專利名稱：多參數(shù)采集系統(tǒng)及利用該系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在油田修、鉆井作業(yè)的監(jiān)測技術(shù)，特別涉及一種可連續(xù)監(jiān)測、記錄修井或鉆井過程中的重要參數(shù)的多參數(shù)采集系統(tǒng)及利用該裝置對修/鉆井過程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在石油工業(yè)中，在修井或鉆井過程中需要對大鉤懸重、轉(zhuǎn)盤扭矩、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、立管壓力、泥漿出口排量、泥漿回流排量等重要參數(shù)進(jìn)行檢測、記錄，以幫助司鉆或修井工程師掌握修井機或鉆井機的工作狀態(tài)。為此需要使用參數(shù)采集裝置來對這些特定的物理參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)測。但是，就申請人所知，目前尚未有可產(chǎn)品化的修/鉆井過程中使用的多參數(shù)采集系統(tǒng)。
中國實用新型專利98248745.2公開了一種通用的數(shù)據(jù)采集裝置，它包括中央處理器單元、系統(tǒng)外圍電路單元、系統(tǒng)時鐘單元、看門狗電路、串行接口單元、模擬量輸入接口、系統(tǒng)時間單元、數(shù)字量輸入接口單元、打印設(shè)備接口、供電接口單元等幾部分。由中央處理器單元控制裝置的工作狀態(tài)，其分別通過供電接口單元與供電單元相連接，通過串行接口單元與顯示/鍵盤單元相連接，通過系統(tǒng)外圍電路單元中的系統(tǒng)控制信號單元與打印設(shè)備接口連接；看門狗電路、模擬量輸入接口直接與中央處理器連接；系統(tǒng)時間單元、系統(tǒng)外圍電路單元和數(shù)字量輸入接口單元均通過系統(tǒng)內(nèi)部與中央處理器單元相連接；系統(tǒng)外圍電路單元由數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、系統(tǒng)控制信號單元組成。
該發(fā)明基本具有集成度高、數(shù)字化、智能化等特點，但是它顯然還不能適用于修/鉆井機采數(shù)的采集，因為在油田的修/鉆井操作中對于操作設(shè)備的抗震性、防爆性、防水性以及耐腐蝕性方面要求較高。此外，上述實用新型的設(shè)備還存在如下的缺點a.無通訊功能，不便于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸；b.沒有配套的軟件系統(tǒng)，不能將監(jiān)測到的參數(shù)以數(shù)字、儀表盤、曲線的方式表現(xiàn)出來；c.可靠性差，不具備惡劣環(huán)境下工作的條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有集中監(jiān)測修/鉆井操作的多種參數(shù)的功能、并配有通信功能的修/鉆井機多參數(shù)采集系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的多參數(shù)采集系統(tǒng)包括參數(shù)采集單元，用于采集鉆井及修井操作中的多種參數(shù)；中央處理器，接收和處理所述參數(shù)采集單元采集的多種參數(shù)信號；記錄顯示單元，用于記錄和/或顯示所述中央處理器處理后的信號。
其中，所述參數(shù)采集單元包括傳感器單元，用于直接檢測多種參數(shù)；信號變送單元，用于將機械式傳感器的檢測信號變換為電信號；安全柵，所述電信號通過該安全柵傳送至所述中央處理器進(jìn)行處理。
其中所述傳感器單元可包括(但不限于)懸重傳感器，立管壓力傳感器，轉(zhuǎn)盤扭矩傳感器，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速傳感器，泵沖傳感器等。
其中，顯示單元可包括顯示儀表、顯示器、記錄儀、打印機、繪圖儀等。這些裝置可以集中設(shè)置在一起，或分別設(shè)置在現(xiàn)場和遠(yuǎn)和監(jiān)測站中。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括如本發(fā)明第一方面所述的多參數(shù)采集系統(tǒng)，此外，還包括無線通信單元，設(shè)置在多參數(shù)采集系統(tǒng)主體內(nèi)，包括無線網(wǎng)卡和傳輸單元；遠(yuǎn)程監(jiān)測單元，與所述多參數(shù)采集系統(tǒng)主體分開設(shè)置，包括與所述無線通信單元相應(yīng)的無線網(wǎng)卡和傳輸模塊，以與設(shè)置在現(xiàn)場的多參數(shù)采集系統(tǒng)中的無線通信單元進(jìn)行無線通信，獲取經(jīng)所述中央處理器處理的信號，以從遠(yuǎn)處監(jiān)控修/鉆井機的操作。
