CN201802388U - 海洋钻井多参数仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海洋钻井多参数仪，包括钻台监视仪、第一监控装置和第二监控装置、钻台数据采集箱、泥浆数据采集箱、硫化氢可燃气气体数据采集箱和防喷数据采集箱及安装在现场的数十个与上述数据采集箱连接的传感器，各数据采集箱之间均采用CAN总线进行数据交换；第一监控装置由一工业控制计算机和一无线接收器组成，工业控制计算机通过无线接收器接收来自于钻台监视仪的数据；第二监控装置是一台连接在局域网上的计算机系统，所述第一监控装置与所述第二监控装置之间利用局域网进行数据传输。可以实现对钻井过程中的工程参数、泥浆参数、有毒易爆炸的气体参数、井口防喷器及其控制装置的参数进行全面监控和处理，为钻井提供安全准确的数据。

Description

海洋钻井多参数仪

技术领域

本实用新型涉及一种海洋石油钻探领域的数据采集和处理设备，尤其涉及一种海洋平台修井机或钻井平台使用的钻井多参数仪。

背景技术

现有的钻井参数仪一般只对工程参数进行有效的监测。而对泥浆参数、有毒易爆炸的气体参数、井口防喷器及其控制装置没有进行监控、报警和处理。现有技术中平台上使用的参数仪基本上是采用陆地钻井多参数仪，不太适合于海洋钻井平台使用，而且大多存在这样或那样的问题，其不足之处主要表现如下：

1)故障率很高；产品的厂家众多，型号各异，不具备互换性；而且，海上环境恶劣，维修起来很不方便，给海上生产造成了一定的影响；

2)接口较少，参数不全，而且二次扩充较为困难；

3)产品技术陈旧或已停产，配件无法满足需要，由于没有备件，参数仪出现了任何问题都必须下平台送厂家维修。不但在时间上无法保证，同时加大了成本。

实用新型内容

针对上述现有技术，为了解决海洋平台修井机或钻井平台参数仪监控参数不足，不能满足实际钻修井的缺点，本实用新型提供一种适用于海洋使用的海洋钻井多参数仪，可以实现对钻井过程中的工程参数、泥浆参数、有毒易爆炸的气体参数、井口防喷器及其控制装置的参数进行全面监控和处理，为钻井提供安全准确的数据。

为了解决上述技术问题，本实用新型一种海洋钻井多参数仪予以实现的技术方案是：该海洋钻井多参数仪，包括钻台监视仪、钻台数据采集箱及设置在钻台上的多个第一传感器、泥浆数据采集箱及多个第二传感器、硫化氢可燃气气体数据采集箱及多个第三传感器、防喷数据采集箱及多个第四传感器；所述钻台监视仪由开关电源、CPU处理器、智能CAN卡、无线发射器和触摸式液晶显示器组成，所述CPU处理器包括数据接收模块、数据处理模块和数据输出模块；还包括第一监控装置、第二监控装置；所述CPU处理器与所述钻台数据采集箱、所述泥浆数据采集箱、所述硫化氢可燃气气体数据采集箱、所述防喷数据采集箱之间均采用CAN总线进行数据交换；所述第一监控装置由一工业控制计算机和一无线接收器组成，所述工业控制计算机通过所述无线接收器接收来自于所述钻台监视仪的数据；所述第二监控装置是一台连接在局域网上的计算机系统，所述第一监控装置与所述第二监控装置之间利用局域网进行数据传输。

本实用新型海洋钻井多参数仪，其中，所述钻台数据采集箱由多块CAN节点数据采集卡组成，多个第一传感器采集钻井工程数据，所述每个第一传感器对应一个CAN节点数据采集卡，多个第一传感器至少采集如下信号：悬重钻压、泵冲、转盘转速、转盘扭矩、吊钳扭矩、立管压力、套管压力和绞车传感器。所述泥浆数据采集箱由多块CAN节点数据采集卡组成，多个第二传感器采集泥浆数据，所述每个第二传感器对应一个CAN节点数据采集卡，多个第二传感器至少采集如下信号：第一泵冲、第二泵冲、1#泥浆池、2#泥浆池、3#泥浆池、4#泥浆池及出口流量。所述硫化氢可燃气气体数据采集箱由多块CAN节点数据采集卡组成，多个第三传感器采集硫化氢和可燃气气体数据，所述每个第三传感器对应一个CAN节点数据采集卡，多个第三传感器至少采集如下信号：1#硫化氢、2#硫化氢、1#可燃气、2#可燃气、3#可燃气和4#可燃气。所述防喷数据采集箱由多块CAN节点数据采集卡组成，多个第四传感器采集防喷数据，所述每个第四传感器对应一个CAN节点数据采集卡，多个第四传感器至少采集如下信号：储能压力、环形压力、双闸板压力、管汇压力、气源压力和液控压力。所述钻台监视仪设置有传感器检测模块。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型海洋钻井多参数仪采用以PC/104嵌入式CPU处理器为核心的CAN总线数据交换及处理，具有数据采集、存储、远程传输的功能，适用于各种类型的海洋钻机和修井机；

