關於渦街氣（qì）體（tǐ）流量計在（zài）鑽井檢測係統方（fāng）麵的研究與應用

摘要：基於多渦街氣體流量計（jì）的鑽井監測係統由現場儀表流量計及顯示表、數據采集單元、觸摸屏單元、遠程監控單元等（děng）部分組成（chéng）。采集單元進（jìn）行數據處理後計算出各參數工程值，觸摸屏單元與數據采集單元通過工業以太（tài）網接口通信實現（xiàn）人機交互，數據采集（jí）單（dān）元 與電控係統 PLC 實現數據共享，數據采集單元通過無線模塊實時向遠程監控單（dān）元傳輸數據，具有擴展（zhǎn）性強、可靠性高（gāo）的特點。論文主要對基於多流量計的鑽井監測係統進（jìn）行研究，希望能促進其廣泛應用。
引言
基於多渦街氣（qì）體流量計的鑽井監測係統通過（guò）現場鑽（zuàn）井儀（yí）表流量計（jì）采集鑽機或者修井機設備信息，監測運轉過程中大鉤懸重和鑽壓﹑吊鉗扭矩﹑1#～3# 泵衝速、1#～3# 泵壓、1#～3# 泵衝排（pái）量、1#～ 2# 立管壓力、轉盤轉速﹑轉盤扭（niǔ）矩﹑遊車高度、鑽頭位置、井深﹑ 泥漿回流百分比、1#～10# 泥漿罐體積、泥漿罐總體積（jī）、頂驅扭矩、頂驅轉速等多種參數的動態變化，幫助決策（cè）者及時掌握（wò）鑽井工況，為（wéi）科學鑽井、安全（quán）鑽井提供技術保障。
2 係（xì）統整體設計
鑽井監測係統主要包括：現場鑽井儀表渦（wō）街氣體流量計、顯示（shì）表、 鑽井儀（yí）表數據采集單元、鑽井儀表遠程監控單元、鑽（zuàn）井儀表觸摸顯示單（dān）元（yuán）、防爆（bào）接（jiē）線箱、電纜等設備及附件。
3 現場鑽井（jǐng）儀表渦街氣體流（liú）量計及顯（xiǎn）示表
3. 1 指重及顯示表
死繩錨上液壓包傳來的液壓信號，通過指重表放大機構的連杆（gǎn）及傘形齒輪（lún）轉動齒輪軸，使指（zhǐ）針產生（shēng）偏轉（zhuǎn），指示大鉤懸重和鑽壓。液壓信號連接指（zhǐ）重變送器，變送器（qì）將量程為 0～1000psi（1psi=6.895kPa）的液壓（yā）信號轉換為 DC4～20mA 電流信號。
3. 2 立管壓力及顯示表
立管管匯（huì）內的泥漿壓（yā）力通過渦街氣體流量計中的膠杯作用在液壓（yā）油上，經液壓（yā）管線帶動表針偏（piān）轉，從而指示出立管壓力。變送器（qì）將量程（chéng）為 0～5000psi 的（de）液壓信號轉（zhuǎn）換為 4～20mA 電流信號。
3. 3 吊鉗扭（niǔ）矩及顯示表
渦（wō）街氣體（tǐ）流（liú）量計安裝（zhuāng）在吊鉗尾繩上，在（zài）鑽杆上扣時，在吊鉗尾繩上產生一（yī）個與上扣扭矩成正（zhèng）比的拉力（lì），拉力通過流量計中的活塞作用在液壓（yā）油上，再由（yóu）液壓管線傳遞到吊鉗扭矩顯示（shì）表的彈簧管上，彈簧管的自由端產生位移，通過放大機（jī）構帶動表針偏轉，表盤指示出吊鉗扭矩。液壓（yā）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（diàn）流信號。
3. 4 泵衝（chōng）、轉盤轉速及顯示表
泵衝及轉盤轉速渦街氣體流量計均采用（yòng）無接觸（chù）方式測量。轉盤的傳動軸焊（hàn）接的金屬物（wù）體在流量計的感應麵（miàn）附近（jìn）劃過，產生脈衝信號，通過鑽台區接線箱輸出給數據采集單元。數據采集單元輸出的電（diàn）信號驅動表盤指針偏轉（zhuǎn），表盤指示出轉盤轉速，單位為 r/min。
3. 5 轉盤（pán）扭矩及顯示表
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（diàn）流信號通過鑽（zuàn）台區接線箱輸出給數據采集單元。數據采（cǎi）集單元輸出的電信號驅動（dòng）表盤指針偏轉（zhuǎn）。
3. 6 頂驅扭矩及頂驅轉速
從頂驅控製係統輸出 4～20mA 信號，通過（guò）鑽台（tái）區接（jiē）線箱輸出給數據采集（jí）單元。
