钻井仪表基础知识05

第十四章 钻井仪表根底知识第一节 钻井仪表根底知识钻井是石油勘探开发的主要手段，钻井仪器仪表是钻井工程的眼睛,是油气工程监测钻井过程、进行科学分析和科学决策的重要工具，是实现平安、优质、快速、高效钻井的重要保障。一、 钻井仪表的结构、性能及用途一ZCJY-D型钻井参数监测仪1.系统结构采用工业控制领域成熟且应用广泛的CAN总线技术，将各防爆传感器信号经CAN节点处理盒转换成总线信号，依次串连，同时在一条总线上传输多项测量参数，直至前后台计算机进行采集处理。采集的数据可以在钻井工程师办公室、司钻控制台同时实时显示，可绘制连续曲线。ZCJY-D型钻井参数监测仪是我厂为配套钻机和修井机设计生产的参数仪表，测量显示钻机或修井机在作业过程中大钩悬重和钻压转盘扭矩立管压力吊钳扭矩转盘转速泵冲速、泥浆回流、泥浆罐体积、泥浆罐总体积、泥浆密度、泥浆温度、泥浆电导、全烃含量、硫化氢含量、游车高度、井深、钻头位置、钻时等参数的变化情况，帮助司钻掌握钻机的工作状态。从系统组成上，ZCJY-D型钻井参数监测仪由传感器、总线节点、前台钻显单元含PC104嵌入式计算机、触摸式液晶显示器和队长办公室电脑终端等组成。前台钻显单元即司钻显示台采用触摸屏方式，可安装在钻台上或司钻操作房内。所有传感器通过总线模块连接在CAN总线电缆上，分别在前台触摸屏、后台工控机上实时显示所有数据及曲线，并可存储记录、打印。1#泥浆泵总线接点盒模拟模块模拟模块大钩悬重模拟模块立管压力模拟模块套压模拟模块吊钳扭矩*模拟模块转盘扭矩模拟模块模拟模块全烃含量模拟模块模拟模块模拟模块出口电导*入口电导*出口温度*模拟模块模拟模块模拟模块入口温度*出口密度入口密度模拟模块模拟模块模拟模块8#泥浆罐*7#泥浆罐*6#泥浆罐*转盘转速深度模块泵冲模块泵冲模块泵冲模块模拟模块模拟模块模拟模块模拟模块模拟模块5#泥浆罐*4#泥浆罐3#泥浆罐2#泥浆罐1#泥浆罐2#泥浆泵3#泥浆泵*硫化氢含量后台队长办公室深度泥浆回流前台钻显单元CAN总线泵冲模块图1.1 ZCJY-D型钻井参数监测仪系统示意图2.主要技术指标1工作温度:-30 702相对湿度：0 903大钩悬重和钻压1测量范围：0 50010kN2测量误差：1.5%4转盘扭矩：1测量范围：0 40kNm显示方式0500刻度 2测量误差：1.5%5吊钳扭矩：1测量范围：0 100kN 以尾绳拉力表示 2测量误差：1.5%6立管压力：1测量范围：0 40Mpa 2测量误差：1.5%7钻深1） 测量范围：0 9999.9m2测量误差：0.5%8转盘转速：1测量范围：0 300RPM2测量误差：1.5%9泵冲速：1测量范围：0 200SPM2测量误差：1.5%10泥浆回流：1测量范围：0100%2测量误差：1.5%11泥浆罐体积：1测量范围：0 80 m32测量误差：1.5%12泥浆密度：1测量范围：0.8 2.0g/cm32测量误差：0.02g/cm313全烃：1测量范围：0 100%LEL烃类气体爆炸下限的浓度2测量误差：5% LELFS3响应时间：小于15秒90%响应4最远安装距离1000米14硫化氢：1测量范围：0 100ppm 2测量误差：5% FS3响应时间：小于60秒4最远安装距离1000米15系统工作电压：220VAC20% 47-63Hz3.性能特点1高速，传输距离远2抗干扰能力强3灵活的工作方式：该系统的测量参数可随时根据用户的需求增加监测的参数二美国马丁仪表Drillwatch及Rigsense1.系统结构2.性能特点1性能稳定可靠2能存储和解压缩需要的专用通道数据（3） 具有钻具组合功能，自动校准井深数据，提高井深测量精度4输出WITS数据，实现钻井数据远传功能二、钻井参数测量一ZCJY-D型钻井参数监测仪1.指重钩载测量系统1系统组成与工作原理指重测量系统由指重表传感器、悬重压力变送器、总线模拟模块盒、连接管线和电缆等组成。大钩载荷通过钢丝绳作用在指重表死绳固定器上，再通过杠杆机构作用在指重表传感器上，指重表传感器获得的液压信号驱动压力变送器，压力变送器输出的电流信号在总线模入模块盒内处理，再通过总线电缆送入前台钻显单元和后台队长办公室单元。2安装、调试与使用:1安装大钩悬重传感器固定安装在死绳固定器上。安装完毕后，将液压软管线的自封接头一头与传感器连接，另一头与显示表箱和记录仪上对应的自封公接头连接。注意管线走向应合理，不要弯得过急或绷得太紧，并应防止被其他物体挤压或切割，最后用尼龙扎带将液压软管固定在井架桁架上。大钩悬重指示仪即指重表以及阻尼器、排气阀均已安装在仪表箱上。记录仪结构见图2.1。图2.1 XZJ型记录仪1. 记录笔 2. 笔臂 3. 微调螺钉 4. 笔臂转轴架5.记录纸托盘 6. 记录纸 7. 记录仪壳体 8. 弹簧管9.记录时钟 10.记录纸压帽 11.记录仪盖 12.阻尼器2调试:安装完毕后液压系统必须进行充油和排空气。将手压油泵的液压管线与传感器充油接头相连接，上下摇动摇杆向传感器泵油。液压系统排空气应根据传感器和指示仪的上下，按先低后高的顺序进行。