淺析空氣流量計在鑽井檢測係統（tǒng）方麵的應用
點擊次（cì）數：2041 發布時間：2021-01-08 05:33:08
【摘 要】基於多空氣流量計的鑽井監測係統由現場（chǎng）儀表空氣流量計及顯示表、數據采（cǎi）集單元、觸摸屏單元、遠程（chéng）監（jiān）控單元等部分組成。采集單元進行數據處理（lǐ）後計算出各參（cān）數工程值，觸摸屏單（dān）元與數據采集單元（yuán）通過工業以太網（wǎng）接口通信實現人機交互，數（shù）據采集單元 與電（diàn）控係統 PLC 實現數據（jù）共享（xiǎng），數據采集單元通過無線模塊實時向遠程監控單元傳輸數據，具有擴展性強、可靠性高的（de）特點（diǎn）。論文主要對基於多空氣流量計的（de）鑽井監測係統進行研（yán）究，希望能促進其廣泛應用。
引言
基於多空（kōng）氣流量計的鑽井監測係統通過（guò）現場鑽井儀表空氣流量計采集（jí）鑽機或（huò）者修（xiū）井機設（shè）備信息，監測運（yùn）轉過（guò）程（chéng）中大（dà）鉤懸重和鑽（zuàn）壓﹑吊（diào）鉗扭（niǔ）矩（jǔ）﹑1#～3# 泵衝速、1#～3# 泵壓、1#～3# 泵衝（chōng）排量、1#～ 2# 立管壓力、轉（zhuǎn）盤（pán）轉速﹑轉盤扭矩﹑遊車高度、鑽頭（tóu）位置、井深﹑ 泥漿回（huí）流百分比、1#～10# 泥漿罐體（tǐ）積、泥（ní）漿罐總體積、頂驅扭矩、頂驅轉速等多種參數的動態變化（huà），幫助決策者及時掌握鑽井（jǐng）工（gōng）況（kuàng），為科學鑽（zuàn）井、安全鑽井提供技術保障。
2 係統（tǒng）整體設計
鑽井（jǐng）監測係統主要包括：現場鑽（zuàn）井儀表空氣流量計、顯示表、 鑽井儀表數（shù）據采集單元（yuán）、鑽井儀表遠程監控單元、鑽（zuàn）井儀表觸摸顯示單元、防爆接線箱、電（diàn）纜等設備及附件。
3 現場鑽井儀表空氣流量計及顯示表
3. 1 指重及顯（xiǎn）示（shì）表
死繩錨上液壓包傳來的液壓信號，通過指重表放大機（jī）構的連杆及傘形齒輪轉動齒輪軸，使（shǐ）指針產生偏（piān）轉，指示大鉤懸（xuán）重和鑽壓。液壓（yā）信號（hào）連接指重變送器，變送器（qì）將量程為 0～1000psi（1psi=6.895kPa）的液壓信號轉換為 DC4～20mA 電流信號。
3. 2 立管壓（yā）力及顯示表
立管管匯內的（de）泥漿壓（yā）力通過空氣流量計中（zhōng）的膠杯作用在液壓油（yóu）上，經液壓管線帶動表針偏轉，從而指示出立管壓力。變送器將量程為 0～5000psi 的液壓信號轉換為（wéi） 4～20mA 電流信號。
3. 3 吊鉗扭矩及顯示表
空氣流量計安裝在吊鉗尾（wěi）繩上，在鑽杆上扣時，在吊鉗尾繩上產生（shēng）一個與上扣扭矩成正比的（de）拉力，拉力通過空氣流量計中的活塞作用在液壓油上，再由（yóu）液壓管（guǎn）線傳（chuán）遞到吊鉗扭矩顯示（shì）表的彈簧管（guǎn）上，彈簧管的自由端產生位移，通過放大（dà）機構帶動表針偏轉，表盤指示出（chū）吊鉗扭矩。液（yè）壓管線連接變送器，變送器將量程為 0～5000psi 的液壓信號轉換為 DC4～20mA 電流信號（hào）。
3. 4 泵衝、轉盤轉速（sù）及顯示表
泵衝及轉盤轉速空氣流量計均采用無接觸（chù）方式測量。轉盤的傳動軸焊接的金屬物體在空氣流量計的感應麵附近劃過，產生脈衝信號，通過鑽（zuàn）台區接線箱輸出給數（shù）據采集單元。數據采集（jí）單元輸出（chū）的電信（xìn）號驅動表（biǎo）盤指針偏（piān）轉，表盤指（zhǐ）示出轉（zhuǎn）盤轉速，單位（wèi）為 r/min。