2)通过安装在现场的数十个传感器，使钻台监控仪可测量48个参数，并可设置相关参数报警门限、实现声光报警；

3)参数仪的人机对话界面具有良好的人性化设计，司钻等人员可根据工作需要和经验自主选择不同的显示屏，即可以选择钻井屏、修井屏、泥浆屏、气体监测屏、防喷控制屏等界面，帮助司钻掌握钻机钻井工作状态、修井的工作状态、泥浆泵工作状态、防喷器工作状态和硫化氢可燃气的浓度情况；

4)所述钻台监视仪设置有传感器检测模块，参数仪可以自动判别各传感器及各节点的运行状态；

5)本实用新型海洋钻井多参数仪中的钻台监视仪、第一监控装置和第二监控装置之间的数据传输采用网络技术和无线传输技术，从而可以实现远程查看和远程监控的目的。

附图说明

图1是本实用新型海洋钻井多参数仪结构框图；

图2是图1中所示钻台监视仪与各数据采集箱和传感器的接线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细地描述。

如图1所示，本实用新型海洋钻井多参数仪的结构是，包括钻台监视仪、钻台数据采集箱及设置在钻台上的多个第一传感器、泥浆数据采集箱及多个第二传感器、硫化氢可燃气气体数据采集箱及多个第三传感器、防喷数据采集箱及多个第四传感器。所述钻台监视仪由开关电源、CPU处理器、智能CAN卡、无线发射器和触摸式液晶显示器组成，所述CPU处理器包括数据接收模块、数据处理模块和数据输出模块。所述钻台监视仪设置有传感器检测模块；所述CPU处理器与所述钻台数据采集箱、所述泥浆数据采集箱、所述硫化氢可燃气气体数据采集箱、所述防喷数据采集箱之间均采用CAN总线进行数据交换；本实用新型还包括第一监控装置、第二监控装置；所述第一监控装置由一工业控制计算机和一无线接收器组成，所述工业控制计算机通过所述无线接收器接收来自于所述钻台监视仪的数据；所述第二监控装置是一台连接在局域网上的计算机系统，所述第一监控装置与所述第二监控装置之间利用局域网进行数据传输。

上述各数据采集箱和各传感器均安装在钻修井现场，所述第一监控装置一般是安装在平台的安全区，作为队长办公室监控系统，第二监控装置一般是安装在陆地指挥中心作为远程监控系统。

本实用新型海洋钻井多参数仪，其中：所述钻台监视仪可以是一台能进行数据采集、显示、报警和通讯的PC104嵌入式计算机系统。采用CAN总线方式与数据采集器和现场传感器进行数据交换。计算、显示、报警并与第一监控装置(即：队长办公室监控系统)进行无线数据通讯，实现数据实时监控。所有板卡设备均安装在一个防爆箱内。采用超声波触摸方式实现人机对话，可安装在钻台司钻台附近或司钻操作房内。

如图2所示，本实用新型中的钻台数据采集箱的主要功能是采集钻台上的传感器信号并通过总线与钻台监视仪进行数据交换的。所述钻台数据采集箱由八块CAN节点数据采集卡组成，八个第一传感器采集钻井工程数据，所述每个第一传感器对应一个CAN节点数据采集卡，根据现场第一传感器信号的不同，将CAN总线节点分为A、B、C、D、E五类节点。多个第一传感器至少采集如下信号：悬重钻压、泵冲、转盘转速、转盘扭矩、吊钳扭矩、立管压力、套管压力和绞车传感器。

所述泥浆数据采集箱的主要功能是采集与泥浆有关数据的传感器信号并通过总线与钻台监视仪进行数据交换的。所述泥浆数据采集箱由七块CAN节点数据采集卡组成，七个第二传感器采集泥浆数据，所述每个第二传感器对应一个CAN节点数据采集卡，根据现场第二传感器信号的不同，将CAN总线节点分为A、B、C、D、E五类节点。多个第二传感器至少采集如下信号：第一泵冲、第二泵冲、1#泥浆池、2#泥浆池、3#泥浆池、4#泥浆池及出口流量。

