專利名稱：對鉆井現(xiàn)場起下鉆過程進(jìn)行監(jiān)測與自動灌漿控制的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對鉆井現(xiàn)場起下鉆過程進(jìn)行監(jiān)測與自動灌漿控制的方法，屬 于石油勘探技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在鉆井現(xiàn)場，起下鉆是一種很常規(guī)的作業(yè)，而起下鉆作業(yè)過程中很可能出現(xiàn) 很多意想不到的突發(fā)情況，尤其是井涌、井漏情況，起下鉆發(fā)生井涌后極易誘發(fā) 井噴,造成的后果極為嚴(yán)重。
在起鉆過程中，起出一定數(shù)量的鉆柱后，井筒液面會下降到一定高度，需要 灌注相應(yīng)的鉆井液以平衡地層的壓力。在作業(yè)現(xiàn)場， 一般規(guī)定每起3 — 5柱鉆桿 或一柱鉆鋌就應(yīng)灌滿一次，若不及時灌漿，則由井筒液面下降的液柱壓力和地層 壓力會出現(xiàn)壓差，該壓差得不到平衡容易導(dǎo)致溢流，進(jìn)而導(dǎo)致井涌，嚴(yán)重的時候 出現(xiàn)井噴。另外起出鉆柱的速度過快容易'產(chǎn)生壓力激動，也會出現(xiàn)井涌或井漏。 目前，國內(nèi)對于起鉆時的灌漿， 一般情況是每起出一定數(shù)量的鉆桿，由人工控制 灌注泵灌漿，這要求司鉆必須記住起出鉆桿的數(shù)量，有時還需要倒換立管處的閥 門，非常煩瑣。在下鉆時，由鉆井工人觀察溢流管處鉆井液的返回量，依靠人工 判斷是否發(fā)生井涌或井漏，效率低下，人為因素影響較大。
目前國內(nèi)雖有一些簡單的灌漿控制系統(tǒng)，但功能很簡單，采用PLC或單片機(jī) 進(jìn)行控制，由傳感器和控制器構(gòu)成系統(tǒng)，誤差較大，現(xiàn)場的實(shí)用意義不大。由于 起下鉆的過程復(fù)雜，有很多的不確定因素，造成狀態(tài)的分析判斷是控制的難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種解決鉆井現(xiàn)場起下鉆灌漿的準(zhǔn)確性和可靠性，提高 現(xiàn)場的作業(yè)效率，保障起下鉆作業(yè)過程安全的對鉆井現(xiàn)場起下鉆過程進(jìn)行監(jiān)測與 自動灌漿控制的方法。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種對鉆井現(xiàn)場起下鉆過程進(jìn)行 監(jiān)測與自動灌漿控制的方法，其特征在于，利用現(xiàn)有的鉆井監(jiān)視儀，通過CAN 總線節(jié)點(diǎn)接入出口流量傳感器、起下鉆池傳感器，CANI/0控制裝置，利用本方 法進(jìn)行實(shí)時檢測與分析，給出分析結(jié)果，并對灌注泵進(jìn)行自動灌漿控制，其方法 為
第一步.在灌槳罐內(nèi)安裝起下鉆池傳感器；
第二步.在溢流管內(nèi)安裝出口流量傳感器；
第三步.利用第一模擬量CAN總線節(jié)點(diǎn)連接起下鉆池傳感器；
第四步.利用第二模擬量CAN總線節(jié)點(diǎn)連接出口流量傳感器；
第五步.利用CAN 1/0節(jié)點(diǎn)連接灌注泵的啟、停開關(guān)；
第六步.將各CAN節(jié)點(diǎn)通過電纜連接在一起，CAN電纜的一端連接到鉆井監(jiān)視儀 上；
第七步.用C語言編制程序，運(yùn)行在鉆井監(jiān)視儀；
第八步.利用鉆井監(jiān)視儀及CAN 1/0節(jié)點(diǎn)聯(lián)合運(yùn)算，綜合檢測得到 '
A. 灌漿罐內(nèi)池體積的減少量近似于起鉆時灌注的鉆井液量，即灌漿量，將
灌槳量與需灌漿量進(jìn)行比較，如果灌漿量大于需灌漿量，說明井筒中有
可能出現(xiàn)井漏；如果小于需灌漿量，說明有可能出現(xiàn)溢流或井涌；如果 等于需灌漿量，說明正常；
B. —般情況下，由于慣性作用，井筒內(nèi)超灌的鉆井液會通過溢流管流出相 應(yīng)體積的鉆井液，該情況可通過出口流量傳感器測量溢流管流出的鉆井液 量，即返漿量，若將灌漿量、返漿量同需灌漿量進(jìn)行比較，如果大于需灌 漿量，說明有可能出現(xiàn)溢流或井涌；如果小于需灌漿量，有可能出現(xiàn)井漏； 如果相等，說明正常。通過安裝起下鉆池及出口流量傳感器，對上述條件 進(jìn)行檢測與分析，再結(jié)合鉆井儀表本身的強(qiáng)大的狀態(tài)判斷功能，判斷出起 鉆條件及灌漿條件，對灌注泵進(jìn)行灌注控制。