本發(fā)明所提供的技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點整套裝置具有通訊功能并配有相關(guān)配套軟件，測量準(zhǔn)確、可靠性高，具有抗震、防爆、防水、耐腐蝕的特點，可以確保修/鉆井機安全、提高修/鉆井機效率、保證修/鉆井質(zhì)量、降低修/鉆井成本。


圖1為本發(fā)明一實施方案的多參數(shù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明一實施方案的多參數(shù)采集系統(tǒng)的總線連接示意圖；圖3為本發(fā)明另一實施方案的多參數(shù)采集系統(tǒng)的總線連接示意圖；圖4為本發(fā)明一實施方案的多參數(shù)采集系統(tǒng)的電路連接示意圖；圖5(a)至(c)分別顯示了在本發(fā)明的一實施例中對傳感器進(jìn)行標(biāo)定的用戶界面；圖6顯示了用于數(shù)據(jù)處理的用戶界面；圖7(a)和(b)分別為本發(fā)明的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的實施方案的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合

本發(fā)明的具體實施方式
。相同的裝置在各附圖中用相同應(yīng)的符號進(jìn)行標(biāo)注。
在圖1所示的本發(fā)明的一種實施方案中，用于檢測修/鉆井機的多種參數(shù)的多參數(shù)采集系統(tǒng)包括各種傳感器和變送器1-7所構(gòu)成的傳感器檢測單元、安全柵13、電源模塊8和后備電源9、數(shù)據(jù)采集中央處理器10、終端數(shù)據(jù)處理單元12、打印機11等。
在該實施方案中，傳感器檢測單元可包括設(shè)置在井場的電容式變送器1，用于檢測懸重稱大鉤提升負(fù)荷、壓力變送器2、3和扭矩信號耦合器4。而在泥漿泵區(qū)，還設(shè)置有回流傳感器5，用于檢測泥漿回流總量的計量，以及泵沖速傳感器6和7，用來分別測量泥漿泵的累計排量。這些傳感器/變送器都可采用現(xiàn)有的產(chǎn)品，因此不再贅述。由于這部分裝置處于易燃易爆區(qū)，因此優(yōu)選采用防爆型、本安型、澆封型或隔爆型的裝置。
圖2所示為本發(fā)明的裝置的總線連接示意圖。在該圖中，懸重傳感器1一方面與現(xiàn)場顯示單元(例如儀表箱)中的指重表顯示表盤16連接，另一方面通過壓力傳感器1A輸出電信號至中央處理器10。鉆壓是根據(jù)懸重上提至一定、然后下放時對鉆具加壓，通過獲取懸重計算出鉆壓，再送到鉆壓顯示表供現(xiàn)場顯示。立管壓力傳感器3通過液壓連接管線將液壓信號送入現(xiàn)場顯示單元內(nèi)用壓力表15顯示。立管壓力通過壓力變送器將液壓信號變成電信號，與鉆壓2一并送入中央處理器10。轉(zhuǎn)盤扭矩傳感器4、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速傳感器5、泵沖速傳感器6、7和泵排量傳感器7A等分別通過連接電纜將電信號送入中央處理器10。另外，由電源模塊9對整個裝置提供電源。
中央處理器10主要用于對各傳感器/變送器傳送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在一個實施例中，該處理包括對信號進(jìn)行放大、濾波和整形處理等。當(dāng)然，信號的放大、濾波以及整形等處理也可以由常規(guī)的放大電路、濾波電路和整形電路來完成。中央處理器10進(jìn)一步控制將處理后的數(shù)據(jù)輸出至現(xiàn)場顯示單元中的司鉆顯示屏14，以對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。此外，中央處理器10還可以將數(shù)據(jù)通過總線傳送至與現(xiàn)場相距一定距離(例如50米)的計算機終端數(shù)據(jù)處理中心12(它可為一工控機)，在記錄裝置(未示出)中進(jìn)行記錄或打印機11上進(jìn)行打印。
