專利名稱：鉆井時注入與流出液體流量差值無線傳輸監(jiān)測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于石油勘探工業(yè)電子儀表，涉及一種鉆井時注入與流出液體流量差值監(jiān)測儀，特別是一種鉆井時注入與流出液體流量差值無線傳輸監(jiān)測儀。
背景技術(shù)：
在石油勘探鉆井作業(yè)中需要不斷往鉆孔中灌注液體，以便不斷地將鉆井中的泥、沙、石等鉆落物質(zhì)沖洗帶出井外。鉆井過程中，如果發(fā)現(xiàn)從井中流出液體的流量大于注入井中液體的流量時，說明發(fā)生了井涌現(xiàn)象，也即證明有地下水進(jìn)入井中。反之，如果發(fā)現(xiàn)從井中流出液體的流量小于注入井中液體的流量時說明發(fā)生了井漏現(xiàn)象，也即證明該鉆井發(fā)生了滲漏或泄漏。
鉆井作業(yè)中的井涌或井漏現(xiàn)象是經(jīng)常會遇到的，但是必須及時加以處理，否則就有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的事故，例如井噴或井壁坍塌等。因此，在鉆井過程中，及時準(zhǔn)確地判斷鉆井是否發(fā)生了井涌或井漏現(xiàn)象是十分重要的。
目前，國內(nèi)外在石油勘探鉆井過程中，對灌注液體的液量的計量是采用對灌注液的儲存罐進(jìn)行容量監(jiān)測。此法的計量精度不高，而且不能計量鉆井中流出液體的流量，也不能在遠(yuǎn)處實時監(jiān)測井下有無井涌或井漏現(xiàn)象。
液量和流量是不同的參數(shù)，液量的單位是升，流量的單位是升/秒。對鉆井作業(yè)而言，能直接實時反映液流狀況的參數(shù)是流量，特別是注入與流出液體流量差值更是鉆井孔壁狀況的首要判斷依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
迄今為止，尚未見報道一種石油勘探鉆井時用的注入與流出液體流量差值監(jiān)測儀，特別是一種鉆井時注入與流出液體流量差值無線傳輸監(jiān)測儀。本發(fā)明的目的是提供一種這樣的監(jiān)測儀，通過在鉆井的進(jìn)液管和出液管上各安裝一套電磁流量計，計量進(jìn)出液管道中液體的瞬時流量，運用單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)比較和統(tǒng)計，不單可得出進(jìn)出液管道中液體的瞬時流量差值，實時監(jiān)測井下有無“井涌”或“井漏”現(xiàn)象存在，還可以設(shè)定時間段，統(tǒng)計該時間段內(nèi)的液通量的差值，用來評估“井涌”或“井漏”的規(guī)模。根據(jù)兩個電磁流量計的讀數(shù)，將其差值用無線傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)轿挥谶h(yuǎn)處的值班室，實現(xiàn)在遠(yuǎn)處記錄、分析、打印等。本實用新型主要克服了現(xiàn)有技術(shù)不能準(zhǔn)確計量鉆井時流出液體的流量以及不能在遠(yuǎn)處實時監(jiān)測井下有無井涌或井漏現(xiàn)象之不足。
本發(fā)明的技術(shù)方案將進(jìn)液灌注管、鉆井的井體、出液管作成一完整的連通管路，在鉆井的進(jìn)液灌注管和出液管上各設(shè)置一套電磁流量計，這兩套電磁流量計同時進(jìn)行計量，兩套電磁流量計的輸出數(shù)據(jù)設(shè)進(jìn)液電磁流量計的流量值為Mi，出液電磁流量計的流量值為Mo，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換使模擬量變成數(shù)字量后，用單片機進(jìn)行比較，二者的差值即反映當(dāng)下時刻井下有無井涌或井漏現(xiàn)象，即Mi＜Mo時差值為正值，井下出現(xiàn)井涌現(xiàn)象，Mi＞Mo時差值為負(fù)值，井下出現(xiàn)井漏現(xiàn)象，將Mi和Mo二者的差值用無線傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)轿挥谶h(yuǎn)處的值班室，實現(xiàn)在遠(yuǎn)處記錄、分析、打印等。
電磁流量計可以監(jiān)測進(jìn)液和出液管道中液體的瞬時流量，運用單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)比較和統(tǒng)計，不單可得出進(jìn)液和出液瞬時流量的差值，還可以設(shè)定時間段，統(tǒng)計該時間段內(nèi)的進(jìn)液和出液的液通量(液量)的差值，用來分析評估該鉆井的井涌或井漏的規(guī)模。