注意在充油过程中油杯内液面高度不得低于油杯高度的一半。如图2.2。图2.2 死绳拉力传感器及手压泵为了使指示仪和记录仪既能灵敏地指示和记录大钩悬重的变化，指针和笔臂又不产生强烈摆动，应对指重阻尼器、灵敏阻尼器进行必要的调节。首先顺时针方向转动阻尼器T型阀杆，使阻尼器处于关闭状态。然后反时针方向转动T型阀杆两圈。观察指示仪指针摆动情况。如过于灵敏，应关闭1/31/4圈，如太迟钝，那么翻开1/41/3圈。如此反复调节，直到调节出满意的阻尼效果为止。检查仪器在空载时记录仪笔尖是否回零，如不回零应查明原因，必要时拔出指针从新定位，笔尖可通过微调螺丝调零。3使用仪器安装调试完毕后，便可投入使用。大钩悬重及钻压是钻井作业中必须监控的参数。当全部钻具下到井中，指重表主指针指示值即为大钩上的悬重。这时将游动刻度盘的零位对准灵敏指针，然后施加钻压开始钻进，灵敏指针指示值即为钻压。在钻进过程中，司钻必须时刻观察钻压的变化，不断控制刹把加以校正，使钻压稳定，送钻均匀，从而提高钻井质量。在大钩悬重测量系统使用期间，应经常检查指重表阻尼器的阻尼效果，液压管线有无滴漏，发现异常或故障应及时排除。记录仪每24小时更换一次记录纸，同时对时钟上弦，按天文时间将记录笔尖应对准记录纸上的时间坐标，然后上紧记录纸压帽。4总线模拟模块盒模块应选择方便拆卸的安装场所，便于维护和操作，同时应尽可能靠近压力变送器盒，并尽量防止强光直接照射和雨淋。选好安装位置后，通过C型钳将其固定。总线模块插座分布和引脚分布如图2.3、2.4、2.5所示，将压力变送器连接电缆接至模块的信号输入插座，CAN总线插座与前后总线电缆相连，假设此模块是最后一个节点，那么将空闲的CAN总线插座的密封盖拧紧，保证模块的密封性。悬重 Ex总线模拟模块 CAN总线插座 信号输入插座 CAN总线插座图2.3 总线模块插座分布示意图2 14 31： +V +2025V2： SIN 信号3：悬空4：GND 地图2.4 信号输入插座引脚示意图1：GND 地2：+24V +2025V3：CANL 总线低4：CANH 总线高5：屏蔽 13 25 4图2.5 CAN总线插座引脚示意图5仪器的维护与保养仪器在钻机搬迁时，应卸掉载荷，使表针回到零位，同时关闭重量指示仪上的缓冲阀，再卸下相关连接管线、接头及压力变送器。仪器使用的液体应干净、无沉淀物，以防止管线堵塞，影响仪器的性能。定期将仪器送检，由专业维修人员按?JJG石油03检定规程?进行维修、保养和检定。为延长仪器的使用寿命，钻机使用负载的范围，原那么上以不超过指重表最大负荷80%为准那么。每天在工作前，应去除传感器上的碎石、泥浆和冰块；同时检查传感器的法兰与扶圈的间隙是否符合要求，小于要求时，应立即补充液体。定期拆下绳轮中部的端盖，在轴承上涂钙基润滑脂。6故障原因及排除方法故 障原 因排 除 办 法显示数值不准确绳轮转动不灵活清洗轴承并加润滑脂。传感器受限制去除外部障碍物，并清洗干净。液体缺乏给传感器补注液压油，并在放气阀上放出气体和多余液体。无显示总线电缆断线或短路检查电缆两端插头对应插针是否连通或与其他插针短路；检查总线模块的两个CAN总线插座之间的对应插孔是否连通或与其他插孔短路。压力变送器工作电压不正常用万用表检测变送器的工作电压，应在+20V+25V之间，假设超过此范围应检查传感器电缆及插座是否短路、断路，或检查模块盒内的+24V端及系统电源模块的+24V输出端在前台钻显单元箱体中。压力变送器感压膜片有明显变形，已损坏及时更换。7考前须知在安装指重表时，应首先检查钻机参数与指重表参数是否相符。A、检查钻机额定死绳拉力与指重表的最大死绳拉力是否相符。B、检查游车系统的钢丝绳股数与指重表的绳数是否相符。 如果使用其它厂家的死绳固定器，请按照其技术要求进行安装。为保证测量精度，液压管线应安装在温差变化较小的地方。所有屏蔽电缆不要与其它电源线一起通过导线管或明线槽，也不可在大功率设备附近穿过。在防爆场合应切断电源后再插拔插头连线。请勿带电拆卸仪器。2.转盘扭矩测量系统1系统组成与工作原理机械钻机转盘扭矩测量系统由惰轮式转盘扭矩传感器、压力变送器、总线模拟模块盒、连接管线和电缆等组成。钻井过程中，柴油发动机通过一系列传动装置，经传动链条带动绞车和转盘，转盘驱动钻具，实现钻进。传动链条的张紧程度可对应于转盘的扭矩，因此转盘扭矩测量系统通过测量转盘驱动链条的张紧力，间接反响转盘扭矩。将转盘扭矩传感器安装在转盘驱动链条紧边下面，传感器上的惰轮顶起链条，形成一个夹角；当转盘对钻杆施加扭矩时，链条对惰轮产生一个与转盘扭矩成正比的向下压力，此压力通过传感器上的液压系统产生一个压强，该液压信号驱动压力变送器，压力变送器输出的电流信号在总线模拟模块盒内处理，再通过总线电缆送入前台钻显单元和后台队长办公室单元。对电动钻机，转盘扭矩测量系统由霍尔传感器及电动转盘扭矩指示仪组成，霍尔传感器卡在主电机电源线上，转盘产生扭矩将反映电机电流的改变，系统根据电机电流与扭矩的变化关系曲线计算出转盘扭矩的具体数值。