在圖3所示的本發(fā)明的一種實施方案中，為了保證對現(xiàn)場監(jiān)測的可靠性，對現(xiàn)場的各傳感器分別配置了備用傳感器，從而構(gòu)成了一組正常檢測的傳感器和一組備用傳感器。這兩組傳感器輸出的電信號分別通過多通道的A/D轉(zhuǎn)換模塊輸送至數(shù)據(jù)采集中央處理單元10。數(shù)據(jù)采集中央處理單元10可由常規(guī)的計算機構(gòu)成，計算機在將傳感器傳送的信號進(jìn)行處理后，可直接在其顯示器上顯示。另外，也可以將處理結(jié)果再經(jīng)過多通道的D/A轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為模擬信號，輸出到相應(yīng)的模擬顯示儀表中顯示。
圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的多參數(shù)采集系統(tǒng)的一種實施方案。
如圖所示，圖中的ADAM 401，402采用兩個ADAM-4080模塊，用于采集頻率(脈沖)信號。ADAM 403模塊采用ADAM-4017模塊，用于采集模擬信號(電流4-20mA)。MXSE 404(D/A)是數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出，以驅(qū)動顯示儀表如指重表或鉆壓顯示表等。ADAM 401-403信號線并接后連接至計算機，MXSE上的連接線信號一端連接計算機，另一端連接至顯示儀表。
ADAM 401-403的數(shù)據(jù)引腳(Y)DATA+和(G)DATA-并聯(lián)后連接至計算機用于輸入信號。ADAM 401-403的電源(R)+VS以及地(B)GND并聯(lián)，分別給ADAM 401-403供電。電源(R)VS分別連接在一起并連接至對應(yīng)的檢測單元1-7。例如，立管壓力傳感器3的接線端1與24V+電源連接，接線端2接地(GND)，接線端3輸出立管信號+。電容變送器1的接線端1接24V+電源，2接地(GND)，3輸出懸重信號+。泵排量傳感器7A的接線端3、4分別輸出泵1和泵2的信號，接線端1接24V+，接線端2接地。扭矩傳感器4和轉(zhuǎn)速傳感器5共用一個接線板。其接線端1接15V+，接線端2接地，接線端3接15V-，接線端4和5分別輸出扭矩信號和鉆速信號。
圖4中的計算機和指針表分別連接至計算機終端數(shù)據(jù)處理中心的輸出端(未示出)和圖2中所示的司鉆顯示。
根據(jù)本發(fā)明的一種實施方案，在計算機終端數(shù)據(jù)處理單元12中可以采用內(nèi)置應(yīng)用軟件的方式來實現(xiàn)所需要的數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控功能。
根據(jù)本發(fā)明的該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理及監(jiān)控功能可包括一、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)用于為程序提供一些基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典、顯示打印參數(shù)、設(shè)備參數(shù)的維護(hù)具體地說，其包括1、修井隊字典管理各修井隊的基本情況，同時為修井隊修井記錄提供快速錄入的數(shù)據(jù)來源。
2、修井設(shè)備字典管理整個修井的設(shè)備，同時為修井隊修井記錄提供快速錄入的數(shù)據(jù)來源。其主要目的是統(tǒng)一用戶在施工監(jiān)測前輸入監(jiān)測井參數(shù)時的使用，同時也為以后的統(tǒng)計工作提供方便。
可以采用常規(guī)的建立數(shù)據(jù)庫的方法來實現(xiàn)上述的功能。
3、設(shè)備參數(shù)修正由于設(shè)備在使用一段時間后，某些傳感器的零點會發(fā)生漂移，這時，就需要修正這個傳感器的參數(shù)，使其監(jiān)測計算出的數(shù)據(jù)值能準(zhǔn)確的反映出來。
4、傳感器標(biāo)定圖5(a)至(c)顯示了在本發(fā)明的一實施例中用于進(jìn)行傳感器標(biāo)定的用戶界面的示意圖。
如圖中所示，當(dāng)啟動傳感器標(biāo)定的功能(例如點擊系統(tǒng)[設(shè)置]中的[傳感器標(biāo)定]或使用快捷鍵Alt+F4)后，本發(fā)明的系統(tǒng)出現(xiàn)如圖5(a)所示界面。
如果選擇[泵一排量]或[泵二排量]后界面稍有變化，如圖5(b)所示。
圖中各參數(shù)的說明如下<當(dāng)前采集值>表示該通道返回的原始電流、電壓或脈沖數(shù)據(jù)。
<零點>表示當(dāng)前該通道對應(yīng)的傳感器，用戶設(shè)置的零點。
<系數(shù)>表示當(dāng)前該通道用戶設(shè)置的計算系數(shù)。
