一种微芯片示踪器录井方法研究

针对钻井工程参数实时测量和快速传输的需要,探索一种微芯片示踪器录井方法。对微型传感器技术、无线射频技术和无线充电技术进行了研究,采用微型化的设计思路,开发出集测量、采集、存储和传输一体化的微芯片示踪器。该仪器直径7.5 mm,由微型温度传感器和压力传感器、微尺寸采集控制电路和微型电池等部件组成,部件外面用环氧树脂材料包敷密封,测量温度可以达到100℃,测量压力可以达到70 MPa。通过对微芯片示踪器井深定位问题进行探讨,提出基于井筒参数和磁定位估算井深的方法。微芯片示踪器是一种随钻测量平台,兼具钻井、测井和录井等仪器的功能,在钻井工程、录井工程、压裂作业等领域有着广泛的应用前景。     

井筒微芯片示踪器研制

为了快速检测钻井过程中的井筒压力和温度分布,从而对井涌、井漏和钻具磨损等各类井下故障进行判断和预测,进行了微芯片示踪器研究攻关。采用微型化采集技术、高效电源管理技术和高温高压封装技术,设计研制了小尺寸、低功耗井下数据采集系统——微芯片示踪器样机。该示踪器连续投放到循环的钻井液中,可以快速采集井筒中的压力和温度数据,获得井筒温度、压力分布剖面。微芯片示踪器原理样机直径只有20 mm,地面测试表明,该样机可连续采集到养护釜中100 ℃以下的温度变化,以及20 MPa以下的压力变化。这表明,利用微芯片示踪器可以采集到井筒中的压力和温度数据,建立井筒压力和温度分布剖面。      

基于TPS2121的井下自动供电装置设计

对于采用一次性高温锂电池供电的随钻测量仪器,为了解决其供电中多路电源无缝切换的问题,进行了井下自动供电装置设计。原有供电方式的分析发现,其二极管电源复用方式的电池利用率低,微控制器的供电技术无法应对电池的瞬间失压并占用微控制器资源,为此,经综合对比,选用了Texas Instruments公司的优先级电源复用器芯片TPS2121,可以实现多路电源之间的无缝切换功能,并使用LM5166同步型降压转换器设计了DC/DC转换器,形成了井下自动供电装置。室内测试和现场试验表明,井下自动供电装置能够完成多路电池组的自动切换,按顺序使用每个电池组可以提高电池利用率,配合DC/DC转换器可以实现随钻测量仪器的无缝供电,具有较高的可靠性和经济性。      

测量Trimble手簿无线充电平台的研制

未来的物探行业,无线供电、充电技术将会成为主要的能源供给方式。配合无线数据的传输,将来的物探行业将会成为"无线"的行业。我们从测量Trimble手簿电池的无线充电入手,设计研制了针对该手簿无线充电平台,其充电效果与有线充电效果相当,为无线充电技术在物探领域的应用打下了一定基础。     

石油勘探仪器专用锂电池技术及应用

在石油勘探领域,无缆勘探仪器有着大量的应用,供电模块是无缆勘探仪器的基础和核心。无缆勘探仪器需要使用电池进行供电,电池的安全性、容量和充电速度对勘探生产效率有着极大的影响。锂电池以其优异的性能成为了勘探设备供电模块的首选。本文介绍了勘探设备中供电模块常用的锂一次电池和锂二次电池及应用方案、当前业内前沿的锂电池技术和充电技术。并对这些前沿技术在勘探行业的应用前景进行探讨。     

非常态无线硫化氢监测系统的研制与应用

在高含硫化氢的页岩气开采过程中,硫化氢的实时监测尤为重要,非常态情况下如钻井过程中突发硫化氢泄漏事故,极易造成人员中毒,事故井及周围人员需全部撤离并切断井场电源,严重时要对事故井采取非常措施处理。常规硫化氢的监测因非常态情况下井场没有电源而无法正常工作,非常态无线硫化氢监测系统的设计研制有效解决了硫化氢实时监测的问题。系统采用锂电池供电,完全独立于井场电源,低功耗设计使系统在单电池供电的情况下可长时间连续工作;采用无线通信方式,方便现场安装和移动。由于多主机同时在线工作,各主机独立工作互不影响,可满足多点监测需求,可随意添加无线中继,方便扩展监测范围,能够在远离事故井的地方实时监测硫化氢气体。通过采集监测软件可实时显示硫化氢数据和曲线,数据实时存储,并能导出多种文件格式,方便数据查看和回放。现场测试结果表明,系统能够实现在非常态情况下硫化氢的实时监测,满足现场应用需求。     

Hawk采集站锂离子电池的结构及原理分析

Hawk采集站是INOVA公司生产的节点仪器,在其地面电子设备中使用了锂离子电池(也称为锂电池)。这些锂离子电池作为电源用于给Hawk野外采集站单元(FSU)供电。本文在介绍Hawk锂离子电池规格、参数、结构的基础上,对锂电池保护电路的原理、特点及实际应用进行了详细的分析和介绍。     

定压恒流充电机

SDZ-751B型国产数字地震仪的遥控爆炸机和控制器的电源,是使用“GNY-3”镉镍电池;对讲机电源是使用“GNY-0.45”镉镍电池。开始,我们曾用WYJ-305型直流稳压电源充电。在充电过程中,由于电池电压逐渐升高,如不随时调节充电电压,充电电流将不断减小。结果,电池电压充不到标称值。这不但影响野外施工,而且时间一长,电池寿命明显下降。为解决这一问题,我们自行设计了专供3安时和0.45安时镉镍电池充电的GNY-3型和GNY-045型充电机。     