本發(fā)明的有益效果通過監(jiān)測儀的儀表面板上的數(shù)據(jù)顯示，能十分準(zhǔn)確和及時地發(fā)現(xiàn)并報告鉆井的操作人員井下有無井涌或井漏現(xiàn)象，以及井涌或井漏的規(guī)模，有利操作人員及時采取措施，避免發(fā)生井噴或井壁坍塌等事故。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型主要克服了現(xiàn)有技術(shù)不能計量鉆井時流出液體的流量以及不能在遠(yuǎn)處實時監(jiān)測井下有無井涌或井漏現(xiàn)象之不足。


圖1鉆井時注入與流出液體流量差值無線傳輸監(jiān)測儀總體結(jié)構(gòu)圖圖2數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機原理框圖圖3數(shù)據(jù)無線接收機原理框圖圖4進(jìn)液灌注管上設(shè)置的電磁流量計安裝結(jié)構(gòu)圖圖5出液管上設(shè)置的電磁流量計安裝結(jié)構(gòu)圖圖6數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機的主機盒和發(fā)射天線的總成圖圖7數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機電路圖圖8數(shù)據(jù)無線接收機電路圖具體的實施方法附圖1中，(1-1)上高壓油韌，(1-2)進(jìn)液電磁流量計，(1-3)下高壓油韌，(1-4)數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機，(1-5)數(shù)據(jù)無線接收機，(1-6)出液流量控制扳閥，(1-7)右出液導(dǎo)流管，(1-8)出液電磁流量計，(1-9)左出液導(dǎo)流管，(1-10)出液軟管，(1-11)井蓋，(1-12)中空鉆桿，(1-13)進(jìn)液灌注管，(1-14)鉆井井體，(1-15)焊接部位1，(1-16)焊接部位2，(TDi)進(jìn)液流量數(shù)據(jù)采集探測頭，(TDo)出液流量數(shù)據(jù)采集探測頭。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的如附圖1，一種鉆井時注入與流出液體流量差值無線傳輸監(jiān)測儀，按如下順序?qū)⑺型ㄒ翰考?lián)成一完整的連通管路進(jìn)液灌注管(1-13)——>上高壓油韌(1-1)——>進(jìn)液電磁流量計(1-2)——>下高壓油韌(1-3)——>中空鉆桿(1-12)——>井蓋(1-11)——>鉆井井體(1-14)——>出液軟管(1-10)——>左出液導(dǎo)流管(1-9)——>出液電磁流量計(1-8)——>右出液導(dǎo)流管(1-7)——>出液流量控制扳閥(1-6)。
其中進(jìn)液電磁流量計(1-2)和出液電磁流量計(1-8)同時進(jìn)行計量，將兩套電磁流量計的輸出數(shù)據(jù)(進(jìn)液電磁流量計的流量值為Mi，出液電磁流量計的流量值為Mo)，二者同時輸入數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機(1-4)內(nèi)，經(jīng)數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機內(nèi)的雙路A/D轉(zhuǎn)換器(圖7，2-1)作A/D轉(zhuǎn)換，使模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后將此二數(shù)字量送入單片機(圖7，2-10)進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，得出Mi和Mo的差值，然后將此數(shù)據(jù)用數(shù)據(jù)發(fā)射芯片(圖7，2-9)發(fā)射出去，就可被位于遠(yuǎn)處的數(shù)據(jù)無線接收機(1-5)所接收。