<采集值>表示在用戶按下<標(biāo)定系數(shù)>按鈕時，采集的原始電流、電壓或脈沖數(shù)據(jù)。
<實際值>在用戶按下<標(biāo)定系數(shù)>按鈕前，需要輸入的實際該通道參數(shù)值，以便程序自動計算出系數(shù)。
<計算值>根據(jù)用戶設(shè)定的零點、系數(shù)，通過當(dāng)前采集值，計算出來的該通道參數(shù)值。
<對應(yīng)值>表示零點時對應(yīng)的值計算公式數(shù)據(jù)類型為電流、電壓的計算公式為計算值＝(當(dāng)前采集值一零點)×系數(shù)+零點對應(yīng)值數(shù)據(jù)類型為脈沖的計算公式為計算值＝當(dāng)前采集值/系數(shù)標(biāo)定方法標(biāo)定參數(shù)首先需要一個標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)作為程序標(biāo)定的依據(jù)。例如壓力就需要一個壓力校驗平臺。
1、數(shù)據(jù)類型為電流、電壓時當(dāng)該通道實際參數(shù)為零時(標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中指示為零)，點擊<設(shè)置零點>。例如壓力A通道所連接的傳感器在零壓力狀態(tài)下，點擊<設(shè)置零點>，<零點>中自動設(shè)置該傳感器的零點參數(shù)。
當(dāng)該通道實際參數(shù)發(fā)生變化后，在<實際值>中輸入標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中的指示值，然后點擊<標(biāo)定系數(shù)>，系數(shù)將自動計算出來，設(shè)置到<系數(shù)>中。同時<采集值>中顯示出計算該系數(shù)時采集來的原始電流、電壓值。例如壓力A在標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中顯示出40MPa，則在<實際值>中輸入40MPa，然后點擊<標(biāo)定系數(shù)>。程序自動為用戶計算出系數(shù)。用戶也可以根據(jù)以前的記錄輸入零點和系數(shù)。
2、數(shù)據(jù)類型為脈沖時<當(dāng)前采集值>為零時，開始進(jìn)入標(biāo)定計數(shù)。(<當(dāng)前采集值>的復(fù)位要根據(jù)硬件的情況確定)
當(dāng)<當(dāng)前采集值>發(fā)生變化后，在<實際值>中輸入標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中的指示值，然后點擊<標(biāo)定系數(shù)>系數(shù)將自動計算出來設(shè)置到<系數(shù)>中。例如總液量在標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中顯示出2M^3，則在<實際值>中輸入2M^3，然后點擊<標(biāo)定系數(shù)>。
用戶可以根據(jù)硬件廠商提供的參數(shù)輸入系數(shù)。
如果標(biāo)定[泵一排量]或[泵二排量]時稍有不同，點擊圖7界面中的[換泵]后出現(xiàn)圖5(c)所示界面。
根據(jù)施工中使用的泵參數(shù)，在其中選擇[泵缸徑]、[泵行程]、[泵效率系數(shù)]、[泵缸數(shù)]、[傳動比]等系數(shù)，根據(jù)安裝傳感器的部位不同，有些系統(tǒng)不用設(shè)置[傳動比]系數(shù)。設(shè)置好后，點擊界面中的設(shè)定，則程序會自動計算出排量的系數(shù)。
5、打印設(shè)置通過設(shè)置用戶可以自行修改打印曲線、數(shù)據(jù)中的一些打印參數(shù)、曲線數(shù)量、顏色等，做到靈活輸出。
二、修井監(jiān)測其主要操作可包括1、對本次修井的一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如報警設(shè)置、刻度設(shè)置、曲線設(shè)置、顏色設(shè)置等。
2、當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入修井監(jiān)測過程后，將與參數(shù)采集單元進(jìn)行通訊，如果在3-5秒內(nèi)沒有通訊成功，系統(tǒng)將無法顯示所有數(shù)據(jù)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能的原因是通訊線路不正?；虿杉O(shè)備沒有通電。此時可以向用戶顯示提示信息，以通知用戶出現(xiàn)異常情況。
