專利名稱：鉆井自動(dòng)灌漿液位監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油、天然氣、地質(zhì)、鹽業(yè)等鉆井工程自動(dòng)灌漿、泥漿液 位、硫化氫監(jiān)控系統(tǒng)裝置。
技術(shù)背景
目前，在石油，地質(zhì)，鹽業(yè)等行業(yè)的鉆井過(guò)程中，需要配置一定比重的泥 漿，通過(guò)泥漿泵灌入井底，返出的泥漿把鉆出的巖石碎屑帶到地面，再返回泥 漿灌。在整個(gè)鉆井作業(yè)過(guò)程中，始終需要保持泥漿的循環(huán)，不斷改變泥漿的比 重，以平衡地層壓力。當(dāng)井筒內(nèi)泥漿液位下降時(shí)要及時(shí)準(zhǔn)確的灌注泥漿。所謂 及時(shí)，即按規(guī)定起出立柱數(shù)立刻灌入泥漿。所謂準(zhǔn)確，即灌入的泥漿液位必須 達(dá)到一定高度，自動(dòng)停止灌入泥漿。目前現(xiàn)有技術(shù)是主要是采用電氣裝置控制 為主，機(jī)械裝置為輔。如四川石油管理局資中鉆采研究所與成都國(guó)營(yíng)前鋒無(wú)線 電儀器廠共同研制的NY-1型泥漿池液面報(bào)警儀。其缺點(diǎn)是，功能單一、適用面 窄，可靠性差。尤其是在使用該儀器時(shí)起鉆灌入泥漿時(shí)觀察灌入量誤差較大。
還有一種是機(jī)械電子式，如美國(guó)馬丁一代克(MARTIN—DECKER) (TTS系列)自 動(dòng)灌泥漿控制裝置。該裝置功能齊全，能監(jiān)測(cè)鉆速、鉆桿扭矩及起鉆時(shí)自動(dòng)灌 注泥漿等。其缺點(diǎn)是，需要專人操作，操作人員需經(jīng)過(guò)專門培訓(xùn)，且該裝置價(jià) 格昂貴，每臺(tái)費(fèi)用高達(dá)幾百萬(wàn)元人民幣。隨著超深井、水平井、大斜度定向井 等日趨復(fù)雜的鉆井技術(shù)的不斷更新，對(duì)井下復(fù)雜情況的準(zhǔn)確判斷，特別是硫化 氫、可燃?xì)怏w、泥漿密度的檢測(cè)就顯得尤為必要。而井下絕大多數(shù)復(fù)雜情況， 都可以通過(guò)泥漿的變化顯現(xiàn)出來(lái)。 實(shí)用新型內(nèi)容
因此本實(shí)用新型的目的就是要制造一種價(jià)格低廉、功能強(qiáng)大、便于安裝和 操作，用于鉆井工程中自動(dòng)灌漿、泥槳監(jiān)測(cè)報(bào)警、硫化氫及可燃性氣體監(jiān)測(cè)報(bào) 警的鉆井自動(dòng)灌漿液位監(jiān)控裝置。
技術(shù)方案由機(jī)械結(jié)構(gòu)和監(jiān)控兩部分整體組合，其中機(jī)械結(jié)構(gòu)部分包括灌漿 泵、泥漿罐、管道、閥門和指重表的液壓回路，監(jiān)控部分包括計(jì)算機(jī)、采集模
塊、PLC處理單元、流量積算儀、顯示屏和外圍的傳感器組件。監(jiān)控部分是以 計(jì)算機(jī)為核心，外圍通過(guò)接口連接有采集模塊、PLC處理單元、流量積算儀和 顯示屏，其中的采集模塊連接有超聲波液位傳感器、硫化氫檢測(cè)儀和泥漿密度
傳感器，PLC處理單元連接有開(kāi)關(guān)信號(hào)、超聲波液流傳感器和立柱傳感器，流 量積算儀上連接電磁流量計(jì)。超聲波液位傳感器和泥漿密度傳感器設(shè)置在泥漿 罐上；硫化氫、超聲波液流傳感器分別設(shè)置在高架槽的回流管道上；立柱計(jì)數(shù) 器設(shè)置在指重表的液壓回路中；電磁流量計(jì)設(shè)置在灌漿泵出口位置。
上述方案還包括在采集模塊同時(shí)還連接有設(shè)置在高架槽的回流管道上可 燃?xì)怏w檢測(cè)儀。
本實(shí)用新型的有益效果是在鉆井過(guò)程中，能夠根據(jù)當(dāng)前工況及時(shí)自動(dòng)的灌 注泥漿，做到灌滿即停；能及時(shí)不斷的檢測(cè)到當(dāng)前硫化氫、可燃?xì)怏w的含量、 泥漿密度、泥漿總量、泥漿變化量，并提供井涌或井漏發(fā)生的圖文及聲光報(bào)警 信息和報(bào)警記錄。為避免井涌、井漏事故的擴(kuò)大，贏得最佳的處理時(shí)間，為安 全生產(chǎn)提供了可靠的保障。