為了充分說明數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機電路的原理，需要先行說明它的原理框圖(圖2)，由圖2可見，數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機包含如下功能部件進(jìn)液電磁流量計(1-2)和出液電磁流量計(1-8)，它們的輸出數(shù)據(jù)分別是Mi和Mo；雙路A/D轉(zhuǎn)換器(2-1)的作用是將電磁流量計采集的二個模擬量(Mi和Mo)轉(zhuǎn)換成二個數(shù)字量，接下來，把二個數(shù)字量輸送到單片機(2-10)中，單片機(2-10)將二個數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到二者的差值。此差值一方面由數(shù)字顯示屏(2-8)顯示出來，一方面輸送到數(shù)據(jù)發(fā)射芯片(2-9)發(fā)射出去；此外，為便于輸入一些初始數(shù)據(jù)，電路中還設(shè)置了一個有16鍵的鍵盤(2-5)；穩(wěn)壓不間斷電源(2-7)可保證儀器在有電或停電時持續(xù)穩(wěn)定的供電；半導(dǎo)體空調(diào)器(2-6)是為了改善整機的熱穩(wěn)定性而設(shè)置的。
以下詳細(xì)具體地說明數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機電路，參閱附圖7，從數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機電路圖(圖7)可以看出進(jìn)液電磁流量計和出液電磁流量計的計量輸出數(shù)據(jù)接在圖7，2-1的A1N1和A1N2腳。圖7，2-1是一個雙路A/D轉(zhuǎn)換器，可將2路電磁流量計的模擬量轉(zhuǎn)換成2路數(shù)字量，此2數(shù)字量送入單片機(圖7，2-10)的P1.3-P1.6腳，在單片機內(nèi)將兩個數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到二者的差值，此差值一方面可由數(shù)字顯示屏(圖7，2-8)顯示出來，同時又輸送到數(shù)據(jù)發(fā)射芯片(圖7，2-9)發(fā)射出去。此外，為了便于輸入一些初始數(shù)據(jù)，電路中還設(shè)置了一個有16鍵的鍵盤(圖7，2-5)；圖7的IC6是數(shù)據(jù)鎖存器；圖7的IC7是程序存儲器；圖7的IC8是時鐘芯片，它提供年月日分秒的時間信號；圖7的IC9是接口擴展芯片，通過該芯片的PA7口觸發(fā)喇叭(S)發(fā)出聲響報警信號；同時又使發(fā)光二極管陣(圖7，LED1～LED7)發(fā)光，發(fā)出光報警信號。
聲光報警信號的觸發(fā)條件是這樣設(shè)定的鉆井時注入與流出液體流量差值監(jiān)測儀，特別是一種鉆井時注入與流出液體流量差值無線傳輸監(jiān)測儀，監(jiān)測的是注入液體流量與流出液體流量的差值，當(dāng)流出液體的流量大于注入液體流量時，差值為正值，判斷為發(fā)生井涌；當(dāng)流出液體的流量小于注入液體的流量時，差值為負(fù)值，判斷為發(fā)生井漏。但是，僅根據(jù)瞬時的井涌或井漏，往往不能確定井涌或井漏的持續(xù)性及涌漏的規(guī)模，因此有必要計量一段時間內(nèi)井涌或井漏的涌漏液量，即需要將一個時間段內(nèi)的流量瞬時值進(jìn)行累加(用數(shù)學(xué)語言表達(dá)為流量瞬時值對時間積分)，當(dāng)涌漏的液量達(dá)到某一閾值時，才能確認(rèn)涌漏現(xiàn)象屬于非逆轉(zhuǎn)的，此閾值在本發(fā)明中(根據(jù)經(jīng)驗，最好)設(shè)定為達(dá)到1分鐘涌漏的液量為60升時就觸發(fā)報警信號。
從數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機電路圖(圖7)還可以看出單片機(圖7，2-10)的P0口，IC6的D口，IC7的D口，IC8的D口，IC9的D口是通過一組公用線連在一起的，這組公用線就是數(shù)據(jù)總線。單片機(圖7，2-10)的P2口(0～7)為地址總線，它分別與圖7，IC7的A8～A12，IC8的CE，IC9的CE和IO相連，形成連續(xù)的地址總線。數(shù)據(jù)鎖存器(圖7，IC6)將來自單片機(圖7，2-10)的P0口的地址和轉(zhuǎn)換地址經(jīng)Q1～Q8諸腳送到程序儲存器(圖7，IC7)的A0～A7腳。圖7，IC9的PB口(0～3)腳與PC口(0～3)腳接4×4鍵盤(圖7，2-5)。此外，單片機(圖7，2-10)的ALE，WR，RD，PSEN，INTI諸控制總線分別與圖7的IC6，IC7，IC8，IC9的對應(yīng)管腳相連，從而形成了一個完整的單片機系統(tǒng)。
單片機(圖7，2-10)的P1.0，P1.1，P1.2為串行數(shù)據(jù)顯示用的輸出線，通過緩沖器圖7，IC10送到圖7，IC11，IC12八位LED數(shù)碼顯示驅(qū)動芯片，最后連接到圖7，2-8數(shù)碼顯示屏進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。