3. 7 遊車高度遊車高度（dù）渦街氣體流量（liàng）計（jì）主要由（yóu）光電編碼器組（zǔ）成，安裝在滾筒軸上，當（dāng）滾筒轉動時，光電編碼器將輸出（chū） 2 組相位差為 90°的電脈衝信號，通過鑽台區接（jiē）線箱輸出給數據采集單元，計算出遊車高度、鑽頭位置、井深、起下鑽速度。
3. 8 泥漿罐體積泥（ní）漿罐體積采用無接觸測量（liàng）方式。由超聲波（bō）探測（cè）器發出的脈衝聲波，經泥漿罐液麵表麵反射折回，反射回波被同一探測器接收，探測器可將脈衝發送和接收的時間差轉（zhuǎn）換成電信號（hào），通過泥漿罐區接線箱輸出給數據采（cǎi）集單元。
3. 9 泥漿回流泥漿回流接近式渦街（jiē）氣體流量計（jì）安裝於鑽機井孔和泥漿罐間的回流管上（shàng），監測（cè）泥漿回流管中泥漿回流百分比。在無泥漿（jiāng）流動時（shí）使槳板回到零位（wèi）。流量計（jì）電信號（hào）通過泥（ní）漿泵區接線箱輸出（chū）給數據采集單元。
3. 10 泥漿泵泵壓
泥漿（jiāng）泵泵壓（yā）渦街氣體流量計采用（yòng）耐水基泥漿和耐油基泥漿（jiāng）隔膜式（shì）壓力變送器，采用法蘭（lán）與泥漿泵管匯連接。
4 數據采集（jí）單元
數（shù）據采（cǎi）集（jí）單元主要（yào）由（yóu）電源模塊、隔離安全柵、PLC 中央處理器模（mó）塊（CPU）、信號模塊、通信模塊、無線模塊等組成，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）場渦（wō）街氣體流量計由變送器處理（lǐ）後，經過安全柵等（děng）進入數據采集單元信號模塊，采集單元進（jìn）行數據處理，計（jì）算出各（gè）參數工程值。采集單元監測到工程值達（dá）到預警值（zhí）時驅動聲（shēng）光報（bào）警器，提醒工程技術人員注意鑽井（jǐng）安全。數據采集（jí）單元與觸摸屏單（dān）元通過以太網接口通訊（xùn），采集單元（yuán）通（tōng）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（tōng）過工業以太（tài）網絡實現與電控（kòng）係統 PLC 數據（jù）之間的雙向傳輸。
5 觸摸屏單元
觸摸屏單元實現人機交互，包括鑽井監測界麵、起下鑽（zuàn）界（jiè）麵、參數刻度界麵、參數報警等（děng）界麵，能進行各儀表參數標定， 設置各（gè）儀表參數（shù）報警值，直觀形象地觀察各儀表參數（shù），方便操（cāo）作。顯示（shì）的（de）數據有：大鉤懸重（chóng）、鑽壓（yā）、大鉤速度、1# 立管壓（yā）力、2#立管壓力、吊鉗扭矩、轉盤轉速、轉盤扭矩、頂（dǐng）驅轉速、頂驅扭矩、遊車高度、鑽頭位置、井深、泥（ní）漿罐體（tǐ）積、泥漿（jiāng）增益、泥漿回流、1# 泥漿泵泵衝泵壓、2# 泥漿泵泵（bèng）衝（chōng）泵壓、3# 泥漿泵泵衝泵 壓（yā）、泥漿泵（bèng）總泵衝、噸千米指示/設定等。
6 遠程（chéng）監控單元
包括無線模塊、穩壓電源、服務器、監視器、鑽井監測軟（ruǎn）件（jiàn）、彩色（sè）打印機、以太網轉換器等（děng）。鑽井遠程監控單元在線生成（chéng）彩色圖譜，所有的信息自動存儲在服務器，數據按（àn）時間順序（xù）存儲，現場技術人（rén）員能夠選（xuǎn）擇時間（jiān）或鑽井深（shēn）度調出數據記錄並能曲線顯示。鑽井遠程支持中心生產和決策人員可通過網絡瀏覽現場服務器鑽（zuàn）井（jǐng）信息。
7 結語
本文提出基於多渦（wō）街氣體流量（liàng）計的鑽井監測係統，具有擴展性強、 可靠性高的特點。係統中還可以增加多流量計信息融合，結合鑽井區域地層結構，實現鑽前預測，為保障鑽井（jǐng）安全，科學鑽井提供有力保障。

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