如前所述，可以用常規(guī)的圖形方式用戶界面和菜單提示的編程方式實現(xiàn)上述應(yīng)用軟件，從而使用戶通過使用鼠標(biāo)或快捷鍵的方式即可選擇相應(yīng)的菜單項，以啟動對應(yīng)的功能。
三、修井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計、匯總處理將各種記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的后期處理、回放、刪除、恢復(fù)等。其主要功能可包括統(tǒng)計匯總負(fù)責(zé)統(tǒng)計、匯總各修井隊的施工情況。
數(shù)據(jù)查詢回放主要用于施工數(shù)據(jù)查詢、施工過程回放，同時提供打印曲線、數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)刪除用于刪除一些用戶認(rèn)為沒有用的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)備份用于根據(jù)用戶的選擇，備份施工的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)恢復(fù)用于將備份的數(shù)據(jù)恢復(fù)到系統(tǒng)中。
數(shù)據(jù)處理用于生成一些特殊格式的文本數(shù)據(jù)文件。主要是提供一個靈活的生成文本數(shù)據(jù)格式的功能。該功能主要是為了滿足用戶生成不同的文本數(shù)據(jù)格式而建立的。
圖6顯示了用于數(shù)據(jù)處理的用戶界面。
在該界面中，選擇數(shù)據(jù)所在目錄后，程序會根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的情況修改界面
根據(jù)用戶的需要，選擇設(shè)置所需參數(shù)、參數(shù)的長度、參數(shù)小數(shù)點位數(shù)和各參數(shù)之間的間隔符，數(shù)據(jù)間隔。
數(shù)據(jù)間隔指每組數(shù)據(jù)之間的間隔周期(該周期指采樣周期)，例如現(xiàn)采樣周期為1秒(系統(tǒng)默認(rèn))，要想每5分站打印一組數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)間隔設(shè)置為1×5×60＝300，這樣生成出來的數(shù)據(jù)將間隔5分鐘一次。取值在1-3600之間。
間隔符指的是每個數(shù)據(jù)之間的符號，Hex格式的09代表TAB符號，用戶也可以設(shè)置為逗號為間隔符。
數(shù)據(jù)長度指生成出來的數(shù)據(jù)占幾位字符?？梢园聪到y(tǒng)默認(rèn)或自定義。
小數(shù)點每組數(shù)據(jù)中的各項數(shù)據(jù)的小數(shù)點位數(shù)。
是否需要數(shù)據(jù)內(nèi)容注釋指生成的數(shù)據(jù)文件中是否出現(xiàn)，階段切換、暫停等文字的提示。
原始文件目錄和自定義目錄指生成的數(shù)據(jù)文件將存放到哪里。
文件名指生成文件的文件名，可以由用戶自行修改。
點擊生成后，數(shù)據(jù)文件將生成，同時顯示出來，這時用戶可以點擊打印，將文本數(shù)據(jù)打印出來。
上述數(shù)據(jù)處理功能的實現(xiàn)均已是常規(guī)的技術(shù)，例如可利用現(xiàn)有的軟件編程方法實現(xiàn)。故在本說明書中不再贅述。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還可以采用本發(fā)明的多參數(shù)采集系統(tǒng)構(gòu)成遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)。該遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)主要實現(xiàn)基地與現(xiàn)場的遠(yuǎn)程監(jiān)控，其監(jiān)控范圍不受地域限制。只要電信開通了GPRS業(yè)務(wù)的地方均可以監(jiān)測。該系統(tǒng)通過現(xiàn)場的多參數(shù)采集系統(tǒng)將施工數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，然后通過GPRS DTU將數(shù)據(jù)如壓力、排量、累計量、鉆壓等參數(shù)發(fā)往監(jiān)測中心站的主機，基地指揮人員可實時觀察數(shù)據(jù)，打印曲線，同時數(shù)據(jù)可在基地局域網(wǎng)上傳輸，其他工作站用戶可進(jìn)行監(jiān)測。