圖7的IC3為看門狗芯片，晶振頻率為11.0592MHz。圖7的2-9為數(shù)據(jù)發(fā)射芯片，待發(fā)射數(shù)據(jù)通過單片機(圖7，2-10)的RXD，TXD，P1.7串行口輸送過來，在數(shù)據(jù)發(fā)射芯片(圖7，2-9)中調(diào)制后，經(jīng)天線(T1)發(fā)射出去。
為了充分說明數(shù)據(jù)無線接收機電路的原理，需要先行說明它的原理框圖(圖3)。由圖3可見，數(shù)據(jù)無線接收機的結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機的結(jié)構(gòu)基本相同，只不過是沒有A/D轉(zhuǎn)換芯片，電路的核心芯片是單片機(3-6)；數(shù)據(jù)接收芯片(3-5)將接收到的信號解調(diào)后送入單片機(3-6)；數(shù)據(jù)顯示器(3-4)用來直觀顯示進(jìn)液電磁流量計和出液電磁流量計的輸出數(shù)據(jù)的差值；打印機(3-1)用來打印接收到的數(shù)據(jù)和事件發(fā)生的時刻等信息；功能模塊(3-2)用來選擇打印的方式連續(xù)打印或定時打??；模塊(3-3)是穩(wěn)壓不間斷電源，它可保證儀器在有電或停電時持續(xù)穩(wěn)定的供電。
以下詳細(xì)具體地說明數(shù)據(jù)無線接收機的電路，參閱附圖8，從數(shù)據(jù)采集無線接收機電路圖(圖8)可以看出圖8，3-5是數(shù)據(jù)接收芯片，圖8，IC2是看門狗芯片，圖8，IC3是清零復(fù)位芯片，圖8，3-6是單片機電路，圖8，IC5是數(shù)據(jù)鎖存器，圖8，IC6是程序儲存器，圖8，IC7是時鐘芯片，圖8，IC8是接口展擴芯片，圖8，IC9是門電路，圖8，IC10是緩沖器，圖8，IC11和IC12，IC13均為數(shù)碼顯示芯片；圖8，3-4是數(shù)據(jù)顯示器；圖8，K為4×4鍵盤；圖8，3-1為打印機；功能模塊(圖8，3-2)為打印方式選擇鈕。整個電路的工作原理和數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機電路是基本相同的。單片機(圖8，3-6)的P0口，和圖8中，IC5的D口，IC6的D口，IC7的D口，IC8的D口是通過一組公用線連在一起的，這組公用線就是數(shù)據(jù)總線。單片機的P2口(0～7)為地址總線，它們分別與圖8，IC6的A8～A12，IC7的CE，IC8的CE，IO相連，形成連續(xù)的地址總線。數(shù)據(jù)鎖存器(圖8，IC5)將來自單片機(圖8，3-6)的P0口(0～7)的地址和轉(zhuǎn)換地址，經(jīng)Q1～Q8諸腳送到程序儲存器(圖8，IC6)的A0～A7腳；接口展擴芯片(圖8，IC8)的PB口(0～3)與PC口(0～3)腳接4×4鍵盤(圖8，K)，此外，單片機(圖8，3-6)的ALE，WR，RD，PSEN，INTI諸控制總線分別與圖8的IC5，IC6，IC7，IC8的對應(yīng)管腳相連，從而形成了一個完整的單片機系統(tǒng)。其輸出有三路1，打印機(圖8，3-1)2，數(shù)據(jù)顯示器(圖8，3-4)3，聲光報警器發(fā)光二極管陣(圖8，LED1～LED9)和喇叭(圖8，S)。聲光報警器報警信號的觸發(fā)條件和數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機是相同的，即井涌或井漏在1分鐘內(nèi)的涌漏的液量達(dá)到60升時就觸發(fā)報警信號。通過監(jiān)測儀的儀表板上的數(shù)據(jù)顯示和聲光報警的提示，能十分準(zhǔn)確和及時地發(fā)現(xiàn)并報告鉆井的操作人員井下有無井涌或井漏現(xiàn)象，以及井涌或井漏的規(guī)模，有利操作人員及時采取措施，避免發(fā)生井噴或井壁坍塌等事故。
打印機可以連續(xù)或定時打印出接收到的數(shù)據(jù)和事件發(fā)生的時刻等信息。
下面描述一個實施例首先按附圖4，在進(jìn)液電磁流量計(1-2)的兩個端口(4-1，4-2)處用上下高壓油韌(1-1，1-3)擰上兩截短接頭(4-3，4-4)，短接頭的長度應(yīng)不小于0.5米，然后將短接頭按圖1所示的焊接部位1和焊接部位2(1-15，1-16)和進(jìn)液灌注管(1-13)焊接起來。