附圖l是本實(shí)用新型的一種鉆井作業(yè)施工結(jié)構(gòu)布局簡(jiǎn)圖；圖中，l是硫化氫 檢測(cè)儀，2是指重表，3是控制箱，4是流量積算儀，5是鉆臺(tái)LED顯示屏，6
是計(jì)算機(jī)，7是PLC處理單元(可編程邏輯控制器)，8是控制柜，9是數(shù)據(jù)采集 模塊，IO是值班室顯示屏，ll是超聲波液位傳感器，12是電磁流量計(jì)，13是 灌漿泵，14是單向閥，15是超聲波液流傳感器，16是泥漿罐，17是立柱計(jì)數(shù) 器，18是可燃?xì)怏w檢測(cè)儀，19是泥漿密度檢測(cè)儀。
附圖2是監(jiān)控部分的電路連接方框附圖3是計(jì)算機(jī)程序控制流程圖。
具體實(shí)施方式
參照附圖1，安裝在泥漿罐16上的超聲波液位傳感器11和泥漿密度檢測(cè) 儀19以及安裝在泥漿回流管道上的硫化氫檢測(cè)儀1、可燃?xì)怏w檢測(cè)儀18通過(guò)屏 蔽信號(hào)電纜連接到數(shù)據(jù)采集模塊9，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)，并通 過(guò)485串口通訊將其傳送到計(jì)算機(jī)6，經(jīng)系統(tǒng)軟件的處理后以棒圖和曲線的形式 顯示各個(gè)泥漿罐的泥漿量，硫化氫、可燃?xì)怏w含量、泥漿密度曲線。安裝在指 重表2液壓回路中的立柱計(jì)數(shù)器17將所檢測(cè)到的立柱信號(hào)傳送至PLC處理單元 7， PLC根據(jù)當(dāng)前所選擇的工況、檢測(cè)到的立柱數(shù)分別啟動(dòng)相應(yīng)的處理程序自動(dòng) 驅(qū)動(dòng)灌漿泵13灌注泥漿。超聲波液流傳感器15將所檢測(cè)到的信號(hào)判斷是否有 泥漿返出傳送至PLC處理單元，PLC自動(dòng)控制灌漿泵13。通過(guò)安裝在灌漿泵13 出口處的電磁流量計(jì)12檢測(cè)當(dāng)前灌注的泥漿量，并將其信號(hào)送至計(jì)算機(jī)6處理 和送至安裝在鉆臺(tái)控制箱3中的流量積算儀4顯示。根據(jù)實(shí)際的需要設(shè)定起鉆 灌漿量，各工況泥漿變化量，泥漿密度以及硫化氫和可燃?xì)怏w含量上下限報(bào)警 限，當(dāng)泥漿變化量，灌漿量，硫化氫、可燃?xì)怏w含量、泥漿密度超過(guò)報(bào)警上下 限時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，聽(tīng)到看到聲光報(bào)警信號(hào)，就說(shuō)明有井涌或井漏發(fā)生。同 時(shí)，計(jì)算機(jī)通過(guò)485串口通訊將所有的工作參數(shù)信息和報(bào)警信息傳送到顯示屏5 和10上以圖文的形式顯示出來(lái)。
參照附圖2，三個(gè)超聲波液位傳感器和硫化氫檢測(cè)儀、可燃?xì)怏w檢測(cè)儀、泥 漿密度傳感器的信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊送入計(jì)算機(jī)；開(kāi)關(guān)信號(hào)和超聲波液流信 號(hào)、立柱傳感器的信號(hào)通過(guò)PLC處理單元送入計(jì)算機(jī)；電磁流量計(jì)通過(guò)流量積 算儀送入計(jì)算機(jī)。PLC處理單元根據(jù)立柱記數(shù)器和超聲波液流傳感器所檢測(cè)到的 信號(hào)，按所選工作方式自動(dòng)驅(qū)動(dòng)灌漿泵灌注泥漿，并將當(dāng)前工作狀態(tài)和有關(guān)工 作參數(shù)傳送給計(jì)算機(jī)；數(shù)據(jù)采集模塊將超聲波液位傳感器、泥漿密度檢測(cè)儀和 硫化氫及可燃?xì)怏w檢測(cè)儀所檢測(cè)到的電流信號(hào)亦傳送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)所有 接收到的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別、分析。
