井下仪器缆头电压直接测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种井下仪器缆头电压直接测量装置，该装置包括：测量变压器，其用于获取井下仪器缆头电压信号；模拟测量电路，其用于将获取的交流电压信号转换成处于预定幅值范围内的直流信号；模拟测量电路分两路输出所述直流信号；数据通信板，其用于对第一路直流信号进行数据采集；遥传数据处理模块，其用于对所采集到的数据进行数字处理，从而得到测量变压器的原边输入交流电压值；遥传模块，其用于对原边输入交流电压值进行调制并经测井电缆将调制信号传到地面系统；井下辅交变压器，其原边中心抽头耦合到模拟测量电路，以接收模拟测量电路所输出的第二路直流信号；所述井下辅交变压器的输出信号通过测井电缆直接传送到地面系统。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于石油测井领域，具体地，本技术涉及一种井下仪器的缆头电压直接测量装置。
技术介绍
在石油测井仪器中，井下仪器的功率受环境和使用条件的影响可能在较大范围内变化，再加上较长的测井电缆所具有的较大电阻，所以使得井下仪器的缆头电压可能会有较大范围的变化。为了确保井下仪器能够正常完成测井作业并且为了保护井下仪器不受损害，必须要将井下仪器的缆头电压控制在仪器工作电压所容许的范围内。否则，如果缆头电压超出井下仪器的工作电压范围，则该井下仪器就不能正常工作，有时甚至会损坏该仪器。 由此可见，在测井过程中实时监测井下仪器的缆头电压以确保井下仪器能够正常完成测井作业便成为石油测井仪器井下供电系统的一项重要任务。目前，在石油测井领域对井下仪器的缆头电压测量主要采用间接测量方式。其中的一种间接测量方式是电缆调谐法。其具体实现方式如下当测井电缆的长度被固定后，先将马笼头(即连接井下仪器与电缆的转换接头)处供主电源的两缆芯短路，再启动交流主电源，旋转调压器使电流达到一定的数值，调节面板上的调谐电位器使电压表指示为零，之后去除短路线，调谐过程结束；此后配接测井仪，这时电压表将显示测井仪的端头电压。影响间接测量缆头电压的精度的因素主要有测井电缆的阻值和变压器的变比。随着测井电缆的逐渐下放，井内压力变大，泥浆粘稠度增加，此时测井电缆就会被拉伸，此外由于井内温度会随深度的增大而变大，因此测井电缆的阻值是时刻变化的量。另外，变压器的变比也会随着负载电流及温度的变化而改变。而测井电缆的阻值和变压器的变比的变化毫无疑问将会导致经由间接测量方式所测得的缆头电压的精度不会很高，继而会较大地影响到测井作业的效果。除了前述间接测量方式之外，还存在一种缆头电压的直接测量方式。该直接测量方式主要是将井下仪器缆头电压转换成一个可供测量采集的直流信号，该直流信号通过井下遥传仪器中辅交电源变压器、继而通过测井电缆而被传送到测井地面系统进行数据采集 (例如可通过多周期采集)。测井地面系统中包含有相应的数据处理软件，其用于执行相应的数据处理以得到井下仪器缆头电压的实际值。与前述间接测量方式相比，虽然上述直接测量方式的执行过程中要经过电缆传输及数据处理等诸多环节，这可能会给测量结果带来一定的误差，但是这些误差远小于间接测量方式所带来的误差。然而，虽然上述现有直接测量方式优于间接测量方式，但是对于实际测井工作而言，该现有的直接测量方式的测量精度仍然不够高，仍有待于进行进一步的改善。此外，由于测井仪器在油井内会承受极高的压力和温度，这样防水密封圈就极易老化损坏，从而极有可能引起仪器渗水，继而可能导致辅交变压器的两个绕组上的电压不对称，辅交变压器中心抽头上会产生很高的交流电压。在实际操作过程中，在两个绕组上的电压严重不对称的情况下，中心抽头上的电压可能会高达120伏，这样就使得在地面电源保护系统动作前， 如此高的电压会损坏井下遥传仪器中的相应元器件，进而会导致井下仪器缆头电压测量发生严重错误，从而影响测井作业的顺利进行。
技术实现思路
本技术的目的在于为了解决现有技术中存在的上述一个或多个不足，提供一种新的、能够精确测量井下仪器缆头电压的井下仪器缆头电压直接测量装置。根据本技术的一个方面，提供了一种井下仪器缆头电压直接测量装置，该装置包括测量变压器，其用于获取井下仪器缆头电压信号；模拟测量电路，其用于将所获取的交流形式的井下仪器缆头电压信号转换成处于预定幅值范围内的直流信号；所述模拟测量电路分两路输出所述直流信号；数据通信板，其用于对来自于所述模拟测量电路的第一路直流信号进行数据采集；遥传数据处理模块，其用于对所述数据通信板所采集到的数据进行数字处理，从而得到所述测量变压器的原边输入交流电压值；遥传模块，其用于对所述遥传数据处理模块得到的所述测量变压器的原边输入交流电压值进行调制并经由测井电缆将调制信号传送到地面系统；井下辅交变压器，其原边中心抽头耦合到所述模拟测量电路，以接收所述模拟测量电路所输出的第二路直流信号；所述井下辅交变压器的输出信号通过测井电缆直接传送到地面系统。