【摘 要】基于多電廠(chǎng)煙氣流量計的鉆井監測系統由現場(chǎng)儀表電廠(chǎng)煙氣流量計及顯示表、數據采集單元、觸摸屏單元、遠程監控單元等部分組成。采集單元進(jìn)行數據處理后計算出各參數工程值，觸摸屏單元與數據采集單元通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)接口通信實(shí)現人機交互，數據采集單元 與電控系統 PLC 實(shí)現數據共享，數據采集單元通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊實(shí)時(shí)向遠程監控單元傳輸數據，具有擴展性強、可靠性高的特點(diǎn)。論文主要對基于多電廠(chǎng)煙氣流量計的鉆井監測系統進(jìn)行研究，希望能促進(jìn)其廣泛應用。
引言
基于多電廠(chǎng)煙氣流量計的鉆井監測系統通過(guò)現場(chǎng)鉆井儀表電廠(chǎng)煙氣流量計采集鉆機或者修井機設備信息，監測運轉過(guò)程中大鉤懸重和鉆壓﹑吊鉗扭矩﹑1#～3# 泵沖速、1#～3# 泵壓、1#～3# 泵沖排量、1#～ 2# 立管壓力、轉盤(pán)轉速﹑轉盤(pán)扭矩﹑游車(chē)高度、鉆頭位置、井深﹑ 泥漿回流百分比、1#～10# 泥漿罐體積、泥漿罐總體積、頂驅扭矩、頂驅轉速等多種參數的動(dòng)態(tài)變化，幫助決策者及時(shí)掌握鉆井工況，為科學(xué)鉆井、安全鉆井提供技術(shù)保障。
2 系統整體設計
鉆井監測系統主要包括：現場(chǎng)鉆井儀表電廠(chǎng)煙氣流量計、顯示表、 鉆井儀表數據采集單元、鉆井儀表遠程監控單元、鉆井儀表觸摸顯示單元、防爆接線(xiàn)箱、電纜等設備及附件。
3 現場(chǎng)鉆井儀表電廠(chǎng)煙氣流量計及顯示表
3. 1 指重及顯示表
死繩錨上液壓包傳來(lái)的液壓信號，通過(guò)指重表放大機構的連桿及傘形齒輪轉動(dòng)齒輪軸，使指針產(chǎn)生偏轉，指示大鉤懸重和鉆壓。液壓信號連接指重變送器，變送器將量程為 0～1000psi（1psi=6.895kPa）的液壓信號轉換為 DC4～20mA 電流信號。
3. 2 立管壓力及顯示表
立管管匯內的泥漿壓力通過(guò)電廠(chǎng)煙氣流量計中的膠杯作用在液壓油上，經(jīng)液壓管線(xiàn)帶動(dòng)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 4～20mA 電流信號。
3. 3 吊鉗扭矩及顯示表
電廠(chǎng)煙氣流量計安裝在吊鉗尾繩上，在鉆桿上扣時(shí)，在吊鉗尾繩上產(chǎn)生一個(gè)與上扣扭矩成正比的拉力，拉力通過(guò)電廠(chǎng)煙氣流量計中的活塞作用在液壓油上，再由液壓管線(xiàn)傳遞到吊鉗扭矩顯示表的彈簧管上，彈簧管的自由端產(chǎn)生位移，通過(guò)放大機構帶動(dòng)表針偏轉，表盤(pán)指示出吊鉗扭矩。液壓管線(xiàn)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。
3. 4 泵沖、轉盤(pán)轉速及顯示表
泵沖及轉盤(pán)轉速電廠(chǎng)煙氣流量計均采用無(wú)接觸方式測量。轉盤(pán)的傳動(dòng)軸焊接的金屬物體在電廠(chǎng)煙氣流量計的感應面附近劃過(guò)，產(chǎn)生脈沖信號，通過(guò)鉆臺區接線(xiàn)箱輸出給數據采集單元。數據采集單元輸出的電信號驅動(dòng)表盤(pán)指針偏轉，表盤(pán)指示出轉盤(pán)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(pán)扭矩，轉盤(pán)扭矩變送器 DC4～20mA 電流信號通過(guò)鉆臺區接線(xiàn)箱輸出給數據采集單元。數據采集單元輸出的電信號驅動(dòng)表盤(pán)指針偏轉。
3. 6 頂驅扭矩及頂驅轉速
