以微机为中心的工业测量和控制系统 第十一讲 ZDC1型钻井地质参数仪

<正> ZDC1型钻井地质参数仪是为钻井工程现场和井队地质工作所设计的专用仪器。该仪器在钻井过程中自动采集、并以数字显示有关钻井和地质参数。同时随钻绘出dC 指数曲线,打印出井深、钻到时间、钻时、钻压、转盘转速、泥浆密度、泥浆泵压、泥浆泵排量、转盘扭矩。该仪器还自动给出捞沙及扭矩、dC 指数等的超     

基于PIC18F4680单片机的动态小压力微弱信号检测

采用泥浆压力传输开关信号,是石油钻井探测过程中地面与几千米井下少有的信号传输方式之一,但井下由于压力产生信号变动为毫伏级微小信号,再结合井下高达150℃高温及高震动、强干扰的恶劣环境,这使得有用信号的可靠稳定采集成为难题.针对该问题,以PIC 18 F4680单片机为平台,采用硬件滤波初步排除强干扰信号和软件卡尔曼滤波进一步精确提取有用信号相结合的方式实现井下钻井小压力信号的检测.给出了硬件平台及硬件滤波的详细设计方法,描述了软件卡尔曼滤波应用于压力小信号处理的实现方法,并通过仿真及现场验证证明其可靠性,而且性能超过国外同类技术.     

未来智能钻井系统

展望了未来智能钻井技术的系统组成、功能及其运行方式.智能钻井新技术是钻井技术、新材料技术、检测控制、微电子技术、通信和计算机、机器人和超微加工技术等的集成.未来的智能钻井将采用轻便车载连续油管全自动钻机,钻井作业中,安置在钻头上的智能机器人将观测和检测到的所有井下参数上传到地面,在钻井的同时完成测井工作;地面人员通过控制钻头运动轨迹和转速,实现遥控智能钻井;起下钻等钻井作业均由地面机器人按指令自动完成;通过通信网络技术,实现全球钻井协同工作.因此,智能钻井将大幅度降低钻井成本,大大提高钻井速度,减少钻井事故的产生,实现井眼轨迹的精确控制,进一步提高石油天然气勘探开发技术水平.     

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.     

超大口径转盘转矩传感器弹性元件设计

转盘转矩是反映钻具工作状态的重要参数.随着钻井深度的增加,转盘结构发生变化,以往的转矩传感器不再适用于超大口径转盘转矩的测试.本文通过对比现有不同辐条形状的性能,设计了一种工字形辐条的轮辐式转矩传感器.建立了四种辐条形状轮辐式转矩传感器的理论模型,利用有限元软件进行静力学仿真,并对四种传感器进行了实验.结果显示实验得出...     

控压钻井系统井下不确定参数与未知状态估计

针对控压钻井过程中井下信息获取难度大的问题, 本文设计了一种可以同时估计井下不确定参数与未知 状态的自适应观测器. 首先, 针对未知状态中含有不确定参数的控压钻井系统, 提出了一种可解耦不确定参数的观 测器匹配条件. 其次, 根据此观测器匹配条件设计自适应观测器估计井下参数与状态, 并通过李雅普诺夫稳定性理 论证明了估计误差的渐近稳定性. 最后, 基于线性矩阵不等式方法求解观测器增益, 提高观测器的鲁棒性. 仿真分析 表明: 与已有针对控压钻井系统设计的自适应观测器相比, 本文所设计的观测器对井下环空摩擦积分和井底流量 的估计具有更好的收敛性以及鲁棒性.     

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。     

石油钻井仪表泵冲速和转盘转速测量系统

为了满足飞速发展的石油工业的需求,中原油田钻井工程技术研究院研制开发了具有世界先进水平的vdx钻井参数仪表。这套仪表对机械泵冲速及钻机转盘速的测量和计数部分采用了单片机测量系统来完成。该系统选用了51系列单片机和定时/计数器8253,对机械泵速和转盘转速等低频信号进行周期测量和计数,并将测量结果通过串口通信技术传送给计算机。     

基于声波信号的水平井钻采控制技术

水平井是一种特殊的油井,特点是井眼轨迹多样、井内流体流动状态多变,采用常规钻采控制技术无法有效进行水平井钻采作业.基于声波信号的控制技术对水平井井下环境和介质没有特殊要求,能够实现地面与井下之间的无线信号传输及控制,建立起人井对话平台,长期实时监测水平井钻采动态数据,及时调整钻井的分段和换层,实现了水平井钻采控制自动化和智能化.     

SOLIDWORKS Simulation机构运动仿真在驱动马达选型中的应用

自动化装备通常会采用马达(电机)驱动机构运动,进行输送、装配和包装等操作动作例如生产线.马达选型通常需要考虑多个因素,其中扭矩特性是一个重要指标.本文阐述了如何在SOLIDWORKS中进行多步骤机构运动分析,同时获取多个马达力矩的产品仿真和设计思路. 一、引言 自动化设备大量采用各种马达(电机)进行机构驱动,如何确定驱动力矩进而选择性能合适且价格经济的驱动马达是一个关键问题.相对于粗糙的经验估计和手工计算,机构运动仿真软件可以精确计算驱动力矩,进而与马达扭矩匹配,选择型号最合适的驱动马达.本文针对一款工业自动化包装设备,使用SOLIDWORKS Motion的机构运动仿真来计算马达力矩,将计算结果作为驱动马达选型的参考.     