本發(fā)明利用原有的鉆井監(jiān)視儀，采用CAN總線技術(shù)的分布式結(jié)構(gòu)連接防爆的 模擬量CAN總線節(jié)點(diǎn)和出口流量傳感器、起下鉆池傳感器，CAN總線I/0節(jié)點(diǎn)， 鉆井監(jiān)視儀。CAN總線控制器單元由防爆的CAN總線I/0節(jié)點(diǎn)、C認(rèn)總線傳感器 單元和鉆井監(jiān)視儀構(gòu)成，整個系統(tǒng)的控制中心為鉆井監(jiān)視儀，利用鉆井監(jiān)視儀及 CAN 1/0節(jié)點(diǎn)聯(lián)合運(yùn)算，綜合檢測，得到起鉆條件、灌漿條件的分析結(jié)果，并根 據(jù)分析結(jié)果對灌注泵進(jìn)行自動灌漿控制，并根據(jù)返漿結(jié)果進(jìn)行綜合解釋，得出正 確的異常狀態(tài)評價結(jié)果，各種控制算法均通過軟件實(shí)現(xiàn)，充分利用了原有鉆井儀 表硬件平臺，無需其它的硬件載體。
自動灌漿需要在起鉆時根據(jù)用戶的要求進(jìn)行灌漿，而起鉆狀態(tài)的判斷涉及井 深系統(tǒng)以及大鉗系統(tǒng)的檢測，這對灌漿系統(tǒng)而言是一個難點(diǎn)。本發(fā)明利用在現(xiàn)場 大量使用的鉆井儀表避開了該問題，利用鉆井儀表本身提供的狀態(tài)判斷解決了灌 漿的起鉆狀態(tài)的判斷，通過軟件上的通訊接口協(xié)議解決了該問題。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
1. 由于利用了原有的鉆井儀表，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分簡單，并輕而易舉地獲得 了很多的狀態(tài)判斷，大大提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性；
2. 采用了智能的CAN 1/0模塊進(jìn)行控制，減輕了鉆井監(jiān)視儀CPU的任務(wù)， 實(shí)時性強(qiáng)；
3. 本方法由于采用了 CAN總線技術(shù)，大大方便了現(xiàn)場的使用，提高了系統(tǒng) 的可靠性。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的CAN 1/0節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖3為本發(fā)明的CAN I/O節(jié)點(diǎn)軟件流程圖4為本發(fā)明的鉆井監(jiān)視儀灌漿控制軟件流程圖5為鉆井監(jiān)視儀內(nèi)的軟件接口示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例
如圖l所示，為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，出口流量傳感器6同CAN模擬量 節(jié)點(diǎn)7安裝在溢流管上,對返漿量進(jìn)行檢測，通過CAN總線同其它設(shè)備進(jìn)行連接， 起下鉆池傳感器4同CAN模擬量節(jié)點(diǎn)5安裝在灌漿罐上，對灌漿量進(jìn)行檢測，通 過CAN總線同其它設(shè)備進(jìn)行連接，CAN I/O節(jié)點(diǎn)3安裝在灌注泵2上，對灌注泵 進(jìn)行啟停操作，鉆井監(jiān)視儀1通過CAN總線同上述設(shè)備進(jìn)行連接，通過CAN總線發(fā)出各種狀態(tài)消息，并接收各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)算、顯示和存儲。由于采用了 CAN總線技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)極其簡單，大大方便了現(xiàn)場的使用，提高了系統(tǒng)的可靠 性。
如圖2所示，為本發(fā)明的CAN I/O節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖，CAN I/O節(jié)點(diǎn)3由380V 電源輸入、放大電路、光隔電路A、指示燈、操作按鍵、液晶顯示模塊、接觸器 驅(qū)動、繼電器驅(qū)動、晶振電路、單片機(jī)、24V電源輸入、電源模塊、光隔電路B 和CAN收發(fā)器組成。380V電源輸入與接觸器驅(qū)動連接，接觸器驅(qū)動與灌注泵2 連接，單片機(jī)分別與光隔電路A、指示燈、操作按鍵、液晶顯示模塊、晶振電路、 電源模塊和光隔電路B連接，光隔電路A通過放大電路與繼電器驅(qū)動連接，電源 模塊一路用過24V電源輸入與繼電器驅(qū)動連接，另一路通過光隔電路B、 CAN收 發(fā)器與CAN總線連接。
