本實(shí)用新型體涉及一種鉆井液自動灌漿機(jī)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)階段技術(shù)條件下，鉆井作業(yè)過程中的灌漿是人工灌漿。起鉆時的灌漿規(guī)定是每起出一定數(shù)量的鉆桿(或鉆鋌)，人工啟動鉆井液灌漿泵。合規(guī)操作的前提是司鉆必須記清起出鉆桿(或鉆鋌)的數(shù)量。其次，開啟灌漿泵需要啟動發(fā)動機(jī)，部分鉆井隊還需要啟動鉆井泵并且倒換立管處的閥門。由此可見，現(xiàn)場起鉆灌漿的操作非常繁瑣，尤其無法對溢流或井漏進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，很容易出現(xiàn)井噴事故。起鉆過程中更大的問題是，井筒液面急速降低，極易導(dǎo)致溢流，進(jìn)而導(dǎo)致井涌、井噴，據(jù)不完全統(tǒng)計，井噴事故的發(fā)生70％均發(fā)生在起鉆過程中；出現(xiàn)井漏不易發(fā)現(xiàn)，有可能出現(xiàn)因漏而引發(fā)井噴的事故。下鉆時鉆井液從井筒流出的情況只能通過觀察防溢管處鉆井液的返回量，依靠人工判斷是否發(fā)生溢流或井漏?？站畷r，對循環(huán)罐內(nèi)液位的測量一般使用浮子式液面監(jiān)測器和帶刻度的標(biāo)尺。為了便于觀察循環(huán)罐內(nèi)液位的變化情況，在鉆井液罐區(qū)上配有坐崗房，由專人坐崗，工人每隔一定時間到循環(huán)罐上進(jìn)行觀測、記錄和對比，然后判斷是否出現(xiàn)溢流或井漏。顯而易見，人工灌漿方式，不僅操作麻煩，效率低，更重要的是對異常情況判斷精度很低，很容易出現(xiàn)誤判或漏判現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提出一種鉆井液自動灌漿機(jī)，將鉆井作業(yè)過程中的工況判斷、起鉆時自動灌漿、參數(shù)實(shí)時監(jiān)測、異常情況自動報警，能夠有效的預(yù)防鉆井事故的發(fā)生，保證安全生產(chǎn)，提高鉆井效率。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

鉆井液自動灌漿機(jī)，包括電源、數(shù)字觸發(fā)開關(guān)、數(shù)字灌注流量傳感器模塊、數(shù)字壓力傳感器模塊、壓電轉(zhuǎn)換器模塊、數(shù)字循環(huán)進(jìn)口流量傳感器模塊、終端、防溢管數(shù)字微壓傳感器總成、數(shù)字靶式流量傳感器總成、滾筒轉(zhuǎn)速傳感器模塊、數(shù)字壓力傳感器模塊、緩沖筒、循環(huán)罐數(shù)字液位傳感器模塊、遙控器、信號收發(fā)天線組成。所述數(shù)字觸發(fā)開關(guān)安裝在灌注泵附近，所述數(shù)字灌注流量傳感器模塊安裝在灌注管線上，所述數(shù)字壓力傳感器模塊和壓電轉(zhuǎn)換器模塊安裝在死繩固定器的液壓管線上，所述數(shù)字循環(huán)進(jìn)口流量傳感器模塊安裝在低壓管線上，所述終端安裝在司鉆控制臺上，所述防溢管數(shù)字微壓傳感器總成和數(shù)字靶式流量傳感器總成安裝在防溢管上，所述滾筒轉(zhuǎn)速傳感器模塊安裝在絞車滾筒軸端，所述數(shù)字壓力傳感器模塊安裝在雙向液壓馬達(dá)的進(jìn)、出口液壓管線上，所述緩沖筒安裝在鉆井液循環(huán)罐上，所述循環(huán)罐數(shù)字液位傳感器模塊所述緩沖筒上，所述終端與所述各傳感器模塊之間的數(shù)字信號傳輸采用新型LoRa擴(kuò)頻技術(shù)。

進(jìn)一步地，所述的鉆井液自動灌漿機(jī)，還包括終端，所述終端與所述各傳感器模塊之間的數(shù)字信號傳輸采用新型LoRa擴(kuò)頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測與終端之間數(shù)字信號的無線傳輸。

進(jìn)一步地，所述的鉆井液自動灌漿機(jī)，還包括防溢管數(shù)字微壓傳感器總成，所述防溢管數(shù)字微壓傳感器總成由防溢管數(shù)字微壓傳感器模塊、壓套、密封膠芯組成，安裝時，所述防溢管數(shù)字微壓傳感器總成的安裝中心線距離所述鉆井液返出管線頂面為b，b＝5-10mm。

