基于COMSOL的钻井液面声波反射特性的研究

在钻井过程中,钻井液通过地面循环与井下循环,及时地把钻屑带到地面上来,从而保证钻井过程的连续进行,并保障各项安全。若未及时检测到井下泥浆状况,将会发生井漏或井涌甚至井喷事故,造成财产和和人员损失。因此,预警和实时监测泥浆变化情况,对了解和监控溢流井涌等异常工况,对井控安全十分重要。基于声波的液位检测的基本理论,选取COMSOL多物理场有限元软件中的压力声学瞬态模块,构建钻井作业时泥浆循环过程的三维模型,通过监测泥浆的液面变化情况,研究声波在井下传播时的产生的回波信号的机理和特征,为信号自适应识别液位计算液面深度提供理论依据,为设计测量仪器提供支撑依据。     

深水救援井压井计算

随着石油工业的发展和能源需求的不断增加，深水勘探开发已经成为未来石油勘探开发的趋势。而深水安全钻井的重要保障之一是科学有效的井控技术。目前虽有多种海上压井方法，可是目前专门针对深水救援井压井的设计方法确仍是空白，本文结合海上钻井工艺技术特点，采用理论分析、数值与现场数据验证相结合的方法对深水救援井的压井技术进行了研究。本文根据压井方法要求以及海上钻井工艺技术的特点，总结了深水钻井过程中的各种压井液密度计算方法，选用了适合深水救援井的压井液密度计算公式，并以一口井为实例进行了计算。     

石油钻井闭环自动导向机器人系统

石油钻井闭环（ＣＬＯＳＥＤ－ＬＯＯＰ）自动导向机器人是９０年代初期发展起来的一项尖端自动化石油钻井新技术,它代表了当今世界钻井技术发展的最高水平,它的出现即将使世界钻井技术出现一次质的飞跃。 一、石油钻井闭环自动导向机器人技术简介 所谓石油钻井闭环自动导向机器人是自动化钻井系统的一种井下自动导向钻井装置,它由眼睛——测量部分、大脑——井下ＣＰＵ、控制及执行机构——偏置导向机构等主要部分组成。 测量系统：包括近钻头井斜测量,地层评价测量,ＭＷＤ／ＬＷＤ随钻测量仪器等,用于监测井眼轨迹的井斜、方位及地…     

钻井平台伺服系统中电液施力系统的设计

钻井综合试验装置是研究井下工具、钻井基础理论和应用的仿真试验设备。在仿真试验中,钻具承受工作压力（钻压）是重要的工艺参数。本文给出针对试验操作要求及钻压伺服系统的非线性、不确定性的钻压伺服控制系统。     

基于CAN总线的智能型井下压力传感器监测系统设计

套管阀是实施主过程欠平衡钻井的关键工具。结合胜利油田井下压力监测系统进行研究,设计并实现了一种基于CAN总线技术以超低功耗单片机MSP430为核心的具有温度补偿的智能型压力传感器监测系统,对井下的实时压力及温度信号进行实时采集,为井下套管阀开启提供保证。采用硬件补偿以及曲线拟合和牛顿插值法进行软件温度补偿,有效解决了由于温度变化对压力测量带来的影响;采用CAN总线及光电隔离等技术,抗干扰能力比较强,传输距离长,可达10km。通过实验证明,本系统实时性好,精度误差达0.75%,足以满足套管阀阀底压力监测系统研制要求。     

随钻地层压力测量装置测量控制系统的设计

为了解决地层压力随钻测量中存在的困难,针对地层压力测量装置的工作特点和测试环境,设计了一种基于随钻地层压力测试装置的测量控制系统.系统采用井下涡轮发电机与高温锂电池双电源供电,实现了井下环空压力、管柱压力数据的采集以及井下电磁阀的精确控制和地层压力的预测.随钻过程中可接收到井口下传指令,同时测量数据可实时上传地面.试验测试结果表明,该系统用于测试地层压力是可行的,系统具有设计合理、体积小、功耗低、可靠性高的优点.     

