钻进过程监测与控制硬件系统研究及应用
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摘要
钻进过程监测与控制系统是钻井工程中监测钻井过程、进行科学分析和科学决策的重要工具。它能够实时反映钻井工况,是钻井工程人员的眼睛,是保证安全、优质、快速、高效、科学钻井的必备重要手段。
目前我国对油气资源的大量需求和地质普查的开展,钻井作业工作量逐年提高,对钻井参数监测控制仪表提出了更新更高的要求。安全钻井、优化钻井、平衡钻井等科学钻井技术和用户对钻井仪表需求的提高促进了钻井监测仪表的发展和钻井反馈控制技术的应用。随着科学技术的发展,特别是电子技术、计算机技术、通信技术的进步为钻井监控系统的发展提供了技术支持。目前钻井参数监测与控制系统正在经历一次重大革命,正在由过去的机械、液压系统向数字化、集成化、智能化和网络化方向发展。
本论文的支撑课题是科学钻探国家专业实验室开放课题“钻进过程监测与控制系统的研究及应用”。
该系统结合学校现代钻探实践中心交流变频调速CD-2B型岩芯钻机,利用分布式数据采系统,对钻进过程中的钻压、泵压、转速、钻速、流量等参数进行监测,对钻压、转速和流量进行计算机反馈控制。
钻进过程监测部分关键内容是研究各项钻进参数监测原理,并对监测用传感器、信号变换电路等进行设计、选型、采购、安装、调试;钻进过程控制部分关键技术是结合钻机设备对要控制的参数进行分析,提出过程控制的实施方案,并设计控制执行机构。
选用先进的分布式数据采集系统建立了钻进过程数据采集及反馈控制硬件系统,完成了采集部分的现场初步调试,实验证明设计是成功的。
整个系统精度较高、功能齐全、操作方便、性能可靠、界面友好的钻进过程实时监测与控制系统,将钻井监测与控制技术提升到新的水平,并为下一步开展自动化钻机的研发奠定了良好的基础。
Drilling monitoring and controlling system is the key to monitor, analyze and decide the drilling process. The scientific principals of“safe, optimized and balanced drilling”and the customs’higher requisitions for drilling instruments accelerate the development of drilling monitoring and controlling systems. The electronic technique, computer and the communication revolutions make the development possible. These days, the drilling monitoring and controlling system is changing from mechanical, hydraulic meters to digital, integrated, intelligent and networked ones.
This paper is based on the open projects of the National Lab of Science drilling–the Research& Application of Drilling Monitoring and Controlling System.
In this paper, the author, aiming at the drilling instruments at home and abroad, referencing the advanced techniques, discusses the monitoring and controlling theory thoroughly, and develops a drilling monitoring& controlling system with high precision, complete and reliable function, conveniently operation, beautiful and friendly interface.
This system use the distributed data gathering system to monitor the drilling parameters such as drilling pressure, pump pressure, rotation rare, drilling rate, pump rate of flow and hook-load. Also it can control the drilling pressure, rotation rare and pump rate of flow.
This system fully utilizes up-to-date technology, and this drilling monitoring and controlling system represents a new heights of success. It also establishes a good basis for the next step to research the automation drilling instrument.
目前我国对油气资源的大量需求和地质普查的开展,钻井作业工作量逐年提高,对钻井参数监测控制仪表提出了更新更高的要求。安全钻井、优化钻井、平衡钻井等科学钻井技术和用户对钻井仪表需求的提高促进了钻井监测仪表的发展和钻井反馈控制技术的应用。随着科学技术的发展,特别是电子技术、计算机技术、通信技术的进步为钻井监控系统的发展提供了技术支持。目前钻井参数监测与控制系统正在经历一次重大革命,正在由过去的机械、液压系统向数字化、集成化、智能化和网络化方向发展。
本论文的支撑课题是科学钻探国家专业实验室开放课题“钻进过程监测与控制系统的研究及应用”。
该系统结合学校现代钻探实践中心交流变频调速CD-2B型岩芯钻机,利用分布式数据采系统,对钻进过程中的钻压、泵压、转速、钻速、流量等参数进行监测,对钻压、转速和流量进行计算机反馈控制。
钻进过程监测部分关键内容是研究各项钻进参数监测原理,并对监测用传感器、信号变换电路等进行设计、选型、采购、安装、调试;钻进过程控制部分关键技术是结合钻机设备对要控制的参数进行分析,提出过程控制的实施方案,并设计控制执行机构。
选用先进的分布式数据采集系统建立了钻进过程数据采集及反馈控制硬件系统,完成了采集部分的现场初步调试,实验证明设计是成功的。
整个系统精度较高、功能齐全、操作方便、性能可靠、界面友好的钻进过程实时监测与控制系统,将钻井监测与控制技术提升到新的水平,并为下一步开展自动化钻机的研发奠定了良好的基础。
Drilling monitoring and controlling system is the key to monitor, analyze and decide the drilling process. The scientific principals of“safe, optimized and balanced drilling”and the customs’higher requisitions for drilling instruments accelerate the development of drilling monitoring and controlling systems. The electronic technique, computer and the communication revolutions make the development possible. These days, the drilling monitoring and controlling system is changing from mechanical, hydraulic meters to digital, integrated, intelligent and networked ones.
This paper is based on the open projects of the National Lab of Science drilling–the Research& Application of Drilling Monitoring and Controlling System.
