CN104675379A - 一种用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱 - Google Patents

一种用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱 Download PDF

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王恒
解庆
吴文晋
白玉新
李广伟
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions

Abstract

本发明涉及一种用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，包括防爆箱、测控箱面板和电路板；电路板固定在防爆箱的底部，测控箱面板固定在防爆箱上，电路板与测控箱面板间通过导线连接；测控箱面板上设有CAN总线插座和串口，测控箱通过CAN总线插座或串口与地面测控计算机相连接；测控箱面板上设有外测口插座，测控箱通过外测口插座与钻井工具相连接。其能解决现有技术中所存在的上述问题，实现对钻井工具的有效测试、井场传感器数据采集、泥浆旁通阀控制等，从而满足钻井工程的实际需要。

Description

一种用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱
技术领域
本发明属于测控技术领域，涉及一种地面测控箱，尤其涉及一种用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱。
背景技术
在钻井工程中，为了快速完成钻井，同时也为了钻井安全，垂直井钻井过程通常要严格控制井斜在一定范围内，尤其是在地质环境较为复杂的地层和深井，井眼倾斜是经常发生的事情；旋转导向钻井过程需要井斜等按照指令进行变化，在地层较为复杂的情况下，井斜等极易偏离指令。目前，垂直钻井工具和旋转导向钻井工具已成为石油天然气钻井行业研究的重要课题，如何有效的保护对钻井工具进行测控成为研究工作的核心内容之一。
由于在井场钻井时，钻井工具每下一次钻和提钻需要数小时乃至十几个小时，所以钻井工具在地面必须经过严格的测试合格后才能下井工作，否则将严重影响打井的进度；同时旋转导向钻井工具在井下工作时，地面控制计算机下传指令时，需要控制泥浆脉冲阀动作，同时需要采集井场相关传感器信号；因此如何高效测试钻井工具及数据采集和泥浆旁通阀控制尤其重要。
为此，需要一种能够解决上述问题的用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，以实现对钻井工具的有效测试、井场传感器数据采集、泥浆旁通阀控制等，从而满足钻井工程的实际需要。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，解决现有技术中所存在的上述问题，实现对钻井工具的有效测试、井场传感器数据采集、泥浆旁通阀控制等，从而满足钻井工程的实际需要。
为实现上述目的，本发明提供一种用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，包括防爆箱、测控箱面板和电路板；电路板固定在防爆箱的底部，测控箱面板固定在防爆箱上，电路板与测控箱面板间通过导线连接；测控箱面板上设有CAN总线插座和串口，测控箱通过CAN总线插座或串口与地面测控计算机相连接；测控箱面板上设有外测口插座，测控箱通过外测口插座与钻井工具相连接。
在以上方案中优选的是，测控箱面板上设有数据采集插座，所述钻井工具通过数据采集电缆与数据采集插座及被采集的传感器连接。
还可以优选的是，测控箱面板上设有泥浆旁通阀控制插座，泥浆旁通阀控制插座及井场的泥浆旁通阀分别与泥浆旁通阀控制电缆相连接以实现对泥浆旁通阀的控制。
还可以优选的是，测控箱面板上设有为钻井工具供电的220V市电输入开关和旋转供电选择旋钮；供电旋转旋钮采用具有三位置的旋钮开关；220V市电输入插座设有开关及电流保护装置；在需要测控箱工作时，打开开关，为测控箱提供电源；在电流过大，超出设定的电流值时，自动切断测控箱的电源。
还可以优选的是，测控箱面板上设有分别显示为钻井工具提供电压及电流值的电压显示表和电流显示表；电流显示表和电压显示表采用数字显示表头。
还可以优选的是，测控箱面板上还设有固定孔、第一散热孔、第二散热孔、电源及通信插槽、第一风扇、第二风扇、旁通阀开关指示灯、LOGO粘贴处和短路保护装置。
还可以优选的是，测控箱面板通过螺钉和固定孔配合固定在防爆箱上。
还可以优选的是，电源及通信插槽将测控箱转换的电源输出，以备钻井工具测试及单板测试时用；同时将两路CAN总线引出；输出电源有包括72V/200W、48V/250W、15V/5W、5V/5W、-15V/5W、24V/150W；所述24V电源与其它电源地隔离，用于泥浆旁通阀的控制；同时将两路CAN总线引出，一路与电路板上的MCU(微控制单元)相连接，用于测控计算机与测控箱间通信，另一路用于与钻井工具的MCU间通信。
还可以优选的是，外测口插座采用芯带锁紧功能的连接器；数据采集插座采用芯带自锁功能的连接器；旁通阀控制插座采用芯带自锁功能的连接器；CAN总线插座采用工业带锁紧功能的USB插座；串口采用DB9串口插头。
还可以优选的是，测控箱电路板固定在测控箱的底部。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的一种用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，其能够解决现有技术中所存在的上述问题，实现对钻井工具的有效测试、井场传感器数据采集、泥浆旁通阀控制等，用户可根据具体安装接口、空间需求及环境要求等对各部分尺寸、参数进行具体设计；其结构紧凑、体积小、功率密度高、可靠性高，具有三防能力，能够实现对钻井工具的测试、井场信号采集及旁通阀控制等，可以应用于随钻钻井工具、矿山自动开采等工具的测试及控制工作，并达到很好的效果，从而满足钻井工程的实际需要。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明：
图1是本发明的用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱的一个实施例的测控箱的结构示意图；
图2是本发明的用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱的一个实施例的测控箱面板的结构示意图。
图中，1为防爆箱，2为测控箱面板，3为电路板，4为固定孔，5为第一散热孔，6为电源及通信插槽，7为220V市电输入插座，8为电流显示表，9为外测口插座，10为数据采集插座，11为第一风扇，12为旁通阀控制插座，13为旁通阀开关指示灯，14为CAN总线插座，15为串口，16为第二散热孔，17为LOGO粘贴处，18为供电选择旋钮，19为短路保护装置，20为第二风扇，21为电压显示表。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明作了详细说明。但是，显然可对本发明进行不同的变型和改型而不超出后附权利要求限定的本发明更宽的精神和范围。因此，以下实施例具有例示性的而没有限制的含义。
实施例1:
一种用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，包括防爆箱1、测控箱面板2和电路板3；电路板3固定在防爆箱1的底部，测控箱面板2固定在防爆箱1上，电路板3与测控箱面板2间通过导线连接；测控箱面板2上设有CAN总线插座14和串口15，所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱上通过CAN总线插座14或串口15与地面测控计算机相连接；测控箱面板2上设有外测口插座9，所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱上通过外测口插座9与钻井工具相连接。