從頂驅控制系統輸出 4～20mA 信號，通過(guò)鉆臺區接線(xiàn)箱輸出給數據采集單元。
3. 7 游車(chē)高度游車(chē)高度電廠(chǎng)煙氣流量計主要由光電編碼器組成，安裝在滾筒軸上，當滾筒轉動(dòng)時(shí)，光電編碼器將輸出 2 組相位差為 90°的電脈沖信號，通過(guò)鉆臺區接線(xiàn)箱輸出給數據采集單元，計算出游車(chē)高度、鉆頭位置、井深、起下鉆速度。
3. 8 泥漿罐體積泥漿罐體積采用無(wú)接觸測量方式。由超聲波探測器發(fā)出的脈沖聲波，經(jīng)泥漿罐液面表面反射折回，反射回波被同一探測器接收，探測器可將脈沖發(fā)送和接收的時(shí)間差轉換成電信號，通過(guò)泥漿罐區接線(xiàn)箱輸出給數據采集單元。
3. 9 泥漿回流泥漿回流接近式電廠(chǎng)煙氣流量計安裝于鉆機井孔和泥漿罐間的回流管上，監測泥漿回流管中泥漿回流百分比。在無(wú)泥漿流動(dòng)時(shí)使槳板回到零位。電廠(chǎng)煙氣流量計電信號通過(guò)泥漿泵區接線(xiàn)箱輸出給數據采集單元。
3. 10 泥漿泵泵壓
泥漿泵泵壓電廠(chǎng)煙氣流量計采用耐水基泥漿和耐油基泥漿隔膜式壓力變送器，采用法蘭與泥漿泵管匯連接。
4 數據采集單元
數據采集單元主要由電源模塊、隔離安全柵、PLC 中央處理器模塊（CPU）、信號模塊、通信模塊、無(wú)線(xiàn)模塊等組成，整個(gè)單元密封于防爆不銹鋼箱體內，安裝在鉆臺偏房?jì)?。?lái)自現場(chǎng)電廠(chǎng)煙氣流量計由變送器處理后，經(jīng)過(guò)安全柵等進(jìn)入數據采集單元信號模塊，采集單元進(jìn)行數據處理，計算出各參數工程值。采集單元監測到工程值達到預警值時(shí)驅動(dòng)聲光報警器，提醒工程技術(shù)人員注意鉆井安全。數據采集單元與觸摸屏單元通過(guò)以太網(wǎng)接口通訊，采集單元通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊將數據送往遠程監測單元進(jìn)行顯示記錄。采集單元通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò )實(shí)現與電控系統 PLC 數據之間的雙向傳輸。
5 觸摸屏單元
觸摸屏單元實(shí)現人機交互，包括鉆井監測界面、起下鉆界面、參數刻度界面、參數報警等界面，能進(jìn)行各儀表參數標定， 設置各儀表參數報警值，直觀(guān)形象地觀(guān)察各儀表參數，方便操作。顯示的數據有：大鉤懸重、鉆壓、大鉤速度、1# 立管壓力、2#立管壓力、吊鉗扭矩、轉盤(pán)轉速、轉盤(pán)扭矩、頂驅轉速、頂驅扭矩、游車(chē)高度、鉆頭位置、井深、泥漿罐體積、泥漿增益、泥漿回流、1# 泥漿泵泵沖泵壓、2# 泥漿泵泵沖泵壓、3# 泥漿泵泵沖泵 壓、泥漿泵總泵沖、噸千米指示/設定等。
6 遠程監控單元
包括無(wú)線(xiàn)模塊、穩壓電源、服務(wù)器、監視器、鉆井監測軟件、彩色打印機、以太網(wǎng)轉換器等。鉆井遠程監控單元在線(xiàn)生成彩色圖譜，所有的信息自動(dòng)存儲在服務(wù)器，數據按時(shí)間順序存儲，現場(chǎng)技術(shù)人員能夠選擇時(shí)間或鉆井深度調出數據記錄并能曲線(xiàn)顯示。鉆井遠程支持中心生產(chǎn)和決策人員可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )瀏覽現場(chǎng)服務(wù)器鉆井信息。
7 結語(yǔ)
本文提出基于多電廠(chǎng)煙氣流量計的鉆井監測系統，具有擴展性強、 可靠性高的特點(diǎn)。系統中還可以增加多電廠(chǎng)煙氣流量計信息融合，結合鉆井區域地層結構，實(shí)現鉆前預測，為保障鉆井安全，科學(xué)鉆井提供有力保障。

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