CAN I/O節(jié)點(diǎn)3是一個智能的I/O節(jié)點(diǎn)，主要功能用一個S0C的單片機(jī)通過 軟件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，在此采用C8051F040集成CAN的SOC單片機(jī)，電路結(jié)構(gòu)極其簡單。 CAN節(jié)點(diǎn)采用全隔離結(jié)構(gòu)，通過接觸器可直接驅(qū)動380V的三相電動機(jī)，實(shí)現(xiàn)灌 注泵的操作。通過CAN總線接收起下鉆池以及出口流量的數(shù)據(jù)，并接收來自鉆井 監(jiān)視儀l的指令，解析后控制灌注泵2的啟停，CAN 1/0節(jié)點(diǎn)可根據(jù)設(shè)定時間對 灌注泵進(jìn)行停止操作，亦可根據(jù)設(shè)定的流量對灌注泵進(jìn)行PID智能控制，流量的 通過出口流量以及起下鉆池傳感器的檢測。CAN 1/0節(jié)點(diǎn)的初始化參數(shù)設(shè)置由鉆 井監(jiān)視儀1通過C緒總線進(jìn)行設(shè)置，或通過內(nèi)置的操作按鍵進(jìn)行設(shè)置。
如圖3所示，為本發(fā)明的CANI/0節(jié)點(diǎn)軟件流程圖，軟件用C進(jìn)行編寫，CAN 1/0節(jié)點(diǎn)直接對低層設(shè)備》灌注泵進(jìn)行控制，并通過CAN總線接收各種指令，操 作。CAN 1/0模塊的置位動作受上位機(jī)今鉆井監(jiān)視儀的控制，復(fù)位動作則通過自 身進(jìn)行計時，達(dá)到計時時間后進(jìn)行復(fù)位，不受上位機(jī)的控制。CANI/0節(jié)點(diǎn)通過 軟件判斷狀態(tài)，自動進(jìn)行報警處理，這種方式大大地減輕了上位機(jī)CPU的任務(wù)， 解決了線路阻塞、通訊異常的影響，提高了系統(tǒng)的實(shí)時性。
如圖4所示，為本發(fā)明的鉆井監(jiān)視儀灌漿控制軟件流程圖，軟件用C進(jìn)行編 寫，該軟件安裝在鉆井監(jiān)視儀內(nèi)，工作在windows平臺上，通過CAN總線獲取起 下鉆池傳感器、出口流量傳感器、CAN 1/0模塊的數(shù)據(jù)，并通過WITS協(xié)議同原
有的鉆井監(jiān)視儀監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，協(xié)同工作，各種狀態(tài)等數(shù)據(jù)是由原鉆井 監(jiān)視儀通過開放的WITS協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如圖5所示，提高了系統(tǒng)的工作效 率。軟件根據(jù)用戶的設(shè)置計算需灌漿量，通過起下鉆池的變化量計算灌漿量，通 過出口流量的變化量計算返漿量，并結(jié)合鉆井監(jiān)視儀監(jiān)控軟件提供的狀態(tài)進(jìn)行灌 漿控制，進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)判斷，大大提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。對于灌注泵的控制，鉆 井監(jiān)視儀端的灌漿控制軟件是通過CAN總線發(fā)送動作指令以及時間信息到CAN 1/0模塊，通知CANI/0模塊進(jìn)行灌注泵的控制，并接收CANI/0模塊的應(yīng)答幀， 確保系統(tǒng)通訊的可靠性。這種控制方式大大減輕了鉆井監(jiān)視儀CPU的工作量，鉆 井監(jiān)視儀CPU只需確定開始灌注的時刻并通知CAN I/O模塊，對于灌注的停止則 無需控制。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在起鉆過程中，通過測量灌漿罐內(nèi)池體積的變 化量，該灌漿罐內(nèi)池體積的減少量近似于起鉆時灌注的鉆井液量，即灌漿量。將 灌漿量與需灌漿量(相應(yīng)的鉆具的排代量)進(jìn)行比較，如果灌漿量大于需灌漿量， 說明井筒中有可能出現(xiàn)井漏；如果小于需灌漿量，說明有可能出現(xiàn)溢流或井涌； 如果等于需灌漿量，說明正常。 一般情況下/由于慣性作用，井筒內(nèi)超灌的鉆井 液會通過溢流管流出相應(yīng)體積的鉆井液。該情況可通過出口流量傳感器測量溢流 管流出的鉆井液量，即返漿量。若將灌漿量、返漿量同需灌漿量進(jìn)行比較，如果 大于需灌漿量，說明有可能出現(xiàn)溢流或井涌；如果小于需灌漿量，有可能出現(xiàn)井 漏；如果相等，說明正常。通過安裝起下鉆池及出口流量傳感器，對上述條件進(jìn) 行檢測與分析，再結(jié)合鉆井儀表本身的強(qiáng)大的狀態(tài)判斷功能，判斷出起鉆條件及 灌漿條件，對灌注泵進(jìn)行灌注控制。