由于其安装只需卡在主电机电源线上，比拟简单，因此以下说明针对机械式转盘扭矩测量系统。2安装、调试与使用链条箱在设计时已预留了转盘扭矩传感器的安装位置和检修窗口。可以很方便地直接将传感器安装在其内。图3.1是转盘扭矩传感器在钻机转盘驱动链条箱内安装情况。图 3.1 转盘扭矩传感器安装示意图转盘驱动链条箱改造完毕后，就可进行传感器的安装。具体步骤如下：1） 螺栓把传感器前后焊接底板固定在传感器底座上；2将传感器放在链条箱的底板上，使传感器侧面正对检查窗口，摇臂自由端朝向主动链轮；3认真调整传感器的位置，使惰轮和主从动链轮三者的中心在同一平面内，这时链条的两排滚子应对称地骑在惰轮的两凸缘上(这点十分重要，如果链条与惰轮未对齐，链条侧板会切割惰轮凸缘，急剧缩短惰轮的使用寿命)。然后用电焊将前后焊接底板点焊在箱体底板上；4卸下传感器上的四颗固定螺栓，将传感器移开，用电焊将前后焊接底板牢固地焊接在箱体底板上。5如有必要，再次校正传感器与链条的相对位置，可用螺栓之间的间隙和传感器上的两颗主轴固定螺栓对惰轮的位置进行少量的调整；6拧紧传感器底座上的四颗固定螺栓，将传感器牢固地固定在前后焊接底板上；7将已安装好自封公接头的液压弯头安装在箱体M271.5的螺孔(或28的圆孔上)，最后按系统图连接液压管线。3转盘扭矩测量系统的调校:本测量系统的调校主要是传感器和指示仪的调校。传感器的调校按如下步骤进行:1） 将系统按系统图连接好；2提起转盘驱动链条，使其不与传感器惰轮接触，此时指示仪上的读数应为“，然后放下链条使其与传感器惰轮接触。3将注油泵接头与转盘扭矩油路充油阀联接，暂不要拧紧联接螺母。4将液压油倒入注油泵油杯，缓慢地推动注油泵活塞，直到注油泵与充油阀联接处无气泡冒出时再将充油转换接头上的联接螺母拧紧。5泵足够的油进入系统，直到指示仪读数为6080。注意:在充油过程中，注油泵油杯内的油平面高度应保持在一半以上，以免空气泵入系统中。6锁上转盘止动器，小心地合上转盘离合器，使链条产生拉力，在一个较大的拉力下，指示表读数应在700800的范围内。如果读数偏低，应再泵更多的油进入系统，然后再拉链条进行试验；如果读数偏高，可通过液压管线上的自封接头处放掉一些油，再拉链条进行试验，如此反复调试，直到指示仪读数到达以上要求为止。注意: 如果反复调试均达不到以上要求，应重新检查传感器的安装定位尺寸和链条的松紧程度，通常可以用在传感器底座上加减垫片的方法来校正。调试完毕，从充油阀上卸下注油泵，戴上充油阀护帽。4转盘扭矩系统的使用:在一般的钻井作业中，本测量系统的最大用处是监测钻头扭矩的变化，及时向司钻提示钻头的磨损和地层的变化等井下情况，从而防止事故发生。当下钻完毕，在不对钻头施加钻压的情况下，以正常钻井的转速转动钻杆，转盘扭矩指示仪指针会偏转到某一位置，司钻应记下刻度盘读数，然后施加钻压进行钻进，这时指示仪上的指示值与先前所记读数之差就是钻头上的扭矩，指针在这附近摆动就说明钻进扭矩正常。在此处必须特别说明，本测量系统指示仪读数是转盘扭矩的当量值，其刻度值并不直接以Nm为单位。如要读出真实扭矩值的大小，必须借助其它测量仪器，如吊钳扭矩仪对本测量系统指示仪进行标定。但这种标定在一般的钻井工程中，特别是打生产井中意义不大。5转盘扭矩系统易损件的更换及日常维护:1易损件的更换及传感器的日常维护:转盘扭矩传感器是安装在链条箱内的，因此可以从链条润滑系统中得到充分的润滑，但要经常检查传感器和链条是否对齐，特别是转盘因种种原因发生了位移后。如果惰轮轮缘磨损严重，凸缘外表剥落而失圆，就需要更换惰轮。更换步骤如下：卸下转盘扭矩传感器摇臂上惰轮主轴端盖螺钉每边各四颗和主轴固定螺钉每边各一颗；从摇臂上卸下主轴端盖，使惰轮从摇臂上落下来； 向传感器油缸内泵油，使摇臂抬高，惰轮便可从摇臂框架中取出来；在新惰轮上装上轴承、主轴和端盖，并在轴承室内注满钙基润滑脂；将新惰轮放到传感器摇臂之下，降低摇臂或抬高惰轮，重新装上惰轮主轴端盖，拧紧端盖螺钉；检查惰轮与链条是否对齐，必要时按传感器的安装步骤所述方法进行调整，最后拧紧主轴螺钉；按本节所述步骤重新对传感器进行调校。2指示仪的日常维护:指示仪不需要特别的维护保养，仅需保持外表的清洁，以利观察。3液压管线的检查维护:用肉眼经常检查管线接头是否渗漏，对漏油的接头如果通过拧紧仍无效果，就应更换液压软管和接头。6总线模拟模块盒的安装可参见指重测量系统的相应局部。 3.立管压力测量系统1系统组成与工作原理立管压力测量系统由立管压力传感器、立管压力变送器、总线模拟模块盒、连接管线和电缆等组成。立管内的泥浆压力通过传感器中的胶杯作用在液压油上，油压传递到立管压力变送器上，压力变送器输出的电流信号在总线模拟模块盒内处理，再通过总线电缆送入前台钻显单元和后台队长办公室单元。2安装、调试与使用1传感器的安装: 立管压力传感器的结构见图4.1。立管压力传感器应安装在立管上离钻台平面约2米高，而且安装、拆卸都较为方便的地方，其方向应竖直向上。在传感器与立管之间应安装一个高压角式截止阀。