進(jìn)一步地，所述的鉆井液自動灌漿機(jī)，還包括數(shù)字靶式流量傳感器總成，所述數(shù)字靶式流量傳感器總成包括數(shù)字靶式流量傳感器模塊、氣缸、活塞、復(fù)位彈簧、電磁閥、氣缸蓋，所述數(shù)字靶式流量傳感器模塊與活塞組裝為一體，所述氣缸上設(shè)計有氣管線接頭，所述活塞與氣缸壓蓋之間裝有復(fù)位彈簧，所述氣缸的氣管線上連接有電磁閥，所述數(shù)字靶式流量傳感器模塊上裝有信號收發(fā)天線。所述數(shù)字靶式流量傳感器模塊水平安裝在防溢管上，距防溢管的底法蘭為a，a＝15mm-30mm，所述數(shù)字靶式流量傳感器模塊的靶伸入防溢管內(nèi)與防溢管的軸線垂直。所述數(shù)字靶式流量傳感器模塊設(shè)計為可伸縮、可測同一流道的正、反向流量，其工作原理是，當(dāng)起下鉆時，絞車滾筒轉(zhuǎn)動，通過絞車滾筒轉(zhuǎn)速傳感器模塊發(fā)出的指令，電磁閥控制氣缸進(jìn)氣，活塞在氣壓的作用下壓縮復(fù)位彈 簧，數(shù)字靶式流量傳感器模塊縮回氣缸內(nèi)，當(dāng)絞車滾筒停止時，電磁閥控制氣缸放氣，活塞在復(fù)位彈簧的作用下帶著數(shù)字靶式流量傳感器模塊伸出，實(shí)現(xiàn)流量的監(jiān)測。

進(jìn)一步地，所述數(shù)字靶式流量傳感器模塊對流量測量零點(diǎn)的規(guī)定，將所述數(shù)字靶式流量傳感器模塊的靶浸在靜止液體中規(guī)定為流量測量零點(diǎn)；將鉆井液向上流動時測得的流量規(guī)定為正值；將鉆井液向下流動時測得的流量規(guī)定為負(fù)值。

進(jìn)一步地，所述數(shù)字靶式流量傳感器模塊的靶由合成材料制成，利用其正反向的變形可測同一流道的正、反向流量。

優(yōu)選的，所述的數(shù)字靶式流量傳感器模塊，所述數(shù)字靶式流量傳感器模塊防碰套的設(shè)計，所述數(shù)字靶式流量傳感器模塊的靶設(shè)計有防碰套，當(dāng)大尺寸的井下工具通過靶或鉆具晃動時，推動防碰套帶動數(shù)字靶式流量傳感器模塊壓縮復(fù)位彈簧，使靶縮回到氣缸內(nèi)，起到對靶的防碰保護(hù)。

優(yōu)選的，所述的數(shù)字靶式流量傳感器模塊，所述數(shù)字靶式流量傳感器模塊起、下鉆工序測量的規(guī)定，所述數(shù)字靶式流量傳感器模塊只有絞車滾筒轉(zhuǎn)速為零時才處于測量狀態(tài)。

優(yōu)選的，所述的鉆井液自動灌漿機(jī)，還包括緩沖筒，所述緩沖筒包括支架、緩沖筒法蘭、調(diào)節(jié)套、緩沖短節(jié)、阻尼短節(jié)、割縫阻尼短節(jié)和定位支座，所述支架上安裝有循環(huán)罐數(shù)字液位傳感器模塊。

優(yōu)選的，所述的緩沖筒，還包括緩沖短節(jié)，所述緩沖短節(jié)的圓周上均布有6-8條左旋阻尼縫，縫寬3mm-5mm。

優(yōu)選的，所述的緩沖筒，還包括緩沖短節(jié)的安裝，所述緩沖短節(jié)縫長的1/3裸露在鉆井液面以上。

優(yōu)選的，所述的緩沖筒，還包括阻尼短節(jié)，所述緩沖筒上安裝有2-3個所述阻尼短節(jié)。

優(yōu)選的，所述的阻尼短節(jié)，還包括阻尼孔，所述阻尼短節(jié)上開有阻尼孔徑，阻尼孔徑為6mm、8mm、10mm。

優(yōu)選的，所述的緩沖筒，還包括割縫阻尼短節(jié)，所述割縫阻尼短節(jié)的圓周上開有若干個阻尼縫，縫寬5mm-10mm。

優(yōu)選的，所述的鉆井液自動灌漿機(jī)，還包括循環(huán)罐數(shù)字液位傳感器模塊，所述循環(huán)罐數(shù)字液位傳感器模塊的設(shè)定值為鉆井液循環(huán)罐內(nèi)液面變化量的正常趨勢線△H，△H＝K(V_總-1/4πD_頭2v t)/S_總，若3mm＞△H＞-3mm時，說明井筒情況正常；若△H≥3mm時，說明出現(xiàn)溢流，若△H≤-3mm時，說明出現(xiàn)井漏。

優(yōu)選的，所述的鉆井液自動灌漿機(jī)，還包括數(shù)字壓力傳感器模塊，通過所述數(shù)字壓力傳感器模塊測得雙向液壓馬達(dá)的進(jìn)、出口壓力變化情況，可自動判斷起鉆、下鉆工況。

