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一种分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的装置及方法

申请号 CN202211249844.0 申请日 2022-10-12 公开(公告)号 CN117905449A 公开(公告)日 2024-04-19
申请人 中国石油化工股份有限公司; 中石化石油工程技术服务有限公司; 中石化经纬有限公司; 中石化经纬有限公司地质测控技术研究院; 发明人 郭同政; 韩春田; 杜海洋; 林楠; 刘增; 于其蛟;
摘要 本 发明 提供了一种分扇区统计随钻 测井 仪器脉冲计数率的装置及方法,该装置通过脉冲调理模 块 与随钻仪器对应的 信号 采集模块连接,所述装置包括: 单片机 处理模块、FPGA芯片结构、方位测量模块和外部时钟模块;通过信号采集模块的接收 传感器 读取 随钻测井 仪器实时对 地层 测量生成的脉冲信号,通过外部时钟模块读取实时发射的时间信号,利用方位测量模块将实时读取的脉冲信号和时间信号存入通过划分形成的不同的扇区,通过控制脉冲计数器和时间计数器的个数和位数,以及上述方位采集周期,将随钻测井仪器接收传感器接收的脉冲,精确分割到不同的脉冲计数器中进行计数统计,实现精确的测井 数据采集 。
权利要求

1.一种分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的装置,其特征在于,该装置通过脉冲调理模与随钻仪器对应的信号采集模块连接,所述信号采集模块包括井下的接收传感器,所述装置包括:
单片机处理模块、其与外部用户端连接,响应于用户端的启动命令生成不同的操作指令传送至FPGA芯片结构,并负责将FPGA芯片结构处理得到的数据传达至外部用户端;
FPGA芯片结构、通过SPI通讯模块与所述单片机处理模块通信连接,接收单片机处理模块的操作指令和随钻测井要求数据,根据指令类型和随钻测井要求数据启用功能子模块实现针对性的方位扇区划分、脉冲计数器设置、时间计数器的设置及基于脉冲计数器组、时间计数器组和堵转判定模块进行测井数据循环采集处理;
方位测量模块,其与FPGA芯片结构连接,设置传感器实时测量随钻测井仪器在井眼中的位置和方向,并生成与井斜、方位、工具面相关联的实时工具面
外部时钟模块,为所述FPGA芯片结构提供可靠的CLK时钟信号
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述FPGA芯片结构包括:
扇区划分模块,其配置为确定接收的指令为扇区划分指令时,基于来自单片机处理模块的随钻测井要求数据分析随钻测井仪器的方位测量能和井场对方位识别的需求,并依据其确定方位扇区的个数;
计数器个数设置模块,其配置为根据信号采集模块接收传感器的种类和测量性能,确定脉冲计数器个数和时间计数器个数,并编号记录。
3.如权利要求2所述的装置,其特征在于,所述扇区划分模块通过以下操作划分方位扇区:
将随钻测井仪器在井筒中旋转一周的0~360°均匀划分为64个单位;
根据随钻测井仪器的方位测量能力和井场对方位识别的需求设置每个扇区包含至少1个单位,对于伽测量仪器,根据井场对方位识别的需求设置每个扇区包含8个单位,对于密度测量仪器,根据井场对方位识别的需求,设置每个扇区包含4个单位,进而确定扇区的个数并分别编号。
4.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述方位测量模块中针对不同的测井需求设置传感器,包括至少2个加速度传感器和至少2个磁通传感器。
5.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述FPGA芯片结构配置为执行以下设置操作:
接收经设置的脉冲调理模块处理后的传感器采集测量信号,形成可被脉冲计数器读取的脉冲信号;
根据所述脉冲信号,预估随钻仪器接收传感器的计数能力和测量脉冲的最大计数率,确定脉冲计数器的位数,同时确定方位采集周期和井场脉冲计数统计周期;
依据方位采集周期和井场对时间精确度的要求确定时间脉冲频率和时间计数器的位数;
根据FPGA芯片结构自身的工作时间信息需求选定外部时钟信号CLK的频率,由PLL相环模块根据时间计数器的位数和时间脉冲频率确定FPGA芯片结构的PLL分频系数,以形成可被时间计数器读取的时间信号。
6.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述FPGA芯片结构按照下述逻辑基于脉冲计数器组和时间计数器组进行测井数据循环采集:
在每个方位采集周期内,FPGA芯片结构读取一次测量模块的脉冲信号,计算并确定扇区号;
打开指定扇区,根据预先建立的方位扇区、脉冲计数器和时间计数器之间的对应关系,统计该扇区的脉冲计数和时间计数。
7.如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述FPGA芯片结构按照下述逻辑基于堵转判定模块进行测井数据循环处理:
判断当前采集时间是否超过一个仪器的旋转周期,若是,识别该仪器旋转周期内,计数值最大的时间计数器编号所对应的扇区位置;
计算时间计数器统计的最大值与仪器旋转周期内计数值平均值的比值,基于计算结果和设定的标准判定是否出现堵转状态并确定堵转等级;
重复执行,直至处理时间达到设定的井场脉冲计数统计周期,计算各扇区的脉冲计数率。
8.如权利要求7所述的装置,其特征在于,所述FPGA芯片结构基于堵转判定模块进行测井数据循环处理的过程中,还包括:
当堵转等级超过设定的预警级别值时,FPGA芯片结构中止各计数器的计数统计动作,发出堵转警报信息,经SPI通讯结构和单片机处理模块传达至外部用户端。
9.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述FPGA芯片结构配置为:
确定接收的指令为送数指令时,将脉冲计数器和时间计数器的数据存入缓存,清零时间计数器和脉冲计数器,然后通过SPI通讯将缓存中的数据发送到单片机处理模块。
10.一种分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的方法,其特征在于,所述方法包括:
通过单片机处理模块响应于用户端的启动命令生成不同的操作指令传送至FPGA芯片结构;
由FPGA芯片结构通过SPI通讯模块接收单片机处理模块的操作指令和随钻测井要求数据;
根据扇区划分指令和随钻测井要求数据启用功能子模块实现针对性的方位扇区划分、脉冲计数器设置、时间计数器的设置;
结合外部时钟模块CLK时钟信号,由PLL锁相环模块根据时间计数器的位数和时间脉冲频率确定FPGA芯片结构的PLL分频系数;
基于脉冲计数器设置、时间计数器的设置和PLL分频系数,利用脉冲计数器组、时间计数器组和堵转判定模块进行测井数据循环采集处理和堵转警报;
由FPGA芯片结构响应于送数指令,将脉冲计数器和时间计数器的数据存入缓存,清零时间计数器和脉冲计数器,然后通过SPI通讯将缓存中的数据发送到单片机处理模块。

