IDS-II鉆井參數(shù)儀研制

摘? 要：華北錄井研制的IDS-II型集成鉆井參數(shù)儀，應(yīng)用iCAN總線技術(shù)，在IDS鉆井參數(shù)儀的基礎(chǔ)上采用新硬件，實(shí)現(xiàn)鉆井參數(shù)的數(shù)據(jù)采集提速。根據(jù)國際需求，結(jié)合硬件特點(diǎn)，編制出WITSML格式的鉆井參數(shù)儀遠(yuǎn)程傳輸軟件。經(jīng)過測試和完善工作，完成了鉆井參數(shù)儀的研制工作。

關(guān)鍵詞：iCAN總線;信號(hào)采集;軟件開發(fā)與測試;遠(yuǎn)程傳輸

石油鉆井參數(shù)儀是一種用于測量鉆機(jī)各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的集成儀器儀表，通過它可掌握鉆井狀態(tài)，提高鉆井時(shí)效，保證鉆井質(zhì)量，降低鉆井成本。鉆井參數(shù)儀作為鉆井作業(yè)中的眼睛，是油氣鉆井工程監(jiān)測鉆進(jìn)過程，進(jìn)行科學(xué)分析和科學(xué)決策的重要儀器，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測、報(bào)警、記錄與歷史數(shù)據(jù)回放，為鉆井的安全生產(chǎn)提供了科學(xué)依據(jù)。

一、鉆井參數(shù)儀原理分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、鉆井參數(shù)儀原理

IDS鉆井參數(shù)儀設(shè)計(jì)是以鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)為核心，以傳感器為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)鉆井過程中的各種鉆井參數(shù)采集、計(jì)算、處理和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸。各種傳感器標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過iCAN從站的采集、傳輸，實(shí)現(xiàn)與鉆臺(tái)計(jì)算機(jī)的通信。鉆臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，完成顯示、存儲(chǔ)、智能報(bào)警、數(shù)據(jù)無線遠(yuǎn)傳等功能。

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)由采集機(jī)、客戶機(jī)，一次儀表、傳感器、接口箱、UPS電源、液壓管線、電纜線及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成。軟件系統(tǒng)包括采集軟件、客戶端監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)處理與資料輸出軟件。

如圖所示，傳感器把物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過傳感器線把4-20mA的電流信號(hào)輸入鉆臺(tái)接口箱和入口接口箱，接口箱把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)通過總線電纜傳輸?shù)姐@臺(tái)采集計(jì)算機(jī)。采集計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、處理，顯示出參數(shù)變化和曲線。

二、關(guān)鍵技術(shù)研究

開展IDS-Ⅱ型鉆井參數(shù)儀研制研究，重點(diǎn)研發(fā)鉆井參數(shù)儀及其軟件，其研究內(nèi)容包括：總線傳輸類型優(yōu)化，防爆計(jì)算機(jī)優(yōu)化，泵沖速優(yōu)化，遠(yuǎn)程傳輸軟件研究開發(fā)等。

1、總線傳輸類型優(yōu)化

鉆井參數(shù)儀所涉及的技術(shù)包括鉆井工程、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、信息處理及傳輸，系統(tǒng)軟件編制等多學(xué)科技術(shù)。系統(tǒng)主要由現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和聯(lián)機(jī)、脫機(jī)處理軟件兩大部分組成。以iCAN協(xié)議為基礎(chǔ)的總線測量控制系統(tǒng)，是由一系列智能化現(xiàn)場總線測量控制模塊、PC/PLC通信網(wǎng)卡/網(wǎng)橋以及一系列基于開放式的應(yīng)用軟件構(gòu)成。

（1）CAN總線模塊

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）的簡稱，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。

參數(shù)儀選用的是USBCAN II+高性能CAN接口卡，該卡是與USB2.0總線全速規(guī)范兼容的，PC可以通過USB總線連接至CAN-bus網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成現(xiàn)場總線CAN-bus網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)采集的CAN-bus網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)。

（2）iCAN模塊7404（計(jì)數(shù)模塊）

iCAN-7404計(jì)數(shù)器/測頻模塊用于外部脈沖計(jì)數(shù)或測頻。具有4路的計(jì)數(shù)/測頻通道，可編程數(shù)字濾波：1～65535us，最大計(jì)數(shù)值：32bits。

（3）iCAN模塊6017（模擬量模塊）

iCAN-6017功能模塊用于采集模擬量輸入信號(hào)。該模塊具有8路模擬量輸入通道，輸入信號(hào)范圍：±10V（默認(rèn)）、±5V;電流輸入：±20mA;采樣精度：±0.1%;采樣速率：2000次/秒;內(nèi)部具有信號(hào)調(diào)理電路，模擬量信號(hào)的分辨率為16位。