優(yōu)選的，所述的鉆井液自動灌漿機(jī)，還包括數(shù)字觸發(fā)開關(guān)安，所述數(shù)字觸發(fā)開關(guān)安裝在灌注泵附近，所述數(shù)字觸發(fā)開關(guān)設(shè)計為自動、手動、遙控三種控制模式，實(shí)現(xiàn)對灌注泵的控制。

優(yōu)選的，所述的鉆井液自動灌漿機(jī)，包括數(shù)字灌注流量傳感器模塊，所述數(shù)字灌注流量傳感器模塊安裝在灌注管線上，灌注管線的末端加工成彎頭，彎頭的軸線與防溢管的軸線的夾角小于45°。

優(yōu)選的，所述的鉆井液自動灌漿機(jī)，包括壓電轉(zhuǎn)換器模塊和數(shù)字壓力傳感器模塊，所述壓電轉(zhuǎn)換器模塊和數(shù)字壓力傳感器模塊測得大鉤懸重變化量△p及變化次數(shù)n，大鉤懸重變化量△p的設(shè)定值為2t，變化次數(shù)n的設(shè)定值為1、3、5，當(dāng)△p＞2t時，懸重變化次數(shù)n累加1次。當(dāng)n＝1、3、5時，實(shí)施井口自動灌漿作業(yè)，當(dāng)n等于設(shè)定值時，計數(shù)清零。當(dāng)數(shù)字靶式流量傳感器模塊測得的鉆井液循環(huán)出口流量大于零時，自動停止灌漿，當(dāng)灌漿3min時，若數(shù)字靶式流量傳感器模塊測得的鉆井液循環(huán)出口流量依然為零時，自動停止灌漿同時報警。

本實(shí)用新型的有益效果為：

鉆井液自動灌漿機(jī)的主要監(jiān)測儀器采用了新型數(shù)字靶式流量傳感器和防溢管數(shù)字微壓傳感器，二者均水平安裝在防溢管上。由于特殊的安裝位置，新型數(shù)字靶式流量傳感器監(jiān)測時避免了現(xiàn)場采用非滿管流量測量方式造成的測量精度低的缺陷；當(dāng)數(shù)字靶式流量傳感器失效時，防溢管數(shù)字微壓傳感器可實(shí)現(xiàn)數(shù) 字靶式流量傳感器的功能。終端處理器采用融合邏輯關(guān)系并創(chuàng)建了先進(jìn)的數(shù)模，實(shí)現(xiàn)了對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行及時準(zhǔn)確的分析、對比、判斷并發(fā)出指令。信號傳輸采用了抗干擾性強(qiáng)的新型LoRa擴(kuò)頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測與終端之間數(shù)字信號的無線傳輸。通過監(jiān)測、傳輸和終端處理三部分的融合實(shí)現(xiàn)了鉆井作業(yè)過程中工況判斷、灌注泵的啟動和停灌、出現(xiàn)溢流或井漏的安全報警的全自動化無線控制。

本裝置可成為未來數(shù)字化鉆井安全生產(chǎn)的一個有機(jī)組成部分，為鉆井監(jiān)督、鉆井工程師等相關(guān)人員和機(jī)構(gòu)提供鉆井生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的鉆井液自動灌漿機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的緩沖筒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的防溢管數(shù)字微壓傳感器總成的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的數(shù)字靶式流量傳感器總成；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的鉆井液自動灌漿機(jī)的控制流程及控制原理圖。