为方便现场安装，我厂成套仪表均配备有高压角式截止阀和焊接短节，安装示意见图4.2。图4.1 立管压力传感器 图4.2 立管压力传感器安装具体安装步骤: 放空立管内的钻井液，在确认无压力之后，在立管上选定安装传感器的地方用气割枪割一个直径50毫米的圆孔； 正对圆孔水平地将焊接短节焊在立管上，必须保证焊缝的密封和牢固； 在高压角式截止阀的两圆锥螺纹上缠绕上聚四氟乙烯薄膜，将高压角式截止阀水平地拧紧在焊接短节上，要求阀中部的圆锥螺纹垂直向上； 卸下传感器上的螺套，用管钳将其牢固安装在角式截止阀中部的圆锥螺纹上； 检查传感器内液压油是否适宜。当传感器与显示表台连通后，通过传感器缸体底部的孔洞观察胶杯。液压油适宜时，胶杯是瘪的，侧壁刚好互相接触。如果胶杯是圆的，那么表示液压油缺乏，应充油后再安装； 传感器翼形螺母螺纹涂上铅油后，将缸体和翼形螺母安装在螺套上，用锤子敲紧翼形螺母，注意不要敲击缸体及其上的部件。传感器安装完毕后，按系统图连好液压软管线。注意软管线的走向，防止弯得过急或绷得太紧，也不要被其它物体挤压或切割。管线连好后，应用尼龙扎带在各处将其与井架或桁架固定。2)调试:系统充油:当系统无油或缺油时，应对系统充油，具体操作步骤如下:传感器移至显示表台附近，并将传感器的液压管线与显示表台连接。传感器缸体底部向上，将注油泵与充油阀连接(暂不拧紧联结螺母)，将液压油倒入注油泵油杯，缓慢地推动注油柱塞，直到注油泵与充油阀连接处无气泡冒出时，立即将联结螺母拧紧。显示表油路排空气时，应先找到显示表台内导流板上与立管压力管线相对应的堵头，并将堵头松开，往复推动注油泵柱塞，直到堵头处无气泡冒出时拧紧堵头。注意：在充油的全过程中，注油泵油杯内的油平面高度应保持在一半以上，以免空气泵入系统中。继续往系统泵油，直到传感器胶杯压瘪，侧壁刚好相互接触立即停止泵油。 注意：绝对不要向系统过多充油以免损坏胶杯。卸下注油泵，戴上充油阀护帽。将传感器缸体安装到螺套上，重新联接和固定液压软管。显示表调节:显示表出厂时，已经调节准确。只有在显示表经长期使用后，才需要进行调校。现场一般采用与高一级精度的仪表比对的方式进行。方法如下：当系统处于工作状态时，调节显示表后面的调节螺杆，使显示表的指针读数与泥浆泵处的压力表的读书相同即可。如果调节显示表后面的螺杆时，指针不动，那么说明显示表可能已损坏，应更换新的显示表，并按上面的调节方法进行调整。如显示表仍不能正常工作，那么说明整个系统处于异常状态，应请专业维修人员进行维修和调整。3总线模入模块盒的安装可参见指重测量系统的相应局部。4仪器的维护与保养仪器在钻机搬迁时，应关闭泥浆泵，将传感器卸下，清洗胶杯内的泥浆。经常检查管线是否漏油。传感器胶杯是易损件。更换时，应先关闭泥浆泵，用专用扳手从传感器中卸下压盖，取出旧胶杯，清洗缸体，然后把新胶杯装入缸体不要划伤胶杯，再装上压盖，使压盖端面与缸体端面平齐。5故障原因及排除方法故 障原 因排 除 办 法显示值过低泥浆沉淀卸下传感器上的母由壬，清洗胶杯，如发现胶杯破烂，应更换胶杯。液体缺乏给传感器补注液压油，见图2.7。无显示总线电缆断线或短路检查电缆两端插头对应插针是否连通或与其他插针短路；检查总线模块的两个CAN总线插座之间的对应插孔是否连通或与其他插孔短路。压力变送器工作电压不正常用万用表检测变送器工作电压，应在+20V+25V之间，假设超过此范围应检查传感器电缆及插座是否短路、断路，或检查模块盒内的+24V端及系统电源模块的+24V输出端在前台钻显单元箱体中。压力变送器感压膜片有明显变形，已损坏及时更换。4.深度测量系统1系统组成与工作原理深度测量系统由深度传感器、总线深度模块盒和传输线组成。滚筒式传感器主要由光电编码器组成，光电编码器安装在滚筒轴上，当滚筒转动时，光电编码器将输出两组相位差为90的电脉冲信号，由微处理器进行采集。2安装、调试与使用1安装井深传感器安装在绞车轴导气龙头一端。多数钻机导起龙头处都有一个螺纹直径为 G3/4接头，如图5.1所示。井深传感器两端的接头尺寸分别为G3/4外螺纹和G3/4内螺纹。安装时，只须将绞车轴上G3/4接头卸下，将传感器G3/4外螺纹拧入绞车轴上G3/4内螺纹，然后将G3/4接头拧入传感器上G3/4内螺纹上，传感器即告安装完毕。图 5.1 井深传感器的安装示意图2总线深度模块盒模块应选择好的安装场所，便于维护和操作，同时应尽可能靠近传感器，并尽量防止强光直接照射和雨淋。选好安装位置后，用模块上的C型钳将其固定。总线模块插座分布和插座引脚分布如图5.2、5.3所示，将光电编码器电缆接至模块的信号输入插座，CAN总线插座与前后总线电缆相连，假设此模块是最后一个节点，那么将空闲的CAN总线插座的密封盖拧紧，保证模块的密封性。深度 Ex总线深度模块 CAN总线插座 信号输入插座 CAN总线插座图5.2 总线模块插座分布示意图1：GND 地2：3：+V 滚筒式传感器电源4：PB B相信号5：PA A相信号67：悬空 2 155 4 3 7 63图5.3 信号输入插座引脚示意图 CAN总线插座引脚定义可参见指重测量系统的相应局部。