參照附圖3，系統(tǒng)軟件經(jīng)過(guò)開(kāi)始和系統(tǒng)初始化后設(shè)定工作參數(shù)，分別進(jìn)入選 擇工作方式和采集硫化氫及可燃?xì)怏w信號(hào)。其中的選擇工作方式中一路進(jìn)入立 柱信號(hào)、定時(shí)器、泵啟動(dòng)、液流信號(hào)、泵停止來(lái)判斷灌漿量是否超限，另一路 采集硫化氫及可燃?xì)怏w信號(hào)根據(jù)采集信號(hào)生成系統(tǒng)數(shù)據(jù)判斷硫化氫和可燃?xì)怏w 是否超限。處理后在計(jì)算機(jī)顯示屏上以棒圖和曲線的形式顯示出來(lái)，并將當(dāng)前 的工作狀況及主要工作參數(shù)和硫化氫、可燃?xì)怏w、泥漿密度等參數(shù)通過(guò)布置在 鉆臺(tái)及泥漿值班室中的大屏幕LED顯示屏顯示出來(lái)。當(dāng)計(jì)算機(jī)分析所采集的數(shù) 據(jù)經(jīng)系統(tǒng)軟件處理得出井下情況異常的結(jié)論后，就會(huì)啟動(dòng)相應(yīng)報(bào)警電路報(bào)警， 并在大屏幕LED顯示器上顯示出報(bào)警信息。此時(shí)，用戶亦可在工控計(jì)算機(jī)上査 閱當(dāng)前和歷史的信息及報(bào)警原因。
需要說(shuō)明的是(1)由于泥漿黏度較大， 一般接觸式液位計(jì)誤差較大，無(wú) 法達(dá)到測(cè)量精度。因此，本實(shí)用新型采用超聲波液位傳感器(型號(hào)LU-20)，準(zhǔn) 確測(cè)量泥漿液位，并將超聲波液位傳感器所檢測(cè)到的4-20電流信號(hào)輸入數(shù)據(jù)采 集模塊(廠家研華科技股份有限公司)，數(shù)據(jù)采集模塊再通過(guò)485串口通訊把 數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)(型號(hào)P610H)運(yùn)算和處理，在工控計(jì)算機(jī)顯示屏上顯示各個(gè)泥漿罐內(nèi)的泥漿量及泥漿總量和泥漿變化量。(2)通過(guò)安裝在泥漿罐中的泥 漿密度檢測(cè)儀用于實(shí)時(shí)檢測(cè)泥漿密度，準(zhǔn)確測(cè)量泥漿密度，并將泥漿密度檢測(cè) 儀檢測(cè)到的4-20mA電流信號(hào)輸入到數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊再通過(guò)485串 口通訊把數(shù)據(jù)傳送至工控計(jì)算機(jī)運(yùn)算和處理，在工控計(jì)算機(jī)顯示屏上顯示泥漿 密度曲線。(3)通過(guò)安裝在高架槽上的超聲波液流傳感器(型號(hào)LU-72)用于檢 測(cè)泥漿是否返出，超聲波液流傳感器將所檢測(cè)到的信號(hào)送至PLC (型號(hào) FX1N-24MR)處理，PLC再通過(guò)485串口通訊把該信號(hào)送至工控計(jì)算機(jī)處理。系
統(tǒng)軟件將所泥漿返出前后所采集到的泥漿總量進(jìn)行比較得出泥槳變化量。通過(guò) 設(shè)定報(bào)警上下限后，根據(jù)泥漿的變化量就可以及時(shí)判斷井涌井漏情況。(4)安裝 在出口槽管口、振動(dòng)篩處的硫化氫、可燃?xì)怏w檢測(cè)儀(廠家美國(guó)德康)將檢 測(cè)到的4-20mA的電流信號(hào)送至數(shù)據(jù)采集模塊據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊再通過(guò)485串口 通訊把數(shù)據(jù)傳送至工控計(jì)算機(jī)運(yùn)算、處理和比較，可設(shè)定(10 ppm， 20 ppm， 100ppm)三級(jí)報(bào)警，除了可以在工控計(jì)算機(jī)顯示屏上能顯示硫化氫、可燃?xì)怏w含 量歷史曲線外，還可通過(guò)485串口通訊將所檢測(cè)到的硫化氫、可燃?xì)怏w數(shù)據(jù)傳 送到LED顯示屏顯示。