一種通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀，包括：信號(hào)拾取裝置，其采集鉆井參數(shù)并輸出相應(yīng)的感應(yīng)信號(hào)；與所述信號(hào)拾取裝置連接的安全柵隔離模塊；與所述安全柵隔離模塊連接的采集處理計(jì)算機(jī)，其采集經(jīng)所述安全柵隔離模塊隔離處理的所述感應(yīng)信號(hào)，并輸出至一司控計(jì)算機(jī)，以使該司控計(jì)算機(jī)顯示所述鉆井參數(shù)；以及與所述司控計(jì)算機(jī)有線或無(wú)線連接以接收所述鉆井參數(shù)的遠(yuǎn)程終端。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了在石油鉆井現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中對(duì)鉆井參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的目的，克服了現(xiàn)有技術(shù)中鉆井參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置顯示參數(shù)少、精度低的缺陷。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石油鉆井現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)采集和處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種在鉆井生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)鉆井參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制的通用鉆機(jī)(RigScope)鉆井參數(shù)儀。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，應(yīng)用在鉆井生產(chǎn)過(guò)程中鉆井參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，一般由一次儀表采集數(shù)據(jù)，并由二次儀表進(jìn)行顯示。一次儀表即傳感器組，包括:扭矩傳感器、泵壓傳感器、絞車(chē)傳感器、大鉤負(fù)荷傳感器、轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速傳感器、泵沖傳感器、液位傳感器等，二次儀表為機(jī)械儀表，包括二次指重表、立管壓力表、吊鉗扭矩表等，其工作流程為:首先傳感器采集信號(hào)，然后信號(hào)變送到二次儀表顯示。
[0003]然而，有些二次儀表，例如二次指重表、立管壓力表、吊鉗扭矩表等雖然能集中在一起顯示幾個(gè)信息數(shù)據(jù)，但每個(gè)儀表只能顯示自己獨(dú)立的數(shù)據(jù)信息，而相對(duì)無(wú)法完全把采集的信息全部顯示在同一個(gè)屏幕上。因此存在以下這些缺陷:1、顯示參數(shù)少、精度低，操控人員可觀察利用的信息少，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的需要；2、現(xiàn)有的二次儀表無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型旨在提供一種通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀，以實(shí)現(xiàn)在石油鉆井現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中對(duì)鉆井參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，克服現(xiàn)有技術(shù)中鉆井參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置顯示參數(shù)少、精度低的缺陷。
[0005]本實(shí)用新型所述的一種通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀，其包括:
[0006]信號(hào)拾取裝置，其采集鉆井參數(shù)并輸出相應(yīng)的感應(yīng)信號(hào)；
[0007]與所述信號(hào)拾取裝置連接的安全柵隔離模塊；
[0008]與所述安全柵隔離模塊連接的采集處理計(jì)算機(jī)，其采集經(jīng)所述安全柵隔離模塊隔離處理的所述感應(yīng)信號(hào)，并輸出至一司控計(jì)算機(jī)，以使該司控計(jì)算機(jī)顯示所述鉆井參數(shù)；以及
