一种适用于钻井液参数自动获取的系统的制作方法

1.本发明属于矿井水害区域治理、石油钻机钻井技术领域，具体是指一种适用于钻井液参数自动获取的系统。


背景技术：

2.获取钻井液消耗量、目的层温度参数，是矿井水害区域注浆治理、石油钻井、深井钻探进行目的层评价的重要手段。钻机在钻进过程中在不同岩层中钻井液消耗量不同，如在泥岩、砂质泥岩、粉砂岩等岩层中钻进钻井液基本无消耗，而在细砂岩、中砂岩、粗砂岩、砾岩、灰岩等岩层中钻井液消耗量远大于泥岩、砂质泥岩、粉砂岩等岩层中的消耗量。钻遇特殊构造，如钻遇断层、裂隙极发育地段、陷落柱等会出现钻井液消耗异常增大乃至井口失返现象。钻井液消耗量是判断石油储层、含水层渗透率参数的直观指标，根据钻井液消耗量能大致判断矿井水害注浆治理起始注浆配比和石油储层渗透特征，是工程施工需要获取的重要参数。根据施工地区地温梯度以及目的层埋深能大致判断含水层之间是否有水力联系，观测钻井液进出口温度变化能辅助判断含水层是否与相邻含水层导通，在矿井水防治中意义重大。常规获取方式是通过人工观测钻井液池中钻井液液面随时间变化情况并人工记录，客观上增加了现场施工人员的劳动强度，同时受测量人配合、责任心及外界环境、测量仪器等多方面影响，测量误差较大。在钻遇断层、陷落柱和含水层岩溶、裂隙发育强烈的地段，钻井液漏失量大，采用人工测量可能无法获取参数。进而导致后期无法对工程施工目的客观评价。其次，人工记录存在资料分散，易丢失、数据不能自动存储，不利于后期离线分析等弊端，使用本系统可以有效解决此类问题。


技术实现要素：

3.为了解决上述难题，本发明提供了一种适用于钻井液参数自动获取的系统。
4.为了实现上述功能，本发明采取的技术方案如下：一种适用于钻井液参数自动获取的系统，包括钻井液池液位测量装置、钻井液进口温度测量装置一、钻井液出口温度测量二、信号线一、信号线二、电源扩展槽、信号扩展槽、中央处理系统、通讯接口、参数集中显示器和键盘。
5.优选的，所述钻井液池液位测量装置为带有压力传感器及信号变送器的模块，所述钻井液池液位测量装置外部设有防水外壳，所述钻井液池液位测量装置内设有钢质过滤筛网、压力传感器和压力变送器，所述钢质过滤筛网设于钻井液池液位测量装置内底壁，所述压力传感器设于钢质过滤筛网上端，所述压力变送器与压力传感器电相连，所述钻井液池液位测量装置外侧壁设有安装接口法兰，所述钻井液池液位测量装置上连接有24vdc电源线和4～20ma信号线，所述24vdc电源线和4～20ma信号线外包屏蔽层，所述24vdc电源线通过电缆与电源扩展槽联接，所述4～20ma信号线通过电缆与信号扩展槽联接；信号变送器采用24vdc标准电压供电，输出4～20ma标准电流信号，四线制联结；采用4～20ma标准电流信号传输有利于远距离传输且信号衰小，电源线与信号线有独立屏蔽层，防止干扰，通过5
信号线传输至地面7信号扩展槽。
6.优选的，所述钻井液进口温度测量装置一和钻井液进口温度测量装置二结构相同，均采用热敏元件和相匹配的温度变送器，所述钻井液进口温度测量装置一外部设有钢质温度敏感元件保护外壳，所述钻井液进口温度测量装置一内设有温度敏感元件、补偿电阻线和温度变送器，所述温度敏感元件设于钻井液进口温度测量装置一内底壁上，所述补偿电阻线与温度敏感元件电相连，所述温度变送器与温度敏感元件电相连，所述温度变送器与温度敏感元件外带有防水外壳，所述钻井液进口温度测量装置一上连接有24vdc电源线和4～20ma信号线，所述24vdc电源线和4～20ma信号线外包屏蔽层，所述24vdc电源线通过电缆与电源扩展槽联接，所述4～20ma信号线通过电缆与信号扩展槽联接；信号变送器采用24vdc标准电压供电，输出4～20ma标准电流信号，四线制联结；采用4～20ma标准电流信号传输有利于远距离传输且信号衰小，电源线与信号线有独立屏蔽层，防止干扰，通过信号线传输至地面信号扩展槽；钻井液进口温度测量装置为四线制，根据测量对象温度范围及精度的不同要求，选择不同量程的热敏元件与温度变送器组合，由电源扩展槽提供电源，温度变送器输输出4～20ma的标准电流信号，采用电流信号传输有利于远距离传输且信号衰减小，减少了补偿导线长度，降低成本，电源线与信号线有独立屏蔽层，防治干扰，通过信号线传输至地面信号扩展槽。