所述硫化氢可燃气气体数据采集箱的主要功能是采集与气体(硫化氢可燃气)有关数据的传感器信号并通过总线与钻台监视仪进行数据交换的。硫化氢可燃气气体数据采集箱内由六块CAN节点数据采集卡组成，六个第三传感器采集硫化氢和可燃气气体数据，所述每个第三传感器对应一个CAN节点数据采集卡，根据现场第三传感器信号的不同，将CAN总线节点分为A、B、C、D、E五类节点。采集的传感器信号有：1#硫化氢、2#硫化氢、1#可燃气、2#可燃气、3#可燃气、4#可燃气。

所述防喷数据采集箱的主要功能是采集与防喷器有关的传感器信号并通过总线与钻台监视仪进行数据交换的。所述防喷数据采集箱内由六块CAN节点数据采集卡组成，六个第四传感器采集防喷数据，所述每个第四传感器对应一个CAN节点数据采集卡，根据现场第四传感器信号的不同，将CAN总线节点分为A、B、C、D、E五类节点。采集的传感器信号有：储能压力、环形压力、双闸板压力、管汇压力、气源压力、液控压力。

所述第一监控装置是一台接收数据和发布网站数据的工业控制计算机。通过无线接收器接收来自钻台监视仪的数据。并在局域网内进行网站发布。远程监控系统通过该机的IP地址来访问网站数据。所述第一监控装置的一个优选配置采用研祥15便携式工控机、RS485转RS232模块、UPS电源和无线接收器。以中文Windows XP/Windows Server 2003，为操作系统；其运行环境为IIS，.Net Framework 2.0或后续版本；显示界面具有钻井屏、修井屏、泥浆屏、气体监测屏、防喷控制屏、等多种钻机状态监控画面；所有参数实时声光报警，可任意设置报警门限；能实现井场数据实时远程传输。

所述第二监控装置(即：远程监控系统)是一台一个连接在局域网上的陆地远程计算机。通过局域网接收来自钻台监视仪的数据。并在局域网上浏览掌握钻井现场的实时数据。远程监控系统通过访问队长办公室监控系统的IP地址来访问网站数据。用于远程监控和数掘采集、更大容量数据的存储、打印、回放及资料处理，与钻台监视仪双机备份实时数据。其中远程计算机为商业计算机，并采用普通液晶显示器，以windows XP为操作系统。同样，显示界面也包括钻井屏、修井屏、泥浆屏、气体监测屏、防喷控制屏等多种钻机状态监控画面；所有参数实时声光报警，可任意设置报警门限，通过网络技术实现井场数据实时远程传输。

通过软件设计钻台监视仪显示输出界面包括：钻井屏、修井屏、泥浆屏、气体监测屏、防喷控制屏。

钻井屏一共十八个参数，包括：钻压、转盘转速、泵冲速1、泵冲速2、累积泵冲、大钩高度、转盘扭矩、吊钳扭矩、立管压力、套管压力、入口流量、出口流量、泥浆池总体积、泥浆池体积差、井深、钻时、钢丝绳千牛米。通过这些参数，司钻就能了解在钻井或修井过程中所需要的参数。

修井屏有七个参数，包括：悬重、钻压、吊钳扭矩、转盘扭矩、转盘转速、泵冲速1、立管压力。司钻通过这些参数能了解在修井过程中设备的工作状况。

泥浆屏一共二十一个参数，包括：1#泥浆池体积、2#泥浆池体积、3#泥浆池体积、4#泥浆池体积、5#泥浆池体积、6#泥浆池体积、补偿池体积、泥浆池总体积、泥浆池体积差、泵冲1、泵冲2、泵冲速总和、累积泵冲、入口流量、出口流量、入口密度、出口密度、入口电导、出口电导、入口温度、出口温度。通过这些参数，司钻就能了解在钻井或修井过程中所需要的泥浆参数。

气体监测屏一共九个参数，包括：1#可燃气探头、2#可燃气探头、3#可燃气探头、4#可燃气探头、5#可燃气探头、6#可燃气探头、1#硫化氢探头、2#硫化氢探头、3#硫化氢探头。通过这些参数，司钻就能了解在钻井或修井过程中的井筒中的硫化氢、可燃气的情况。

防喷控制屏一共六个参数，包括：储能压力、环形压力、双闸板压力、管汇压力、气源压力、液控压力。通过这些参数，司钻就能了解在钻井或修井过程中的放喷控制器系统的工作情况。

本实用新型海洋钻井多参数仪的技术指标如下：

1)电源条件：电源输入电压：220VAC±20％，频率：50Hz±20％

2)环境指标：室外环境温度：-20～+70℃，室外相对湿度：＜90％

3)防爆条件：海洋钻台监视仪采用隔爆型防爆，配套的各类传感器均满足相应的防爆要求。防护等级IP65，防爆等级ExdIICT6.