圖7(a)顯示了本發(fā)明的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)一種組網(wǎng)方案的拓?fù)涫疽鈭D。在該圖中的方案中，中心站的主機采用無線網(wǎng)卡接入，實時接收采集數(shù)據(jù)的子站發(fā)送的數(shù)據(jù)，并對各子站進(jìn)行實時監(jiān)控。各采集子站的多參數(shù)采集系統(tǒng)通過RS-232通訊口與GPRS DTU傳輸模塊連接，每一個GPRS DTU傳輸模塊裝入一個中國移動的數(shù)據(jù)SIM卡即可。
圖7(b)顯示了本發(fā)明的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)另一種組網(wǎng)方案的拓?fù)涫疽鈭D。本方案中，中心站采用專線接入，實時接收采集子站發(fā)送的數(shù)據(jù)，并對各子站進(jìn)行實時監(jiān)控。各采集子站的多參數(shù)采集系統(tǒng)通過RS-232通訊口與GPRS DTU傳輸模塊連接，每一個GPRS DTU傳輸模塊裝入一個中國移動的數(shù)據(jù)SIM卡即可。
在本發(fā)明的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的一個實施方案中，子站中的傳感器檢測單元的各傳感器將檢測到的信號傳送給作為中央處理器的單片機，由單片機將信號進(jìn)行放大、濾波和整形等常規(guī)處理后，再調(diào)制為發(fā)射信號，通過發(fā)射機發(fā)射給中心站的接收機。在中心站中可通過常規(guī)設(shè)置的單片機智能接將接收信號解調(diào)后還原成各種數(shù)據(jù)信號，并傳送給大型顯示屏顯示，或傳送給工控機，由工控機輸出至打印機打印，或發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中，由其它子站的用戶瀏覽。此外，還可以根據(jù)其內(nèi)部預(yù)設(shè)的監(jiān)測系統(tǒng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，例如將這些數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出聲音報警等。
在圖5(a)和5(b)的方案中，都基于移動運營商遍布全國各地的GPRS網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)采集子站部分采用相同的傳輸模塊。并都采用移動內(nèi)部專有的固定IP地址。因此，這兩種方案的傳輸系統(tǒng)的可靠性、實時性和穩(wěn)定性都很好。實施中可以采用現(xiàn)有的通信設(shè)備和產(chǎn)品。例如可選用深圳市宏電技術(shù)開發(fā)公司的產(chǎn)品具體型號為H7112S，采用RS485接口移動數(shù)據(jù)終端模塊。該產(chǎn)品屬于H7100系列。其特點為

本發(fā)明的系統(tǒng)由此可以具有如下特性·支持雙頻GSM/GPRS·符合ETSI GSM Phase 2+標(biāo)準(zhǔn)·數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線·實時時鐘·支持A5/1&A5/5加密算法·增強功能·透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換·支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)·短消息數(shù)據(jù)備用通道(選項)·STK卡特殊功能配置·支持TTL/RS-232/485或以太網(wǎng)接口·支持音頻接口，方便維護(hù)操作·通過Xmodem協(xié)議進(jìn)行軟件升級·支持空中軟件升級和遠(yuǎn)程維護(hù)(選項)·自診斷與告警輸出·抗干擾設(shè)計，適合電磁環(huán)境惡劣的應(yīng)用需求DTU支持不同組網(wǎng)方式，不同的數(shù)據(jù)包長度，這時有不同的傳輸效率。下面假設(shè)在DTU當(dāng)前最長所能支持的最大用戶數(shù)據(jù)包長的情況下，即1024字節(jié)包長。
