油田钻井参数监测系统设计

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1、摘要：针对目前油田钻井参数监测的现状及其存在的主要问题，设计了一种无线传输钻井参数仪。主要介绍了系统的电源电路、通信模块、智能分站等部分的工作原理及实现框图。为了避免采用有线数据传输导致的可移动性差、系统扩充性能差等缺点，采用无线数据传输模块D21DL构成系统无线传输网络，并利用DELPHI6.0设计了操作监控界面，可视化强、操作方便。关键词：无线传输智能分站参数通讯模块钻井仪表的研究与使用，不仅提高了钻井过程中各项参数指示与记录的准确程度，而且为油田的安全生产提供了科学依据。目前钻井现场有六道参数仪、八道参数仪等钻井参数仪以及液面报警器等单项参数记录仪，这些仪表虽能提供现场参数，但数据传

2、输大多还是靠有线通信。而有线传输受地理环境因素影响较大，不能任意铺设，且可扩充性差，在钻井搬迁过程中拆卸和安装工作量大。相比较而言，无线通信却具有高可移动性、通信范围不受环境条件的限制、传输范围能得到较大地拓宽等优点。因此作者等人和黄河井公司共同研制开发了无线传输钻井参数仪。无线传输钻井参数仪的研制，改进了现有的钻井参数仪依靠的有线传输方式，使胜利油田钻井参数启示仪器仪表的相对落后的现状得到了较大改观。无线传输钻井参数仪在钻井过程中具有实时采集、无线传输、实时监控以及计算机分析与打印等功能，从而提高了钻井现场参数采集与记录分析的准确性、可靠性，使钻井参数仪器仪表更具实用性，实现了更新换代。

3、图11系统总体结构系统总体结构如图1所示，整个系统由钻井指挥观测室和钻井现场两部分组成。钻井指挥观测部分由自行研制的通信接口、系统观测工控计算机、打印机等组成。通信接口的主要作用是将钻井现场的各个监测钻井参数的智能分站（包括井台实时监测管理站）的数据与观测工控计算机的数据进行交换，同时还肩负现场参数超限时在钻井指挥观测室报警的作用。系统观测工控微型计算机可以增加、删除系统挂接的智能分站，负责各类监测参数的类型定义、报警上下限的设置与修改以及正常工作按照一定的要求巡要现场的各个参数信息，并将数据实时显示在工作界面上，同时对历史数据进行分类管理，包括定时存储、显示实时曲线、生成各类报表并输出等

4、。钻井现场包括需要监测各参数的智能分站和井台实时监测管理站。监测参数的智能分站将各类传感器信息采集、处理后存放在自己的内存中，供井台实时监测管理站和钻井指挥观测室的系统观测工控计算机实时调用。在本设计中，根据现场的要求，设计安装的智能分出站包括两个测量泥浆池液位的智能分站、一个测量泥浆口处H2S浓度的智能分站、一个测量泥浆泵出口压力的智能分站和一个测量井台钻具悬重的智能分站。井台实时监测管理站的作用是让井台上作业的人员能实时地观察到现场的各个参数的数据，并且各类参数一旦超限时能提供声光报警，从而及时提醒工作人员现场发生的参数异常情况，以最快的速度采取应急措施，避免事故的发生和扩大。2系统各

5、部分的设计与实现该系统主要包括电源模块、通信模块以及井台实时监测管理站和各智能分站等部分，在这些部分的设计过程中，充分考虑了提高系统的抗干扰性和可靠性。2．1电源部分的设计与实现为适应不同的用户要求，在设计智能分站电源时考虑了三种方案：第一是智能分站的供电直接由现场交流电提供（如图2所示）；第二是智能分站的供电直接由直流电池提供（如图3所示），这要求每口井完工作后要对直流电源进行充电，保证在下一口井钻井过程中不再更换电池，以保证检测数据的连续性；第三是智能分站的供电交流电和直流电共同提供（如图4所示），当有交流电时，交换电为本智能分站的所有电路提供电能，同时对后备的直流电流进行小电流充电，

6、直到充满为止。一旦现场交流电停电，系统则由直流电池维持供电。直流电池供电时间的长短与所选择的电池容量有关，考虑到现场实际情况，选用了能维持两天的蓄电池。因此本智能监测分站的设计也依不同的供电要求而有所不同。上述电源电源的设计并不是在每个智能分站中都存在，而是根据钻井现场的需要分成三种情况，钻井公司根据自已的工作特点进行选用。这种多方式的设计方法具有较大的工作灵活性，也是本设计的特色之一。2．2通信模块的设计与实现通信模块的设计包括通信接口的设计及无线模块的选择。其中，通信接口是监测系统的重要组成部分，没有它系统就无法实现计算机和智能分站的通信。工控机的对外数据接口除供打印机使用的一个并行口

7、外，还有两个标准的RS-232异步串行口。与外部设备的通信一般采用串行口。RS-232信号至少需要三根线，最远能传输15米，足以满足现场的需要。但是，无线通信模块的接口信号为TTL电平的，所以为了能保证接口的顺利对接，必须对RS-232信号电平进行转换，经过转换后，还可以将小功率的报警装置一并与通信接口串接。因本通信接口的电路结构比较简单，所以本设计中直接将通信接口电路板安装在工控机内部，通信接口的电源也直接取自工控机内