随钻井下姿态测量系统

在随钻石油钻探时需要准确地了解钻具的姿态信息,通过对姿态信息的测量可以准确地掌握井眼的方位参数。随着近年来石油工业的发展,要求石油钻井技术采用精确的轨迹控制技术,适应定向井、水平井和大位移井等应用的需要。设计一种井下姿态测量系统,可以工作在随钻条件下,通过测量三轴陀螺仪、加速度计和磁阻传感器的信号并进行相应的算法处理,得到钻具在井下的姿态信息。     

重载操作机夹钳角位移控制策略研究

针对双液压马达驱动夹钳机构旋转时,存在的夹钳角位移控制精度不高和双液压马达偏载问题,提出了一种“模糊+负载均衡”的控制策略.首先结合双阀控液压马达模型,建立了夹钳旋转系统模型;其次,由于液压系统的强非线性和通道的不一致性,设计了PID类型的模糊控制器和带PID控制的负载均衡控制器,并进行了控制器参数优化设计.仿真和实验结果表明了采用PID类型的模糊控制能够满足夹钳角位移精度要求,和采用负载均衡控制策略能够极大的抑制马达“偏载”现象.因此提出的控制策略是有效的,有助于提高锻件的锻造质量和操作机的性能.     

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…     

离子色谱技术在钻井现场的应用研究

离子色谱技术(IC)的应用领域十分广泛,但应用于石油钻井现场在国内尚属一片空白.该文从反映可溶性矿物的性质、判识地层水的类型、确定油水界面的位置及指导钻井液的调配、确保井下安全等方面进行了积极的探讨,确定了该项技术在钻井现场的广阔应用前景.     

导向钻井下传信号解算中的取整问题

钻井液负脉冲间隔方式的导向钻井信号下传系统中,需要井下接收装置正确及时地识别以脉宽表示的数位十进制整数码构成下传指令字。在实际钻井工程应用中,井下近钻头的工作环境和实际应用中的信号变形、噪音干扰和计时误差等具体问题给指令的正确解算带来了难度.采用常规的基于以微处理器中定时器为核心的指令求解的方法,需要根据导向钻井液脉宽指令的特点,在取整时需要考虑到信号幅值阈值和脉宽裕量等因素进行处理。适合井下微处理器应用的基于应用信号相似性原理的信号处理和下传指令解算方法,则以不断更新的排量采样数据为标准,逐段比较各固定时间段的排量信号,以确定各位命令码并将其构成指令字。该方法更加适合钻井工程的实际和导向钻井系统的软硬件需求,解决了解算算法中的取整问题,提高了信号识别的可靠性和抗干扰能力。以5位指令字为例的钻井液下传信号传输的现场实验结果证明了该方法的有效性和可行性.     

结冰风洞试验段转盘控制系统设计与应用

结冰是飞机的重大安全隐患,结冰风洞是研究飞机结冰与防除冰的地面试验设备,飞机模型安装在试验段转盘上,通过精确控制转盘带动模型旋转模拟姿态变化;研制了适用于低温、低气压、高湿度环境的转盘机械机构;设计了以317T-CPU、IM174模块和交流伺服的转盘控制系统总体方案,开发了功能完善的转盘监控软件;通过参数优化、主从偏差控制和全闭环位置控制,实现了3个试验段5套转盘机构单转盘、上/下或左/右转盘高精度同步控制;解决了特殊环境下转盘控制系统运行维护问题.转盘控制系统运行超过8年,转盘角度范围±180°,转盘角度和同步控制精度不低于0.02°,各项技术指标达到设计要求,保证了结冰风洞各项试验任务顺利完成.     

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TMS570和FreeRTOS的井下多参数记录仪

为了实现钻井参数长时间 、低功耗的可靠记录,选择TMS570安全微控制器来提高系统可靠性,同时选择具有合适数字接口的测量器件以充分利用其片上资源.在分析了各个参数的测量过程后,建立了统一的参数测量模型,在Fre-eRTOS实时操作系统下实现了参数测量 、参数保存及串口通信三种任务,同时利用空闲钩子函数实现低功耗设计目的 .本井下多参数记录仪与NOV的BlackBox同类产品有类似的功能与指标,可用于提高钻井效率 、优化钻井性能.     

深水表层钻井随钻压力与温度监测装置设计

深水表层钻井随钻压力与温度监测装置是监测深水表层钻井过程中井底当量循环密度（ECD）和循环温度的重要工具。通过深水表层钻井随钻压力与温度监测装置,现场技术人员可以实时掌握井下环空压力、钻柱内压和温度等工程参数,进而了解和分析井下工况,为深水表层钻井作业和动态压井钻井技术提供指导。设计的深水表层钻井随钻压力与温度监测装置以ARM为核心,利用数据采集技术和通信技术,实现了随钻压力与温度的采集传输。完成的深水表层钻井随钻压力与温度监测装置具有体积小、功耗低、抗振动和抗高温和低温的优点。监测装置已经在我国南海第一口深水井LW6—1—1井的领眼井中成功进行应用试验,验证了其在深水无隔水管钻井条件下的机械强度、稳定性、可靠性,测量得的数据能真实反映钻井工况。     

实施HSE管理模式建立企业安全生产长效机制

中国石油化工集团公司中原石油勘探局钻井管具工程处始建于1995年,是为国内外石油开发商提供钻井、修井专用管材、工具、井控装备的检测、维修、租赁及现场技术服务;钻头、钻杆、套管及井下工具的加工和销售;欠平衡钻井、下套管油井试压、打捞等石油工程技术服务的专业化石油企业.自2003年3月份以来,为建立安全生产长效机制,引进了HSE管理体系.现就我处建立实施HSE管理体系过程中所取得的一些经验介绍如下:……