在僅支持DTU主動發(fā)起到數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)傳輸時，最大傳輸效率(w)＝97.3％在支持雙向主動互傳時，最大傳輸效率(w)＝95.9％不同的數(shù)據(jù)包長度，傳輸?shù)臅r延(從發(fā)送到接收數(shù)據(jù)之間的時間)不同。根據(jù)目前移動的網(wǎng)絡(luò)狀況，一般一個包長為100到200字節(jié)之間的數(shù)據(jù)包可以在1秒內(nèi)互傳完畢。大于200字節(jié)的數(shù)據(jù)包平均在1秒到3秒之間可以互傳完畢。本發(fā)明的系統(tǒng)可以根據(jù)實際傳送需要來確定數(shù)據(jù)包的長度。
網(wǎng)絡(luò)有效帶寬和最大傳輸單元(MTU)之間存在著極其重要的關(guān)系，一般MTU增大到200字節(jié)以上不會明顯增加帶寬，但會增大平均延遲。因此優(yōu)選MTU的大小是200字節(jié)左右。
通過本發(fā)明的系統(tǒng)，可以連續(xù)監(jiān)測、記錄修/鉆井過程中的大鉤懸重、轉(zhuǎn)盤扭矩、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、立管壓力、泥漿出口排量、泥漿回流排量、泵沖等重要參數(shù)的變化情況，并可輸出記錄曲線及報表，下面舉例說明本發(fā)明的多參數(shù)采集系統(tǒng)的工作過程一、立管壓力測量立管壓力測量部分由立管壓力傳感器、連接電纜組成。
立管內(nèi)的泥漿壓力經(jīng)調(diào)整膜片作用于硅蘭寶石傳感器上，使應(yīng)變片產(chǎn)生變形，其上四個壓電橋臂電阻阻值發(fā)生變化，該變化使橋路輸出電壓與輸入壓力成正比，輸出電壓經(jīng)電子電路放大、處理、轉(zhuǎn)換為4～20mA電流經(jīng)安全柵輸出到中央處理器10。
立管壓力測量系統(tǒng)采用防爆要求設(shè)計。
二、轉(zhuǎn)盤扭矩測量測量方法是以絞車傳動軸的平穩(wěn)軸為扭應(yīng)變傳感彈性體，將應(yīng)變片粘貼在平穩(wěn)軸上作為扭應(yīng)變傳感器，將扭矩信號耦合器直接固定在平穩(wěn)軸上，其電能及信號的傳遞采用了非接觸的方式。
扭矩測量部分的電源供應(yīng)由設(shè)在標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變橋扭矩傳感器上的一組環(huán)型變壓器提供的感應(yīng)電壓經(jīng)過軸上整流/穩(wěn)壓電路變換成高穩(wěn)定性的直流電壓。該電壓既供給標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變橋扭矩傳感器的應(yīng)變橋作為橋壓，也供給軸上電路作為工作電壓。應(yīng)變橋檢測到的mV級扭矩信號被高精度儀表放大器放大至KmV級強信號，再經(jīng)過V/F轉(zhuǎn)換器變換成與扭應(yīng)變成正比的方波信號。通過軸上無線發(fā)射器，非接觸地傳遞到軸外的無線接受器上，再通過解調(diào)就還原成與V/F轉(zhuǎn)換出的方波同頻率的數(shù)字信號通過RVVP電纜傳送到中央處理器10。
轉(zhuǎn)盤扭矩測量系統(tǒng)采用防爆要求設(shè)計。
三、懸重測量懸重測量主要采用懸重傳感器、指重表(安裝在儀表顯示箱內(nèi))、液壓連接管線組成。
大鉤載荷通過鋼絲繩作用在指重表死繩固定器上，再通過杠桿機構(gòu)作用在指重表傳感器上，產(chǎn)生壓強作用于重量指示儀的兩根彈簧管的自由端產(chǎn)生位移，通過放大機構(gòu)分別帶動兩根表針偏轉(zhuǎn)，從而指示出大鉤懸重和鉆壓。
該部分沒有在圖1和2中示出，因為其不發(fā)送電信號至中央處理器10，而是只通過在司鉆人員前方的儀表箱上設(shè)置的指重表顯示。
四、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速和泵沖測量轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速和泵沖測量的工作原理相同，都是采用無接觸式傳感器進(jìn)行測量，并都具有防爆性能。
當(dāng)金屬物在傳感器附近劃過時，即可產(chǎn)生脈沖信號。該信號被送往中央處理器10，并可由顯示單元如LED顯示屏顯示。
遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置通過GPRS通信業(yè)務(wù)與現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集裝置的無線通信單元進(jìn)行通信。通過在現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集裝置主體部分對作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，然后通過GPRS DTU傳輸模塊將數(shù)據(jù)發(fā)往中心站主機，中心站的指揮人員可實時觀察數(shù)據(jù)，打印曲線。