说明书全文

一种分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及石油钻探中的随钻测井装备及应用技术领域,尤其涉及一种分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的装置及方法,可应用于随钻方位伽成像、随钻方位中子密度成像测井仪器生成的脉冲计数率采集。

背景技术

[0002] 油气勘探领域需要通过随钻测井测量井眼的几何和机械参数用于地质导向和开采指导;随钻方位伽马成像测井仪器和随钻方位中子密度成像仪器属于随钻测井仪器中最重要的仪器之列,测得的数据是划分地层岩性和孔隙度的重要参数,主要原理为仪器在随钻具旋转的过程中将井周各扇区的测量信息分离出来,并以图像形式显示,就可以直观地显示井周地层的信息,可用于实时进行储层评价和指导钻井轨迹的优化,有效提高储层钻遇率。
[0003] 随着钻井技术的优化发展,对随钻测井仪器的要求也更高,能够精确划分井周扇区的测量信息成为重要需求之一。现有随钻方位测井仪器通常按照固定时间间隔统计仪器的脉冲计数,把在一个时间间隔内得到的脉冲计数直接记录为一个扇区的数据,这种脉冲计数统计方法存在如下缺点:
[0004] 1)时间间隔太长,导致数据统计错误率高,如当前可用的随钻中子密度测量仪器,其统计脉冲的时间间隔均采用20mS,扇区的分辨能较低,这是由于随钻测井仪器在旋转钻进过程中,根据钻井和地层测量的需要,转速的变化范围较大,公认为60转/分~120转/分,按照最常用的16扇区划分,每个扇区停留的时间为62.5mS~31.25mS,若统计脉冲的时间间隔均采用20mS,那么对应着每个扇区采集了3.125次~1.5625次测量,这就意味着每次测量不一定都在一个扇区内,对于跨扇区的脉冲统计,显然是一个错误的统计数据。
[0005] 2)由于井壁粗糙,井眼垮塌、钻井泥浆粘度及含砂量、钻具偏心、冲击震动等因素的影响,随钻测井仪器的转速并不是一个匀速运动,而是时快时慢,严重时还会发生完全堵转的故障。如钻头破岩产生的大粒岩屑没有别磨碎,而是在井下某处出现堆积就会导致卡转憋等恶劣的井况,仪器转速会明显变慢或时快时慢,此时,针对每个扇区采集的脉冲统计则会严重滞后对应的扇区,而当岩屑破除或泥浆稀释后,由于惯性作用,仪器转速猛然增大,此时针对每个扇区采集的脉冲统计又会严重超前对应的扇区,甚至会出现在某一个方位扇区,没有脉冲计数的所谓的“漏扇区”现象。
[0006] 3)对于不同的脉冲计数类随钻测井仪器,由于采用的是不同种类的传感器,其脉冲发射和接收的能力不同,例如自然伽马测量仪器的计数率常规为每秒钟一百至二、三百个,密度测量仪器的计数率常规为每秒钟数百至数千个,而中子测量仪器则高达每秒上万个计数,采用相同位数的脉冲计数对于不同种类的测量仪器显然难以满足计数测量的要求。
[0007] 4)缩小脉冲统计时间间隔虽然能够显著提高扇区的分辨能力,但是受仪器脉冲的计数能力限制,脉冲统计时间间隔也不能太小,无原则的缩小脉冲统计时间可能导致在一个统计周期内的计数可能为0或者计数过小,这时的统计数据严重不足,也不能用于仪器的脉冲计数率的可靠计算。综上所述,亟待研发一种能够精确采集测井数据的分扇区统计脉冲计数率装置。
[0008] 公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成己为本领域技术人员所公知的现有技术

发明内容

[0009] 为解决上述问题,本发明提供了一种分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的装置,通过设置适宜的扇区个数并将脉冲统计时间间隔缩小到适宜大小,使仪器的脉冲计数率显著提高,最终提高随钻测井仪器方位扇区的分辨能力,同时解决因仪器堵转造成的方位跳变或迟滞对脉冲计数产生的影响。该装置通过脉冲调理模与随钻仪器对应的信号采集模块连接,所述信号采集模块包括井下的接收传感器,优选地,一个实施例中,所述装置包括:
[0010] 单片机处理模块、其与外部用户端连接,响应于用户端的启动命令生成不同的操作指令传送至FPGA芯片结构,并负责将FPGA芯片结构处理得到的数据传达至外部用户端;
[0011] FPGA芯片结构、通过SPI通讯模块与所述单片机处理模块通信连接,接收单片机处理模块的操作指令和随钻测井要求数据,根据指令类型和随钻测井要求数据启用功能子模块实现针对性的方位扇区划分、脉冲计数器设置、时间计数器的设置及基于脉冲计数器组、时间计数器组和堵转判定模块进行测井数据循环采集处理;
[0012] 方位测量模块,其与FPGA芯片结构连接,设置传感器实时测量随钻测井仪器在井眼中的位置和方向,并生成与井斜、方位、工具面相关联的实时工具面
[0013] 外部时钟模块,为所述FPGA芯片结构提供可靠的CLK时钟信号
[0014] 进一步地,一个实施例中,所述FPGA芯片结构包括:
[0015] 扇区划分模块,其配置为确定接收的指令为扇区划分指令时,基于来自单片机处理模块的随钻测井要求数据分析随钻测井仪器的方位测量能力和井场对方位识别的需求,并依据其确定方位扇区的个数;
[0016] 计数器个数设置模块,其配置为根据信号采集模块接收传感器的种类和测量性能,确定脉冲计数器个数和时间计数器个数,并编号记录。
[0017] 作为本发明的进一步改进,一个实施例中,所述扇区划分模块通过以下操作划分方位扇区:
[0018] 将随钻测井仪器在井筒中旋转一周的0~360°均匀划分为64个单位;
[0019] 根据随钻测井仪器的方位测量能力和井场对方位识别的需求设置每个扇区包含至少1个单位,对于伽马测量仪器,根据井场对方位识别的需求设置每个扇区包含8个单位,对于密度测量仪器,根据井场对方位识别的需求,设置每个扇区包含4个单位,进而确定扇区的个数并分别编号。
[0020] 进一步地,一个可选的实施例中,所述方位测量模块中针对不同的测井需求设置传感器,包括至少2个加速度传感器和至少2个磁通传感器。
[0021] 实际应用时,一个实施例中,所述FPGA芯片结构配置为执行以下设置操作:
[0022] 接收经设置的脉冲调理模块处理后的传感器采集测量信号,形成可被脉冲计数器读取的脉冲信号;
[0023] 根据所述脉冲信号,预估随钻仪器接收传感器的计数能力和测量脉冲的最大计数率,确定脉冲计数器的位数,同时确定方位采集周期和井场脉冲计数统计周期;
[0024] 依据方位采集周期和井场对时间精确度的要求确定时间脉冲频率和时间计数器的位数;
[0025] 根据FPGA芯片结构自身的工作时间信息需求选定外部时钟信号CLK的频率,由PLL相环模块根据时间计数器的位数和时间脉冲频率确定FPGA芯片结构的PLL分频系数,以形成可被时间计数器读取的时间信号。
[0026] 具体地,一个实施例中,所述FPGA芯片结构按照下述逻辑基于脉冲计数器组和时间计数器组进行测井数据循环采集:
[0027] 在每个方位采集周期内,FPGA芯片结构读取一次测量模块的脉冲信号,计算并确定扇区号;
