一种便携式水力切割扭矩监测仪的制作方法

本发明属于海洋石油开发过程中的修井技术领域，涉及一种基于修井机大修井作业中的水力切割监测系统，尤其涉及一种便携式水力切割扭矩监测仪，该系统可使切割过程实现可视化，为切割作业提供指导依据。

背景技术：

切割打捞原井防砂管柱是石油工程大修井作业中常用的修井技术，在使用水力割刀切割作业过程中，扭矩曲线具有一定的特征，水力切割时，刀片在切割过程中与被切管壁是滑动摩擦，割开瞬间是撕裂铁皮动作，扭矩会有一个瞬间的峰值或明显的波动，特别是在切割成功的瞬间，扭矩有波动。市场售出的精确监测扭矩变化的录井设备体积庞大且费用较高，且目前在修井机进行的大修井作业都不配备录井设备，而修井机自身的指针扭矩表由于灵敏度及表本身的阻尼作用等原因不能捕捉到切割成功的波动，作业者在切割时也要关注其他参数，无法做到一直盯着扭矩表，也会错过扭矩波动。通常我们为了保证切割成功而增加很多不必要的切割或者判断时间，同时也增加了切割过程风险。

目前国内外大修井打捞作业时，水力切割仍是非常重要的一个手段，在切割防砂管柱时通常一趟钻只能切割一次，而一般防砂管柱都分4层作业，作业至少需要切割3～4次，按这种切割方式，如果需要切割三次，那么需要“下管柱(约6小时)+切割(1～2小时)+起管柱(约6小时)”，反复三次，耗费大量时间，且如果切割没成功的话还要花费更多时间处理。这种切割方式比较费时费力，并且不能准确判断切割是否成功。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术的不足，提出一种便携式水力切割扭矩监测仪，使切割过程实时观察，实时准确判断切割情况，并且可以做到一次作业进行多次不同位置切割，从而节约工期、降低成本，且减少作业风险。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种便携式水力切割扭矩监测仪，包括目标传感器和集成于仪器接线面板上的模数转换模块、核心控制模块、显示模块、系统电源模块、时钟芯片计时模块和外部操作模块；所述核心控制模块包括模数供电电路、时钟电路、复位电路、串口驱动和调试模式接口；所述目标传感器为扭矩传感器，所述扭矩传感器设置在平台修井机转盘上，所述扭矩传感器由信号输入线连接至所述模数转换模块；所述模数转换模块接收所述目标传感器信号，转换并输出信号至所述核心控制模块，所述核心控制模块输出扭矩变化结果至所述显示模块，所述系统电源模块外接电源，所述时钟芯片计时模块为所述核心控制模块提供时间轴，将记录的扭矩数据对应到相应的时间轴上，所述外部操作模块用于操作核心控制模块数据处理方式。

所述显示模块由液晶显示、状态指示灯和蜂鸣器组合构成。

所述外部操作模块为键盘。

所述系统电压模块采用175v～240v交流电源供电。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明解决了现有技术修井机的扭矩表的扭矩监测精度较低，不能精确判断切割过程中扭矩变化情况，而市场售出的精确监测扭矩变化的录井设备体积庞大且费用较高，修井作业中经常不配备录井设备；本发明集成于仪器面板上，体积小、便于携带、费用低，实现了大修井中水力切割的可视化，通过监测系统细致精确的记录水力切割过程的扭矩参数，通过对这些数据存储、回放、分析准确判断水力切割过程及切割成功的时刻，从而能够采取相应的措施，进行下一切割点的切割，这样能够极大限度的节省割刀刀片和切割时间，一次性完成所有切割作业。

2、本发明为便携式水力切割扭矩监测仪，使切割过程实时观察，准确判断实时切割情况，并且可以做到一次作业进行多次不同位置切割，从而节约工期降低成本，并减少作业风险。

附图说明

图1是本发明仪器组成框图。

图2是电源接线端子示意图：

a、正视图；b、剖视图；c、剥线示意图。

图3是仪器信号输出线与电脑连接示意图。

图4是切割过程扭矩变化曲线图。

附图标记：

1-目标传感器，2-模数转换模块，3-核心控制模块，4-系统电源模块，5-时钟芯片计时模块，6-显示模块，7-键盘，8-相线端子l，9-接地端子，10-零线端子n，11-螺钉，12-壳体，13-电源线，14-铜芯

