骤 51:将带水平方向滤光片的发射器(3)和带垂直方向滤光片的接收器(4)分别安装在井架(I)上； 52:分别将发射器(3)和接收器(4)与中央处理器CPU电连接； 53:中央处理器CPU控制发射器(3)不断发射光波； 54:光波经过水平方向滤光片的滤光，只发射出水平偏振光； 55:将直角反射板(5)安装在游车(2)上，直角反射板(5)在游车(2)的带动下上下移动，当直角反射板(5)移动到与发射器(3)水平的位置时，直角反射板(5)反射水平偏振光并将其偏振方向扭转90° ; 56:中央处理器CPU检测到接收端(4)接收垂直偏振光； 57:中央处理器CPU计算井深。
8.根据权利要求7所述的一种基于偏振光精确计算井深的方法，其特征在于所述的井深H=h*n-hI，其中，h为每段钻杆的长度，η为使用的钻杆数量，hI为发射器(3 )的安装高度。
9.根据权利要求7所述的一种基于偏振光精确计算井深的方法，其特征在于它还包括一个通过显示装置显示井深计算结果的步骤。
全文摘要
本发明公开了一种基于偏振光精确计算井深的装置及方法，其装置包括至少一组光电探测器，光电探测器由发射器(3)和接收器(4)组成，发射器(3)的前端设有水平方向滤光片，接收器(4)的前端设有垂直方向滤光片；一个安装于游车(2)上用于反射水平偏振光的直角反射板(5)。本发明使用、拆卸和维修都十分方便；在发射器和接收器的前端增设了滤光片，将发射器发出的光波与其他光波区分开来，降低了井深测量的误差，提高了测量结果的准确度和可靠性；在实际操作过程中，由于井深测量精确度的大幅提升，能省去大量的误差校正时间，节约了大量的无形支出；由于井深的计算结果几乎接近于实际值，为其他参数的计算提供了更高的精度保证。
文档编号E21B47/04GK102797457SQ20121029841
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月21日 优先权日2012年8月21日
发明者邓果, 黄磊, 李杨 申请人:成都宏天电传工程有限公司