专利名称：钻头振动信号采集短节的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油钻井工程装置领域中的一种沿钻柱传播的钻头振动信号采集短节，特别适用于在随钻地震中对井下钻头振动信号进行采集和传输。
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t匕，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。
发明内容本实用新型的目的就是现有技术存在的缺陷，提供一种使用稳定、信号采集质量高且实时传输的钻头振动信号采集短节。本实用新型的技术方案包括两种:—种钻头振动信号采集短节，短节的上下端分别带有连接头，在短节的中部外周边设有传感器仓、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、GPS单元、存储器单元，无线模块即无线通讯单元采用wifi模块。上述方案进一步完善为: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。所述存储器单元由SD卡及其读写系统组成；所述三分量加速度计为三分量ICP型压电加速度计；所述GPS单元由GPS OEM模块及GPS天线组成，GPS天线置于模块外侧。第二种钻头振动信号采集短节，短节的上下端分别带有连接头，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。第二种进一步完善为:所述存储器单元由SD卡及其读写系统组成；所述三分量加速度计为三分量ICP型压电加速度计；所述GPS单元由GPS OEM模块及GPS天线组成，GPS天线置于无线模块外侧。本实用新型具有以下积极效果:在正常钻进时采集钻头信号，起下钻及停钻时采集背景噪声信号，便于有用信号的提取；与钻柱刚性连接、信号质量好，施工方便，不影响钻井生产过程；配套相关的地面接收和处理设备，为钻井人员提供钻头前方地层特征，进行待钻地层压力预测及钻具故障诊断分析，保障钻井施工安全。
图1是一种钻头振动信号采集短节的径向剖面图；图2是图1中A-A剖面图；图3是图1中B-B剖面图；图4是钻头振动信号采集短节电路示意图。
具体实施方式
现结合说明书附图对本实用新型进一步描述。实施例1，参照附图1、2和3，钻头振动信号采集短节的短节本体I安装在方钻杆与钻杆之间，通过上端母扣与方钻杆连接、下端公扣与钻杆连接。在短节本体I的中部四侧分别铣出4个仓室，分别是电路板仓3、电池仓8、传感器仓9、无线模块仓11，并分别开模制作防爆外壳置于四个仓中。电路板5、电池6、传感器10和无线模块13对应安装在四个仓内的防爆外壳中。在四个仓室的顶部边沿部分铣出导线槽2，使四个腔连通起来。为了方便更换电池和必要时取出SD卡，还分别设置了电池壳体定位销4和电路板壳体定位销7。GPS天线12设在无线模块仓11外侧。参照附图4，无线通讯单元41即无线模块采用wifi模块，连同GPS天线单独设在无线模块仓内。加速度计单元32 (即传感器10)为三分量(即X轴向、Y轴向、Z轴向)ICP型压电加速度计，单独设在传感器仓内。电路板5的电路包括滤波调理单元33、信号放大单元34、A/D调制单元35、数字滤波单元36、微处理器单元37、实时时钟单元38、D/A测试单元39、GPS单元40、存储器单元42。在钻井过程中，加速度计单元32采集钻头振动沿钻柱传播的的三分量振动信号，经滤波调理单元33进行低通滤波、单端转差分转换；信号放大单元34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35由高动态范围、低谐波失真、4阶Λ - Σ型调制器CS5371、CS5372及相关外围电路组成；数字滤波单元36由低功耗、高效率的多功能24位Λ - Σ型数字滤波其CS5376级相关电路组成；微处理器单元37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38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39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40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38 —起组成装置的精确时标系统；利用无线路由器形成的井场局域网，实现钻头振动信号采集短节与中心计算机的双向无线通讯，通过中心计算机软件实时处理分析进行地层特征评价、实时地预测钻头前方的地层压力情况以及进行钻具故障分析。存储器单元42由SD卡及其读写系统组成，在特殊情况下进行数据的暂存。实施例2:结合实施例1，改进之处在于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。其它借助实施例1的相关技术方案。
权利要求1.一种钻头振动信号采集短节，短节的上下端分别带有连接头，其特征在于:在短节的中部外周边设有传感器仓、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。
2.根据权利要求1所述的钻头振动信号采集短节，其特征在于: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。
3.根据权利要求1或2所述钻头振动信号采集短节，其特征在于:所述存储器单元由SD卡及其读写系统组成；所述三分量加速度计为三分量ICP型压电加速度计；所述GPS单元由GPS OEM模块及GPS天线组成，GPS天线置于模块外侧。
4.根据权利要求1所述的钻头振动信号采集短节，其特征在于: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。
5.根据权利要求4所述的钻头振动信号采集短节，其特征在于:所述存储器单元由SD卡及其读写系统组成；所述三分量加速度计为三分量ICP型压电加速度计；所述GPS单元由GPS OEM模块及GPS天线组成，GPS天线置于无线模块外侧。
专利摘要本实用新型提供一种使用稳定、信号采集质量高且实时传输的钻头振动信号采集短节。技术方案是短节的上下端分别带有连接头，在短节的中部外周边设有传感器仓、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、GPS单元、存储器单元，无线模块即无线通讯单元采用wifi模块。该装置施工方便，不影响钻井生产过程、与钻柱钢性连接、信号传输实时、信号质量好、电池更换方便、系统易于维护。
文档编号E21B49/00GK202926322SQ20122050226
公开日2013年5月8日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者曹忠成, 耿应春, 王爱凤, 于丽丽, 李玉红, 崔谦, 范寅聪, 解莉萍 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院