31-模数供电电路，32-时钟电路，33-复位电路，34-串口驱动，35-调试模式接口(bdm)

61-液晶显示、62-状态指示灯、63-蜂鸣器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步的描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

如图1所示，一种便携式水力切割扭矩监测仪，包括包括目标传感器1和集成于仪器接线面板上的模数转换模块2、核心控制模块3、显示模块6、系统电源模块4、时钟芯片计时模块5和外部操作模块；所述核心控制模块3包括模数供电电路31、时钟电路32、复位电路33、串口驱动34和调试模式接口35(英文缩写为bdm)，图1中调试模式接口采用bdm表示；本实施例核心控制模块3的型号为美控mik-7000a，购自杭州美控自动化技术有限公司；所述显示模块6由液晶显示61、状态指示灯62和蜂鸣器63组合构成，所述外部操作模块为键盘7,所述目标传感器1为扭矩传感器，所述扭矩传感器设置在平台修井机转盘上，所述扭矩传感器由信号输入线连接至所述模数转换模块2；所述模数转换模块2接收所述目标传感器1信号，转换并输出信号至核心控制模块3，所述核心控制模块3输出扭矩变化结果至所述显示模块6，所述系统电源模块4外接电源，为系统提供电源，如图2(a)、(b)所示，采用175v～240v交流电源供电，两根电源线端接在仪器接线面板左上角电源接线端的相线端子l8和零线端子n10处，接线端子9位于零线端子n10的右侧，电源线13设置于壳体12内，采用螺钉11固定，所述电源线另一端为插头，如图2(c)所示，电源线端头剥线要求是剥去1cm长的外皮，铜芯14最大截面积不超过2.5mm²；如图3所示，所述仪器接线面板右上角连接有通讯线，为仪器连接至电脑的连接线，在仪器接线端处，将通讯线内三根线按颜色黑、蓝、红分别连接在以太网端口的gnd、rxd和txd线端处；所述信号输入线连接于仪器接线面板右下角，由信号采集接口连接所述扭矩传感器；所述时钟芯片计时模块5为所述核心控制模块3提供时间轴，将记录的扭矩数据对应到相应的时间轴上，时间轴可精确到年、月、日、时、分、秒，所述外部操作模块用于操作核心控制模块3数据处理方式。

首先，按照使用要求，将仪器的信号输入线与平台修井机转盘上的扭矩传感器进行连接；

本仪器在通电后开机，开机后显示屏显示信号数显画面，依次重复点击enter键可分别切换至棒图画面-实时画面-历史画面-报警信息画面-系统信息画面，默认设置为显示三通道信号，可根据实际情况将其调整为单通道信号，并根据作业情况，设置系统各参数；

扭矩监测仪将修井机电信号转化成可视的扭矩曲线，实时反映扭矩变化；根据现场试验，直流电流范围为4～20ma，变化趋势与扭矩值正相关，直流电压范围为2～10v，正反扭矩以6v为分界线，数值越靠近6v表示扭矩越小，数值越远离6v表示扭矩越大。

如图4所示，开始切割后，监测扭矩曲线，初始扭矩曲线值是波动中增大的(对应的切割状态是，水力割刀逐渐从管柱表面切割吃入管柱)，当扭矩增大到一定值后，逐渐稳定，扭矩曲线变成平稳的曲线(切割状态稳定，水力割刀逐步切割管柱)，当平稳的扭矩曲线，出现波动或者突然出现异常扭矩值时，说明割刀已经开始割穿管柱，当扭矩曲线再次恢复平稳后，说明割刀已经完全割断管柱。

蜂鸣器为报警装置，在开机后，对切割参数设置时，设置蜂鸣器报警装置的上下限，当仪器工作期间，扭矩超过设置的上下限时，蜂鸣器报警，提醒监测人员。

状态指示灯为仪器工作状态的反馈，当仪器开启和正常工作期间，状态灯为绿色的，当仪器工作异常或者故障时，状态灯为红色，并闪烁。

仪器内的数据、曲线可以通过u盘存储导入电脑进行数据处理。电脑操作需配套的数据管理软件(本仪器配套软件：历史数据管理软件)进行分析处理。

仪器也可通过rs-232c通讯端口连接有通讯线，为仪器连接至计算机进行数据交换。

应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。