[0028] 打开指定扇区,根据预先建立的方位扇区、脉冲计数器和时间计数器之间的对应关系,统计该扇区的脉冲计数和时间计数。
[0029] 一个可选的实施例中,所述FPGA芯片结构按照下述逻辑基于堵转判定模块进行测井数据循环处理:
[0030] 判断当前采集时间是否超过一个仪器的旋转周期,若是,识别该仪器旋转周期内,计数值最大的时间计数器编号所对应的扇区位置;
[0031] 计算时间计数器统计的最大值与仪器旋转周期内计数值平均值的比值,基于计算结果和设定的标准判定是否出现堵转状态并确定堵转等级;
[0032] 重复执行,直至处理时间达到设定的井场脉冲计数统计周期,计算各扇区的脉冲计数率。
[0033] 作为本发明的进一步改进,一个实施例中,所述FPGA芯片结构基于堵转判定模块进行测井数据循环处理的过程中,还包括:
[0034] 当堵转等级超过设定的预警级别值时,FPGA芯片结构中止各计数器的计数统计动作,发出堵转警报信息,经SPI通讯结构和单片机处理模块传达至外部用户端。
[0035] 另一方面,一个实施例中,所述FPGA芯片结构还配置为:
[0036] 确定接收的指令为送数指令时,将脉冲计数器和时间计数器的数据存入缓存,清零时间计数器和脉冲计数器,然后通过SPI通讯将缓存中的数据发送到单片机处理模块。
[0037] 基于上述任意一个或多个实施例中所述装置的应用方面,本发明还提供一种分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的方法,该方法包括:
[0038] 通过单片机处理模块响应于用户端的启动命令生成不同的操作指令传送至FPGA芯片结构;
[0039] 由FPGA芯片结构通过SPI通讯模块接收单片机处理模块的操作指令和随钻测井要求数据;
[0040] 根据扇区划分指令和随钻测井要求数据启用功能子模块实现针对性的方位扇区划分、脉冲计数器设置、时间计数器的设置;
[0041] 结合外部时钟模块CLK时钟信号,由PLL锁相环模块根据时间计数器的位数和时间脉冲频率确定FPGA芯片结构的PLL分频系数;
[0042] 基于脉冲计数器设置、时间计数器的设置和PLL分频系数,利用脉冲计数器组、时间计数器组和堵转判定模块进行测井数据循环采集处理和堵转警报;
[0043] 由FPGA芯片结构响应于送数指令,将脉冲计数器和时间计数器的数据存入缓存,清零时间计数器和脉冲计数器,然后通过SPI通讯将缓存中的数据发送到单片机处理模块。
[0044] 与最接近的现有技术相比,本发明还具有如下有益效果:
[0045] 本发明提供的一种分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的装置,通过脉冲调理模块与随钻仪器对应的信号采集模块连接,包括:单片机处理模块、FPGA芯片结构、方位测量模块和外部时钟模块;在FPGA内设置脉冲计数器和时间计数器,通过控制脉冲计数器和时间计数器的个数和位数,以及上述方位采集周期t,将随钻测井仪器接收传感器接收的脉冲,精确分割到不同的脉冲计数器中进行计数统计,同时利用时间计数器对各脉冲计数器的计数时间进行精确分离,获得精确的脉冲计数率;
[0046] 基于较低的资源消耗基础,能够准确地识别每个脉冲对应的方位,显著提高随钻测井仪器的扇区分辨能力,该分扇区统计的装置和方法可广泛应用于计数型井下数据,不但能够精确划分井周扇区的测量信息,提高井下仪器的测量精确度,还可以用于卡钻憋泵等恶劣井况下的数据测量和处理,解决方位跳变或迟滞等问题。
[0047] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

[0048] 附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例共同用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0049] 图1是本发明一实施例所提供分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的装置的结构示意图;
[0050] 图2是本发明一实施例所提供分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的装置采用的计数器组示例图;
[0051] 图3是本发明一实施例所提供分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的方法的流程示意图;
[0052] 图中,1FPGA芯片;2单片机处理;3接收传感器;4方位测量;5外部时钟;101扇区划分;102SPI通讯;103计数器个数设置;104脉冲计数器组;105时间计数器组;106PLL锁相环;107堵转判定;201脉冲计数器b0;202脉冲计数器b1;203脉冲计数器b2;204脉冲计数器b15;
205时间计数器c0;206时间计数器c1;207时间计数器c2;208时间计数器c15。

具体实施方式

[0053] 以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式,借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题,并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是,只要不构成冲突,本发明中的各个实施例以及各实施例的各个特征可以相互结合,所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0054] 虽然流程图将各项操作描述成顺序的处理,但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时处理可以被终止,但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
[0055] 计算机设备包括用户设备与网络设备。其中,用户设备或客户端包括但不限于电脑、智能手机、PDA等;网络设备包括但不限于单个网络服务器、多个网络服务器组成的服务器组或基于计算的由大量计算机或网络服务器构成的云。计算机设备可单独运行来实现本发明,也可接入网络并通过与网络中的其他计算机设备的交互操作来实现本发明。计算机设备所处的网络包括但不限于互联网、广域网、城域网、局域网、VPN网络等。
[0056] 这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。当一个单元被称为“连接”或“耦合”到另一单元时,其可以直接连接或耦合到所述另一单元,或者可以存在中间单元。