[0009]與所述司控計(jì)算機(jī)有線或無(wú)線連接以接收所述鉆井參數(shù)的遠(yuǎn)程終端。
[0010]在上述的通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀中，所述信號(hào)拾取裝置包括若干模擬量傳感器和若干數(shù)字量傳感器。
[0011]在上述的通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀中，所述安全柵隔離模塊包括與所述模擬量傳感器連接的模擬量隔離單元，以及與所述數(shù)字量傳感器連接的數(shù)字量隔離單元。
[0012]在上述的通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀中，所述采集處理計(jì)算機(jī)包括與所述安全柵隔離模塊連接的抗干擾信號(hào)處理模塊，其一方面與一數(shù)據(jù)采集模塊連接，另一方面通過(guò)一計(jì)數(shù)模塊與所述數(shù)據(jù)采集模塊連接，其中，所述數(shù)據(jù)采集模塊與所述司控計(jì)算機(jī)連接。
[0013]在上述的通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀中，所述抗干擾信號(hào)處理模塊包括連接在所述模擬量隔離單元與數(shù)據(jù)采集模塊之間的Α/D轉(zhuǎn)換器，以及連接在所述數(shù)字量隔離單元與計(jì)數(shù)模塊之間的鑒相板。
[0014]在上述的通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀中，所述遠(yuǎn)程終端包括與所述司控計(jì)算機(jī)連接的終端計(jì)算機(jī)，以及與所述終端計(jì)算機(jī)連接的打印機(jī)和/或路由器。
[0015]在上述的通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀中，所述系統(tǒng)還包括用于向所述安全柵隔離模塊供電的電源。
[0016]在上述的通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀中，所述參數(shù)儀包括用于容置所述安全柵隔離模塊和采集處理計(jì)算機(jī)的防爆采集箱。
[0017]由于采用了上述的技術(shù)解決方案，本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)信號(hào)拾取裝置拾取的信號(hào)進(jìn)過(guò)安全柵隔離和轉(zhuǎn)換后，形成采集處理計(jì)算機(jī)可處理的信號(hào)，并且采用可視化設(shè)計(jì)，即通過(guò)采用司控計(jì)算機(jī)，既可以多畫(huà)面顯示鉆井生產(chǎn)過(guò)程中所需的不同參數(shù)，又便于司控操作人員進(jìn)行參數(shù)組合選擇；同時(shí)，本實(shí)用新型還有效利用了計(jì)算機(jī)資源，實(shí)現(xiàn)了分布式管理，不僅使操作人員可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地掌握鉆井過(guò)程中的各種參數(shù)信息，并通過(guò)有線或無(wú)線技術(shù)將這些參數(shù)信息傳遞至遠(yuǎn)程終端，從而為鉆井現(xiàn)場(chǎng)決策提供依據(jù)，保證了安全、優(yōu)質(zhì)的鉆井作業(yè)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型一種通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀的原理框圖；
[0019]圖2是本實(shí)用新型一種通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀中信號(hào)拾取裝置、安全柵隔離模塊、采集處理計(jì)算機(jī)以及遠(yuǎn)程終端的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖3是本實(shí)用新型一種通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀的一種實(shí)施例的部分結(jié)構(gòu)框圖；
[0021]圖4是本實(shí)用新型一種通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀的另一種實(shí)施例的部分結(jié)構(gòu)框圖；