2、防爆計(jì)算機(jī)優(yōu)化

BTJ防爆計(jì)算機(jī)是我公司與防爆設(shè)備廠家共同設(shè)計(jì)開發(fā)的新型防爆產(chǎn)品，防爆計(jì)算機(jī)采用觸控操作，只需手指觸摸電腦屏幕上的有關(guān)位置便可進(jìn)行相應(yīng)的操作。計(jì)算機(jī)符合防爆標(biāo)準(zhǔn)GB3836.1 -2010《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備》的有關(guān)規(guī)定。防爆標(biāo)志為ExdibIIBT4 Gb。計(jì)算機(jī)通過國家防爆檢驗(yàn)部門檢驗(yàn)合格并取得了產(chǎn)品防爆合格證。

3、泵沖速優(yōu)化

IDS使用的鉆井泵速的測量方法：通過接近開關(guān)來檢測動(dòng)力端輸入軸的轉(zhuǎn)速，除以鉆井泵的減速比，從而得到泵沖速。該測量方法存在一個(gè)主要的問題就是如果測量的時(shí)間比較短，在單位時(shí)間內(nèi)接近開關(guān)的泵沖數(shù)也就比較少，計(jì)算出來的沖速和實(shí)際的沖速相差比較多。通常在鉆井泵的使用過程中盡量延長測量的時(shí)間來獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，一般是以5秒為準(zhǔn)（最低可測12沖/分鐘），也就是說延遲5秒鐘才能獲得沖速數(shù)據(jù)。

改進(jìn)后的泵沖速率能測到5沖/分鐘，在泵沖速改變時(shí)，采集機(jī)能夠在1秒內(nèi)開始體現(xiàn)出來，很好的解決了泵沖測量的問題。

4、遠(yuǎn)程傳輸軟件研究開發(fā)

本軟件可以根據(jù)甲方的需求，任意增加或減少傳輸參數(shù)，自定義傳輸數(shù)據(jù)間隔或頻率，滿足不同石油服務(wù)公司的傳輸要求。

軟件具有的主要功能：

1）、時(shí)間基準(zhǔn)數(shù)據(jù)、深度基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的上傳功能;

2）、提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸出接口，數(shù)據(jù)輸出頻率10HZ，數(shù)據(jù)格式WITSML 1.4.1;

3）、提供3個(gè)月以上的數(shù)據(jù)緩存，具有斷點(diǎn)續(xù)傳、數(shù)據(jù)補(bǔ)傳、數(shù)據(jù)導(dǎo)出，日志查詢功能;

4）、軟件設(shè)置完畢，全程自動(dòng)運(yùn)行，無人值守。

三、現(xiàn)場應(yīng)用

1、IDS-II型鉆井參數(shù)儀應(yīng)用

2019年7月開始，第一套II型鉆井參數(shù)儀在沙特SP***鉆井隊(duì)開始應(yīng)用，至12月底，共施工3口井，期間儀器運(yùn)行良好，未出現(xiàn)設(shè)備故障。設(shè)備操作簡單，軟件直觀明了，拆遷、安裝與維護(hù)方便，獲現(xiàn)場使用人員好評(píng)。

2、WITSML遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)應(yīng)用

WITSML遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)2019年7月29日在沙特SP***隊(duì)SAHB_*井進(jìn)行了應(yīng)用，至2019年9月底，經(jīng)過在鉆井現(xiàn)場2個(gè)月的應(yīng)用，共傳輸深度數(shù)據(jù)6025條，時(shí)間數(shù)據(jù)3457036條，軟件運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸正常，取得了較好的應(yīng)用效果。目前該軟件在沙特2個(gè)隊(duì)伍運(yùn)行近1年，系統(tǒng)穩(wěn)定，未出現(xiàn)軟件故障。

結(jié)論

IDS-II型鉆井參數(shù)儀主要優(yōu)點(diǎn)有：（1）防爆觸摸屏計(jì)算機(jī)技術(shù);（2）總線式信號(hào)采集;（3）正壓防爆接口箱。（4）軟件中英文界面及單位體系可一鍵切換;（5）每秒超過10次的數(shù)據(jù)采集速率;（6）采用WITS和WITSML標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。

華北錄井研發(fā)的IDS-II型鉆井參數(shù)儀，擁有完整的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，和其他鉆井參數(shù)儀相比，功能更完善，操作更人性化。

作者簡介：王永云 1970 男 籍貫：四川達(dá)州 民族：漢族? 學(xué)歷：中央黨校? 研究方向：綜合錄井儀測量石油。