圖中：

1、電源；2、數(shù)字觸發(fā)開關(guān)；3、灌注泵；4、灌注管線；5、數(shù)字灌注流量傳感器模塊；6、鉆井液返出管線；7、數(shù)字壓力傳感器模塊；8、壓電轉(zhuǎn)換器模塊；9、死繩固定器；10、死繩；11、鉆井泵；12、數(shù)字循環(huán)進(jìn)口流量傳感器模塊；13、高壓管線；14、終端；15、鉆桿；16、防溢管；17、防溢管數(shù)字微壓傳感器總成；18、數(shù)字靶式流量傳感器總成；19、滾筒轉(zhuǎn)速傳感器模塊；20、馬達(dá)進(jìn)口液壓管線；21、數(shù)字壓力傳感器模塊；22、雙向液壓馬達(dá)；23、馬達(dá)出口液壓管線；24、緩沖筒；25、循環(huán)罐數(shù)字液位傳感器模塊；26、遙控器；27、支架；28、緩沖筒法蘭；29、調(diào)節(jié)套；30、緩沖短節(jié)；31、阻尼短節(jié)；32、 割縫阻尼短節(jié)；33、定位支座；34、鉆井液液面；35、左旋阻尼縫；36、阻尼縫；37、防溢管數(shù)字微壓傳感器模塊；38、壓套；39、密封膠芯；40、數(shù)字靶式流量傳感器模塊；41、氣缸；42、活塞；43、氣缸壓蓋；44、復(fù)位彈簧；45、氣管線；46、電磁閥；47、信號收發(fā)天線；48、防溢管連接法蘭；49、靶。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例所述的鉆井液自動灌漿機(jī)，包括電源1、數(shù)字觸發(fā)開關(guān)2、數(shù)字灌注流量傳感器模塊5、數(shù)字壓力傳感器模塊7、壓電轉(zhuǎn)換器模塊8、數(shù)字循環(huán)進(jìn)口流量傳感器模塊12、終端14、防溢管數(shù)字微壓傳感器總成17、數(shù)字靶式流量傳感器總成18、滾筒轉(zhuǎn)速傳感器模塊19、數(shù)字壓力傳感器模塊21、緩沖筒24、循環(huán)罐數(shù)字液位傳感器模塊25和遙控器26組成。所述數(shù)字觸發(fā)開2關(guān)安裝在灌注泵3附近，所述數(shù)字灌注流量傳感器模塊5安裝在灌注管線4上，所述數(shù)字壓力傳感器模塊7和壓電轉(zhuǎn)換器模塊8安裝在現(xiàn)場死繩固定器9上，所述數(shù)字循環(huán)進(jìn)口流量傳感器模塊12安裝在現(xiàn)場低壓管線13上，所述終端14安裝在司鉆控制臺上，所述防溢管數(shù)字微壓傳感器總成17和數(shù)字靶式流量傳感器總成18安裝在防溢管16上，所述滾筒轉(zhuǎn)速傳感器模塊19安裝在絞車滾筒軸端，所述數(shù)字壓力傳感器模塊21安裝在液壓大鉗的雙向液壓馬達(dá)的進(jìn)、出口液壓管線20和23上，所述緩沖筒24安裝在鉆井液循環(huán)罐上，所述循環(huán)罐數(shù)字液位傳感器模塊25所述緩沖筒24上，所述終端14與所述各傳感器模塊之間的數(shù)字信號傳輸采用新型LoRa擴(kuò)頻技術(shù)。

如圖2所示，本例中，所述的鉆井液自動灌漿機(jī)，還包括緩沖筒24。所述緩沖筒主要由支架27、緩沖筒法蘭28、調(diào)節(jié)套29、緩沖短節(jié)30、阻尼短節(jié)31、割縫阻尼短節(jié)32和定位支座33，所述支架27上安裝有循環(huán)罐數(shù)字液位傳感器 模塊25，所述緩沖短節(jié)30的圓周上均布有6-8條左旋阻尼縫35，所述阻尼短節(jié)31上開有阻尼孔，所述割縫阻尼短節(jié)32的圓周上開有若干個阻尼縫36。依據(jù)井的類型不同，阻尼短節(jié)可選裝2-3個。

緩沖筒主要用于解決循環(huán)罐內(nèi)因液體的循環(huán)流動及鉆井液因攪拌機(jī)的工作引起的波動而造成循環(huán)罐數(shù)字液位傳感器模塊的測量精度降低的問題。

緩沖筒的原理：鉆井液罐上攪拌機(jī)的工作及鉆井液的循環(huán)流動使罐內(nèi)鉆井液液面產(chǎn)生波動，波動的液體通過緩沖筒上設(shè)計的阻尼縫，縫寬5mm-10mm，和2-3級孔徑為6mm、8mm、10mm的阻尼短節(jié)時，產(chǎn)生阻尼緩沖，使得緩沖短節(jié)內(nèi)的鉆井液的液面達(dá)到近似靜止?fàn)顟B(tài)；在緩沖短節(jié)的圓周上設(shè)計有均布的6-8條縫寬為3mm-5mm的左旋阻尼縫，安裝時，設(shè)計縫長的1/3裸露在鉆井液面之上，實(shí)現(xiàn)緩沖短節(jié)內(nèi)的鉆井液與罐內(nèi)鉆井液連通并產(chǎn)生微動，保證緩沖短節(jié)內(nèi)近似靜止的鉆井液液面不出現(xiàn)稠化層。通過這兩項技術(shù)措施以保證安裝在支架上的循環(huán)罐數(shù)字液位傳感器模塊的測量精度。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的的結(jié)構(gòu)示意圖；

如圖3所示，本例中，所述防溢管數(shù)字微壓傳感器總成17由防溢管數(shù)字微壓傳感器模塊37、壓套38和密封膠芯39組成，安裝時，所述防溢管數(shù)字微壓傳感器總成的中心線距離所述鉆井液返出管線頂面為b，b＝5-10mm。其作用是通過時時監(jiān)測防溢管內(nèi)液壓力的變化，及時準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的溢流、嚴(yán)重氣侵或鉆井液返出管或槽嚴(yán)重堵塞并報警。