优选地，经由所述数据通信板、遥传数据处理模块、以及遥传模块所传送的第一路直流信号只有在测井系统加电完成以及遥传模块的通讯建立完成后才能被通过测井电缆传送到地面系统。优选地，经由所述井下辅交变压器传送的第二路直流信号在测井系统的整个加电过程中及加电完成后均存在。优选地，当测井系统的加电完成前，所述地面系统将显示经由第二路直流信号传送的井下缆头电压值；当测井系统的加电完成后，所述地面系统将显示经由第一路直流信号传送的井下缆头电压值。优选地，所述模拟测量电路包括分压单元，所述分压单元用于对所述测量变压器的输出信号进行分压。优选地，所述模拟测量电路还包括与所述分压单元耦合的第一低通滤波单元，所述第一低通滤波单元构成四阶低通滤波单元，用于对经过分压后的信号滤除高次谐波分量。优选地，所述模拟测量电路还包括与所述第一低通滤波单元耦合的滤除直流偏置单元，其用于对经过第一滤波处理之后的信号进行直流偏置滤除操作。优选地，所述模拟测量电路还包括半波整流单元和第二低通滤波单元，所述半波整流单元对直流偏置滤除之后的信号进行半波整流，所述第二低通滤波单元对经半波整流后的信号进行低通滤波从而转变成直流电压信号。优选地，所述模拟测量电路还包括射随电路和比例放大单元，所述射随电路的输入端耦合到所述第二低通滤波单元，输出端耦合到所述比例放大单元；所述比例放大单元包括高压交流信号保护单元，所述高压交流信号保护单元包括并联耦合的第一高压保护电阻和第二高压保护电阻。优选地，所述第一高压保护电阻和第二高压保护电阻的阻值可以根据与第一和第二高压保护电阻耦合的运算放大器的输出阻抗、输出信号传输电缆缆芯对地绝缘阻抗、地面系统中的地面交流电源控制箱中的信号输入电路的输入阻抗、所述运算放大器输出的极限电压、模拟测量电路输出的直流输出信号的幅值范围、和/或井下仪器渗水时井下辅交变压器的中心抽头上的交流电压幅值范围来加以确定。根据本技术的一个目的，通过采用本技术的技术方案，可以大大提高井下仪器缆头电压的测量精度，进而可以有效地保证测井作业的顺利进行。根据本技术的另一个目的，通过采用本技术的优选技术方案，可以解决现有技术存在的、在例如发生井下仪器渗水等意外情况时由于辅交变压器的中心抽头上产生较大的交流电压而损坏井下仪器的元器件的技术问题，从而既可以有效地保证测井作业的顺利进行，又可以保护井下仪器不受损坏。根据本技术的又一个目的，本技术所提供的井下仪器缆头电压直接测量装置具有低成本和高工作可靠性的优点，因此在石油测井领域具有很强的实用性。附图说明图1是测井系统电源传输及信号通讯示意图。图2是根据本技术优选实施例的井下仪器缆头电压直接测量装置的示意性框图。图3是根据本技术优选实施例的井下仪器缆头电压直接测量装置中的模拟测量电路的电路原理图。具体实施方式某些术语在本申请文件中自始至终用来指示特定系统部件。如本领域的技术人员将认识到的那样，通常可以用不同的名称来指示相同的部件，因而本申请文件不意图区别那些只是在名称上不同而不是在功能方面不同的部件。在本申请文件中，以开放的形式使用术语“包括”、“包本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种井下仪器缆头电压直接测量装置，其特征在于，该装置包括：测量变压器（２０１），其用于获取井下仪器缆头电压信号；模拟测量电路（２０２），其用于将所获取的交流形式的井下仪器缆头电压信号转换成处于预定幅值范围内的直流信号；所述模拟测量电路（２０２）分两路输出所述直流信号；数据通信板（２０３），其用于对来自于所述模拟测量电路（２０２）的第一路直流信号（Ｓ１）进行数据采集；遥传数据处理模块（２０６），其用于对所述数据通信板（２０３）所采集到的数据进行数字处理，从而得到所述测量变压器（２０１）的原边输入交流电压值；遥传模块（２０５），其用于对所述遥传数据处理模块（２０６）得到的所述测量变压器（２０１）的原边输入交流电压值进行调制并经由测井电缆（２０７）将调制信号传送到地面系统（２０８）；井下辅交变压器（２０４），其原边中心抽头耦合到所述模拟测量电路（２０２），以接收所述模拟测量电路（２０２）所输出的第二路直流信号（Ｓ２）；所述井下辅交变压器（２０４）的输出信号通过测井电缆（２０７）直接传送到地面系统（２０８）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文轩，陈仕学，朱新楷，裴彬彬，汪新国，
申请(专利权)人：中国石油集团长城钻探工程有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11