雖然以上對本發(fā)明的實施方案進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于上述的說明。僅傳感器的種類就有很多，例如轉(zhuǎn)盤扭矩傳感器、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速傳感器、泵沖傳感器等。顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員只需要對本發(fā)明的方案進(jìn)行常規(guī)的變化，就可以制造出應(yīng)用于各種不同環(huán)境下的多參數(shù)采集系統(tǒng)。因此，本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求書所限定。
權(quán)利要求
1.一種多參數(shù)采集系統(tǒng)，其特征在于，包括參數(shù)采集單元，用于采集鉆井及修井操作中的多種參數(shù)；中央處理器，接收和處理所述參數(shù)采集單元采集的多種參數(shù)信號；記錄顯示單元，用于記錄和/或顯示所述中央處理器處理后的信號。
2.如權(quán)利要求1所述的多參數(shù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述參數(shù)采集單元包括傳感器單元，用于檢測鉆井及修井作業(yè)現(xiàn)場的多種參數(shù)；信號變送單元，用于將機械式傳感器的檢測信號變換為電信號；安全柵，所述電信號通過該安全柵傳送至所述中央處理器。
3.如權(quán)利要求2所述的多參數(shù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器單元包括以下類型傳感器中的一種或多種懸重傳感器，立管壓力傳感器，轉(zhuǎn)盤扭矩傳感器，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速傳感器，泵沖傳感器。
4.如權(quán)利要求1所述的多參數(shù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示單元包括顯示儀表、顯示器、記錄儀、打印機、繪圖儀。
5.如權(quán)利要求4所述的多參數(shù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示儀表包括指重表，液位計和壓力表。
6.一種遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1至5任一項所述的多參數(shù)采集系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括無線通信單元，設(shè)置在所述多參數(shù)采集系統(tǒng)主體內(nèi)，包括無線網(wǎng)卡和信號收/發(fā)單元；遠(yuǎn)程監(jiān)測單元，與所述多參數(shù)采集系統(tǒng)主體分開設(shè)置，包括與所述無線通信單元相應(yīng)的無線網(wǎng)卡和信號收/發(fā)單元，用于與設(shè)置在現(xiàn)場的多參數(shù)采集系統(tǒng)中的無線通信單元進(jìn)行無線通信，獲取經(jīng)所述中央處理器處理的信號。
7.如權(quán)利要求6所述的多參數(shù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述無線通信裝置采用GPRS方式通信。
全文摘要
一種用于修/鉆井機的多參數(shù)采集系統(tǒng)，包括參數(shù)采集單元，用于采集鉆井及修井操作中的多種參數(shù)；中央處理器，接收和處理所述參數(shù)采集單元采集的多種參數(shù)信號；記錄顯示單元，用于記錄和/或顯示所述中央處理器處理后的信號。該修/鉆井機多參數(shù)采集系統(tǒng)測量準(zhǔn)確、可靠性高，具有抗震、防爆、防水、耐腐蝕等優(yōu)點。此外，本發(fā)明還提供了一種采用上述多參數(shù)采集系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)?？梢杂捎脩暨h(yuǎn)程實時監(jiān)測多個子站的修/鉆井機的參數(shù)情況。
文檔編號E21B47/00GK1740821SQ20041005703
公開日2006年3月1日 申請日期2004年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月25日
發(fā)明者何新懷, 謝方山 申請人:謝方山