如圖4所示，本例中，所述數(shù)字靶式流量傳感器總成18包括所述數(shù)字靶式流量傳感器模塊40和氣缸41，所述數(shù)字靶式流量傳感器模塊40設(shè)在所述氣缸41內(nèi)，所述氣缸41內(nèi)的活塞42與所述數(shù)字靶式流量傳感器模塊40相連，所述活塞42與氣缸壓蓋43之間連接有復(fù)位彈簧44，所述氣缸41的氣管線45上連接有電磁閥46，所述數(shù)字靶式流量傳感器模塊40上連接有數(shù)據(jù)線47。

數(shù)字靶式流量傳感器總成主要用于及時準(zhǔn)確監(jiān)測鉆井液的返出流量，解決現(xiàn)場溢流、井漏監(jiān)測設(shè)備的誤報現(xiàn)象。數(shù)字靶式流量傳感器總成的原理：數(shù)字靶式流量傳感器總成水平安裝在防溢管上，其中心線距防溢管底法蘭頂面為a， a＝15mm-30mm，由于特殊的安裝位置，一方面避免了目前現(xiàn)場采用非滿管流量測量方式監(jiān)測循環(huán)出口流量時，因返出管或槽內(nèi)積的沉砂造成測量精度低的缺陷；另一方面當(dāng)數(shù)字靶式流量傳感器失效時，防溢管數(shù)字微壓傳感器可實(shí)現(xiàn)數(shù)字靶式流量傳感器的功能。

安裝后，數(shù)字靶式流量傳感器模塊的靶在復(fù)位彈簧的作用下伸出，通過探測孔進(jìn)入防溢管內(nèi)，測取鉆井液返出口的流量信號。起、下鉆工況時，當(dāng)絞車滾筒轉(zhuǎn)速不為零時，通過控制電磁閥給氣缸供氣，活塞壓縮復(fù)位彈簧將數(shù)字靶式流量傳感器模塊縮回，使靶也縮進(jìn)氣缸內(nèi)不被損壞；當(dāng)絞車滾筒轉(zhuǎn)速為零時，通過控制電磁閥，使氣缸放氣，數(shù)字靶式流量傳感器模塊在復(fù)位彈簧的作用下復(fù)位，靶伸入防溢管內(nèi)繼續(xù)監(jiān)測；其余工況下，靶始終處于流量監(jiān)測狀態(tài)。

數(shù)字靶式流量傳感器總成的設(shè)計特征：一是安裝特征，水平安裝數(shù)字靶式流量傳感器模塊，使靶伸入防溢管內(nèi)并與防溢管的軸線垂直。二是流量測量零點(diǎn)的規(guī)定，將數(shù)字靶式流量傳感器模塊的靶浸在靜止液體中規(guī)定為流量測量零點(diǎn)。將鉆井液向上流動時測得的流量規(guī)定為正值；將鉆井液向下流動時測得的流量規(guī)定為負(fù)值。三是同一流道的正、反向測量，數(shù)字靶式流量傳感器模塊的靶由合成材料制成，利用其正反向的變形可測同一流道的正、反向流量；四是伸縮性設(shè)計，通過氣缸和復(fù)位彈簧控制數(shù)字靶式流量傳感器模塊的靶的伸出和縮回。五是防碰套的設(shè)計，數(shù)字靶式流量傳感器模塊的靶設(shè)計有防碰套，當(dāng)大尺寸的井下工具通過靶或鉆具晃動時，推動防碰套帶動數(shù)字靶式流量傳感器模塊壓縮復(fù)位彈簧，使靶縮回到氣缸內(nèi)，起到對靶的防碰保護(hù)。六是起、下鉆工序測量的規(guī)定，只有絞車滾筒轉(zhuǎn)速為零時數(shù)字靶式流量傳感器模塊才處于測量狀態(tài)。

如圖1所示，本例中，鉆井液自動灌漿機(jī)還包括：

一個滾筒轉(zhuǎn)速傳感器模塊19，裝在絞車滾筒軸端部，用于監(jiān)測絞車滾筒的轉(zhuǎn)速；

一個數(shù)字觸發(fā)開關(guān)2，安裝在灌注泵3上，用于控制灌注泵的啟動與停止。

終端14位于司鉆控制臺，各傳感器監(jiān)測到的信號通過Lora擴(kuò)頻技術(shù)傳輸給終端，在終端進(jìn)行相應(yīng)的分析，判斷現(xiàn)場是否有異常發(fā)生，若有異常發(fā)生則進(jìn)行相應(yīng)的處理并報警。

本實(shí)用新型的原理：

鉆井液自動灌漿機(jī)通過數(shù)字流量傳感器模塊和數(shù)字壓力傳感器模塊對鉆井液循環(huán)進(jìn)口流量和雙向液壓馬達(dá)進(jìn)、出口壓力的實(shí)時采集，信號轉(zhuǎn)換，采用新型LoRa擴(kuò)頻技術(shù)無線傳輸?shù)浇K端，再經(jīng)過終端處理，可自動判斷空井、起鉆、下鉆、正常鉆進(jìn)(循環(huán)洗井)的鉆井工況；根據(jù)不同工況的要求，配合灌注泵可實(shí)現(xiàn)鉆井液的自動(手動或遙控)灌注、停注的作業(yè)；通過各類數(shù)字流量傳感器模塊對鉆井液循環(huán)進(jìn)、出口流量、循環(huán)罐內(nèi)液位變化、灌注時間、防溢管液位等參數(shù)的實(shí)時采集，信號轉(zhuǎn)換，無線傳輸?shù)浇K端，在終端進(jìn)行處理，能夠準(zhǔn)確判斷溢流或井漏的出現(xiàn)，如有異常及時報警，可最大限度的預(yù)防井噴事故的發(fā)生。通過對防溢管內(nèi)的壓力和流量以及對循環(huán)罐內(nèi)液位的實(shí)時監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了溢流、井漏報警的三保險。