罗经鸟锂电池测量仪设计

在深海地震勘探领域,多缆勘探船配备大量的水下设备罗经鸟,用于控制电缆深度。罗经鸟采用一次性的锂电池对其进行供电,因此罗经鸟锂电池的电压、电量状况会影响到罗经鸟的工作状态。罗经鸟锂电池测量仪的设计基于MSP430F149芯片,它的研制成功,很好地解决了对其电池的测量问题。罗经鸟锂电池测量仪具有测量负载电压、剩余电量、工作天数的功能。     

基于微芯片技术的全井筒压力温度采集器

针对全井筒工程参数测量的需要,设计基于微芯片示踪技术的全井筒压力温度采集器。示踪器由传感器、电子线路和封装外壳组成,系统功耗低(小于30mW),体积小(Φ16mm),重量轻(4g),测量压力达到60 MPa,测量温度达到100℃。在井筒压力温度采集过程中,示踪器被投入井筒内,浮在钻井液里并随钻井液运动,最后从井筒底部返回地面,在这一循环过程中,示踪器连续采集井筒中流体的压力和温度。作为一种可扩展的随钻测量平台,示踪器可以为钻井工程、井漏识别、压裂作业、井下高速数据传输等领域提供服务。     

环空压力随钻测量系统研究

介绍了环空压力随钻测量系统的基本结构、工作原理以及关键技术。对环空压力随钻测量系统进行了地面综合试验和现场试验。试验结果表明,整套仪器设计合理,工作可靠性高,压力和温度测量精度都达到了1%FS;解决了井下大功率长时间供电的难题,开泵时采用井下发电机供电,停泵时采用蓄电池供电,保证了系统能够长期稳定地工作;能够实现测量数据的实时上传和井下存储功能,在地面可随钻获知井底准确、实时的压力和温度数据。最后指出,环空压力随钻测量系统必须在单参数或少参数的测量上首先获得突破,才有可能向多参数的更高层次方向发展。     

电瓶维护及充放电装置的制作与应用

本文基于野外施工中大量电瓶容量下降的问题,对电瓶容量下降的原因——电瓶搁置时间太长、硫化、存放温度过高、过量充电等,与造成电瓶容量下降的解决方法等进行了分析总结,并详细介绍了电瓶存放温度与其存放时间的关系,给出了3种修复电瓶的方法——脉冲修复法、强电修复法和全充全放电修复法,分析了每种修复方法及各自的利弊。根据目前野外施工的各种情况提出笔者所在工区使用全充全放电修复法来修复电瓶最为可行,为此专门研制出了电瓶充放电装置,使用该装置不仅可以对电瓶进行充放电,还可以根据测出的放电时间和放电电流来检测电瓶的现有容量。     

光伏微网系统中蓄电池充放电管理策略

光伏微网系统包括双向逆变器、铅酸蓄电池组、光伏组件、MPPT充电控制器。根据微网系统负载变化规律、双向逆变器容量、光伏组件容量来计算微网系统中铅酸蓄电池的容量,再通过双向逆变器与MPPT充电控制器的协调控制对铅酸蓄电池进行充、放电管理。同时,通过铅酸蓄电池的充、放电管理,实现光伏微网系统运行模式的无缝切换,增强微网系统的稳定性。     

智能井井下液压控制信号传输特性研究

液压控制的智能井系统通过长达数千米的液压管线向井下传送液压控制信号和动力,选择目的层层位和控制流量。向井下传送液压控制信号时,受传输介质和细长液压管线的影响,液压控制信号的传输速度、强度和形态都会发生衰减和扭曲,难以被井下设备识别。为对井下执行器进行可靠的控制,讨论了液压控制信号的传输速度、井眼温度沿深度方向变化对传输介质黏度的影响;分析了井口压力向井下传播时压力与时间的变化关系、地面液压控制信号传到井下时的形态变化、同时施加液压控制信号和液压动力信号时的传输特性,以及有无阻力状态下开启井下滑套时控制压力的变化;再考虑管线内径、加压方式、井眼环境、液压油黏度等对上述传输特性的影响,得出液压控制压力应大于5 MPa、3 000 m深水井中井下液压信号传输时间约为25 min等定量评估结论。研究结论可为开展井下液压控制提供理论参考。      

WF—1006数控地震仪采集站远端卸电线路的设计

仪器用户总希望尽可能地节约电源的损耗,减少电瓶的充电次数,提高放炮效率。作为数字地震仪的生产厂家,必须考虑用户的这种需求。本文从电路设计的角度较详细地讨论了WF—1006多道遥测数字地震仪远端卸电线路的设计思想,以供同行们参考。     

车辆混合用电系统的弊病及改进设想

当物探施工车辆上配有12V电台及其它12V用电器时,会形成24V/12V混合用电情况,引起蓄电池充、放电的不平衡,造成蓄电池使用寿命的下降。为保证野外施工的正常进行,延长蓄电池的使用寿命,降低耗费,作者提出了改进24V/12V混合用电状况的设想。     

随钻数据微存储器井下释放传输系统关键技术研究

泥浆脉冲、电磁波等随钻数据传输方式难以实现井底大数据量的上传,不能充分满足随钻测井和地质导向对随钻测量数据的需求。介绍了一种通过井下释放大容量存储器的方式,实现井下大数据量上传的系统。在入井前将一定数量微型存储器安置在释放短节腔体内,根据井下随钻测量情况把测量数据注入微型存储器,定时或不定时地向环空释放,通过泥浆循环把存储器带回地面。为了拓展存储器的数据容量,设计了无线充电大容量存储器,该存储器内置了微处理器,可以直接从释放短节的读写器发射的无线信号获取电能,并给微处理器供电。地面系统可以按照协议读写存储器,实现了大量随钻测量数据的传输。