7.优选的，所述信号线一是用来为温度变送器提供电源与获取信号的线路，电源线与信号线有独立屏蔽层，防治干扰，通过由信号线一传输信号至地面信号扩展槽，同时电源线为通过电源扩展槽为现场仪器提供24vdc电源；所述信号线二是用来为压力变送器提供电源与获取信号的线路，电源线与信号线有独立屏蔽层，防治干扰，通过由信号线二传输信号至地面信号扩展槽，同时电源线为通过电源扩展槽为现场仪器提供24vdc电源。
8.优选的，所述电源扩展槽是用来为现场温度变送器、压力变送器提供24vdc电源并提供电源扩展功能；所述电源扩展槽内设有220vac～24vdc电压转换器，所述电压转换器上连接有24vdc信号正极输出接线端和24vdc信号负极输出接线端，所述电源扩展槽连接有24vdc电源扩展端连接。
9.优选的，所述信号扩展槽是用来为现场温度变送器、压力变送器4～20ma信号转换为1～5vdc信号供提中央处理系统进行进一步处理，同时信号扩展槽具有信号通道扩展功能；所述信号扩展槽连接有4～25ma信号正极输入接线端、1～5v转换信号正极输出接线端、4～25ma信号负极输入接线端、1～5v转换信号负极输出接线端，所述1～5v转换信号正极输出接线端和4～25ma信号负极输入接线端之间连接有250ω标准电阻，所述信号扩展槽连接有信号扩展接线端。
10.优选的，所述中央处理系统为一微处理器，用来控制、采集通道号顺序，通道号，接收处理采集数据，控制采集数据存储顺序、存储格式及数据存储，控制参数集中显示器显示内容与方式，并提供统一时间脉冲、数据存储方式以及接口读取顺序等。
11.优选的，所述通讯接口为usb接口通道，用来在中央处理系统控制下与外部存储设备进行数据通信。
12.优选的，所述参数集中显示器为液晶显示器，用来顺序分页显示通道参数。
13.优选的，所述键盘为一交互式输入参数键盘，用来向中央处理系统发布指令，交互式修改现场参数，发布存储、显示页指令等。
14.本发明采取上述结构取得有益效果如下：（1）对场地无特别严格要求；（2）适用于多种型号钻机；（3）使用本发明时需测量钻井液池底面积、钻井液密度进行测量修正，同时要求钻井液池身各截面积相等，对钻井液性能无特殊要求；（4）对待测液体参数无特殊要求；（5）使用本发明能够大大减少测量人人为的因素以及配合不佳产生的测量误差，大幅度简化试验准备时间，提高工作效率和测量精度；（6）使用本发明能够减少人工成本；（7）使用本发明能够实现现场初步分析和试验后细致分析。
附图说明
15.图1为本发明提供的一种适用于钻井液参数自动获取的系统安装结构示意图；图2为本发明的钻井液池液位测量装置的安装结构示意图；图3为本发明的钻井液进口温度测量装置一的安装示意图；图4为本发明的钻井液出口温度测量装置二的安装示意图；图5为信号扩展槽示意图；图6为电源扩展槽示意图。
16.其中，1、钻井液池液位测量装置，2、钻井液进口温度测量装置一，3、钻井液出口温度测量二，4、信号线一，5、信号线二，6、电源扩展槽，7、信号扩展槽，8、中央处理系统，9、通讯接口，10、参数集中显示器，11、键盘，101、钢质过滤筛网，102、压力传感器，103、压力变送器，104、安装接口法兰，105、24vdc电源线，106、4～20ma信号线，201、钢质温度敏感元件保护外壳，202、温度敏感元件，203、补偿电阻线，204、温度变送器，205、防水外壳，206、24vdc电源线，207、4～20ma信号线，301、钢质温度敏感元件保护外壳，302、温度敏感元件，303、补偿电阻线，304、温度变送器，305、防水外壳，306、24vdc电源线，307、4～20ma信号线，601、4～25ma信号正极输入接线端，602、1～5v转换信号正极输出接线端，603、250ω标准电阻，604、4～25ma信号负极输入接线端，605、1～5v转换信号负极输出接线端，606、信号扩展接线端，701、220vac～24vdc电压转换器，702、24vdc正极输出接线端，703、24vdc负极输出接线端，704、24vdc电源扩展端。
