钻井泥浆循环工况检测报警控制装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种钻井泥浆循环工况检测报警控制装置，属于石油钻井技术领域。


背景技术：

2.在石油钻井过程中，由于地质状况的复杂性，钻遇高压油气水层时会产生井涌甚至井喷的重大事故，在钻遇地下漏失层时会产生井漏卡钻事故，在上提钻具时，由于灌浆不及时，也会产生井涌、井喷事故，有时造成严重的环境污染事件。所以通过检测泥浆出入口(泥浆罐)的参数，及时发现井下异常，及时采取措施，防止井下事故的发生，变得尤为重要。目前，中国专利cn201510219785.6的智能钻井专家系统，虽然检测探头都一致，但是该系统只是记录钻井过程中的相关参数，没有对泥浆循环工况的分析判断功能，不能给司钻提供井涌、井喷、井漏的报警信息，也没有提供对应的网桥将报警信息传递出去的解决方案。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的上述缺陷，本实用新型提出了一种钻井泥浆循环工况检测报警控制装置，实现对井涌、井喷、井漏自动报警。
4.本实用新型所述的钻井泥浆循环工况检测报警控制装置，包括超声波探头、泥浆流量变送器、泥浆密度变送器，超声波探头设置于泥浆罐的顶部指定开口上方；泥浆流量变送器设置于返浆管线上方开口处；泥浆密度变送器设置于泥浆罐中；
5.装置还包括总线数据采集器、嵌入式触摸屏一体机、无线网桥和pc计算机，其中：
6.总线数据采集器设置于泥浆罐顶部一侧处，总线数据采集器的采集通道分别与超声波探头、泥浆流量变送器、泥浆密度变送器通过屏蔽电缆相连；
7.嵌入式触摸屏一体机通过rs
‑
485通讯总线与总线数据采集器相连；
8.无线网桥包括通过网线与嵌入式触摸屏一体机的网口相连的无线网桥ⅰ，以及通过网线连接pc计算机的网口相连的无线网桥ⅱ，无线网桥ⅰ与线网桥ⅱ通信互联。
9.优选地，pc计算机设置于井队队部，pc计算机内置有大容量固态硬盘。
10.优选地，所述泥浆密度变送器是微压差式密度计，微压差式密度计设置于泥浆出入口的泥浆罐中。
11.优选地，所述总线数据采集器采用工业级专用数据采集模块，具有八路模拟量采集通道和一个rs
‑
485数据通信接口，其中：
12.第一至第四采集通道分别连接四个超声波探头，超声波探头分别检测四个泥浆罐中泥浆液位高度，输出4～20ma电流；
13.第五采集通道连接一个泥浆流量变送器，流量变送器采集返浆管线中的泥浆流量，输出 4～20ma电流；
14.第六至第七采集通道分别连接二个泥浆密度变送器，检测泥浆罐入口和出口的泥浆密度，输出4～20ma电流；
15.rs
‑
485数据通信接口通过rs
‑
485通讯总线实时与嵌入式触摸屏一体机通信互联。
16.优选地，所述的钻井泥浆循环工况检测报警控制装置还包括第二显示操控终端，与嵌入式触摸屏一体机之间通过无线网桥通信互联。
17.优选地，所述嵌入式触摸屏一体机安装嵌入式linux操作系统，外设接口有二个以太网口、二个串口和二个usb口；嵌入式触摸屏一体机显示的信息包括：泥浆罐泥浆体积、出/ 入口泥浆密度和返浆流量曲线，以及井下异常情况并发出警示信息。
18.优选地，所述一体机上安装有声光报警器。
19.本实用新型的有益效果是：(1)采用工业级超声波探头，通过超声波非接触测量技术检测泥浆液位，准确、稳定且寿命长；(2)总线数据采集器采用八通道高精度数据采集模块集中采集泥浆罐泥浆液位、返浆泥浆流量和泥浆罐入口/出口的泥浆密度，通过rs
‑
485总线传输到嵌入式触摸屏一体机，现场安装布线简单、工作稳定可靠；(3)嵌入式触摸屏一体机采用linux嵌入式操作系统，运行速度快、实时性强，具有数据采集、数据处理、数据存储、曲线绘制、历史数据查询、智能分析判断和异常报警功能，应用价值非常高；(4)借助网桥无线连接井队队部里的pc计算机，通过数据共享软件，实时共享一体化触摸屏的所有数据和画面，及时了解泥浆循环和井下工况；(5)内置大容量固态硬盘，可存储长达六个月以上的采集数据，通过查询历史数据、绘制历史数据曲线有利于准确判断导致生产异常的原因。
附图说明
20.图1是本实用新型的电气连接示意图。
21.图2是本实用新型的结构示意图。
22.图中：1、一体机；2、总线数据采集器；3、超声波探头ⅰ；4、超声波探头ⅱ；5、超声波探头ⅲ；6、超声波探头ⅳ；7、泥浆流量变送器；8、泥浆密度变送器ⅰ；9、泥浆密度变送器ⅱ；10、无线网桥ⅰ；11、无线网桥ⅱ；12、pc计算机。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.实施例1：
25.如图1所示，本实用新型所述的一种钻井泥浆循环工况检测报警控制装置，它包括超声波探头、泥浆流量变送器7、总线数据采集器2、一体机1、无线网桥和pc计算机12，其中：超声波探头设置于泥浆罐的顶部指定开口上方20cm处；泥浆流量变送器7设置于返浆管线上方开口处；总线数据采集器2设置于泥浆罐顶部一侧处，总线数据采集器2的采集通道分别与超声波探头、泥浆流量变送器7通过二芯屏蔽电缆相连；一体机1通过rs