实施例2：
一种用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，与实施例1相似，所不同的是，测控箱面板2上设有数据采集插座10，所述钻井工具通过数据采集电缆与数据采集插座10及被采集的传感器连接。
实施例3：
一种用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，与实施例2相似，所不同的是，测控箱面板2上设有泥浆旁通阀控制插座12，泥浆旁通阀控制插座12及井场的泥浆旁通阀分别与泥浆旁通阀控制电缆相连接以实现对泥浆旁通阀的控制。
实施例4：
一种用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，与实施例3相似，所不同的是，测控箱面板2上设有为钻井工具供电的220V市电输入开关7和旋转供电选择旋钮18；供电旋转旋钮18采用具有三位置的旋钮开关，应以选择为钻井工具提供的电压，其中中间位置为关闭为钻井工具提供的电源，向左旋拧为钻井工具提供+72V电源，向右旋拧为钻井工具提供+48V电源；220V市电输入插座7设有开关及电流保护装置；在需要所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱工作时，打开开关，为所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱提供电源；在电流过大，超出设定的电流值时，自动切断所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱的电源；测控箱面板2上设有分别显示为钻井工具提供电压及电流值的电压显示表21和电流显示表8；电流显示表8和电压显示表21采用数字显示表头，方便测试工作的开展，同时为测试钻井工具能否正常工作提供依据。
实施例5：
一种用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，与实施例4相似，所不同的是，测控箱面板2上还设有固定孔4、第一散热孔5、第二散热孔16、电源及通信插槽6、第一风扇11和第二风扇20、旁通阀开关指示灯13、LOGO粘贴处17、短路保护装置19；测控箱面板2通过螺钉和固定孔4配合固定在防爆箱1上。第一散热孔5和第二散热孔16用以将所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱工作时产生的热量排出，由于所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱工作时将220V市电转换多种钻井工具工作需要的电源，因此在工作时将产生热量，如果不及时排出，将导致所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱因过热不能工作，从而利用第一风扇11和第二风扇20向所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱内吹入自然风，然后从第一散热孔5和第二散热孔16排出，达到冷却所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱的目的。旁通阀开关指示灯13用以显示泥浆旁通阀的开关状态，当泥浆旁通阀打开时，指示灯将被点亮，反之将被熄灭。LOGO粘贴处17用以粘贴相关单位的LOGO，有效对知识产权的声明。短路保护装置19用以防止因短路等原因导致损坏钻井工具，当电流大于设定的数值时，短路保护装置将打开，自动切断为钻井工具提供的电源。
实施例6：
一种用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，与实施例5相似，所不同的是，电源及通信插槽6将所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱转换的电源输出，以备钻井工具测试及单板测试时用；同时将两路CAN总线引出，方便测试；输出电源有包括72V/200W、48V/250W、15V/5W、5V/5W、-15V/5W、24V/150W；所述24V电源与其它电源地隔离，用于泥浆旁通阀的控制；同时将两路CAN总线引出，一路与电路板3上的MCU微控制单元相连接，用于测控计算机与所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱间通信，另一路用于与钻井工具的MCU间通信。
实施例7：
一种用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，与实施例6相似，所不同的是，外测口插座9采用14芯带锁紧功能的连接器，为钻井工具测试提供72V或者48V电源、CAN总线通信、RS232通信，同时还可以在不拆卸钻井工具的情况下，升级钻井工具的MCU嵌入式程序；数据采集插座10采用12芯带自锁功能的连接器，用以采集井场相应传感器的信号，具备3路电流(4-20mA)和3路电压(0-5V)采集能力，所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱实时采集信号，上传到地面测控计算机；旁通阀控制插座12采用4芯带自锁功能的连接器，用以控制泥浆旁通阀的开关，所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱的MCU根据测控计算机的指令，实时打开和关闭泥浆旁通阀电源，达到对泥浆旁通阀的控制；CAN总线插座14采用工业带锁紧功能的USB插座，用于地面测控计算机与所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱及钻井工具间的CAN通信，防止在测试时因松动导致的通信中断；串口15采用DB9串口插头，用以用于地面测控计算机与所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱及钻井工具间的串口通信；电路板3固定在所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱的底部，用以进行电源变换、数据采集、通信及泥浆旁通阀的控制，是所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱的中枢。
由于钻井现场环境较为恶劣，在井场测试时大多在露天测试，据此要求所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱具有防水、抗摔及耐高低温的能力，因此本发明的用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱可以选用满足IP67标准的防爆箱，大小为：340x300x190mm。
本发明的用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，打开220V市电输入开关7，旋转供电选择旋钮18为钻井工具供电，选择为钻井工具提供的电压，此时电压显示表21和电流显示表8分别显示为钻井工具提供电压及电流值，打开测控计算机测控软件，即可实现对钻井工具的测试；旋转导向钻井工具在井下工作时，利用数据采集电缆分别与所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱的数据采集插座10及被采集的传感器连接，实时采集数据将被上传到地面控制计算机；利用泥浆旁通阀控制电缆分别与所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱的泥浆旁通阀控制插座12及井场的泥浆旁通阀连接，所述用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱将根据指令控制旁通阀的开关，即可实现对泥浆旁通阀的控制。