具体实施方式
17.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。以下结合附图，对本发明做
进一步详细说明。
19.如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，一种适用于钻井液参数自动获取的系统，包括钻井液池液位测量装置1、钻井液进口温度测量装置一2、钻井液出口温度测量二3、信号线一4、信号线二5、电源扩展槽6、信号扩展槽7、中央处理系统8、通讯接口9、参数集中显示器10和键盘11。
20.钻井液池液位测量装置1为带有压力传感器102及信号变送器的模块，钻井液池液位测量装置1外部设有防水外壳205，钻井液池液位测量装置1内设有钢质过滤筛网101、压力传感器102和压力变送器103，钢质过滤筛网101设于钻井液池液位测量装置1内底壁，压力传感器102设于钢质过滤筛网101上端，压力变送器103与压力传感器102电相连，钻井液池液位测量装置1外侧壁设有安装接口法兰104，钻井液池液位测量装置1上连接有24vdc电源线105和4～20ma信号线106，24vdc电源线105和4～20ma信号线106外包屏蔽层，24vdc电源线105通过电缆与电源扩展槽6联接，4～20ma信号线106通过电缆与信号扩展槽7联接；信号变送器采用24vdc标准电压供电，输出4～20ma标准电流信号，四线制联结；采用4～20ma标准电流信号传输有利于远距离传输且信号衰小，电源线与信号线有独立屏蔽层，防止干扰，通过5信号线传输至地面7信号扩展槽7。
21.钻井液进口温度测量装置一2和钻井液进口温度测量装置二3结构相同，均采用热敏元件和相匹配的温度变送器204，钻井液进口温度测量装置一2外部设有钢质温度敏感元件保护外壳201，钻井液进口温度测量装置一2内设有温度敏感元件202、补偿电阻线203和温度变送器204，温度敏感元件202设于钻井液进口温度测量装置一2内底壁上，补偿电阻线203与温度敏感元件202电相连，温度变送器204与温度敏感元件202电相连，温度变送器204与温度敏感元件202外带有防水外壳205，钻井液进口温度测量装置一2上连接有24vdc电源线206和4～20ma信号线207，24vdc电源线206和4～20ma信号线207外包屏蔽层，24vdc电源线206通过电缆与电源扩展槽6联接，4～20ma信号线207通过电缆与信号扩展槽7联接；信号变送器采用24vdc标准电压供电，输出4～20ma标准电流信号，四线制联结；采用4～20ma标准电流信号传输有利于远距离传输且信号衰小，电源线与信号线有独立屏蔽层，防止干扰，通过信号线传输至地面信号扩展槽7；钻井液进口温度测量装置为四线制，根据测量对象温度范围及精度的不同要求，选择不同量程的热敏元件与温度变送器204组合，由电源扩展槽6提供电源，温度变送器204输输出4～20ma的标准电流信号，采用电流信号传输有利于远距离传输且信号衰减小，减少了补偿导线长度，降低成本，电源线与信号线有独立屏蔽层，防治干扰，通过信号线传输至地面信号扩展槽7。
22.信号线一4是用来为温度变送器204提供电源与获取信号的线路，电源线与信号线有独立屏蔽层，防治干扰，通过由信号线一4传输信号至地面信号扩展槽7，同时电源线为通过电源扩展槽6为现场仪器提供24vdc电源；信号线二5是用来为压力变送器103提供电源与获取信号的线路，电源线与信号线有独立屏蔽层，防治干扰，通过由信号线二5传输信号至地面信号扩展槽7，同时电源线为通过电源扩展槽6为现场仪器提供24vdc电源。