3仪器的维护与保养经常检查电缆是否损坏，各接头是否松动。经常检查转动部件是否转动灵活。5.转盘转速和泵冲速测量系统1系统组成与工作原理转盘转速和泵冲速采用无接触方式测量，系统由接近式感应开关总线泵冲转速模块盒和电缆等组成。金属物体在传感器的感应面附近划过，产生脉冲信号，通过电缆送入总线泵冲转速模块盒，由后者处理、计算出当前泵冲速转盘转速，在司钻台和队长办公室显示。泵冲速测量系统的组成和工作原理与转盘转速测量系统相同。（2） 安装、调试与使用1泵冲传感器的安装8 12泵冲次传感器安装示意见图6.1。 图 6.1 泵冲次传感器安装图泵冲传感器要求安装在泵的主动轴上，具体安装在主动轴的哪一边要视不同的泥浆泵而定。轴上焊接或固定的感应凸块长宽各为30毫米，高度为40毫米。传感器配有专用安装支架，可以很方便地固定在轴的护罩上。也可在泵体的适当位置焊一块钢板，然后将传感器支架夹紧在所焊的钢板上即可。安装时应注意：传感器感应头与泵轴上所焊的凸块必须对正！安装好后，还应立即调整传感器感应头与凸块的距离，应控制在812毫米以内。当传感器感应头与凸块对正时，传感器上的指示灯应发光，可以通过这一现象来判断传感器感应头与凸块的距离是否调整好。以相同方法安装第二个泵冲次传感器。各部件安装好后，按系统连接图进行电缆的敷设和连接，要求走线符合井场标准，并在多处用尼龙扎带固定，然后即可投入使用。2转速传感器的安装转盘转速传感器应安装在转盘驱动电机和变速箱之后的转盘输入轴上，其安装方法与泵冲次传感器的安装方法相同。主要应考虑安装维修比拟方便，具体位置要根据钻机情况在现场确定。其安装方法与泵冲次传感器的安装方法相同。传感器安装好后，按系统连接图敷设和连接电缆，要求符合井场的标准，并在多处用尼龙扎带将电缆线固定，然后即可投入使用。3常见故障的处理:如果泵冲传感器在正常状态下使用，无信号输出，首先检查电缆是否短路或断路。确定电缆正常后，那么测试传感器的工作电压。如工作电压正常，可用金属物体靠近传感器的端面，检查传感器有无输出信号，用以判别传感器是否损坏。如传感器无损坏，应调整传感器与被测物体之间距离在81毫米内。总线泵冲转速模块盒的安装可参见指重测量系统的相应局部，信号输入插座引脚分布如图6.2所示，CAN总线插座引脚分布和定义与指重测量系统的相同。 1： +V +8.59.5V，传感器电源2：SIN 信号3：悬空4：GND 地2 14 3图6.2 信号输入插座引脚示意图3仪器的维护与保养1） 仪器搬迁过程中，请关掉电源后，再从传感器上卸下所有电缆并拧上护帽。2） 电缆的铺设，以不防碍井场工作人员的现场操作和不易被砸碰、损坏且架设平安、可靠为原那么。3） 经常检查感应面与感应片的距离，防止因振动过松碰坏感应面。4） 经常检查各接头是否松动，电缆线是否破裂。5） 应注意不使金属屑或带有金属屑的油污玷污感应面，以免造成磁短路而造成传感器误动作。安装点尽量防止阳光直射，以提高其可靠性。4故障原因及排除方法故 障原 因排 除 办 法无显示 电缆线未连接好连接好电缆线，接通电源。总线电缆断线或短路检查电缆两端插头对应插针是否连通或与其他插针短路；检查总线模块的CAN两个总线插座之间的对应插孔是否连通或与其他插孔短路。传感器工作电压不正常用万用表检测传感器工作电压，应在+8.5V +9.5V之间，假设超过此范围应检查传感器电缆及插座是否短路、断路，或检查模块盒内的+V端及系统电源模块的+24V输出端在前台钻显单元箱体中。感应面与感应片的距离不适宜调整传感器与感应片之间的距离在10mm以内。传感器损坏及时更换。6.泥浆回流测量系统1钻井液出口流量传感器的安装：泥浆出口排量传感器是一种靶式流量传感器。主要由靶叶片、传动机构、旋转电位器、平衡锤、调零机构等组成。构成见图7.1。280图7.1 钻井液出口流量传感器钻井液出口流量传感器在各型钻机上的安装根本相同，安装位置均在泥浆出口回流管上，但必须距钻井液出口处2米以上且便于安装的地方，安装步骤如下:1在选好的钻井液出口管的正上方用气割枪切割传感器底座安装孔，切割尺寸见图11；2将传感器底座放在切口处对齐，然后用电焊焊接平整，不得渗漏水；3根据钻井液出口管的大小调整叶片的适宜位置，使传感器装好后，叶片距管底的距离约为2050毫米；4根据管内泥浆回流量的大小，调整平衡锤在滑杆上的位置。流量较大时，平衡锤向外调整。流量较小时，平衡锤向内调整。总之，要使叶片在正常回流量时，有一个适宜的摆角，以确保流量变化时，叶片前后有一个适当的摆动空间，以便及时反响回流量的变240化。图2.16 钻井液出口回流管切割孔尺寸5转动靶叶片，检查传感器各传动部件是否灵活，如发现有卡阻现象，应及时排除；6在底座上垫上胶垫后，将传感器用螺栓固定在底座上，并按系统连接图将电缆与总线模拟节点的与对应插座相连。电缆的敷设应符合井场标准，中间各处用尼龙扎带固定。2总线模拟模块盒安装可参见指重测量系统的相应局部。3常见故障及排除:如果流量传感器在正常使用中，无信号输出，应检查电缆有无断线或短路。