[0022]圖5是本實(shí)用新型一種通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀的信號(hào)拾取裝置與外圍液壓表系統(tǒng)的連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖，給出本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述。
[0024]如圖1-2所示，本實(shí)用新型，即一種通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀，其包括依次連接的信號(hào)拾取裝置1、安全柵隔離模塊6、采集處理計(jì)算機(jī)3、司控計(jì)算機(jī)19以及遠(yuǎn)程終端4，還包括向安全柵隔離模塊6供電的電源20，其中，安全柵隔離模塊6、采集處理計(jì)算機(jī)3和電源20均容置在防爆采集箱2 (防爆不銹鋼密封箱體)中，司控計(jì)算機(jī)19安裝在司控工作區(qū)域(司鉆房?jī)?nèi)的司鉆房臺(tái)上)。
[0025]信號(hào)拾取裝置I用于采集鉆井參數(shù)并通過(guò)專(zhuān)用電纜向防爆采集箱2中的安全柵隔離模塊6輸出相應(yīng)的感應(yīng)信號(hào)，其包括一組模擬量傳感器12和數(shù)字量傳感器13(包括7-13個(gè))。
[0026]安全柵隔離模塊6包括與模擬量傳感器12連接的模擬量隔離單元15，以及與數(shù)字量傳感器13連接的數(shù)字量隔離單元14，該模擬量隔離單元15和數(shù)字量隔離單元14均由隔離式安全柵實(shí)現(xiàn)。
[0027]采集處理計(jì)算機(jī)3用于采集經(jīng)安全柵隔離模塊6隔離處理的感應(yīng)信號(hào)，并將該處理后的信號(hào)輸出至司控計(jì)算機(jī)19，以使該司控計(jì)算機(jī)19保存鉆井參數(shù)并經(jīng)數(shù)字化處理后顯示該鉆井參數(shù)以供司空操作人員查看(在本實(shí)施例中，司控計(jì)算機(jī)19具有15寸高亮度彩色液晶顯示屏);采集處理計(jì)算機(jī)3包括與安全柵隔離模塊6連接的抗干擾信號(hào)處理模塊7，該抗干擾信號(hào)處理模塊7 —方面與數(shù)據(jù)采集模塊8連接，另一方面通過(guò)計(jì)數(shù)模塊18與數(shù)據(jù)采集模塊8連接，其中，數(shù)據(jù)采集模塊8與司控計(jì)算機(jī)19連接；抗干擾信號(hào)處理模塊7包括連接在模擬量隔離單元15與數(shù)據(jù)采集模塊8之間的A/D轉(zhuǎn)換器16，以及連接在數(shù)字量隔離單元14與計(jì)數(shù)模塊18之間的鑒相板17。具體來(lái)說(shuō)，模擬量隔離單元15將模擬量傳感器12傳送的感應(yīng)信號(hào)(該感應(yīng)信號(hào)為電流信號(hào))轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)傳送到抗干擾信號(hào)處理模塊7中的A/D轉(zhuǎn)換器16進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后，數(shù)據(jù)采集模塊8接收經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器16處理后的可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行處理(包括將這些數(shù)字信號(hào)分析轉(zhuǎn)換為各自的物理量參數(shù))、計(jì)算和存儲(chǔ)后傳輸至司控計(jì)算機(jī)19 ;數(shù)字量隔離單元14將數(shù)字量傳感器13傳送的感應(yīng)信號(hào)(該感應(yīng)信號(hào)為T(mén)TL電平信號(hào))隔離后傳送到抗干擾信號(hào)處理模塊7中的鑒相板17，通過(guò)鑒相板17檢測(cè)波型以確定數(shù)字量的增加或減少，處理后的數(shù)字信號(hào)傳輸至計(jì)數(shù)模塊18，以顯示和累計(jì)產(chǎn)生的脈沖，最后經(jīng)由數(shù)據(jù)采集模塊8分析轉(zhuǎn)換為各自的物理量參數(shù)，并將這些參數(shù)傳輸至司控計(jì)算機(jī)19 ；