3. 5 轉盤扭矩及顯示（shì）表
采用機械惰輪或筒式電阻應變測量轉盤扭矩，轉盤扭矩變送器 DC4～20mA 電流信號通（tōng）過鑽台區接線箱輸（shū）出給（gěi）數據采集單元。數據采（cǎi）集單元輸出的電信（xìn）號驅動表盤指針偏轉。
3. 6 頂（dǐng）驅扭矩及頂驅轉速
從頂驅控製（zhì）係統輸出 4～20mA 信號，通過鑽（zuàn）台區接線（xiàn）箱輸出給數據采集單元。
3. 7 遊車高度遊車高度空（kōng）氣流量計（jì）主要由光（guāng）電編碼器組（zǔ）成，安裝在滾筒軸上，當滾筒轉動時，光電編碼器將（jiāng）輸出 2 組相位差為 90°的電脈衝信號，通過鑽（zuàn）台區接線箱輸出給數據（jù）采集（jí）單元，計（jì）算出遊車高度、鑽頭位置、井深、起下鑽（zuàn）速度。
3. 8 泥漿罐體積（jī）泥漿罐體積采用無接觸測量方式。由超聲波探測器發出的脈衝（chōng）聲波，經泥漿（jiāng）罐液麵表麵反射折回，反射回波（bō）被同一探測器接收，探測器可將脈衝發（fā）送和接收的時間差轉換成電信號，通過泥漿罐（guàn）區接線箱輸（shū）出給數據采（cǎi）集單元。
3. 9 泥漿（jiāng）回流泥漿回流（liú）接近式空氣（qì）流量計安裝於鑽機井孔和泥漿罐間的回流管上，監測（cè）泥漿回流管中泥漿回流百分比（bǐ）。在無泥漿流動時使槳板回到零位。空氣流量計電信號通過泥漿泵區接線箱輸出給（gěi）數據采集單元。
3. 10 泥漿泵泵壓
泥漿（jiāng）泵泵壓（yā）空氣流量（liàng）計采用耐（nài）水基泥漿（jiāng）和耐油基泥漿隔膜式壓力變送器，采用法蘭與泥漿泵管（guǎn）匯連接。
4 數據（jù）采集單元
數據采集單元主要由電源（yuán）模塊、隔離安全柵、PLC 中（zhōng）央處理器模塊（CPU）、信號模塊、通（tōng）信模塊、無線模塊等組成（chéng），整個單元密封於防爆不鏽鋼箱體內，安裝在鑽台偏房內。來自現（xiàn）場空氣流量計由變（biàn）送器處理後，經過安全柵等進入數據采集單元信號模塊，采集單元進行數（shù）據處理，計算出各參（cān）數工（gōng）程值（zhí）。采集單元監測到工程（chéng）值達到預警值時驅動（dòng）聲光報警器，提醒工程技術人員注（zhù）意鑽井安全。數據（jù）采集單元與觸（chù）摸屏單元通過（guò）以太網（wǎng）接口通訊，采集（jí）單元通過無線模塊將數據送往遠程監測單元進行顯示記錄。采集單元通過工業以太（tài）網絡（luò）實現與電控係統 PLC 數據（jù）之（zhī）間的（de）雙向傳輸。
5 觸摸屏單元
觸摸屏單元實現人機（jī）交互，包括鑽井（jǐng）監測界麵、起下鑽界麵、參數刻度界麵（miàn）、參數報警等界麵，能進行各（gè）儀表參數標定， 設置各儀表參數報警值，直觀形（xíng）象地觀察各儀表參數，方便操作。顯（xiǎn）示的數據有：大（dà）鉤（gōu）懸重、鑽壓、大（dà）鉤速（sù）度、1# 立管（guǎn）壓力、2#立管壓力、吊鉗扭矩、轉盤轉速、轉盤（pán）扭矩、頂驅轉速、頂驅扭矩、遊車高度、鑽頭位置、井深、泥漿罐體積、泥漿增益、泥漿回流、1# 泥漿泵泵衝泵壓、2# 泥漿泵泵衝泵壓、3# 泥漿（jiāng）泵泵衝泵 壓、泥漿泵總泵衝、噸千米指示/設定等。
6 遠程監控單元
包括無線模塊、穩（wěn）壓電源、服務器、監視器、鑽井監測軟件、彩（cǎi）色打印（yìn）機、以太網轉換器等。鑽井遠程監控單元在線生成彩色圖（tú）譜，所（suǒ）有的信息自動存儲在服務器，數據按時間順（shùn）序存儲，現場技術人員（yuán）能夠選擇時間或鑽井深度調出數據記錄並能曲線顯示。鑽井遠程支持中心生產（chǎn）和決策人員可通過網絡（luò）瀏覽現場服務器鑽井信息（xī）。