23.电源扩展槽6是用来为现场温度变送器204、压力变送器103提供24vdc电源并提供电源扩展功能；电源扩展槽6内设有220vac～24vdc电压转换器701，220vac～24vdc电压转换器701上连接有24vdc信号正极输出接线端702和24vdc信号负极输出接线端703，电源扩展槽6连接有24vdc电源扩展端704连接。
24.信号扩展槽7是用来为现场温度变送器204、压力变送器1034～20ma信号转换为1～5vdc信号供提中央处理系统8进行进一步处理，同时信号扩展槽7具有信号通道扩展功能；信号扩展槽7连接有4～25ma信号正极输入接线端601、1～5v转换信号正极输出接线端602、4～25ma信号负极输入接线端604、1～5v转换信号负极输出接线端605，1～5v转换信号正极输出接线端602和4～25ma信号负极输入接线端604之间连接有250ω标准电阻603，信号扩展槽7连接有信号扩展接线端606。
25.中央处理系统8为一微处理器，用来控制、采集通道号顺序，通道号，接收处理采集数据，控制采集数据存储顺序、存储格式及数据存储，控制参数集中显示器10显示内容与方式，并提供统一时间脉冲、数据存储方式以及接口读取顺序等；通讯接口9为usb接口通道，用来在中央处理系统8控制下与外部存储设备进行数据通信；参数集中显示器10为液晶显示器，用来顺序分页显示通道参数；键盘11为一交互式输入参数键盘11，用来向中央处理系统8发布指令，交互式修改现场参数，发布存储、显示页指令等。
26.所述钻井液池液位测量装置1是安装于钻井液池底板以上0.25m左右，钻井液池液位测量装置1外部为一防水外壳205，其下部为一金属网状保护层，钻井液池内钻井液穿过网状保护层与压力传感器102/应变片接触用于测量钻井液池内钻井液压力变化，将压力变化传导至压力变送器103并将其转化为标准电信号（4～20ma），通过信号线传输至地面集中信号扩展槽7，测量水位压力变化获取即时钻井液液位h=p测/ρ钻井液g，q消耗=ρ钻井液*s钻井液池*h/t(t表示时间，ρ钻井液表示钻井液密度),将钻井液液位按时间变化产生的压力变化转换为电流信号变化，压力变送器103由电源扩展槽6通过信号线二5提供电源；工作原理为：当钻井液池内液位随时间变化时，通过测量的钻井液密度参数将获得池内液位随时间变化产生的连续压力变化，结合钻井液池底面积参数将测量钻井液池内液位随时间变化转化为单位时间内钻井液消耗量，从而获得钻井液消耗参数，实时显示和存储参数数据用来试验后分析，当调整钻井液密度时，通过键盘11修改钻井液密度参数。
27.钻井液进口温度测量装置一2是将从钻井液池循环至钻井液泵的钻井液温度引起热敏元件变化通过温度变送器204转化4～20ma标准电流信号，通过信号线一4传输至集中信号扩展槽7，由集中信号扩展槽7转化为标准电压信号（1～5vdc），温度变送器204由电源扩展槽6通过信号线一4提供电源；工作原理为：当钻井液进口温度/外界环境变化时，通过热敏元件获取钻井液进口温度随时间变化情况，通过温度变送器204转换为4～20ma电流信号，4～20ma电流信号250ω标准电阻603转换为1～5vdc供微机处理读取并按时间顺序存储和实时显示，存储参数数据用来试验后分析。
28.钻井液出口温度测量二3是将从井筒内循环至钻井液池的钻井液温度引起热敏元件变化通过温度变送器204转化4～20ma标准电流信号，通过信号线一4传输至集中信号扩展槽7，由集中信号扩展槽7转化为标准电压信号（1～5vdc），温度变送器204由电源扩展槽6通过信号线一4提供电源；工作原理为：当钻遇含水层与其他含水层沟通时钻井液温度变化，钻井液通过井口返出，通过热敏元件获取钻井液出口温度随时间变化情况，通过温度变送器204转换为4～20ma电流信号，4～20ma电流信号250ω标准电阻603转换为1～5vdc供微机处理读取并按时间顺序存储和实时显示，存储参数数据用来试验后分析。
29.以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。