為了及時準(zhǔn)確監(jiān)測到鉆井液的返出流量，解決現(xiàn)場溢流監(jiān)測設(shè)備的漏報、誤報、及時發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的氣浸或鉆井液返出管或槽嚴(yán)重堵塞的現(xiàn)象，自動灌漿機(jī)設(shè)計有防溢管數(shù)字微壓傳感器總成。

為了解決現(xiàn)場非滿管流量測量方式造成的測量精度低的缺陷，自動灌漿機(jī)設(shè)計有能夠伸縮的新型數(shù)字靶式流量傳感器總成。

為了解決因循環(huán)罐內(nèi)鉆井液的流動和波動造成的循環(huán)罐內(nèi)液位監(jiān)測精度降低的現(xiàn)象，自動灌漿機(jī)設(shè)計有緩沖筒。為了保證安全生產(chǎn)的正常運(yùn)行，自動灌漿機(jī)設(shè)有自動、手動、遙控的三種控制模式。

如圖5所示，控制流程及控制原理：

1.鉆井液循環(huán)罐內(nèi)的液位監(jiān)測

循環(huán)罐數(shù)字液位傳感器模塊將測得的循環(huán)罐內(nèi)液面高度的信號轉(zhuǎn)換成無線信號傳輸?shù)浇K端14，終端14接收到信號后，將其與設(shè)定值(鉆井液循環(huán)罐內(nèi)液面變化量△H：△H＝K(V_總-1/4πD_頭2v t)/S_總)進(jìn)行比較，若3mm＞△H＞ -3mm時，說明井筒情況正常；若△H≥3mm時，說明出現(xiàn)溢流，鉆臺顯示器上顯示并報警；若△H≤-3mm時，說明出現(xiàn)井漏，鉆臺顯示器上顯示并報警。

2.防溢管內(nèi)的壓力監(jiān)測

當(dāng)防溢管內(nèi)的液體淹沒防溢管數(shù)字微壓傳感器模塊的探頭時，測得信號傳給終端自動報警，

防溢管數(shù)字微壓傳感器總成17將測得的防溢管內(nèi)液面壓力的信號轉(zhuǎn)換成無線信號傳輸?shù)浇K端14，終端14接收到信號后，在鉆臺顯示器上顯示并報警。

3.不同工況的判斷及工作原理(如圖5所示)

本裝置通過各數(shù)字傳感器模塊對不同參數(shù)的監(jiān)測對比，實(shí)現(xiàn)不同工況的自動判斷。當(dāng)數(shù)字傳感器模塊監(jiān)測到鉆井液循環(huán)進(jìn)口流量不為零時，自動判斷為正常鉆進(jìn)或洗井循環(huán)工況；當(dāng)數(shù)字傳感器模塊監(jiān)測到鉆井液循環(huán)進(jìn)口流量為零時，自動判斷為空井、起鉆、下鉆工況，再進(jìn)一步的通過比較液氣大鉗雙向液壓馬達(dá)的進(jìn)、出口壓力情況進(jìn)行具體判斷，當(dāng)液氣大鉗雙向液壓馬達(dá)的進(jìn)、出口壓力沒有發(fā)生變化時，自動判斷為空井工況；當(dāng)液氣大鉗雙向液壓馬達(dá)的進(jìn)口壓力小于出口壓力時，自動判斷為起鉆工況；當(dāng)液氣大鉗雙向液壓馬達(dá)的進(jìn)口壓力大于出口壓力時，自動判斷為下鉆工況。

(1)正常鉆進(jìn)(或洗井循環(huán))工況

當(dāng)數(shù)字循環(huán)進(jìn)口流量傳感器模塊12測得鉆井液循環(huán)進(jìn)口流量Q1大于零時，判斷為正常鉆進(jìn)(或洗井循環(huán))工況。

此時將數(shù)字循環(huán)進(jìn)口流量傳感器模塊12測得鉆井液循環(huán)進(jìn)口流量Q1與數(shù)字靶式流量傳感器總成18測得循環(huán)出口流量Q2信號轉(zhuǎn)換成無線信號傳輸?shù)浇K端14，與門限值Q(Q＝Q₁±(5～10％)Q₁；Qmax＝Q₁+(5～10％)Q₁；Qmin＝Q₁-(5～10％)Q₁)比較，若Qmin＜Q₂＜Qmax時，說明井筒正常；若Q₂≥Qmax時，判定出現(xiàn)溢流，在鉆臺顯示器上顯示并報警；若Q₂＜Qmin時，判定出現(xiàn)井漏，在鉆臺顯示器上顯示并報警。

