《[2017年整理]智能钻机核心技术-实时监测与控制系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[2017年整理]智能钻机核心技术-实时监测与控制系统（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、CTF14026100002 2010.2 0智能钻机核心技术-实时监测与控制系统发明背景钻井实时监测控制技术是钻井液、钻井工程和地质录井合为一体的综合技术，在钻井施工中，将钻井液、钻井工程和地质录井通过计算机技术整合为一5 个平台的钻井实时监测控制系统是智能钻机的核心技术。在 钻 进 中 ， 对钻井液性能参数、钻井工程参数、地质录井参数进行全面的在线实时监测和控制，并通过计算机处理后实时屏幕显示，成为集井场多种数据采集、显示、处理及控制为一体的综合性监测控制系统，它可满足安全优化钻井、综合判断油气水层的多方面需要。通过在线实时监测控制系统全面掌握10 钻井工程数据，使现场施工人员实时调整钻井
2、液、钻时、钻压、悬重、立管压力、转盘扭矩、转速等，实现安全优化钻井、及时发现油气层的目的，是钻井技术的飞跃。如 发 现 有 井 喷 、 井 漏 等 异 常 变 化 则 及 时 判 断 ， 分 析 原 因 ， 提 供 工 程 事 故预 报 ， 使 施 工 单 位 及 时 采 取 相 应 措 施 ， 减 少 井 下 事 故 的 发 生 ,达 到 节 约 成 本 ，15 提 高 钻 井 效 益 的 目 的 ， 是 技 术 工 程 人 员 长 期 来 的 美 好 愿 望 。优 选 参 数 是 提 高 钻 井 速 度 、 保 护 油 气 层 的 一 项 非 常 重 要 的 技 术 ， 要 实 现科 学
3、钻 井 ， 除 了 与 勘 探 的 正 确 部 署 有 关 外 ， 还 在 于 如 何 选 择 合 理 的 钻 井 参 数 、钻 井 液 性 能 、 水 力 参 数 ， 以 提 高 钻 井 机 械 钻 速 。 钻 井 三 要 素 即 指 钻 压 、 转 速 、排 量 ， 是 提 高 机 械 钻 速 的 关 键 因 素 。 以 前 参 数 的 选 择 是 由 人 工 根 据 经 验 进 行20 选 择 ， 如 果 与 实 时 监 测 技 术 配 套 的 计 算 机 软 件 可 根 据 钻 头 使 用 情 况 结 合 地 层岩 性 特 征 实 时 地 进 行 钻 井 参 数 的 优 选 设 计 ，
4、 选 择 合 理 的 钻 井 参 数 ， 指 导 施 工作 业 ， 可 以 有 效 的 提 高 钻 井 速 度 ， 缩 短 钻 井 周 期 ， 节 省 钻 井 费 用 ， 实 现 科 学打 井 的 目 的 ， 加 快 勘 探 进 程 。钻 井 施 工 的 安 全 尤 其 是 防 止 井 喷 、 井 漏 ， 还 有 油 气 层 的 保 护 均 与 地 层 压25 力 有 关 。 要 实 现 安 全 钻 井 和 油 气 层 保 护 ， 关 键 在 于 合 理 的 钻 井 液 性 能 参 数 ，其 中 最 主 要 的 参 数 是 钻 井 液 密 度 。 钻 井 过 程 中 钻 井 液 密 度 的 使
5、 用 是 由 所 钻 遇 的 地 层 岩 性 及 地 层 压 力 所 决 定的 ， 也 就 是 说 ， 要 实 现 钻 井 安 全 ， 油 层 不 被 污 染 和 压 死 ， 就 必 须 要 实 现 钻 井CTF14026100002 2010.2 1过 程 中 的 钻 井 液 柱 压 力 与 地 层 孔 隙 压 力 的 动 态 平 衡 。 要 实 现 这 个 目 的 ， 关 键在 于 在 施 工 过 程 中 进 行 实 时 的 地 层 压 力 监 测 ， 根 据 地 层 压 力 变 化 情 况 ， 及 时调 整 钻 井 液 性 能 ， 这 就 是 在 线 实 时 监 测 在 勘 探 中 的