7 結語
本文提出基於多空氣（qì）流量計的鑽井監測係統，具（jù）有擴展性強、 可靠性高的特點。係統中還可以（yǐ）增加多空氣流量（liàng）計信息融合，結（jié）合鑽井區域地層（céng）結構，實現鑽前（qián）預測，為保障鑽井安全，科學鑽井提供有力保障。
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引言
基於多空（kōng）氣流量計的鑽井監測係統通過（guò）現場鑽井儀表空氣流量計采集（jí）鑽機或（huò）者修（xiū）井機設（shè）備信息，監測運（yùn）轉過（guò）程（chéng）中大（dà）鉤懸重和鑽（zuàn）壓﹑吊（diào）鉗扭（niǔ）矩（jǔ）﹑1#～3# 泵衝速、1#～3# 泵壓、1#～3# 泵衝（chōng）排量、1#～ 2# 立管壓力、轉（zhuǎn）盤（pán）轉速﹑轉盤扭矩﹑遊車高度、鑽頭（tóu）位置、井深﹑ 泥漿回（huí）流百分比、1#～10# 泥漿罐體（tǐ）積、泥（ní）漿罐總體積、頂驅扭矩、頂驅轉速等多種參數的動態變化（huà），幫助決策者及時掌握鑽井（jǐng）工（gōng）況（kuàng），為科學鑽（zuàn）井、安全鑽井提供技術保障。
2 係統（tǒng）整體設計
鑽井（jǐng）監測係統主要包括：現場鑽（zuàn）井儀表空氣流量計、顯示表、 鑽井儀表數（shù）據采集單元（yuán）、鑽井儀表遠程監控單元、鑽（zuàn）井儀表觸摸顯示單元、防爆接線箱、電（diàn）纜等設備及附件。
3 現場鑽井儀表空氣流量計及顯示表
3. 1 指重及顯（xiǎn）示（shì）表
死繩錨上液壓包傳來的液壓信號，通過指重表放大機（jī）構的連杆及傘形齒輪轉動齒輪軸，使（shǐ）指針產生偏（piān）轉，指示大鉤懸（xuán）重和鑽壓。液壓（yā）信號（hào）連接指重變送器，變送器（qì）將量程為 0～1000psi（1psi=6.895kPa）的液壓信號轉換為 DC4～20mA 電流信號。
3. 2 立管壓（yā）力及顯示表
立管管匯內的（de）泥漿壓（yā）力通過空氣流量計中（zhōng）的膠杯作用在液壓油（yóu）上，經液壓管線帶動表針偏轉，從而指示出立管壓力。變送器將量程為 0～5000psi 的液壓信號轉換為（wéi） 4～20mA 電流信號。
3. 3 吊鉗扭矩及顯示表
空氣流量計安裝在吊鉗尾（wěi）繩上，在鑽杆上扣時，在吊鉗尾繩上產生（shēng）一個與上扣扭矩成正比的（de）拉力，拉力通過空氣流量計中的活塞作用在液壓油上，再由（yóu）液壓管（guǎn）線傳（chuán）遞到吊鉗扭矩顯示（shì）表的彈簧管（guǎn）上，彈簧管的自由端產生位移，通過放大（dà）機構帶動表針偏轉，表盤指示出（chū）吊鉗扭矩。液（yè）壓管線連接變送器，變送器將量程為 0～5000psi 的液壓信號轉換為 DC4～20mA 電流信號（hào）。
3. 4 泵衝、轉盤轉速（sù）及顯示表
泵衝及轉盤轉速空氣流量計均采用無接觸（chù）方式測量。轉盤的傳動軸焊接的金屬物體在空氣流量計的感應麵附近劃過，產生脈衝信號，通過鑽（zuàn）台區接線箱輸出給數（shù）據采集單元。數據采集（jí）單元輸出（chū）的電信（xìn）號驅動表（biǎo）盤指針偏（piān）轉，表盤指（zhǐ）示出轉（zhuǎn）盤轉速，單位（wèi）為 r/min。
3. 5 轉盤扭矩及顯示（shì）表
采用機械惰輪或筒式電阻應變測量轉盤扭矩，轉盤扭矩變送器 DC4～20mA 電流信號通（tōng）過鑽台區接線箱輸（shū）出給（gěi）數據采集單元。數據采（cǎi）集單元輸出的電信（xìn）號驅動表盤指針偏轉。
3. 6 頂（dǐng）驅扭矩及頂驅轉速