检查流量传感器的故障，可将传感器从泥浆槽中取出，用万用表的电阻档测量密封插头的、脚应有470的阻值，1、2脚或，脚的阻值在470随挡板角度的改变有相应的变化。如果不正常，可用相同规格的变阻器掉换原用的变阻器；如挡板有卡滞现象，不改变角度，应拆开上部不锈钢钢罩，检查内部机械部件，排除机械传动局部的故障后，在活动的机械部位加注润滑油。7.泥浆罐体积测量系统泥浆罐体积测量系统均采用无接触测量方式。系统由超声波液面探测器总线模拟模块盒和传输电缆线等组成。随着泥浆罐内泥浆液面的变化，由超声波液面探测器发出的脉冲声波，经液体外表反射折回，反射回波被同一探测器接收，探测器可将脉冲发送和接收的时间差转换成电信号，通过微处理器处理后显示并输出电流信号，该信号在总线模拟模块盒内处理，再通过总线电缆送入前台钻显单元和后台队长办公室单元。（1） 安装、调试与使用1泥浆罐体积传感器的安装泥浆池体积传感器是一个超声波传感器。选一个泥浆液面较平稳的位置，在泥浆罐顶面割一200mm的圆孔，再固定传感器安装架，安装法兰盘后，装上超声波传感器,见图2.17。图2.17 泥浆罐体积传感器安装示意图2） 总线模拟模块盒安装可参见指重测量系统的相应局部。3） 仪器的维护与保养仪器搬迁过程中，请关掉电源后，再从节点盒上卸下各传感器电缆插头，拧上护帽，将电缆盘绕在传感器上，然后从安装架上卸下整个传感器，放到可靠位置；经常检查各接头是否松动，电缆线是否破裂。泥浆粘附于传感器的端面时，应及时清洗，保证传感器可靠地运行。4故障原因及排除方法故 障原 因排 除 办 法无显示总线电缆断线或短路检查电缆两端插头对应插针是否连通或与其他插针短路；检查总线模块的两个CAN总线插座之间的对应插孔是否连通或与其他插孔短路。超声波传感器工作电压不正常用万用表检测传感器工作电压，应在+20V+25V之间，假设超过此范围应检查传感器电缆及插座是否短路、断路，或检查模块盒内的+24V端及系统电源模块的+24V输出端在前台钻显单元箱体中。传感器损坏及时更换。8.泥浆密度测量系统1系统组成与工作原理密度测量系统主要采用电容式/压力、差压原理监测钻井过程中，出口泥浆和入口泥浆密度。它主要由密度传感器、总线模拟模块盒和电缆线等组成。工作原理：介质产生的压力通过隔离膜片和硅油传递给位于室中心的测量膜片，测量膜片是一个张紧的弹性元件，它随两边的压力差而产生相对位移。测量膜片的位移与压力差成正比，最大位移为0.1mm，由它两侧的电容极板检测，再由电子线路把测量膜片和电容极板之间的差动电容转换为二线制420mA的DC输出信号，该信号由取样电阻转换成电压信号，供A/D转换和CPU进行采集、处理、传输给总线。理论公式如下：p=ghp单位：Pa、g重力加速度：9.8m/s2、h单位：m、为密度原理框图2.18所示：(A/D + CPU)节 点 盒密度传 感 器 +24VCANH 420mACANL图2.18 密度检测系统原理框图 总 线2安装、调试与使用1密度传感器密度传感器应安装在泥浆出、入口处的泥浆罐内，传感器总长约2米，两个测量膜片之间距离为0.6米，安装时，应保证传感器的垂直性，防止两个测量膜片触碰其它坚硬物体而导致传感器损坏。通电预热2小时后，传感器输出根本稳定。2） 总线模拟模块盒的安装可参见指重测量系统的相应局部。3） 仪器的维护与保养安装时请注意不要碰坏传感器的测量膜片。在联机测试和使用时，请检查传感器和节点盒的接线是否正确，以免损坏仪器。经常检查各接头是否松动，电缆线是否破裂。传感器从泥浆罐中取出时，应及时清洗，以免泥浆在测量膜片上结垢而影响测量膜片的灵敏度。清洗测量膜片时应小心，以免损坏膜片。4故障原因及排除方法故障现象原 因排 除 办 法显示值过高导压管堵塞或压力容器室有杂质去除导压管或压力容器室的杂质传感器电路故障更换电路板或返回厂家维修总线模块电源故障检查总线模块信号输入插座的电源引脚，正常电压在+20+25V之间。显示值不稳定变送器接线故障检查变送器供电是否正常插座接触不良检查插座是否清洁，有无虚焊变送器电路故障更换电路板或返回厂家维修显示值过低或无显示回路接线故障检查供电是否正常，短路，极性正确否导压管或压力容器室有泄露拧紧导压管或压力容器室各接头，保证密封可靠。电气连接故障清洗插座，检查接插件。变送器电路故障更换电路板或返回厂家维修9.全烃含量和H2S含量检测系统1系统组成与工作原理全烃含量检测系统主要用于监测钻井过程中，钻井液返回地面时，夹杂的可燃性气体向空气中扩散时浓度的变化，及时显示、报警，预防事故的发生。它主要由可燃气体检测探头、总线模拟模块盒和电缆线等组成。可燃气体检测探头由两种元件组成：一种为检测元件；另一种为补偿元件。两种元件都具有电热效应，分别构成电桥的两个桥臂，当气体接触到传感器时，检测元件开始催化燃烧，补偿元件保持不变，因而电桥的桥臂电阻发生变化，产生一个失衡电压，该电压的大小与可燃性气体的浓度成正比，经电路的预处理变成420mA的电流输出，该电流信号送到全烃含量变送器节点进行A/D转换，采集处理，最后通过CAN总线送入前台计算机控制单元处理、显示、数据保存。