[0057] 这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指,否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是,这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在,而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
[0058] 随钻方位伽马成像、随钻方位中子密度成像是随钻测井仪器中最重要的仪器之一,是划分地层岩性和孔隙度的重要参数,仪器在随钻具旋转过程中将井周各扇区的测量信息分离出来,并以图像形式显示,就可以直观地显示井周地层的信息,可用于实时进行储层评价和指导钻井轨迹的优化,有效提高储层钻遇率。
[0059] 随着钻井技术的发展,对随钻测井仪器的要求也更高,能够精确划分井周扇区的测量信息更加重要。现有随钻方位测井仪器通常按固定时间间隔统计仪器的脉冲计数,把在一个时间间隔内得到的脉冲计数记录为一个扇区的数据,这种脉冲计数统计方法有如下缺点:
[0060] 1)时间间隔太长,例如,当前国内外的随钻中子密度测量仪器,其统计脉冲的时间间隔均采用20mS,扇区的分辨能力较低,这是由于,随钻测井仪器在旋转钻进过程中,根据钻井和地层测量的需要,转速的变化范围较大,公认为60转/分~120转/分,按照最常用的16扇区划分,每个扇区停留的时间为62.5mS~31.25mS,若统计脉冲的时间间隔均采用
20mS,对应着每个扇区采集了3.125次~1.5625次测量,这就意味着每次测量不一定都在一个扇区内,对于跨扇区的脉冲统计,显然是一个错误的统计数据。
[0061] 2)由于井壁粗糙,井眼垮塌、钻井泥浆粘度及含砂量、钻具偏心、冲击震动等因素的影响,随钻测井仪器的转速并不是一个匀速运动,而是时快时慢,严重时还会发生完全堵转的故障。例如钻头破岩产生的大粒岩屑没有别磨碎,而是在井下某处出现堆积就会导致卡转憋泵等恶劣的井况,仪器转速会明显变慢或时快时慢,此时,针对每个扇区采集的脉冲统计则会严重滞后对应的扇区,而当岩屑破除或泥浆稀释后,由于惯性作用,仪器转速猛然增大,此时针对每个扇区采集的脉冲统计又会严重超前对应的扇区,甚至会出现在某一个方位扇区,没有脉冲计数的所谓的“漏扇区”现象。
[0062] 3)另外,对于不同的脉冲计数类随钻测井仪器,由于采用的是不同种类的传感器,其脉冲发射和接收的能力不同,例如,自然伽马测量仪器的计数率常规为每秒钟一百至二、三百个,密度测量仪器的计数率常规为每秒钟数百至数千个,而中子测量仪器则高达每秒上万个计数,采用相同位数的脉冲计数对于不同种类的测量仪器显然难以满足计数测量的要求。
[0063] 4)最后,缩小脉冲统计时间间隔虽然能够显著提高扇区的分辨能力,但是受仪器脉冲的计数能力限制,脉冲统计时间间隔也不能太小,否则在一个统计周期内的计数可能为0或者计数较小,这时的统计数据严重不足,也不能用于仪器的脉冲计数率的计算。
[0064] 为解决上述问题,本发明提供一种分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的装置及方法,所述分扇区统计脉冲计数率装置包括FPGA芯片结构、外部时钟模块、脉冲调理模块及单片机处理模块;能够准确地识别每个脉冲对应的方位,显著提高随钻测井仪器的扇区分辨能力,该分扇区统计的装置和方法可广泛应用于计数型井下数据,不但能够精确划分井周扇区的测量信息,提高井下仪器的测量精确度,还可以用于卡钻憋泵等恶劣井况下的数据测量和处理,解决方位跳变或迟滞等问题。
[0065] 接下来基于附图详细描述本发明实施例的装置的结构和运行原理,虽然在操作描述中示出了各步骤的逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0066] 实施例一
[0067] 图1示出了本发明实施例一提供的分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的装置的结构示意图,参照图1可知,该装置通过脉冲调理模块与随钻仪器对应的信号采集模块3连接,信号采集模块3包括井下的接收传感器,所述装置包括:
[0068] 单片机处理模块2、其与外部用户端连接,响应于用户端的启动命令生成不同的操作指令传送至FPGA芯片结构,并负责将FPGA芯片结构处理得到的数据传达至外部用户端;
[0069] FPGA芯片结构1、通过SPI通讯模块与所述单片机处理模块通信连接,接收单片机处理模块的操作指令和随钻测井要求数据,根据指令类型和随钻测井要求数据启用功能子模块实现针对性的方位扇区划分、脉冲计数器设置、时间计数器的设置及基于脉冲计数器组、时间计数器组和堵转判定模块进行测井数据循环采集处理;
[0070] 方位测量模块4,其与FPGA芯片结构连接,设置传感器实时测量随钻测井仪器在井眼中的位置和方向,并生成与井斜、方位、工具面相关联的实时工具面角;
[0071] 外部时钟模块5,为所述FPGA芯片结构提供可靠的CLK时钟信号。
[0072] 进一步地,一个实施例中,所述FPGA芯片结构包括:
[0073] 扇区划分模块,其配置为确定接收的指令为扇区划分指令时,基于来自单片机处理模块的随钻测井要求数据分析随钻测井仪器的方位测量能力和井场对方位识别的需求,并依据其确定方位扇区的个数;
[0074] 计数器个数设置模块,其配置为根据随钻测井仪器接收传感器的种类和测量性能,确定脉冲计数器个数和时间计数器个数,并编号记录。
[0075] 本发明中的FPGA芯片结构包括SPI通讯、扇区划分、计数器个数设置、脉冲计数器组、时间计数器组、堵转判定和PLL锁相环等模块,共同完成扇区划分、扇区计数统计、堵转等级和数据通讯任务;
[0076] 实际应用时,根据随钻测井仪器的方位测量能力和井场对方位识别的需求,确定方位扇区的个数p,单片机对FPGA发起扇区划分指令,由FPGA对0‑360°方位完成扇区划分,所有扇区相应编号为a0、a1…ap‑1;
[0077] 根据随钻测井仪器接收传感器的种类和测量性能,FPGA确定脉冲计数器个数m,所有脉冲计数器相应编号为b0、b1…bm‑1,时间计数器个数n,所有时间计数器相应编号为c0、c1…cn‑1;并建立方位扇区a、脉冲计数器b和时间计数器c之间的对应关系;
[0078] 一个可选的实施例中,所述扇区划分模块通过以下操作划分方位扇区:
[0079] 将随钻测井仪器在井筒中旋转一周的0~360°均匀划分为64个单位;
[0080] 根据随钻测井仪器的方位测量能力和井场对方位识别的需求设置每个扇区包含至少1个单位,对于伽马测量仪器,根据井场对方位识别的需求设置每个扇区包含8个单位,对于密度测量仪器,根据井场对方位识别的需求,设置每个扇区包含4个单位,进而确定扇区的个数并分别编号。
[0081] 实际应用时,可在FPGA内通过编程方法设置一个可变的扇区划分模块,将随钻测井仪器在井筒中旋转一周的0~360°均匀划分为64个单位,根据随钻测井仪器的方位测量能力和井场对方位识别的需求,确定扇区的个数p,则每个扇区包含至少1个单位,通常随钻测井仪器的方位测量能力越高,井场对方位识别的需求越高,扇区个数设置越多。