随钻测井仪器的数据采集和控制系统的设计与实现

在工程钻井和测井中,地层压力数据是描述油气藏类型、计算地质储量的基础数据,井下温度数据是进行温度补偿和系统监测的重要信息;基于FPGA和DSP的数据采集和控制系统,涉及硬件电路设计和软件设计两部分内容;系统采用了ALTERA公司的CycloneⅡ系列FPGA芯片以及TI公司的TMS320F2812数字信号处理器;FPGA实现系统数字电路功能,DSP完成设备通信和系统控制,准确地实现了井下数据的智能化采集和控制,并在此基础上易于扩展和开发完整的随钻测井仪器系统。     

基于TMS570的高可靠性随钻压力计

为了实现井下随钻压力测量,设计出一种高可靠性压力计。选择了适合井下高温、高压环境的微控制器与压力传感器,同时分析了可能的器件失效风险并给出了解决方法。借助安全微控制器的"安全岛"理念及设计架构,该压力计能够自动处理微控制器及压力传感器的软硬件错误以保证工作可靠性。该压力计在石油钻井领域中可以有效减少起钻次数来降低钻井成本。     

基于电阻式应变片的近钻头工程参数测量技术研究

近钻头工程参数的随钻测量对安全、高效钻井具有重要意义。在分析近钻头处钻铤的受力与运动形式基础上,基于钻铤应力与应变的关系,建立了钻压、扭矩、弯矩等井下工程参数的测量模型与实验模型。通过传感器的优化布局,测量模型较好地解决了三个被测参数之间的耦合问题,实验模型给出了相对准确的测量结果和合理可行的井下工程参数测量解决方案。最后,分析讨论了测量装置的温度补偿、测量模型简化等问题,为近钻头工程参数随钻测量装置的研制奠定了基础。     

控压钻井井下气侵工况的自适应参数及状态估计

针对控压钻井过程中井下可能发生气侵的特殊工况,提出一种可在异常工况下估计井底压力,并借此判断异常工况的方法.首先,基于简化的漂移通量模型,在传统控压钻井水力学模型中添加气体膨胀项,建立控压钻井气液两相流模型;其次,将井下环空摩擦积分和井底气侵量视为未知参数,将井底流量视为未知状态,设计一种可对未知参数以及未知状态进行联合估计的自适应观测器,并以此为基础估计井底压力;最后,通过仿真实验验证所提方法的有效性.仿真结果表明,所建气液两相流模型可在井下发生气侵时模拟井底压力变化,且所提观测器能实时准确地跟踪井底流量及压力变化.     

随钻声波测井仪井下信号采集与处理系统设计

针对随钻声波测井信号的特点,设计了一种基于"DSP+ADC"的井下信号采集与处理系统。介绍了电路的硬件结构和软件设计流程,重点描述了6通道模拟信号的高精度同步采样方法及数据压缩算法。设计中充分利用了DSP的丰富资源,实现各种控制及数据传输接口,并完成相应的数据处理。实验结果表明,该电路的设计满足随钻声波测井的实时性、低功耗要求,在井下高温高压恶劣环境中能够可靠地长时间工作。     

一种用于井下电源质量监测的EMI采集与处理电路

随钻测井仪器工作于高温、高压等恶劣环境下,对电源质量进行监测可避免电子系统因供电问题而死机。由于钻铤内部空间狭窄且传输带宽有限,使得测量电流电压的传统方法并不适用。根据电磁干扰(EMI)信号的设备独立性和导体传播等特点,设计了一种电源线上的EMI信号在线采集与处理电路,适用于井下电源质量监测。该电路设计了低通、放大、抗混叠滤波等完整信号调理链路,并研制了高速模数转换模块,使用FPGA+STM32的运算架构将EMI信号实时转换为频谱。在FPGA中实现了模数转换器(ADC)的时序控制和可变静态存储控制器(FSMC)总线驱动,使得系统能够自主配置ADC的采样率和采样数目,采样率可达40 MHz。实验结果表明本电路具有良好的信号调理性能,通频带纹波低于0.1 dB,能够可靠地完成随钻测井仪器电源线上EMI信号的频谱采集。     

伽马测井中高温高速数字多道的设计与研究

为了实现深部矿产资源有效探测和精准评价、提高我国矿产资源勘查效率、克服随钻测井时高温环境带来的影响、实现国产造岩元素中子伽马测井仪实用化,设计了脉冲中子伽马测井系统。系统硬件主要由探测器、光电倍增管、前置放大电路、模拟转换器(ADC)、现场可编程门阵列(FPGA)、通信电路组成。考虑到高温运行环境,能谱采集电路采用的芯片为低功耗、耐高温类型,以确保电路在高温状态下正常运行。软件算法采用尖顶成形算法,从而提高采集电路的能谱计数率。经过多次高温试验并更改电路设计,系统在155℃的环境温度下能够正常工作,数据采集速度达到100 MS/s,实现了预期目标。该研究对国内随钻中子伽马测井仪器的发展有着重要意义。     