[0028]遠(yuǎn)程終端4 (處于安全區(qū))與司控計(jì)算機(jī)19有線或無(wú)線連接以接收鉆井參數(shù)，其包括與司控計(jì)算機(jī)19連接的終端計(jì)算機(jī)9 (例如筆記本電腦等便攜式計(jì)算機(jī))，以及與終端計(jì)算機(jī)9連接的打印機(jī)10和/或路由器11，具體來(lái)說(shuō)，終端計(jì)算機(jī)9通過(guò)USB電纜與打印機(jī)10連接，通過(guò)有線或無(wú)線與路由器11連接，無(wú)線路由器可通過(guò)網(wǎng)線與司控計(jì)算機(jī)19連接，實(shí)時(shí)鉆井信息可以通過(guò)司控計(jì)算機(jī)19傳輸至遠(yuǎn)程終端4并可以通過(guò)打印機(jī)10打印出來(lái)，從而同時(shí)可存儲(chǔ)電子數(shù)據(jù)和紙質(zhì)數(shù)據(jù)。在本實(shí)施例中，遠(yuǎn)程終端4的數(shù)量可以是多個(gè)，也可以同井場(chǎng)其他用戶(hù)。
[0029]在本實(shí)施例中，模擬量傳感器12拾取的模擬量信號(hào)包括液位、大鉤負(fù)荷、立管壓力、轉(zhuǎn)盤(pán)扭矩、出口流量等，模擬量傳感器12的一端為+24V電源，另一端為4-20mA電流信號(hào)，即模擬量傳感器12把拾取的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號(hào)送往安全柵隔離模塊6的模擬量隔離單元15，該模擬量隔離單元15再將4-20mA電流信號(hào)同一變換為0-5V的電壓信號(hào)傳遞給A/D轉(zhuǎn)換處理模塊16 ;數(shù)字量傳感器13拾取的數(shù)字量信號(hào)包括井深、泵沖、轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速等。信號(hào)拾取裝置I中的每個(gè)傳感器均有自己獨(dú)立的信號(hào)通道，本實(shí)用新型可以擴(kuò)展至41路通道，其中，32路為模擬量通道，9路為數(shù)字量通道。
[0030]在本實(shí)施例中，信號(hào)拾取裝置I中的模擬量傳感器12例如可采用外圍液壓表系統(tǒng)5中的多個(gè)壓力傳感器；如圖5所示，外圍液壓表系統(tǒng)可以包括:指重表51、靈敏阻尼閥52、指重阻尼閥53、立管壓力表54、立管阻尼閥55、吊鉗扭矩表56、吊鉗阻尼閥57、分別通過(guò)管線與指重表51、立管壓力表54、吊鉗扭矩表56連接的壓力變送器58以及分別與指重阻尼閥53、立管阻尼閥55、吊鉗阻尼閥57連接的壓力傳感器59，其中，壓力變送器58產(chǎn)生的壓力信號(hào)可以直接由相應(yīng)的壓力表直觀的顯示出來(lái)，同時(shí)由壓力傳感器59監(jiān)測(cè)的壓力信號(hào)則被傳輸至安全柵隔離模塊6。
[0031]圖3示出了本實(shí)用新型采集與處理絞車(chē)信號(hào)時(shí)的原理框圖。在該實(shí)施例中，信號(hào)拾取裝置I中采用的模擬量傳感器12為絞車(chē)傳感器，其為四線制傳感器，其電源端V+、V-及兩路信號(hào)A、B分別接到模擬量隔離單元15的對(duì)應(yīng)端上，電源20提供所需電源，模擬量隔離單元15將絞車(chē)傳感器送來(lái)的兩組信號(hào)轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)，并輸送至A/D轉(zhuǎn)換器16的計(jì)數(shù)通道，然后傳輸至數(shù)據(jù)采集模塊8，處理為大鉤高度位移量，從而得到鉆頭位置、井深及其他派生參數(shù)，這些參數(shù)最終被送入司鉆計(jì)算機(jī)19，以顯示需要的信息。
[0032]具體來(lái)說(shuō)，絞車(chē)傳感器安裝在絞車(chē)滾筒軸上，絞車(chē)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絞車(chē)傳感器的輸出端得到具有90°相位差的兩組脈沖信號(hào)，它代表絞車(chē)滾筒的角位移。絞車(chē)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，該傳感器輸出24個(gè)脈沖信號(hào)。利用絞車(chē)傳感器將滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的角度變換為脈沖的數(shù)量，由模擬量隔離單元15把從絞車(chē)傳感器得到的兩路相位相差90度的脈沖分離為記數(shù)脈沖和方向控制電平(即上行和下行)記錄絞車(chē)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器16的記數(shù)通道，將釆集的脈沖信號(hào)送至數(shù)據(jù)采集模塊8進(jìn)行計(jì)算處理。計(jì)算過(guò)程如下:確定滾筒上各層結(jié)束時(shí)脈沖總數(shù)，并與采集來(lái)的脈沖總數(shù)相比較，確定實(shí)時(shí)滾筒上最外層的層數(shù)，根據(jù)層數(shù)的判斷結(jié)果，將脈沖總數(shù)換算為大鉤的現(xiàn)在高度。根據(jù)兩次采集大鉤高度的變化量，可以計(jì)算出井深和鉆頭位置。計(jì)算公式如下(其均為現(xiàn)有技術(shù)):