(2)空井工況

當(dāng)數(shù)字循環(huán)進(jìn)口流量傳感器模塊12測得鉆井液循環(huán)進(jìn)口流量為零(循環(huán)進(jìn)口流量Q₁＝0)且兩個數(shù)字壓力傳感器模塊21測得雙向液壓馬達(dá)22的進(jìn)、出口壓力沒有變化時，判斷為空井工況。

此時將數(shù)字靶式流量傳感器總成18測得循環(huán)出口流量信號轉(zhuǎn)換成無線信號傳輸?shù)浇K端14，終端14依據(jù)循環(huán)出口流量Q₂進(jìn)行判定：Q₂＝0時，井筒正常；Q₂＞2.5L/s時，說明出現(xiàn)溢流，鉆臺顯示器上顯示并報警；Q₂＜-2.5L/s時，說明出現(xiàn)井漏，鉆臺顯示器上顯示并報警。

(3)起鉆工況

液壓大鉗上雙向液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向?qū)?yīng)著上扣、卸扣動作，直接反映出起下鉆工況。這是判斷起、下鉆工況最有效的依據(jù)。安裝在液壓大鉗上的兩個數(shù)字壓力傳感器模塊21測得雙向液壓馬達(dá)22進(jìn)、出口的液壓后，將信號轉(zhuǎn)換為無線信號發(fā)送至終端14，終端14可自動判斷是起鉆還是下鉆工況。

當(dāng)數(shù)字循環(huán)進(jìn)口流量傳感器模塊12測得鉆井液循環(huán)進(jìn)口流量為零，同時數(shù)字壓力傳感器模塊21測得雙向液壓馬達(dá)22的進(jìn)、出口壓力變化，且馬達(dá)進(jìn)口壓力P1小于出口壓力P2時，判斷為起鉆工況。

起鉆工況下自動灌漿控制，壓電轉(zhuǎn)換器模塊8將數(shù)字壓力傳感器模塊7測得的大鉤懸重變化量及變化次數(shù)的液壓信號轉(zhuǎn)換成無線信號傳輸?shù)浇K端14，與相應(yīng)的設(shè)定值n比較，若n＝1、3、5時，則終端14發(fā)出無線信號給數(shù)字觸發(fā)開關(guān)2，啟動灌注泵3，也可手動或遙控，實(shí)施井口自動灌漿作業(yè)，同時計數(shù)清零。在灌漿的同時，數(shù)字靶式流量傳感器模塊監(jiān)測出口流量Q₂，若Q₂＞0時，終端14發(fā)出無線信號給數(shù)字觸發(fā)開關(guān)2，自動停止灌注泵3的工作；若通過數(shù)字灌注流量傳感器模塊5監(jiān)測到的灌漿進(jìn)口流量計算出的灌注時間t＝3min而循環(huán)出口流量Q₂仍為0時，終端14發(fā)出無線信號給數(shù)字觸發(fā)開關(guān)2，自動停止灌注泵3的工作并報警。

起鉆工況下報警控制，在判斷大鉤懸重變化量及變化次數(shù)的同時，將滾筒轉(zhuǎn)速傳感器模塊19測得的絞車滾筒轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成無線信號傳輸?shù)浇K端14，終端14與設(shè)定值(N＝0)比較，若N≠0時，終端14發(fā)出信號，控制電磁閥給氣缸供氣，活塞壓縮復(fù)位彈簧將數(shù)字靶式流量傳感器模塊縮回，使靶也縮進(jìn)氣缸 內(nèi)；N＝0時，終端14發(fā)出信號，控制電磁閥，使氣缸放氣，數(shù)字靶式流量傳感器模塊在復(fù)位彈簧的作用下數(shù)字靶式流量傳感器模塊的靶伸出，將測得的循環(huán)出口流量信號轉(zhuǎn)換成無線信號傳輸?shù)浇K端14，在終端14與對應(yīng)的設(shè)定值(Q₂＝0)比較，若Q₂＞0時，說明出現(xiàn)溢流，在鉆臺顯示器上顯示并報警；若Q₂＜0時，說明出現(xiàn)井漏，在鉆臺顯示器上顯示并報警。

(4)下鉆工況

當(dāng)數(shù)字循環(huán)進(jìn)口流量傳感器模塊12測得鉆井液循環(huán)進(jìn)口流量為零且數(shù)字壓力傳感器模塊21和23測得雙向液壓馬達(dá)22的進(jìn)、出口壓力變化且馬達(dá)進(jìn)口壓力P1大于出口壓力P2時，判斷為下鉆工況。