[0082] 例如,对于伽马测量仪器,井场对方位识别的需求较低,则可定义扇区数p=8,每个扇区包含8个单位,每个扇区的编号相应为a0~a7;
[0083] 若对于密度测量仪器,井场对方位识别的需求适宜,则可定义为16个扇区,每个扇区包含4个单位,每个扇区的编号相应为a0~a15。
[0084] 本发明通过在FPGA内设置脉冲计数器和时间计数器,通过控制脉冲计数器和时间计数器的个数和位数,以及上述方位采集周期t,将随钻测井仪器接收传感器接收的脉冲,精确分割到不同的脉冲计数器中进行计数统计,同时利用时间计数器对各脉冲计数器的计数时间进行精确分离,获得精确的脉冲计数率。
[0085] 例如,可在FPGA内通过编程方法设置m个多位的仪器脉冲计数器和n个多位时间计数器,由FPGA内的计数器个数设置模块控制,其中,脉冲计数器个数和位数的选择除与随钻测井仪器接收传感器的种类和测量性能有关外,还与方位扇区的识别需求相关。
[0086] 因此,一个实施例中,在进行测井数据循环采集之前,所述FPGA芯片结构配置为执行以下设置操作:
[0087] 接收经设置的脉冲调理模块处理后的传感器采集测量信号,形成可被脉冲计数器读取的脉冲信号;
[0088] 根据所述脉冲信号,预估随钻仪器接收传感器的计数能力和测量脉冲的最大计数率,确定脉冲计数器的位数,同时确定方位采集周期和井场脉冲计数统计周期;
[0089] 依据方位采集周期和井场对时间精确度的要求确定时间脉冲频率和时间计数器的位数;
[0090] 根据FPGA芯片结构自身的工作时间信息需求选定外部时钟信号CLK的频率,由PLL锁相环模块根据时间计数器的位数和时间脉冲频率确定FPGA芯片结构的PLL分频系数,以形成可被时间计数器读取的时间信号。
[0091] 例如,若对于随钻密度测量仪器,脉冲计数器个数m取16,位数取16位最为适宜,每个脉冲计数器的编号相应地记作为b0~b15。
[0092] 通常,时间计数器个数的选择与脉冲计数器个数相对应,也就是说,1个时间计数器,对应1个脉冲计数器。例如,若对于密度测量仪器,时间计数器的个数n也取16,每个时间计数器的编号相应地记作为c0~c15。
[0093] 对于钻井领域公认的常规的转速范围60转/分~120转/分,脉冲统计周期T适宜选用的范围为2秒~0.1秒,时间脉冲频率f适宜选用的范围为64k~5M,时间计数器的位数k适宜选用的范围为16~24位。
[0094] 其中,将外置的系统时钟信号CLK接入FPGA芯片,并通过FPGA内部的PLL锁相环模块对该信号分频,并与时间计数器的输入端相连。
[0095] 通过上述设置,例如当p=m=n=16时,则FPGA的扇区号例如a0~a15,与脉冲计数器的编号例如b0~b15,以及时间计数器的编号例如c0~c15,建立了一一对应关系。
[0096] 若随钻测井仪器选用了高频脉冲接收器,例如,对于一个编号为c0的时间计数器,其对应的编号为b0的脉冲计数器内的计数量巨大,溢出了所选用的脉冲计数器位数,则在不改变FPGA和数据结构的情况下,通过简单地增加1个脉冲计数器的形式,使m=2*n,即,使每1个时间计数器对应2个脉冲计数器,也可以达到扩容的目的。
[0097] 对应地,根据设置的数量建立FPGA芯片结构中扇区号、脉冲计数器的编号以及时间计数器的编号之间的对应关系。
[0098] 随钻测井仪器接收传感器接收的脉冲,按照唯一对应扇区精确分割到唯一对应的脉冲计数器中进行计数统计,同时利用唯一对应的时间计数器对各脉冲计数器的计数时间进行精确分离,脉冲计数率精确度显著提高,方位分辨率也能显著提高。
[0099] 针对公认的钻井转速范围60转/分~120转/分,按照最常用的16扇区划分,每个扇区停留的时间相应为62.5mS~31.25mS,方位采集周期至少低于1~2个量级,例如1mS,才能达到方位分辨要求。
[0100] 图2示出了本发明实施例分扇区统计脉冲计数率装置的计数器组实例,其包括扇区划分101、脉冲计数器b0 201、脉冲计数器b1 202、脉冲计数器b2 203、脉冲计数器b15204以及时间计数器c0 205、时间计数器c1 206、时间计数器c2 207、时间计数器c15 208等。
[0101] 在图2所示出的优选实施例中,优选扇区划分101将0~360°井周方位均匀划分为16个扇区,编为a0~a15;选定16个脉冲计数器,每个脉冲计数器16位,16个脉冲计数器相应编为b0~b15,同时,选定16个时间计数器,每个时间计数器16位,16个时间计数器相应编为c0~c15。这样,每个扇区ai,对应一个脉冲计数器bi和时间计数器ci,其中,0
[0102] 随钻测井工程中,所述FPGA芯片结构还包括测量模块,其中的传感器为针对不同的测井需求选定的,包括至少2个加速度传感器和至少2个磁通门传感器。利用加速度传感器和磁通门传感器实时测量随钻测井仪器在井眼中的位置和方向,并计算生成与井斜、方位、工具面相关联的实时工具面角。
[0103] 接下来,一个实施例中,所述FPGA芯片结构按照下述逻辑基于脉冲计数器组和时间计数器组进行测井数据循环采集:
[0104] 在每个方位采集周期内,FPGA芯片结构读取一次测量模块的脉冲信号,计算并确定扇区号;
[0105] 打开指定扇区,根据预先建立的方位扇区、脉冲计数器和时间计数器之间的对应关系,统计该扇区的脉冲计数和时间计数。
[0106] 为了达到1mS方位采集周期t,每1mS,FPGA读取一次方位测量模块的信息,经过换算,将测量随钻测井仪器的实时工具面角,对应到FPGA相应的扇区。
[0107] 每隔1mS,FPGA读取一次方位测量模块的信息,经过换算,对应到FPGA的扇区ai,其中,0
[0108] 由于1mS方位采集周期太小,还需设置一个仪器的旋转周期u和一个井场脉冲计数统计周期T,实现堵转判定和脉冲计数的输出。
[0109] 当随钻测井仪器在井眼中旋转钻进时,按照上述设置不断将每个方位采集周期内完成的计数统计与对应扇区关联,当所有扇区都被关联一次,意味着随钻测井仪器已经转完一周,这个时间间隔,定义为仪器的一个旋转周期u。
[0110] 每完成一个旋转周期u,FPGA对时间计数器例如c0~c15内的计数量进行比较,若每个时间计数器内的计数量均匀,表明随钻测井仪器的转速均匀,没有发生异常,若某个时间计数器例如ci,其中,0
[0111] 具体应用时,一个实施例中,所述FPGA芯片结构按照下述逻辑基于堵转判定模块进行测井数据循环处理:
[0112] 判断当前采集时间是否超过一个仪器的旋转周期,若是,识别该仪器旋转周期内,计数值最大的时间计数器编号所对应的扇区位置;
[0113] 计算时间计数器统计的最大值与仪器旋转周期内计数值平均值的比值,基于计算结果和设定的标准判定是否出现堵转状态并确定堵转等级;
[0114] 重复执行,直至处理时间达到设定的井场脉冲计数统计周期,计算各扇区的脉冲计数率。
[0115] 实际应用时,根据井场要求,将堵转的严重程度细化或粗化分为多级例如16级,每一个仪器的旋转周期内采用适宜的计算公式计算一次堵转等级,例如假设某个时间计数器ci内的计数量vi最大,堵转等级的计算公式为:
[0116]
[0117] 其中,vi表示时间计数器的最大计数量, 表示16个时间计数器计数量的均值,若
[0118]
[0119] 表明随钻测井仪器的转速均匀,没有发生堵转;
[0120] 若
[0121]
[0122] 表明随钻测井仪器发生堵转,堵转等级设为1级;
[0123] 若
[0124]
[0125] 表明随钻测井仪器堵转等级为2级;
[0126] 依次类推。若
[0127]
[0128] 表明随钻测井仪器发生最严重堵转,堵转等级为15级。
[0129] 进一步地,一个可选的实施例中,所述FPGA芯片结构基于堵转判定模块进行测井数据循环处理的过程中,还包括:
[0130] 当堵转等级超过设定的预警级别值时,FPGA芯片结构中止各计数器的计数统计动作,发出堵转警报信息,经SPI通讯结构和单片机处理模块传达至外部用户端。
[0131] 实际应用时,当堵转等级为8级及以上级别时,表明已经发生严重堵转,随钻测井仪器有损坏险,FPGA应中止各计数器计数统计,发出警报。
[0132] 进一步地,一个实施例中,所述FPGA芯片结构配置为:
[0133] 确定接收的指令为送数指令时,将脉冲计数器和时间计数器的数据存入缓存,清零时间计数器和脉冲计数器,然后通过SPI通讯将缓存中的数据发送到单片机处理模块。
[0134] 随钻测井仪器的井场脉冲计数统计周期受多种因素影响和限制,适宜的选择范围为500mS~5S。它与时间计数器的位数、时间脉冲频率密切相关,满足下述公式[0135] 2k≥f*T
[0136] 其中,f为时间脉冲频率,T为井场脉冲计数统计周期,k为时间计数器的位数。一般地,对于一个固定的脉冲统计周期T,时间脉冲频率f选的越大,则时间统计越精确,但相应地,时间计数器的位数k也越大,占用FPGA的资源越严重;而对于脉冲统计周期T而言,T越大,脉冲数量越多,统计越准确,但若采用时间脉冲频率f不变,计数器的位数k也需要增多,需要占用更多FPGA资源。
[0137] 当一个随钻测井仪器的井场脉冲计数统计周期T完成时,FPGA内部的SPI模块向单片机发起通讯,此时,上述所有脉冲计数器和时间计数器的数据存入缓存器,脉冲计数器和时间计数器清零,等待下一个随钻测井仪器的井场脉冲计数统计周期,缓存器中的数据通过SPI送入外部单片机模块,作为随钻测井仪器的一个标准的测量点数据,计算各扇区的计数率。
[0138] 结合附图1所示出的优选实施例,本发明一种分扇区统计脉冲计数率的装置和方法中的FPGA芯片1通过随钻仪器信号采集模块3的井下接收传感器读取随钻测井仪器实时对地层测量生成的脉冲信号,通过外部时钟模块5读取实时发射的时间信号,通过方位测量模块4将实时读取的脉冲信号和时间信号存入通过划分形成的不同的扇区。FPGA芯片1与外部的通讯通过单片机处理模块2实施。
[0139] 在图1所示出的优选实施例中,FPGA芯片1又包括扇区划分模块101、SPI通讯模块102、计数器个数设置模块103、脉冲计数器组模块104、时间计数器组模块105、PLL锁相环
106以及堵转判定模块107等。
[0140] 扇区划分模块101定义一个扇区的个数和位数,完成扇区划分和编号,计数器个数设置模块103定义脉冲计数器组模块104和时间计数器组模块105的个数和位数,完成脉冲计数器和时间计数器的编号,扇区划分模块101与计数器个数设置模块103共同定义方位扇区脉冲计数器和时间计数器之间的对应关系。
[0141] FPGA芯片1与外界的通讯通过单片机处理模块2实施,其通讯流程包括:FPGA芯片1向单片机处理模块2发起通讯申请,FPGA内部的SPI通讯模块102接收单片机指令并判定:
[0142] 若为扇区划分指令,则FPGA发起扇区划分指令,扇区划分模块101确定方位扇区个数,完成扇区划分并编号;FPGA发起计数器个数设置指令,计数器个数设置模块103确定脉冲计数器和时间计数器的个数和位数,并对脉冲计数器和时间计数器编号;建立方位扇区a、脉冲计数器b和时间计数器c之间的对应关系;同时,FPGA芯片1确定时间脉冲频率f,并通过PLL锁相环106将外部时钟模块5的CLK时钟信号,分频到可被时间计数器读取的时间信号。
[0143] 计数统计开始,FPGA芯片1确定方位采集周期t、仪器的旋转周期u和井场脉冲计数统计周期T。
[0144] 在每个方位采集周期t内:
[0145] FPGA读取一次方位测量模块,计算扇区号,并打开相应的脉冲计数器和时间计数器开始计数;
[0146] 循环往复直到完成一个仪器的旋转周期u,进入堵转判定模块107,判定堵转位置,计算堵转等级;
[0147] 循环往复直到完成一个井场脉冲计数统计周期T,计数统计结束。
[0148] 单片机处理模块2发出送数指令,FPGA芯片1的SPI通讯模块102接到指令,将与各扇区关联的全部脉冲计数器和所有时间计数器的数据分别存入缓存,然后清零全部时间计数器和和全部脉冲计数器,等待下一个井场脉冲计数统计周期T开始时计数。
[0149] 缓存中的数据在FPGA芯片1的SPI通讯模块102控制下,发送到单片机,计算各个扇区的脉冲计数率。
[0150] 实施案例:
[0151] 以某一随钻测井仪器的测井信号采集为例,包括以下步骤:
[0152] a)根据随钻测井仪器的方位测量能力和井场对方位识别的需求,确定方位扇区的个数p,单片机对FPGA发起扇区划分指令,由FPGA对0‑360°方位完成扇区划分,所有扇区相应编号为a0、a1…ap‑1;
[0153] 根据随钻测井仪器接收传感器的种类和测量性能,FPGA确定脉冲计数器个数m,所有脉冲计数器相应编号为b0、b1…bm‑1,时间计数器个数n,所有时间计数器相应编号为c0、c1…cn‑1;
[0154] b)建立方位扇区a、脉冲计数器b和时间计数器c之间的对应关系;
[0155] c)针对不同的测井需求,选定相应的接收传感器构成随钻测井仪器的测量模块,测量信号经脉冲调理模块处理,形成可被脉冲计数器读取的脉冲信号;
[0156] d)根据接收传感器模块生成的脉冲信号,预估随钻测井仪器的接收传感器计数能力或测量脉冲的最大计数率,确定脉冲计数器的位数e,同时确定方位采集周期t和井场脉冲计数统计周期T;
[0157] e)根据方位采集周期t和井场对时间精确度要求确定时间脉冲频率f和时间计数器的位数k,时间计数器的位数k、时间脉冲频率f及井场脉冲计数统计周期T之间满足公式k2≥f*T;
[0158] f)根据FPGA芯片的工作需要选定外部时钟信号CLK的频率,并根据时间计数器的位数k和时间脉冲频率f确定FPGA的PLL分频系数,形成可被时间计数器读取的时间信号;
[0159] g)方位测量模块利用至少2个加速度传感器和至少2个磁通门传感器,实时计算井斜角、方位角和工具面角;
[0160] h)在每个方位采集周期t内,FPGA读取一次方位测量模块,计算并确定扇区号;
[0161] i)FPGA打开指定扇区,根据上述步骤b)中的对应关系,统计该扇区的脉冲计数和时间计数;
[0162] j)是否超过一个仪器的旋转周期u,若是,判定堵转位置,计算堵转等级;