原理框图2.19所示：(A/D + CPU)节 点 盒气 体检 测 探 头 +24VCANH 420mA CANL图2.19 全烃气体检测系统原理框图 总 线气体传感器在通电预热2小时后，探头输出根本稳定。H2S含量检测系统组成与全烃含量检测系统组成类似，也是由气体检测探头、总线模入模块盒和传输线组成。区别在于气体检测探头不同。H2S气体检测采用电化学气体传感器，它由膜电极和电解液灌封而成，在一个塑料制成的筒状池体内，安装工作电极、测量电极和参考电极，在电极之间充满电解液，由多孔聚四氟乙烯做成的隔膜，在顶部封装。气体浓度信号将电解液分解成阴阳带电离子，导致电极的平衡电位发生变化，变化值与气体浓度成正比，通过电极将信号输出，前置放大器与传感器电极连接，输出420mA的电流信号，气体检测探头与节点之间采用两线制连接，传输距离可达1000米。其它与全烃气体检测方法相同。由于传感器需要极化时间，因此在传感器通电8小时后，探头输出根本稳定。2安装、调试与使用H2S含量检测系统安装与全烃含量检测系统相同，下面以全烃含量检测系统安装为例进行说明：1气体检测探头全烃气体检测器应安装在泥浆出口管处附近1米范围内，以保证探头反响的灵敏性。待安装位置选定后，将气体检测器固定，应保证探头防护罩的圆柱面垂直指向地面。通电预热2小时后，传感器的输出根本稳定。2） 总线模拟模块盒安装可参见指重测量系统的相应局部。3） 维护与保养安装时请注意不要碰坏气体检测探头。在联机测试和使用前，请检查探头和节点盒的接线是否正确，以免损坏仪器。经常检查各接头是否松动，电缆线是否破裂。探头的防护罩和防尘网要定期进行清洗请使用压缩空气吹扫，否那么，会造成防护孔堵塞而使探头的灵敏度下降。4故障原因及排除方法故障现象原 因排 除 办 法液晶无显示接线错误重新接线电路故障返回厂家维修或更换显示值不稳定传感器接线故障检查传感器供电是否正常插座接触不良检查插座是否清洁，有无虚焊传感器电路故障更换电路板或返回厂家维修故障报警标定错误重新标定零点过低重新调零传感器失效返回厂家维修或更换10.总线盒1主要组成根据处理信号的不同，共有A、B、C三类模块，因此相应有三种总线盒也称之为节点盒，A类总线盒主要处理4-20mA电流信号，如悬重、立管压力等，也称为CAN模拟模块盒；B类总线盒处理脉冲信号，如转盘转速、泵冲速等，也称为CAN泵冲模块盒；C类总线盒用于脉冲判向和脉冲计数，如游车位置、井深等，也称为CAN深度模块盒。A、B、C类总线盒均由一块电路板、两个总线插座，一个信号输入插座和总线盒等组成。2各局部说明1） 电路板XS1为电路板上的信号输入插座，总线盒上的信号输入插座与其相连。XS2为电路板上的总线输入/输出插座，与总线盒上的一个总线插座相连。2总线节点地址选择开关。总线模入模块盒中，8位拨码开关D2的1-7位用来选择节点地址，可定义27=128个地址，具体定义如下：D2.7D2.6D2.5D2.4D2.3D2.2D2.100H000000001H000000102H000001003H000001104H000010005H000010106H000011007H000011108H000100009H00010010AH00010100BH00010110CH00011000DH00011010EH00011100FH000111110H0010000依次类推，可定义的地址范围为00H-7FH，共128个地址。总线泵冲和总线深度模块盒中8位拨码开关SA1的1-5位用来选择节点地址，可定义25=32个地址，具体定义如下：SA1.5SA1.4SA1.3SA1.2SA1.100H0000001H0000102H0001003H0001104H0010005H0010106H0011007H0011108H0100009H010010AH010100BH010110CH011000DH011010EH011100FH0111110H10000依次类推，可定义的地址范围为00H-1FH，共32个地址。以上三种总线模块盒拨码开关的0、1定义是相同的，定义如下：拨码开关键的位置数值定义ON0OFF13指示灯电路板上共有3个指示灯，分别为电源指示灯、总线发送指示灯、总线接收指示灯，具体说明见下表：名 称说 明HL1灯亮表示CPU电源正常HL2灯亮表示正在发送HL3灯亮表示正在接收由于总线的发送器在频繁发送的同时也通过频繁接收来监视总线的状态，所以在发送时发送指示灯和接收指示灯都会闪烁，在接收时只有接收指示灯闪烁。电路板的CPU电源是外接电源经DC/DC模块转换得到的，假设电源指示灯灭，可能的故障是DC/DC模块损坏，需要更换。4插座两个总线插座-XS1和-XS2分别与上一总线盒和下一总线盒的总线插座相连，假设该节点是系统中的最后一个节点，那么应将总线输出插座的密封盖拧紧，保证总线盒的密封性。信号输入插座XS3与变送器信号输出插座相连。3仪器的维护与保养仪器搬迁过程中，请卸下总线盒壳体上的电缆，擦拭干净，并和相应的传感器单元放在一起。