In this paper, the author, aiming at the drilling instruments at home and abroad, referencing the advanced techniques, discusses the monitoring and controlling theory thoroughly, and develops a drilling monitoring& controlling system with high precision, complete and reliable function, conveniently operation, beautiful and friendly interface.
This system use the distributed data gathering system to monitor the drilling parameters such as drilling pressure, pump pressure, rotation rare, drilling rate, pump rate of flow and hook-load. Also it can control the drilling pressure, rotation rare and pump rate of flow.
This system fully utilizes up-to-date technology, and this drilling monitoring and controlling system represents a new heights of success. It also establishes a good basis for the next step to research the automation drilling instrument.
引文
[1] 张美南.钻探专业评述.电力勘测,2000,27(3)
[2] A.E.科兹洛夫斯基,鄢泰宁,汤凤林.钻探最优化技术在俄罗斯和中国的发展与现状.岩土钻掘矿业工程,1999,3
[3] 耿瑞伦,张林霞,冉恒谦等.21 世纪地质钻探技术应用于发展趋势.探矿工程(岩土钻掘工程),2001(增刊)
[4] 阎三忠.石油仪表的发展.石油科技论坛,2002,2
[5] 沈忠厚.现代钻井技术发展趋势.石油勘探与开发,2005,5(1):1
[6] Drillview 21' The Ultimate In Drilling Control. http://www.rigserv.com/frames.html,2006
[7] Drillview 21 - A Look In Detail. http://www.rigserv.com/frames.html,2006
[8] WellWizardTM:Changing the Concept of Data Acquisition.http://www.wellwizard.com/wizard.html,2006
[9]Make Decisions - Quickly and Effectively.http://www.wellwizard.com/wwedr.htm,2006
[10] Diamec Underground Drill Rigs - Diamec U8 PHC. www.atlascopcoexploration.com/diamec_U8_phc.html,2007
[11] Taking Real-Time Data to Higher Levels. http://www.wellwizard.com/wwmwd.htm,2006
[12]高德利.钻井科技发展的历史回顾现状分析与建议.石油科技论坛,2004,23(2):29-39.
[13] Harrison W.H , Mazza R.L. Air-drilling, Electromagnetic, MWD System development.1997
[14] Hearn F.Formation evaluation MWD enters new capability realm. World Oil , 1994 , 215(11) :75-81.
[15] Heisig G, Sancho J, Macpherson J D. Down hole diagnosis of drilling dynamics data provides new level drilling process. 1999 ,5(2): 38-39
[16] 张仙珍.钻井最佳参数的实时监控.武汉交通科技大学学报,1994,1(3): 313—318
[17] DDW-1钻探微机多功能监测系统.中国科技成果数据库,项目编号 :960926
[18] 李昌禧.微机化仪器仪表设计.湖北:华中理工大学出版社,1999.
[19] 孙传友等.测控系统原理与设计.北京:北京航空航天大学出版社,2002.
[20] 周生国.机械工程测试技术.北京:北京理工大学出版社,2001.
[21] R.Jacob Baker.COMS Circuit Design,Layout and Simulation.China Machine Press. 2002
[22] 梁威.智能传感器与信息系统.北京:北京航空航天大学出版社,2004.
[23] 孙宝元、杨宝清.传感器及其应用手册.北京:北京航空航天大学出版社,2004.
[24] 刘君华.现代检测技术与测试系统设计.陕西:西安交通大学出版社,1999.
[25] 周德泽、袁南儿、应英.计算机智能监测控制系统的设计及应用.北京:清华大学出版社,2002.
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[27] 张丰春 .钻机参数监测系统的研制及应用.山东煤田地质局科研项目报告,1998.
[28] 张义国、刘振祥、马延荣.ZCY系列钻机参数检测仪硬件系统.西部探矿工程,2002增刊
[29] DC指数监测仪.中国科技成果数据库,项目编号:90027
[30] 凌志浩.智能仪表原理与设计技术.上海:华东理工大学出版社,2002.
[31] 纪树庚.自动显示技术及仪表.北京:机械工业出版社,2001.
[32] CUG-1钻探微机智能监测系统.中国科技成果数据库,项目编号:99013812
[33] X-3型钻井参数仪.中国科技成果数据库,项目编号:99003723
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[48] 滕子军.用钻进参数仪实时优化钻进参数.探矿工程,2000,180(4):46-47
[49] 滕子军.钻参仪对煤层钻进的指导作用.探矿工程,1998,47(4):15-16
[50] 颜丙宏.利用钻参仪进行钻进参数监测与优化需解决的技术问题.探矿工程,1998,166(4):39,46
[51] 周策.X-3型钻进参数仪软硬件设计.探矿工程,1997,158(3):44-46
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[56] 杨松尧,邱建国,江岚等.基于无线通信的钻井网络参数监测系统.北京大学,2006.
[57] 蒋勇.实时技术决策系统在钻井工程中的应用研究:[硕士学位论文].四川:西南石油学院,2003.
[58] 王恒.基于SK录井仪的钻参数据库研究及其用于钻进过程监测的初步实践:[硕士学位论文].湖北:中国地质大学(武汉),2004.
[59] 沙李.总线式钻井测量系统监测软件的开发:[硕士学位论文].北京:北京化工大学,2006.
[60] Technical drilling data acquisition and processing with an integrated Computer system. SPE Drilling Engineering,1986,1(4):153-162
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