[0163] k)若堵转等级达到16级,FPGA中止各计数器计数统计,发出警报;
[0164] l)重复步骤h)~j);
[0165] m)是否超过一个井场脉冲计数统计周期T,若是,计算各扇区的脉冲计数率。
[0166] 其中,所述FPGA芯片与外部的单片机处理模块间的通讯流程包括:
[0167] 单片机处理模块发起SPI通讯,FPGA内部的SPI模块接收单片机指令,并判定指令,若为扇区划分指令,则扇区划分模块根据指令要求执行权利要求1中的步骤a)、b)和步骤d)重新定义扇区、方位采集周期t以及方位扇区a、脉冲计数器b和时间计数器c之间的对应关系,计数器个数设置模块执行权利要求1中的步骤d)和步骤e),重新定义脉冲计数器组和时间计数器组,并执行权利要求1中的步骤h)~i),完成各扇区的脉冲计数统计,[0168] 否则,若为送数指令,则脉冲计数器和时间计数器的数据存入缓存,清零时间计数器和脉冲计数器,然后通过SPI通讯将缓存中的数据发送到单片机;
[0169] 所述的一个仪器的旋转周期是指,第一个时间计数器c0存入计数开始,至最后一个时间计数器cn‑1存完计数结束的时间间隔;
[0170] 所述的一个井场脉冲计数统计周期是指,所用随钻测井仪器生成的脉冲信号采集间隔;
[0171] 所述的堵转判定模块包括堵转位置判定和计算堵转等级,其中,堵转位置定义为:在一个仪器旋转周期内,计数值最大的时间计数器编号所对应的扇区位置;堵转等级定义为一个时间计数器统计的最大值与一个仪器旋转周期的平均值的比值,按照严重程度从轻至重分为16个等级,
[0172] 若一个时间计数器统计的最大值是平均值的1倍,则定义为0级,相应地,若一个时间计数器统计的最大值是平均值的2倍,定义为1级,如此类推,若一个时间计数器统计的最大值是平均值的15倍及以上,判定为15级;
[0173] 本发明一种分扇区统计脉冲计数率的装置和方法中的FPGA芯片1通过接收传感器模块3读取随钻测井仪器实时对地层测量生成的脉冲信号,通过外部时钟模块5读取实时发射的时间信号,通过方位测量模块4将实时读取的脉冲信号和时间信号存入通过划分形成的不同的扇区。FPGA芯片1与外部的通讯通过单片机处理模块2实施。
[0174] 本发明实施例提供的分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的装置中,各个模块或单元结构可以根据实际设置需求和测量需求独立运行或组合运行,以实现相应的技术效果。
[0175] 实施例二
[0176] 上述本发明公开的实施例中详细描述了装置,基于上述任意一个或多个实施例中所述装置的应用原理方面,本发明还提供一种分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的方法,该方法用于控制上述任意一个或多个实施例中所述的分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的装置。
[0177] 所述分扇区统计脉冲计数率方法则是利用分扇区统计脉冲计数率的装置,通过设置扇区精确计算随钻测井仪器每次测量的脉冲计数率,进而随时确定随钻测井仪器每次测量的准确方位。下面给出具体的实施例进行详细说明。
[0178] 具体地,本发明实施例中提供的分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的方法包括:
[0179] 步骤S1、通过单片机处理模块响应于用户端的启动命令生成不同的操作指令传送至FPGA芯片结构;
[0180] 步骤S2、由FPGA芯片结构通过SPI通讯模块接收单片机处理模块的操作指令和随钻测井要求数据;
[0181] 步骤S3、根据扇区划分指令和随钻测井要求数据启用功能子模块实现针对性的方位扇区划分、脉冲计数器设置、时间计数器的设置;
[0182] 步骤S4、结合外部时钟模块CLK时钟信号,由PLL锁相环模块根据时间计数器的位数和时间脉冲频率确定FPGA芯片结构的PLL分频系数;
[0183] 步骤S5、基于脉冲计数器设置、时间计数器的设置和PLL分频系数,利用脉冲计数器组、时间计数器组和堵转判定模块进行测井数据循环采集处理和堵转警报;
[0184] 步骤S6、由FPGA芯片结构响应于送数指令,将脉冲计数器和时间计数器的数据存入缓存,清零时间计数器和脉冲计数器,然后通过SPI通讯将缓存中的数据发送到单片机处理模块。
[0185] 一个实施例中,在步骤S3中,当扇区划分模块确定接收的指令为扇区划分指令时,基于来自单片机处理模块的随钻测井要求数据分析随钻测井仪器的方位测量能力和井场对方位识别的需求,并依据其确定方位扇区的个数;
[0186] 由计数器个数设置模块根据随钻测井仪器接收传感器的种类和测量性能,确定脉冲计数器个数和时间计数器个数,并编号记录。
[0187] 进一步地,一个实施例中,通过以下操作划分方位扇区:
[0188] 将随钻测井仪器在井筒中旋转一周的0~360°均匀划分为64个单位;
[0189] 根据随钻测井仪器的方位测量能力和井场对方位识别的需求设置每个扇区包含至少1个单位,对于伽马测量仪器,根据井场对方位识别的需求设置每个扇区包含8个单位,对于密度测量仪器,根据井场对方位识别的需求,设置每个扇区包含4个单位,进而确定扇区的个数并分别编号。
[0190] 一个可选的实施例中,所述步骤S3中包括以下设置操作:
[0191] 接收经设置的脉冲调理模块处理后的传感器采集测量信号,形成可被脉冲计数器读取的脉冲信号;
[0192] 根据所述脉冲信号,预估随钻仪器接收传感器的计数能力和测量脉冲的最大计数率,确定脉冲计数器的位数,同时确定方位采集周期和井场脉冲计数统计周期;
[0193] 依据方位采集周期和井场对时间精确度的要求确定时间脉冲频率和时间计数器的位数;
[0194] 根据FPGA芯片结构自身的工作时间信息需求选定外部时钟信号CLK的频率,由PLL锁相环模块根据时间计数器的位数和时间脉冲频率确定FPGA芯片结构的PLL分频系数,以形成可被时间计数器读取的时间信号。
[0195] 实际应用时,一个实施例中,在所述步骤S5中,所述FPGA芯片结构按照下述逻辑基于脉冲计数器组和时间计数器组进行测井数据循环采集:
[0196] 在每个方位采集周期内,FPGA芯片结构读取一次测量模块的脉冲信号,计算并确定扇区号;
[0197] 打开指定扇区,根据预先建立的方位扇区、脉冲计数器和时间计数器之间的对应关系,统计该扇区的脉冲计数和时间计数。
[0198] 另外的,一个实施例中,在步骤S5之前,所述方法还包括,利用方位测量模块实时测量随钻测井仪器在井眼中的位置和方向,并生成与井斜、方位、工具面相关联的实时工具面角;其中方位测量模块中针对不同的测井需求设置传感器,包括至少2个加速度传感器和至少2个磁通门传感器。
[0199] 一个实施例中,在所述步骤S5中,按照下述逻辑基于堵转判定模块进行测井数据循环处理:
[0200] 判断当前采集时间是否超过一个仪器的旋转周期,若是,识别该仪器旋转周期内,计数值最大的时间计数器编号所对应的扇区位置;