然后按附圖5，用6條螺桿(9-5)將出液電磁流量計(1-8)夾牢在左右出液導(dǎo)流管(1-9，1-7)中間，為防止泄漏，在壓合面上安置了2個密封圈(9-4，7-1)；在右出液導(dǎo)流管(1-7)的右端用6個螺釘(7-3)連接一個出液流量控制扳閥(1-6)，用來控制出液流量。為了連接大口徑的出液軟管(1-10)，在左出液導(dǎo)流管(1-9)的左端焊上一個相應(yīng)口徑的軟管連接頭(9-2)，為保證二者結(jié)合牢固，用鐵箍(10-1)將二者鎖緊。至此，鉆井時注入與流出液體流量差值無線傳輸監(jiān)測儀的機械部分全部安裝完畢。最后，校正這兩個電磁流量計，使二者的靈敏度一致，然后將這兩個電磁流量計的流量數(shù)據(jù)采集探測頭(TDi和TDo)的輸出線接入數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機(1-4)內(nèi)；再按附圖6，安裝數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機的主機盒(6-10)，用螺栓(6-4)將其固定在立柱(6-3)上，天線(6-1)固定在高度條節(jié)桿(6-2)的頂端；高度條節(jié)桿(6-2)插在立柱(6-3)內(nèi)，用螺栓(6-6)將其固定在粗管(6-5)中，粗管(6-5)焊接在地基板(6-7)上，最后用地腳螺釘(6-9)埋入地基(6-8)內(nèi)，地基(6-8)的位置可安排在鉆井操作員便于觀察的地方，但需保證不受鉆機震動的影響。數(shù)據(jù)無線接收機(1-5)安置在遠(yuǎn)處的值班室。數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機(1-4)和數(shù)據(jù)無線接收機(1-5)的制作可按附圖7和附圖8進(jìn)行，根據(jù)電路圖和電路說明，進(jìn)行元器件采購與焊接組裝調(diào)試；穩(wěn)壓不間斷電源，半導(dǎo)體空調(diào)器，聲光報警器，打印機等也按電路圖標(biāo)示的位置一一就位，最后按單片機應(yīng)用電路制作的常規(guī)方法，對數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機(1-4)和數(shù)據(jù)無線接收機(1-5)進(jìn)行編程仿真，調(diào)試拷貝，并進(jìn)行通電老化處理后，即可投入使用。
權(quán)利要求1.一種鉆井時注入與流出液體流量差值監(jiān)測儀，特別是一種鉆井時注入與流出液體流量差值無線傳輸監(jiān)測儀，包括進(jìn)液灌注管(1-13)，中空鉆桿(1-12)，井蓋(1-11)，鉆井井體(1-14)，出液軟管(1-10)，左出液導(dǎo)流管(1-9)，右出液導(dǎo)流管(1-7)，出液流量控制扳閥(1-6)，數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機(1-4)，數(shù)據(jù)無線接收機(1-5)，其特征是在進(jìn)液灌注管(1-13)中上高壓油韌(1-1)和下高壓油韌(1-3)之間安裝了一個進(jìn)液電磁流量計(1-2)，在左出液導(dǎo)流管(1-9)和右出液導(dǎo)流管(1-7)之間安裝了一個出液電磁流量計(1-8)；數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射機(1-4)和數(shù)據(jù)無線接收機(1-5)中各安裝了一個由發(fā)光二極管陣和喇叭構(gòu)成的聲光報警器。
專利摘要一種鉆井時注入與流出液體流量差值無線傳輸監(jiān)測儀，屬于石油勘探工業(yè)電子儀表。用于鉆井時實時監(jiān)測井下有無井涌或井漏現(xiàn)象，并可用來評估井涌或井漏的規(guī)模，有利操作人員及時采取措施，避免發(fā)生井噴或井壁坍塌等事故。技術(shù)方案的要點是通過將進(jìn)液灌注管、鉆井井體、出液管作成一完整的連通管路，在鉆井的進(jìn)液灌注管和出液管上各安裝一套電磁流量計，計量進(jìn)出液管道中液體的瞬時流量，用單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)比較和統(tǒng)計，得出注入、流出液體的瞬時流量差值，用無線傳輸系統(tǒng)將此差值傳輸?shù)轿挥谶h(yuǎn)處的接收機，實現(xiàn)在遠(yuǎn)處記錄、分析、打印等。本實用新型主要解決了現(xiàn)有技術(shù)不能在遠(yuǎn)處準(zhǔn)確計量鉆井時注入、流出液體流量差值的不足。
文檔編號E21B21/08GK2758475SQ200420072958
公開日2006年2月15日 申請日期2004年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月5日
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