6、另 一 个 重 要 作 用 。 而 且 ，钻 井 过 程 中 还 需 要 通 过 在 线 使 用 光 谱 和 定 量 荧 光 技 术 等 地 质 录 井 仪 器 ， 配 合5 计 算 机 及 时 发 现 油 气 层 和 薄 油 层 。钻井液被称为钻井工程的血液，但是，影响钻井液的性能的粘度、切力、失水、密度、润滑性等指标，由于监测仪器的落后，现在现场没有实现在线实时监测。目前在钻井现场，钻井液的粘度、切力、失水、密度、润滑性等指标，需要泥浆工将泥浆取样到化验室测试，不仅温度变化引起性能变化，更重要的10 是，由于不能及时监测，造成实时控制的延时，给钻井安全造成威胁，且不能及时发现油气层。因此，
7、迫切需要一种能够实时监测并控制钻井的装置，以解决上述问题。发明内容为实现上述目的，本发明提供石油钻井实时监测与控制系统，其包括：实15 时监测单元，所述实时监测单元包括钻井液性能监测仪器、地质录井监测仪器和钻井工程参数监测仪器；所述实时监测单元配置有若干传感器，所述传感器监测的信号由无线传感器网络系统传送；实时显示及控制单元，是该系统的控制中心，所述实时显示及控制单元包括计算机处理设备和多个显示终端及中控台，所述计算机处理设备接收并处理20 由无线传感器网络系统传送的所述传感器监测的信号，并通过所述显示终端显示监测数据，操作人员根据显示终端显示的监测数据调节控制转盘电机、送钻电机、泥浆泵电机、
8、离心机电机、振动筛电机、除砂器和除泥器等。优选地，所述钻井液性能监测仪器包括钻井现场实时监测粘度仪、现场实时监测失水仪、现场实时监测含砂量和固相含量测定仪、现场实时监测润滑系25 数测定仪、密度测定仪、温度测定仪、电导率测定仪、H 2S 检测器和钻井液进出口流量测定仪等。优选地，所述地质录井监测仪器包括光谱仪、气相色谱仪、全烃含量测定仪、自动捞砂和荧光含量测定仪等。CTF14026100002 2010.2 2优选地，所述自动捞砂和荧光含量测定仪包括钻井液输液管，钻井液输液管上装有计量泵，钻井液输液管的出口下方设置一或二个振动筛或圆筒筛，冲洗管的出口位于二个振动筛的筛面上方，经过冲洗的岩屑从第
9、二振动筛流入光谱测定仪，进行光谱测定，光谱信号传送给计算机，根据砂子的重量与钻井实5 时监测系统采集的钻时、井深、泥浆上返速度等数据结合，经计算机软件处理即得到一定深度油气层的含油饱和度数据。经光谱测定后的岩屑经传送带流入盛砂容器，经重量传感器测定规定时间的砂子重量，用于计算含油饱和度和钻井液含砂量。电脑根据钻时、井深、泥浆上返速度等数据，每进尺一米或规定进尺，指令盛砂容器卸砂一次，岩屑进入自动装袋机封装，打码机打上日期和10 油气层深度数据。目前综合录井仪对轻质气体油分可以实时测定，但岩屑中的重质油分不能实时测定，自动捞砂和荧光含量测定仪可以及时捞砂和对地层砂进行荧光测定，极大的提高了对地层
10、监测的准确性，是地质录井的一大进步。并且连续数个小时的手工捞砂，是一个高强度的劳动，难免出现投机取巧的行为，而影响捞砂的质量。因此现在只有少数探井才捞砂，自动捞砂和荧光含量15 测定仪的研制成功，可以增加捞砂的频度，更加准确的掌握油气层的情况。优选地，所述钻井工程参数监测仪器包括多种传感器和无线数传设备，传感器包括悬重传感器、立压传感器、套压传感器、扭矩传感器、转速传感器、泵冲传感器、绞车传感器、发电机电压传感器和电流传感器。 优选地，所述钻井控制系统包括转盘电机控制、送钻电机控制、泥浆泵电20 机控制、离心机电机控制、振动筛控制、除砂器控制和除泥器控制。优选地，还包括远程传输单元，所述远程传
11、输单元配置为输送和共享所述实时监测单元监测的实时数据。 优选地，所述钻井现场实时监测粘度仪见申请人专利 CN ZL2012 1 0182373.625 优选地，所述现场实时监测失水仪见申请人专利 ZL2012 1 0145766.X优选地，所述现场实时监测含砂量和固相含量测定仪见申请人专利 ZL2012 1 0166065.4优选地，所述钻井液进出口流量测定仪中进口流量的测定根据泥浆泵的冲次计算。出口流量的测定由无压变量流量计完成，见申请人专利 2014 1 CTF14026100002 2010.2 30105486.5。优选地，所述现场实时监测润滑系数测定仪见申请人专利 2014 1 01