從頂驅控製（zhì）係統輸出 4～20mA 信號，通過鑽（zuàn）台區接線（xiàn）箱輸出給數據采集單元。
3. 7 遊車高度遊車高度空（kōng）氣流量計（jì）主要由光（guāng）電編碼器組（zǔ）成，安裝在滾筒軸上，當滾筒轉動時，光電編碼器將（jiāng）輸出 2 組相位差為 90°的電脈衝信號，通過鑽（zuàn）台區接線箱輸出給數據（jù）采集（jí）單元，計（jì）算出遊車高度、鑽頭位置、井深、起下鑽（zuàn）速度。
3. 8 泥漿罐體積（jī）泥漿罐體積采用無接觸測量方式。由超聲波探測器發出的脈衝（chōng）聲波，經泥漿（jiāng）罐液麵表麵反射折回，反射回波（bō）被同一探測器接收，探測器可將脈衝發（fā）送和接收的時間差轉換成電信號，通過泥漿罐（guàn）區接線箱輸（shū）出給數據采（cǎi）集單元。
3. 9 泥漿（jiāng）回流泥漿回流（liú）接近式空氣（qì）流量計安裝於鑽機井孔和泥漿罐間的回流管上，監測（cè）泥漿回流管中泥漿回流百分比（bǐ）。在無泥漿流動時使槳板回到零位。空氣流量計電信號通過泥漿泵區接線箱輸出給（gěi）數據采集單元。
3. 10 泥漿泵泵壓
泥漿（jiāng）泵泵壓（yā）空氣流量（liàng）計采用耐（nài）水基泥漿（jiāng）和耐油基泥漿隔膜式壓力變送器，采用法蘭與泥漿泵管（guǎn）匯連接。
4 數據（jù）采集單元
數據采集單元主要由電源（yuán）模塊、隔離安全柵、PLC 中（zhōng）央處理器模塊（CPU）、信號模塊、通（tōng）信模塊、無線模塊等組成（chéng），整個單元密封於防爆不鏽鋼箱體內，安裝在鑽台偏房內。來自現（xiàn）場空氣流量計由變（biàn）送器處理後，經過安全柵等進入數據采集單元信號模塊，采集單元進行數（shù）據處理，計算出各參（cān）數工（gōng）程值（zhí）。采集單元監測到工程（chéng）值達到預警值時驅動（dòng）聲光報警器，提醒工程技術人員注（zhù）意鑽井安全。數據（jù）采集單元與觸（chù）摸屏單元通過（guò）以太網（wǎng）接口通訊，采集（jí）單元通過無線模塊將數據送往遠程監測單元進行顯示記錄。采集單元通過工業以太（tài）網絡（luò）實現與電控係統 PLC 數據（jù）之（zhī）間的（de）雙向傳輸。
5 觸摸屏單元
觸摸屏單元實現人機（jī）交互，包括鑽井（jǐng）監測界麵、起下鑽界麵、參數刻度界麵（miàn）、參數報警等界麵，能進行各（gè）儀表參數標定， 設置各儀表參數報警值，直觀形（xíng）象地觀察各儀表參數，方便操作。顯（xiǎn）示的數據有：大（dà）鉤（gōu）懸重、鑽壓、大（dà）鉤速（sù）度、1# 立管（guǎn）壓力、2#立管壓力、吊鉗扭矩、轉盤轉速、轉盤（pán）扭矩、頂驅轉速、頂驅扭矩、遊車高度、鑽頭位置、井深、泥漿罐體積、泥漿增益、泥漿回流、1# 泥漿泵泵衝泵壓、2# 泥漿泵泵衝泵壓、3# 泥漿（jiāng）泵泵衝泵 壓、泥漿泵總泵衝、噸千米指示/設定等。
6 遠程監控單元
包括無線模塊、穩（wěn）壓電源、服務器、監視器、鑽井監測軟件、彩（cǎi）色打印（yìn）機、以太網轉換器等。鑽井遠程監控單元在線生成彩色圖（tú）譜，所（suǒ）有的信息自動存儲在服務器，數據按時間順（shùn）序存儲，現場技術人員（yuán）能夠選擇時間或鑽井深度調出數據記錄並能曲線顯示。鑽井遠程支持中心生產（chǎn）和決策人員可通過網絡（luò）瀏覽現場服務器鑽井信息（xī）。
7 結語
本文提出基於多空氣（qì）流量計的鑽井監測係統，具（jù）有擴展性強、 可靠性高的特點。係統中還可以（yǐ）增加多空氣流量（liàng）計信息融合，結（jié）合鑽井區域地層（céng）結構，實現鑽前（qián）預測，為保障鑽井安全，科學鑽井提供有力保障。