(5)將立柱計(jì)數(shù)器(產(chǎn)地美國(guó))安裝在指重表的液壓回 路中，檢測(cè)起、下鉆的立柱數(shù)，立柱計(jì)數(shù)器將所檢測(cè)到的開(kāi)關(guān)量信號(hào)送至PLC， PLC根據(jù)當(dāng)前所選擇的工況啟動(dòng)灌漿泵灌注泥漿，通過(guò)安裝在泵出口位置的電磁 流量計(jì)(廠家北京萬(wàn)群自動(dòng)化控制設(shè)備有限公司)檢測(cè)當(dāng)前灌漿量的多少， 電磁流量計(jì)將灌漿泵的瞬時(shí)流量和累積流量通過(guò)485串口通訊送至安裝在司鉆 操作箱上的流量積算儀(廠家北京萬(wàn)群自動(dòng)化控制設(shè)備有限公司)上顯示， 及送至工控計(jì)算機(jī)運(yùn)算和處理，根據(jù)當(dāng)前灌漿量的增加或者減少來(lái)判斷井下情 況。最后通過(guò)系統(tǒng)軟件(MCGS組態(tài)軟件)，工控計(jì)算機(jī)將所有的報(bào)警信息，數(shù)據(jù) 采集結(jié)果以報(bào)表的形式存盤，查詢，瀏覽及打印。
權(quán)利要求1.一種鉆井自動(dòng)灌漿液位監(jiān)控裝置，由機(jī)械結(jié)構(gòu)和監(jiān)控兩部分整體組合，其中機(jī)械結(jié)構(gòu)部分包括灌漿泵、泥漿罐、管道、閥門和指重表的液壓回路，監(jiān)控部分包括計(jì)算機(jī)、采集模塊、PLC處理單元、流量積算儀、顯示屏和外圍的傳感器組件，其特征是監(jiān)控部分是以計(jì)算機(jī)為核心，外圍通過(guò)接口連接有采集模塊、PLC處理單元、流量積算儀和顯示屏，其中的采集模塊連接有超聲波液位傳感器、硫化氫檢測(cè)儀和泥漿密度傳感器，PLC處理單元連接有開(kāi)關(guān)信號(hào)、超聲波液流傳感器和立柱傳感器，流量積算儀上連接電磁流量計(jì)，超聲波液位傳感器和泥漿密度傳感器設(shè)置在泥漿罐上；硫化氫和超聲波液流傳感器分別設(shè)置在高架槽的回流管道上；立柱計(jì)數(shù)器設(shè)置在指重表的液壓回路中；電磁流量計(jì)設(shè)置在灌漿泵出口位置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鉆井自動(dòng)灌漿液位監(jiān)控裝置，其特征是在采集 模塊同時(shí)還連接有設(shè)置在高架槽的回流管道上的可燃?xì)怏w檢測(cè)儀。
專利摘要本實(shí)用新型涉及石油、天然氣、地質(zhì)、鹽業(yè)等鉆井工程自動(dòng)灌漿、泥漿液位、硫化氫監(jiān)控系統(tǒng)裝置。由機(jī)械結(jié)構(gòu)和監(jiān)控兩部分整體組合，監(jiān)控部分是以計(jì)算機(jī)為核心，外圍通過(guò)接口連接有采集模塊、PLC處理單元、流量積算儀和顯示屏，其中的采集模塊連接有超聲波液位傳感器、硫化氫檢測(cè)儀和泥漿密度傳感器，PLC處理單元連接有開(kāi)關(guān)信號(hào)、超聲波液流傳感器和立柱傳感器，流量積算儀上連接電磁流量計(jì)。它能夠根據(jù)當(dāng)前工況及時(shí)自動(dòng)的灌注泥漿，及時(shí)不斷的檢測(cè)硫化氫、可燃?xì)怏w的含量、泥漿密度、泥漿總量、泥漿變化量，并提供井涌或井漏發(fā)生的圖文及聲光報(bào)警信息和報(bào)警記錄。為避免井涌、井漏事故的擴(kuò)大贏得處理時(shí)間，為安全生產(chǎn)提供了可靠的保障。
文檔編號(hào)E21B21/00GK201196041SQ20082002199
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月15日
發(fā)明者匡國(guó)仁, 靜 楊, 楊小平, 王德勝, 趙忠河 申請(qǐng)人:勝利油田海勝實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司