12、06055.0。优选地，所述密度测量仪为在线实时监测用的液体密度计，其包括：液体5 进出口带有溢流管的容器、称重传感器、可编程控制器、冲洗装置、温度传感器、显示器或电脑，可编程控制器通过电缆或无线数传模块连接显示器或电脑。此型密度测定仪可以避免密度传感器探头被泥浆糊住的弱点，提高密度测定的准确性。另外，优选地，中压失水仪中加压泥浆泵、流量测定仪及其它加压输送含10 颗粒混合液的场合，本发明提供一种用于输送含颗粒混合液的无阀柱塞泵，具有防止砂卡、结构简单、节能高效的优点。 附图说明通过下面结合附图对实施例的描述，本申请的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。在附图中，15 图 1 是本申
13、请一个实施例所述的石油钻井实时监测控制系统的钻井现场实时监测粘度仪的示意图；图 2 是本申请一个实施例所述的石油钻井实时监测控制系统的现场实时监测失水仪的示意图；图 3 是本申请一个实施例所述的石油钻井实时监测控制系统的现场实时监20 测含砂量和固相含量测定仪的示意图；图 4-7 是本申请一个实施例所述的石油钻井实时监测控制系统的无压变量流量计示意图；图 8a 是本申请一个实施例所述的钻井现场的泥浆比重计的示意图；图 8b 是本申请一个实施例所述的钻井现场的电子泥浆比重计的示意图；25 图 9-10 是本申请一个实施例所述的石油钻井实时监测控制系统的在线实时监测用的液体密度计的示意图；图 11
14、-12 是本申请一个实施例所述的石油钻井实时监测控制系统的用于钻CTF14026100002 2010.2 4井在线实时监测用的极压润滑仪的示意图；图 13 是本申请一个实施例所述的石油钻井实时监测控制系统的实时监测自动捞砂和光谱测定仪的示意图；图 14 是本申请一个实施例所述的石油钻井实时监测控制系统的用于输送含5 颗粒混合液的无阀柱塞泵的示意图；图 15 是本申请一个实施例所述的石油钻井实时监测控制系统的网络示意图。附图标记：10 钻井现场实时监测粘度仪：101：第一外筒；102：第二外筒；103：第三外筒；104：钻井液槽；105：第一支撑板；106：支架；107：钻井液出液口；108：
15、钻井液进液口；109：扭丝弹簧；110：角度传感器；111：第一内筒；112：齿圈；113：第一齿轮；114：第一传动轴；15 115：第二支撑板；116：第一同步带轮； 现场实时监测失水仪：201：传动带；202：过滤管；203：减速机；204：外管；205：钻井液输液管；206：单向阀；207：反洗水出水管；20 208：反冲洗阀门；209：滤液容器；210：流量测定仪；211：过滤管压盖；212：反洗水进水管；213：连杆；214：液压装置；215：回流阀；216：泥浆泵；217：支撑架；218：无线发射器；219：高压反洗水泵；220：传动件；221：轴封；222：金属管；223：滤管
16、；224：刮板；225：压力传感器；226：支撑架；228：支撑件；25 229：支撑架；230：环形凹槽；231：进水孔；232：主动轮；233：底座；现场实时监测含砂量和固相含量测定仪：301：第一振动筛；302：第二振动筛；303：钻井液输液管；304：滤液槽；305：冲洗管；306：支架；307：第一容器；CTF14026100002 2010.2 5308：第一重量传感器第一电子秤；309：无线信号发射器；310：离心机；311：滤渣出口；312：过滤滤液排出口；313：第二容器；314：第一重量传感器第二电子秤；315：无线信号发射器；316：絮凝剂输入管；5 317:水管；318：连接管；319：泥浆泵；320：第一支撑架；321：第二支撑架；322：支架；323：第三支撑架；324：离心机传动
