DSP芯片在超声波钻井液测漏仪中的应用
本论文所述的超声波钻井液测漏仪的主要特点是:(1)采用了超声波传感器,不存在机械可动部件;(2)具有很好的实时性;(3)采用两只性能相同的超声波传感器对发、对收,不象压力传感器那样存在直接测量的敏感面;(4)采用了TMS320VC33浮点数字信号处理器,提高了测量精度。
1 测量原理
1.1 测漏仪的结构与安装方式
超声波钻井液测漏仪的结构和安装方式如图1所示。测量电路安装在上、下套筒组成的空腔内,两只超声波传感器分别安装在上、下套筒的端面上,泥浆经钻杆中心孔进入井下后再经钻杆外壁与井壁构成的环形空间返回到地面。
图1 测漏仪结构示意图
由图1可见,传感器轴线与钻杆外壁之间的距离是十分有限的,为了保证超声波传感器发出的信号能够通过泥浆直接进入接收传感器,需要控制超声波传感器的中心角。设两只传感器的距离为L,传感器轴线距井轴的距离为D,钻杆直径为d,则应使中心角θ满足: 实际结构允许的θ为2.95°,这对一般的超声波传感器来说是一个比较严格的指标。另外,由于井下的温度可高达150°C,压力为100Mpa,因此研制了专门的超声波传感器,其工作频率为600kHz。
1.3 测量原理
两只传感器交替地发送和接收超声波信号,把靠近地面的一只记作B,靠近井下的一只记作A,则A发送、B接收所用的时间为: 同理,B发送、A接收所用的时间为: 由以上两式可得: 其中,C为超声波在泥浆中的传播速度,V为泥浆流速。
由于C>>V,所以C2-V2≈C2,因此有: 可见,只要测出时间差△t,就可以求出泥浆流速,从而推断井下漏失情况。漏层位置是通过时间与深度的换算关系确定的,地面计算机与井下测量电路在同一时刻开始计时,由于地面可以方便地实时掌握仪器的下井深度,而井下仪器又可记录任意时间点的泥浆流速,当仪器提升到地面后,将记录的数据回放到计算机,就可知道任意深度处的流速。
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