Claims (10)

1.一种用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，包括防爆箱(1)、测控箱面板(2)和电路板(3)；其特征在于：电路板(3)固定在防爆箱(1)的底部，测控箱面板(2)固定在防爆箱(1)上，电路板(3)与测控箱面板(2)间通过导线连接；测控箱面板(2)上设有CAN总线插座(14)和串口(15)，测控箱通过CAN总线插座(14)或串口(15)与地面测控计算机相连接；测控箱面板(2)上设有外测口插座(9)，测控箱通过外测口插座(9)与钻井工具相连接。
2.如权利要求1所述的用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，其特征在于：测控箱面板(2)上设有数据采集插座(10)，所述钻井工具通过数据采集电缆与数据采集插座(10)及被采集的传感器连接。
3.如权利要求2所述的用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，其特征在于：测控箱面板(2)上设有泥浆旁通阀控制插座(12)，泥浆旁通阀控制插座(12)及井场的泥浆旁通阀分别与泥浆旁通阀控制电缆相连接以实现对泥浆旁通阀的控制。
4.如权利要求3所述的用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，其特征在于：测控箱面板(2)上设有为钻井工具供电的220V市电输入开关(7)和旋转供电选择旋钮(18)；供电旋转旋钮(18)采用具有三位置的旋钮开关；220V市电输入插座(7)设有开关及电流保护装置；在需要测控箱工作时，打开开关，为测控箱提供电源；在电流过大，超出设定的电流值时，自动切断测控箱的电源。
5.如权利要求4所述的用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，其特征在于：测控箱面板(2)上设有分别显示为钻井工具提供电压及电流值的电压显示表(21)和电流显示表(8)；电流显示表(8)和电压显示表(21)采用数字显示表头。
6.如权利要求5所述的用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，其特征在于：测控箱面板(2)上还设有固定孔(4)、第一散热孔(5)、第二散热孔(16)、电源及通信插槽(6)、第一风扇(11)、第二风扇(20)、旁通阀开关指示灯(13)、LOGO粘贴处(17)和短路保护装置(19)。
7.如权利要求6所述的用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，其特征在于：测控箱面板(2)通过螺钉和固定孔(4)配合固定在防爆箱(1)上。
8.如权利要求6所述的用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，其特征在于：电源及通信插槽(6)将测控箱转换的电源输出，以备钻井工具测试及单板测试时用；同时将两路CAN总线引出；输出电源有包括72V/200W、48V/250W、15V/5W、5V/5W、-15V/5W、24V/150W；所述24V电源与其它电源地隔离，用于泥浆旁通阀的控制；同时将两路CAN总线引出，一路与电路板(3)上的MCU相连接，用于测控计算机与测控箱间通信，另一路用于与钻井工具的MCU间通信。
9.如权利要求3所述的用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，其特征在于：外测口插座(9)采用14芯带锁紧功能的连接器；数据采集插座(10)采用12芯带自锁功能的连接器；旁通阀控制插座(12)采用4芯带自锁功能的连接器；CAN总线插座(14)采用工业带锁紧功能的USB插座；串口(15)采用DB9串口插头。
10.如权利要求1-9中任一项所述的用于垂钻导向一体化工具的地面测控箱，其特征在于：测控箱电路板(3)固定在测控箱的底部。
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