‑
485通讯总线与总线数据采集器2相连。
26.如图2所示，安装连接方案是：总线数据采集器2安装在一号泥浆罐顶部一侧处；超声波探头ⅰ3、超声波探头ⅱ4、超声波探头ⅲ5、超声波探头ⅳ6分别安装在一号至四号泥浆罐顶部指定开口上方20cm处，通过二芯屏蔽电缆分别连接总线数据采集器2的第一至第四
采集通道；泥浆流量变送器7安装在返浆管线上方开口处，通过二芯屏蔽电缆连接总线数据采集器2的第五采集通道；泥浆密度变送器ⅰ8、泥浆密度变送器ⅱ9通过二芯屏蔽电缆分别连接总线数据采集器2的第六至第七采集通道；总线数据采集器2的通信接口通过二芯屏蔽电缆连接一体机1的rs485串口；一体机1的网口通过超六类网线连接无线网桥ⅰ10的网口；无线网桥ⅱ11的网口通过超六类网线连接pc计算机12的网口。
27.本实用新型设有超声波探头、泥浆流量变送器、泥浆密度变送器，超声波探头为超声波液位变送器，泥浆流量变送器为靶式流量计，泥浆密度变送器为微压差式密度计，超声波液位变送器、靶式流量计和微压差式密度计分别用于检测泥浆罐泥浆液位、泥浆返浆流量和泥浆罐出入口泥浆密度。采用高精度总线型数据采集模块集中采集上述参数，并通过rs485总线传输到一体机1。
28.本实用新型设有第二显示操控终端，与一体机1之间通过网桥进行无线通信。现场安装简便，工作稳定可靠。
29.本实用新型能够实时计算各分罐体积及总体积变化量、实时计算返浆流量、实时计算泥浆罐入口/出口泥浆密度，结合泥浆总体积增减、出/入口密度、返浆流量的大小变化和变化速率，智能分析井下泥浆循环工况，及时发现“井涌”、“井喷”、“井漏”等异常情况并发出预警信息，工作人员据此做出正确的操作控制。
30.本实用新型能够绘制泥浆体积、流量和密度实时变化曲线。
31.本实用新型能自动存储长达六个月的历史数据，完井后可自动生成单井生产数据报表。
32.本实用新型可以查询任一时段的历史数据并形成历史数据报表或历史数据曲线，用于对完井生产情况做进一步分析。
33.本实用新型的有益效果是：(1)采用工业级超声波探头，通过超声波非接触测量技术检测泥浆液位，准确、稳定且寿命长；(2)总线数据采集器2采用八通道高精度数据采集模块集中采集泥浆罐泥浆液位、返浆泥浆流量和泥浆罐入口/出口的泥浆密度，通过rs
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485总线传输到一体机1，现场安装布线简单、工作稳定可靠；(3)嵌入式触摸屏一体机采用linux 嵌入式操作系统，运行速度快、实时性强，具有数据采集、数据处理、数据存储、曲线绘制、历史数据查询、智能分析判断和异常报警功能，应用价值高；(4)借助网桥无线连接井队队部里的pc计算机12，通过数据共享软件，实时共享一体化触摸屏的所有数据和画面，及时了解泥浆循环和井下工况；(5)内置大容量固态硬盘，可存储长达六个月以上的采集数据，通过查询历史数据、绘制历史数据曲线有利于准确判断导致生产异常的原因。
34.本实用新型的使用过程如下所示：四个超声探头分别检测四个泥浆罐中泥浆液位高度，输出4～20ma电流进入总线数据采集器2第一至第四采集通道；一个流量变送器采集返浆管线中的泥浆流量，输出4～20ma电流进入总线数据采集器2器第五采集通道；二个泥浆密度变送器分别检测泥浆罐入口和出口的泥浆密度，输出4～20ma电流进入总线数据采集器2第六至第七采集通道；总线数据采集器2实时采集以上7个通道的电流并转换成0～5范围内的数值；一体机1运行自主开发的专用软件通过rs
‑
485通讯总线实时读取总线数据采集器2采集的7个通道数据，通过数据处理分别获取四个泥浆罐中泥浆总体积、泥浆罐入口/出口泥浆的密度和返浆管线中泥浆流量数值，并实时存入数据库中。
35.所述一体机1运用现有软件实时绘制泥浆罐泥浆体积、出/入口泥浆密度和返浆流
量曲线；针对泥浆体积、泥浆密度以及返浆流量大小变化和变化快慢，经过智能分析和判断及时发现井下异常情况并发出警示信息，提醒工作人员及时做出正确的操作控制。
36.本实用新型能够连续存储不少于六个月的检测数据，工作人员可查询任一时段的历史数据以便对过往生产情况做进一步分析。
37.本实用新型可广泛运用于石油钻井勘探和开发场合。
38.涉及到电路和电子元器件和模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本实用新型保护的内容也不涉及对于软件和方法的改进。
39.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
40.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。