通過本發(fā)明的方法可以對鉆井現(xiàn)場的起下鉆作業(yè)進(jìn)行自動灌漿控制，提高現(xiàn) 場的作業(yè)效率，保障起下鉆作業(yè)過程的安全。
權(quán)利要求
1.一種對鉆井現(xiàn)場起下鉆過程進(jìn)行監(jiān)測與自動灌漿控制的方法，其特征在于，利用現(xiàn)有的鉆井監(jiān)視儀(1)，通過CAN總線節(jié)點(diǎn)接入出口流量傳感器、起下鉆池傳感器，CAN I/O控制裝置，利用本方法進(jìn)行實(shí)時檢測與分析，給出分析結(jié)果，并對灌注泵進(jìn)行自動灌漿控制，其方法為第一步.在灌漿罐內(nèi)安裝起下鉆池傳感器(4)；第二步.在溢流管內(nèi)安裝出口流量傳感器(6)；第三步.利用第一模擬量CAN總線節(jié)點(diǎn)(5)連接起下鉆池傳感器(4)；第四步.利用第二模擬量CAN總線節(jié)點(diǎn)(7)連接出口流量傳感器(6)；第五步.利用CAN I/O節(jié)點(diǎn)(3)連接灌注泵(2)的啟、停開關(guān)；第六步.將各CAN節(jié)點(diǎn)通過電纜連接在一起，CAN電纜的一端連接到鉆井監(jiān)視儀(1)上；第七步.用C語言編制程序，運(yùn)行在鉆井監(jiān)視儀(1)；第八步.利用鉆井監(jiān)視儀(1)及CAN I/O節(jié)點(diǎn)聯(lián)合運(yùn)算，綜合檢測得到A.灌漿罐內(nèi)池體積的減少量近似于起鉆時灌注的鉆井液量，即灌漿量，將灌漿量與需灌漿量進(jìn)行比較，如果灌漿量大于需灌漿量，說明井筒中有可能出現(xiàn)井漏；如果小于需灌漿量，說明有可能出現(xiàn)溢流或井涌；如果等于需灌漿量，說明正常；B.一般情況下，由于慣性作用，井筒內(nèi)超灌的鉆井液會通過溢流管流出相應(yīng)體積的鉆井液，該情況可通過出口流量傳感器測量溢流管流出的鉆井液量，即返漿量，若將灌漿量、返漿量同需灌漿量進(jìn)行比較，如果大于需灌漿量，說明有可能出現(xiàn)溢流或井涌；如果小于需灌漿量，有可能出現(xiàn)井漏；如果相等，說明正常。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對鉆井現(xiàn)場起下鉆過程進(jìn)行監(jiān)測與自動灌漿控制的方 法，其特征在于，CAN 1/0節(jié)點(diǎn)(3)由380V電源輸入、放大電路、光隔電 路A、指示燈、操作按鍵、液晶顯示模塊、接觸器驅(qū)動、繼電器驅(qū)動、晶振 電路、單片機(jī)、24V電源輸入、電源模塊、光隔電路B和CAN收發(fā)器組成。 380V電源輸入與接觸器驅(qū)動連接，接觸器驅(qū)動與灌注泵2連接，單片機(jī)分 別與光隔電路A、指示燈、操作按鍵、液晶顯示模塊、晶振電路、電源模塊 和光隔電路B連接，光隔電路A通過放大電路與繼電器驅(qū)動連接，電源模塊 一路用過24V電源輸入與繼電器驅(qū)動連接，另一路通過光隔電路B、 CAN收 發(fā)器與CAN總線連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對鉆井現(xiàn)場的起下鉆過程進(jìn)行監(jiān)測與自動灌漿控制的方法，其特點(diǎn)是利用現(xiàn)有的鉆井儀表，通過CAN總線節(jié)點(diǎn)接入出口流量傳感器、起下鉆池傳感器，CAN I/O控制裝置，利用本方法進(jìn)行實(shí)時檢測與分析，給出分析結(jié)果，并對灌注泵進(jìn)行自動灌漿控制。利用本方法可方便地檢測井涌、井漏的發(fā)生，預(yù)防由井涌、井漏引起的惡性事故的發(fā)生，減少損失，確保鉆井現(xiàn)場的安全。
文檔編號E21B44/00GK101196110SQ20071017283
公開日2008年6月11日 申請日期2007年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月24日
發(fā)明者畢東杰, 沈俊俠 申請人:上海神開石油化工裝備股份有限公司;上海神開石油科技有限公司