此時將滾筒轉(zhuǎn)速傳感器模塊19測得的絞車滾筒轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成無線信號傳輸?shù)浇K端14，終端14與設(shè)定值(N＝0)比較，若N≠0時，終端14發(fā)出信號，控制電磁閥給氣缸供氣，活塞壓縮復(fù)位彈簧將數(shù)字靶式流量傳感器模塊縮回，使靶也縮進(jìn)氣缸內(nèi)不被損壞；N＝0時，終端14發(fā)出信號，控制電磁閥，使氣缸放氣，數(shù)字靶式流量傳感器模塊在復(fù)位彈簧的作用下復(fù)位，數(shù)字靶式流量傳感器模塊的靶伸出，將測得的循環(huán)出口流量信號轉(zhuǎn)換成無線信號傳輸?shù)浇K端14，在終端14與對應(yīng)的設(shè)定值(Q₂＝2.5l/s)比較，若Q₂＞2.5l/s時，說明出現(xiàn)溢流，在鉆臺顯示器上顯示并報警；若Q₂＜-2.5l/s時，說明出現(xiàn)井漏，在鉆臺顯示器上顯示并報警。

下套管工況與下鉆工況相似。

主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)特點(diǎn)：

1.主要技術(shù)數(shù)參數(shù)

(1)鉆井液進(jìn)、出口流量

準(zhǔn)確度等級1.5；

測量基本誤差E絕對值1.3％；

重復(fù)性≤0.5％；

(2)鉆井液池液位計精度

顯示誤差1.3％；

記錄誤差±0.8％；

(3)安全防雷：C級

(4)安全防爆等級：EXD2BT4

(5)安全絕緣電阻：23MΩ

2.主要技術(shù)特點(diǎn)

本裝置通過新型數(shù)字傳感器模塊組實(shí)時采集信號，采用LoRa擴(kuò)頻技術(shù)雙向多發(fā)多收的實(shí)時傳輸技術(shù)，解決了作業(yè)現(xiàn)場頻繁拆裝、布線的難題，簡化了工作環(huán)節(jié)，降低了勞動強(qiáng)度；通過新型數(shù)字傳感器模塊對循環(huán)進(jìn)、出口流量及雙向液壓馬達(dá)進(jìn)、出口壓力的實(shí)時監(jiān)測，可自動判斷鉆井工況；通過對大鉤懸重變化量及變化次數(shù)的監(jiān)測，可自動啟動灌注泵，實(shí)施灌漿作業(yè)；通過對灌漿進(jìn)口流量、灌注時間、循環(huán)出口流量的監(jiān)測對比，可自動停止灌注泵，并自動判斷井下是正常、井漏或溢流；本裝置設(shè)計的伸縮式新型數(shù)字靶式流量傳感器總成解決了現(xiàn)場非滿管流量測量方式造成的測量精度低的缺陷；設(shè)計的防溢管數(shù)字微壓傳感器總成解決了現(xiàn)場溢流監(jiān)測設(shè)備的誤報、漏報、不能及時發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的氣浸或鉆井液返出管(槽)嚴(yán)重堵塞的問題；設(shè)計的緩沖筒，消除了循環(huán)罐內(nèi)鉆井液的波動，開發(fā)的鉆井液循環(huán)罐內(nèi)液面變化量的正常趨勢線公式考慮了鉆進(jìn)過程中液面正常降低的因素，二者綜合考慮，解決了循環(huán)罐內(nèi)液位監(jiān)測精度降低的現(xiàn)象，提高了循環(huán)罐內(nèi)鉆井液液位測量的精度；本控制系統(tǒng)還具有故障自檢、存儲、顯示及打印的功能。

裝置調(diào)試

1.基準(zhǔn)點(diǎn)的調(diào)試

(1)數(shù)字靶式流量傳感器模塊零點(diǎn)調(diào)試：將數(shù)字靶式流量傳感器模塊的靶浸在靜止液體中規(guī)定為流量測量零點(diǎn)。

(2)防溢管數(shù)字微壓傳感器模塊基準(zhǔn)點(diǎn)調(diào)試：防溢管數(shù)字液位傳感器模塊的探頭處在空氣中時，沒有信號輸出；當(dāng)防溢管內(nèi)的液體淹沒探頭時，測得信號。

(3)鉆井液循環(huán)罐內(nèi)液面變化量基準(zhǔn)的調(diào)試：鉆井液循環(huán)罐內(nèi)液面變化量的正常趨勢線

△H＝K(V_總-1/4πD_頭2v t)/S_總)

(4)懸重變化的基準(zhǔn)值：△p＝2t

(5)灌漿時間基準(zhǔn)：t＝3min；

(6)絞車滾筒轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)：N＝0

2.檢查供電電源的連接情況是否正常。

3.數(shù)字靶式流量傳感器模塊氣缸伸縮情況測試。

4.主電路啟動按鈕，主電路開始工作。

5.無線信號接發(fā)測試。

6.設(shè)備調(diào)試完畢，處于待命工況。

七、操作方法

第一步：給裝置供電；

第二步：啟動主機(jī)，開始工作。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。