Real-time prediction of horizontal drilling pressure based on convolutional Transformer

During horizontal drilling operations, real-time prediction of drilling pressure during the drilling process can help the drilling team cope with the complex and changing working environment downhole, adjust the parameters of the drilling rig promptly, make correct decisions, reduce the probability of drilling accidents, and avoid affecting the duration and cost of the project. This study provides a method for real-time prediction of the drilling pressure of horizontal drilling rigs. A deep learning model based on a convolutional Transformer is trained for accurate real-time prediction by extracting real-time operating data of the horizontal drilling rig from the data acquisition system. The method proposed in this study can be a useful tool to improve the performance of horizontal drilling rigs and can assist the drilling team in operating horizontal drilling rigs. The results of the case study show that: (1) the proposed convolutional Transformer model provides reliable real-time prediction with an MAE of 0.304 MPa and an RMSE of 0.508 MPa; (2) the proposed method can quickly and accurately predict the trend of drilling pressure change in the next period based on the current change of drilling pressure, and grasp the dynamics of drilling pressure of horizontal drilling rigs in advance. Further research could focus on assisted decision-making and intelligent optimization to provide solutions for preventing drilling accidents and improving horizontal rig performance based on the prediction.     

海底泥浆举升钻井系统控制仿真研究

为解决深水钻井面临的复杂井控问题,根据海底泥浆举升钻井系统的基本结构及工作原理,建立一个由变频器、电机、举升泵、泥浆循环管路组成的控制对象模型,结合控制对象为大惯性、非线性系统的特点,采用一种基于自适应模糊PID调节器的压力、转速双闭环控制策略,利用Matlab/Simulink软件构建系统仿真模型,分析结果表明,基于自适应模糊PID控制的压力、转速双闭环控制策略能够在海底泥浆举升钻井系统中取得很好的控制效果,使系统及时应对多种随机干扰。研究结果可为海底泥浆举升钻井控制提供参考。     

基于双处理器架构的地层压力测控系统设计

针对地层压力随钻测量困难、耗时等问题,以及工具下入困难、工具遇卡等潜在风险,提出了一种基于双处理器的随钻地层压力测量控制系统。在随钻过程中通过压力传感器测量井下压力,由主处理器TMS320F2812对地层压力值进行采集与处理;从处理器ATMEGA8对电磁阀进行智能控制,实现分流器、换向器与执行机构的协调配合,从而获得实时地层压力数据。实验结果表明：该系统实现了在井下高温、高压和强干扰的恶劣环境下对压力信号进行采集、分析、传输和存储,系统设计合理并具有较好的抗干扰性与实用性。     

基于C8051F340数据采集系统的设计

针对某设备运行状态实时监控的需要,研制了一个高速数据采集装置,该装置采用带USB接口的C8051F340单片机为核心,同时具有多路信号切换,A/D变换等功能。采用Keil uVision3进行固件开发,实现了温度压力超限报警功能。该系统的电路结构简单、可靠。     

基于单片机控制的降雨量实时监测系统

介绍了利用89C51单片机为核心设计的降雨量数据采集、远距离无线数据传输并在监测中心显示、存储降雨量数据的实时监测系统.该系统具有成本低、安装方便、工作稳定、抗干扰能力强、采集的降雨量数据准确的特点,便于水库、江河流域、气象部门实现实时降雨量数据的无人采集、无人记录和自动实时显示.另外,该系统还具有历史数据查询、上传数据到管理级计算机的功能,因此具有较大的推广价值.     

基于无线传感器网络的钻井井场监测系统

无线传感器网络已经广泛应用于工业监控领域,本设计在无人值守作业条件下,能够连续监测钻井井场各种信息的系统.运用无线传感器网络技术设计了泥浆压力、温度、硫化氢等传感器节点,实现现场信息采集,运用优化理论设计的数据传输协议完成数据的高效传输.各无线传感器节点采用锂电池供电,体积小,监控中心观察到的井场信息能够实时反映现场的状态,实现数字化油田.