[0201] 计算时间计数器统计的最大值与仪器旋转周期内计数值平均值的比值,基于计算结果和设定的标准判定是否出现堵转状态并确定堵转等级;
[0202] 重复执行,直至处理时间达到设定的井场脉冲计数统计周期,计算各扇区的脉冲计数率。
[0203] 其中,一个具体的实施例中,基于堵转判定模块进行测井数据循环处理的过程包括:
[0204] 当堵转等级超过设定的预警级别值时,FPGA芯片结构中止各计数器的计数统计动作,发出堵转警报信息,经SPI通讯结构和单片机处理模块传达至外部用户端。
[0205] 进一步地,一个实施例中,在步骤S6中,确定接收的指令为送数指令时,将脉冲计数器和时间计数器的数据存入缓存,清零时间计数器和脉冲计数器,然后通过SPI通讯将缓存中的数据发送到单片机处理模块。
[0206] 具体地,基于上述实现逻辑,图3中示出了本发明实施例中提供的分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的方法的流程示意图,如图3所示,该方法包括以下步骤:
[0207] 步骤301:FPGA芯片结构(FPGA)确定方位扇区的个数p,所有扇区相应编号为a0、a1…ap‑1;同时,确定脉冲计数器个数m,所有脉冲计数器相应编号为b0、b1…bm‑1,时间计数器个数n,所有时间计数器相应编号为c0、c1…cn‑1;
[0208] 步骤302:建立方位扇区ai、脉冲计数器bi和时间计数器ci之间的对应关系,其中,i≤a、b、c最小者;
[0209] 步骤303:针对不同的测井需求,选定相应的接收传感器,构成随钻测井仪器的测量模块,当接收传感器经过不同的测量地层时,产生可被脉冲计数器读取的脉冲信号;
[0210] 步骤304:预估随钻测井仪器的接收传感器计数能力或测量脉冲的最大计数率,FPGA确定脉冲计数器的位数e,同时确定方位采集周期t、仪器旋转周期u和井场脉冲计数统计周期T;
[0211] 步骤305:FPGA确定时间计数器位数k和时间脉冲频率f,时间计数器位数k、时间脉k冲频率f和井场脉冲计数统计周期T三者之间满足公式2≥f*T;
[0212] 步骤306:设立外部时钟信号CLK,经FPGA的PLL分频,形成可被时间计数器读取的时间信号;
[0213] 步骤307:方位测量模块利用至少2个加速度和至少2个磁通门传感器计算井斜角、方位角和工具面角;
[0214] 步骤308:在方位采集周期t内,FPGA读取一次方位测量模块,并根据方位测量模块的信息,计算并确定扇区号;
[0215] 步骤309:同时,FPGA打开扇区号指定扇区,统计该扇区的脉冲计数和时间计数;
[0216] 步骤310:堵转判定,当计数统计总时间每达到一个仪器旋转周期u时,判定堵转位置,执行步骤311,计算堵转等级,执行步骤312,如没有达到一个仪器旋转周期u,则返回步骤308,继续完成计数统计;
[0217] 步骤311:堵转位置判定,在一个仪器旋转周期u内,比较所有时间计数器c0、c1…cn‑1中的计数量,其中计数量最大的时间计数器所对应的扇区方位,判定为堵转位置。
[0218] 步骤312:根据井场要求,将堵转的严重程度细化或粗化分为多级例如16级,每一个仪器的旋转周期内采用适宜的计算公式计算一次堵转等级,例如假设某个时间计数器ci内的计数量vi最大,堵转等级的计算公式为:
[0219]
[0220] 其中,vi表示时间计数器的最大计数量, 表示16个时间计数器计数量的均值,若
[0221]
[0222] 表明随钻测井仪器的转速均匀,没有发生堵转;
[0223] 若
[0224]
[0225] 表明随钻测井仪器发生堵转,堵转等级设为1级;
[0226] 若
[0227]
[0228] 表明随钻测井仪器堵转等级为2级;
[0229] 依次类推。若
[0230]
[0231] 表明随钻测井仪器发生最严重堵转,堵转等级为15级。
[0232] 步骤313:若计数统计达到一个井场脉冲计数统计周期T时,脉冲计数统计结束,执行步骤314,如没有达到一个仪器旋转周期T,则返回步骤308,继续完成脉冲计数统计。
[0233] 步骤314:对于扇区划分模块101定义的p个扇区中的每一个扇区,与该扇区对应的脉冲计数器中的计数量与时间计数器中的计数量之比,定义为这个扇区的脉冲计数率,计算各扇区的脉冲计数率。
[0234] 对于前述的各方法实施例,为了简单描述,故将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本发明并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本发明,某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例,所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
[0235] 需要指出的是,在本发明的其他实施例中,该方法还可以通过将上述实施例中的某一个或某几个进行结合来得到新的分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的方法,以实现对随钻测井数据的精确采集和处理。
[0236] 需要说明的是,基于本发明上述任意一个或多个实施例中的方法,本发明还提供一种存储介质,该存储介质上存储有可实现如述任意一个或多个实施例中所述方法的程序代码,该代码被操作系统执行时能够实现如上所述的基分扇区统计随钻测井仪器脉冲计数率的方法。
[0237] 应该理解的是,本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料,而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是,在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的,而不意味着限制。
[0238] 说明书中提到的“一实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特征包括在本发明的至少一个实施例中。因此,说明书通篇各个地方出现的短语“一实施例”并不一定均指同一个实施例。
[0239] 虽然本发明所揭露的实施方式如上,但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员,在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下,可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化,但本发明的专利保护范围,仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
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