4)主要测量参数技术指标如下：

参数	测量范围	准确度	标定值
				悬重钻压	0～500×10kN	±1％F·S	0～6MPa
转盘扭矩(惰轮)	0～40kN·m	±5％F·S	0～10MPa
				转盘扭矩(电扭矩)	0～40kN·m	±5％F·S	0-1000A
转盘扭矩(传动轴)	-40～40kN·m	±1％F·S
				吊钳扭矩	0～100kN·m	±2.5％F·S	20MPa
立管压力	0～40MPa	±1.5％F·S	0～40MPa
				套管压力	0～60MPa	±1.5％F·S	0～60MPa
钻深	0～9999.9m
				转盘转速	0～300r/min	±1％F·S
泵冲速	0～300s/min	±1％F·S
				出口流量	0～100％	±2％F·S
泥浆罐体积	0～100m3	±0.25％FS
				可燃气含量	0～100％LEL	±0.5％F·S
硫化氢浓度	0～100ppm	±0.5％F·S

本实用新型海洋钻井多参数仪可以选择直立式、嵌入式和吊装式三种安装方式之一。

尽管上面结合图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (6)

1.一种海洋钻井多参数仪，包括钻台监视仪、钻台数据采集箱及设置在钻台上的多个第一传感器；所述钻台监视仪由开关电源、CPU处理器、智能CAN卡、无线发射器和触摸式液晶显示器组成，所述CPU处理器包括数据接收模块、数据处理模块和数据输出模块；其特征在于，

还包括第一监控装置、第二监控装置、泥浆数据采集箱及多个第二传感器，硫化氢可燃气气体数据采集箱及多个第三传感器和防喷数据采集箱及多个第四传感器；

所述CPU处理器与所述钻台数据采集箱、所述泥浆数据采集箱、所述硫化氢可燃气气体数据采集箱、所述防喷数据采集箱之间均采用CAN总线进行数据交换；

所述第一监控装置由一工业控制计算机和一无线接收器组成，所述工业控制计算机通过所述无线接收器接收来自于所述钻台监视仪的数据；

所述第二监控装置是一台连接在局域网上的计算机系统；

所述第一监控装置与所述第二监控装置之间利用局域网进行数据传输。

2.根据权利要求1所述海洋钻井多参数仪，其特征在于，所述钻台数据采集箱由多块CAN节点数据采集卡组成，多个第一传感器采集钻井工程数据，所述每个第一传感器对应一个CAN节点数据采集卡，多个第一传感器至少采集如下信号：悬重/钻压、泵冲、转盘转速、转盘扭矩、吊钳扭矩、立管压力、套管压力和绞车传感器。

3.根据权利要求1所述海洋钻井多参数仪，其特征在于，所述泥浆数据采集箱由多块CAN节点数据采集卡组成，多个第二传感器采集泥浆数据，所述每个第二传感器对应一个CAN节点数据采集卡，多个第二传感器至少采集如下信号：第一泵冲、第二泵冲、1#泥浆池、2#泥浆池、3#泥浆池、4#泥浆池及出口流量。

4.根据权利要求1所述海洋钻井多参数仪，其特征在于，所述硫化氢可燃气气体数据采集箱由多块CAN节点数据采集卡组成，多个第三传感器采集硫化氢和可燃气气体数据，所述每个第三传感器对应一个CAN节点数据采集卡，多个第三传感器至少采集如下信号：1#硫化氢、2#硫化氢、1#可燃气、2#可燃气、3#可燃气和4#可燃气。

5.根据权利要求1所述海洋钻井多参数仪，其特征在于，所述防喷数据采集箱由多块CAN节点数据采集卡组成，多个第四传感器采集防喷数据，所述每个第四传感器对应一个CAN节点数据采集卡，多个第四传感器至少采集如下信号：储能压力、环形压力、双闸板压力、管汇压力、气源压力和液控压力。

6.根据权利要求1所述海洋钻井多参数仪，其特征在于，所述钻台监视仪设置有传感器检测模块。

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