4考前须知1） 请按总线盒上的标识连接信号输入电缆和总线电缆！；2） 请勿擅自翻开、拆卸总线盒，发生故障时可先检查各插座是否松动或断线，假设不是以上原因，那么应请专业人员检查维修，以免扩大故障；3） 总线盒中的拨码开关位置在出厂前已设置好，请勿随意拨动，否那么将导致总线故障，使仪器无法正常工作；4） 如用户需要总线盒内的电路板或总线盒，请告知该总线模块测试的参数，以免总线盒类型不对或地址设置有误影响整个系统！5） 请勿带电拆卸总线盒，在防爆场合应切断电源再插拔插头连线。参数节点地址分配表参数节点地址地址设置87654321悬重03HONONONONONONOFFOFF立管压力04HONONONONONOFFONON转盘扭矩06HONONONONONOFFOFFON游车高度07HONONONONONOFFOFFOFF转盘转速08HONONONONOFFONONON1#泵冲速09HONONONONOFFONONOFF2#泵冲速0AHONONONONOFFONOFFON3#泵冲速0BHONONONONOFFONOFFOFF泥浆回流0CHONONONONOFFOFFONONH2S含量0DHONONONONOFFOFFONOFF全烃含量0EHONONONONOFFOFFOFFON1#泥浆罐0FHONONONONOFFOFFOFFOFF2#泥浆罐10HONONONOFFONONONON3#泥浆罐11HONONONOFFONONONOFF4#泥浆罐12HONONONOFFONONOFFON5#泥浆罐13HONONONOFFONONOFFOFF6#泥浆罐14HONONONOFFONOFFONON7#泥浆罐15HONONONOFFONOFFONOFF8#泥浆罐16HONONONOFFONOFFOFFON入口泥浆温度17HONONONOFFONOFFOFFOFF入口泥浆密度18HONONONOFFOFFONONON出口泥浆温度19HONONONOFFOFFONONOFF出口泥浆密度1AHONONONOFFOFFONOFFON大钳扭矩1BHONONONOFFOFFONOFFOFF套管压力1CHONONONOFFOFFOFFONON入口泥浆电导1DHONONONOFFOFFOFFONOFF出口泥浆电导1EHONONONOFFOFFOFFOFFON11.前台钻显单元1主要组成前台钻显单元由PC104嵌入板、PC104采集卡、15.1英寸TFT液晶屏、红外触摸屏、开关电源、箱体等组成，可放置在钻台上或司钻房内。该单元可向各变送器或传感器节点发送各种控制命令，接收各节点采集的数据，经数据处理后在液晶屏上显示各参数，并将数据通过CAN总线传送到位于队长办公室的后台计算机。该单元也可对各种信号进行刻度，并设置报警参数。2单元连线本单元连线可按照如下步骤进行：1） 将电源箱电源电缆与井场电源220VAC，来自队长办公室的稳压电源输出连接；2） 触摸屏箱体下方的8芯插座与电源箱的同类型8芯插头相连接(+24DCV)，电缆另一端的7芯插头与电源箱的7芯插座连接；3） 触摸屏箱体下方的4芯插座(总线电缆插头)与带同类型4芯插头电缆相连接, 电缆另一端插总线模块盒的总线CAN插座；3考前须知1） 经常检查各插头插座是否松动，电缆线是否破裂；2） 假设有水、油、泥浆等杂质粘附在触摸屏上，请及时檫掉，以保证仪器正常工作；3） 仪器搬迁过程中，请先关掉电源，将系统的总线插座、电源插座和接线盒上的电缆拔掉，各插座拧上护帽，并将电缆擦拭干净后放到可靠位置。4） 请勿带电拆卸仪器，在防爆场合应切断电源再插拔插头连线。12.后台队长办公室单元1主要组成后台队长办公室单元包括工业控制计算机、PCI总线卡、打印机和电缆等部件。该单元放置在队长办公室，通过电缆接收各种测试参数的信号，并进行显示、记录、查询和曲线打印。2单元连线1） 将计算机各个单元包括显示器、键盘、鼠标连接上；2） 将打印机连接到计算机打印口；3） 假设采用总线接口卡已内置于机箱内，可将总线电缆的DB9插头接到机箱的总线接口卡9芯插座上；最后将计算机、显示器、打印机等的电源线插在接线板上。3使用操作本单元的软件操作参见软件说明书。4考前须知1） 经常检查各插头插座是否松动，电缆线是否破裂；2） 计算机移动时请轻拿轻放；3） 打印机使用时包括更换打印墨盒，请严格按照打印机使用说明书进行操作；4） 为保证计算机正常工作，请勿在计算机上安装来历不明的软件；5） 该单元的工作环境最好装有空调，以免室内温度过高或过低影响计算机和打印机的使用寿命；6） 仪器搬迁过程中，请关掉电源后，再将计算机、总线接口模块的各种电缆拔下，与电缆一起放到可靠位置。 第二节 钻井参数测量一、软件操作一系统功能说明1.数据采集现场的数据通过传感器到达数据采集模块，DPMS2000从数据采集模块中读取信号，根据一定的数学模型来计算现场的钻井参数，并判断钻井工况。由于现场实际条件的不同，需要对参数进行通道设置、刻度设定、模拟设定以及相关系统信息设定，以确保得到正确