[0033]每當(dāng)絞車(chē)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，則大鉤移動(dòng)距離為:
[0034]Hx= O XDx)/M (I)
[0035]式中:Hx為大鉤移動(dòng)距離(cm)，
[0036]Dx為某層實(shí)際纏繞直徑(cm)，
[0037]M為天車(chē)變速比(大繩股數(shù))；
[0038]設(shè)絞車(chē)傳感器每轉(zhuǎn)動(dòng)360度，鑒相器能輸出η個(gè)脈沖，則大鉤移動(dòng)距離與脈沖數(shù)的關(guān)系如下:
[0039]Kx=n/Hx (2)
[0040]由式(I)與(2)綜合得:
[0041]Kx= (MX η)/(31 XDx) (3)
[0042]式中:Κχ為在某一層數(shù)，大鉤移動(dòng)I厘米，鑒相器輸出的脈沖數(shù)。
[0043]在實(shí)際使用時(shí)，滾筒上大繩每增加一層，相當(dāng)于滾筒實(shí)際纏繞直徑增量Λ D。
[0044]則
【權(quán)利要求】
1.一種通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀，其特征在于，所述參數(shù)儀包括: 信號(hào)拾取裝置，其采集鉆井參數(shù)并輸出相應(yīng)的感應(yīng)信號(hào)； 與所述信號(hào)拾取裝置連接的安全柵隔離模塊； 與所述安全柵隔離模塊連接的采集處理計(jì)算機(jī)，其采集經(jīng)所述安全柵隔離模塊隔離處理的所述感應(yīng)信號(hào)，并輸出至一司控計(jì)算機(jī)，以使該司控計(jì)算機(jī)顯示所述鉆井參數(shù)；以及 與所述司控計(jì)算機(jī)有線或無(wú)線連接以接收所述鉆井參數(shù)的遠(yuǎn)程終端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀，其特征在于，所述信號(hào)拾取裝置包括若干模擬量傳感器和若干數(shù)字量傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀，其特征在于，所述安全柵隔離模塊包括與所述模擬量傳感器連接的模擬量隔離單元，以及與所述數(shù)字量傳感器連接的數(shù)字量隔離單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀，其特征在于，所述采集處理計(jì)算機(jī)包括與所述安全柵隔離模塊連接的抗干擾信號(hào)處理模塊，其一方面與一數(shù)據(jù)采集模塊連接，另一方面通過(guò)一計(jì)數(shù)模塊與所述數(shù)據(jù)采集模塊連接，其中，所述數(shù)據(jù)采集模塊與所述司控計(jì)算機(jī)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀，其特征在于，所述抗干擾信號(hào)處理模塊包括連接在所述模擬量隔離單元與數(shù)據(jù)采集模塊之間的A/D轉(zhuǎn)換器，以及連接在所述數(shù)字量隔離單元與計(jì)數(shù)模塊之間的鑒相板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀，其特征在于，所述遠(yuǎn)程終端包括與所述司控計(jì)算機(jī)連接的終端計(jì)算機(jī)，以及與所述終端計(jì)算機(jī)連接的打印機(jī)和/或路由器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀，其特征在于，所述參數(shù)儀還包括用于向所述安全柵隔離模塊供電的電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的通用鉆機(jī)鉆井參數(shù)儀，其特征在于，所述參數(shù)儀包括用于容置所述安全柵隔離模塊和采集處理計(jì)算機(jī)的防爆采集箱。
【文檔編號(hào)】E21B44/00GK203547704SQ201320620736
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】盧濤, 李海波, 謝保明, 陳俊立, 閆繼軍, 吳希騰 申請(qǐng)人:上海博聯(lián)石油儀器有限公司