IDS-II鉆井參數儀研制

摘? 要：華北錄井研制的IDS-II型集成鉆井參數儀，應用iCAN總線技術，在IDS鉆井參數儀的基礎上采用新硬件，實現鉆井參數的數據采集提速。根據國際需求，結合硬件特點，編制出WITSML格式的鉆井參數儀遠程傳輸軟件。經過測試和完善工作，完成了鉆井參數儀的研制工作。

關鍵詞：iCAN總線;信號采集;軟件開發與測試;遠程傳輸

石油鉆井參數儀是一種用于測量鉆機各個系統運行參數的集成儀器儀表，通過它可掌握鉆井狀態，提高鉆井時效，保證鉆井質量，降低鉆井成本。鉆井參數儀作為鉆井作業中的眼睛，是油氣鉆井工程監測鉆進過程，進行科學分析和科學決策的重要儀器，實現了實時監測、報警、記錄與歷史數據回放，為鉆井的安全生產提供了科學依據。

一、鉆井參數儀原理分析和結構設計

1、鉆井參數儀原理

IDS鉆井參數儀設計是以鉆井數據采集計算機為核心，以傳感器為基礎，實現鉆井過程中的各種鉆井參數采集、計算、處理和無線網絡傳輸。各種傳感器標準信號通過iCAN從站的采集、傳輸，實現與鉆臺計算機的通信。鉆臺計算機對接收的數字信號進行處理，完成顯示、存儲、智能報警、數據無線遠傳等功能。

2、結構設計

硬件系統由采集機、客戶機，一次儀表、傳感器、接口箱、UPS電源、液壓管線、電纜線及計算機網絡組成。軟件系統包括采集軟件、客戶端監控軟件、數據處理與資料輸出軟件。

如圖所示，傳感器把物理量轉換成電信號，通過傳感器線把4-20mA的電流信號輸入鉆臺接口箱和入口接口箱，接口箱把電流信號轉換成數據通過總線電纜傳輸到鉆臺采集計算機。采集計算機對數據進行計算、處理，顯示出參數變化和曲線。

二、關鍵技術研究

開展IDS-Ⅱ型鉆井參數儀研制研究，重點研發鉆井參數儀及其軟件，其研究內容包括：總線傳輸類型優化，防爆計算機優化，泵沖速優化，遠程傳輸軟件研究開發等。

1、總線傳輸類型優化

鉆井參數儀所涉及的技術包括鉆井工程、傳感器技術、計算機數據采集、信息處理及傳輸，系統軟件編制等多學科技術。系統主要由現場數據采集系統和聯機、脫機處理軟件兩大部分組成。以iCAN協議為基礎的總線測量控制系統，是由一系列智能化現場總線測量控制模塊、PC/PLC通信網卡/網橋以及一系列基于開放式的應用軟件構成。

（1）CAN總線模塊

CAN是控制器局域網絡（Controller Area Network，CAN）的簡稱，是國際上應用最廣泛的現場總線之一。

參數儀選用的是USBCAN II+高性能CAN接口卡，該卡是與USB2.0總線全速規范兼容的，PC可以通過USB總線連接至CAN-bus網絡，構成現場總線CAN-bus網絡領域中數據處理、數據采集的CAN-bus網絡控制節點。

（2）iCAN模塊7404（計數模塊）

iCAN-7404計數器/測頻模塊用于外部脈沖計數或測頻。具有4路的計數/測頻通道，可編程數字濾波：1～65535us，最大計數值：32bits。

（3）iCAN模塊6017（模擬量模塊）

iCAN-6017功能模塊用于采集模擬量輸入信號。該模塊具有8路模擬量輸入通道，輸入信號范圍：±10V（默認）、±5V;電流輸入：±20mA;采樣精度：±0.1%;采樣速率：2000次/秒;內部具有信號調理電路，模擬量信號的分辨率為16位。

2、防爆計算機優化

BTJ防爆計算機是我公司與防爆設備廠家共同設計開發的新型防爆產品，防爆計算機采用觸控操作，只需手指觸摸電腦屏幕上的有關位置便可進行相應的操作。計算機符合防爆標準GB3836.1 -2010《爆炸性氣體環境用電氣設備》的有關規定。防爆標志為ExdibIIBT4 Gb。計算機通過國家防爆檢驗部門檢驗合格并取得了產品防爆合格證。

3、泵沖速優化

IDS使用的鉆井泵速的測量方法：通過接近開關來檢測動力端輸入軸的轉速，除以鉆井泵的減速比，從而得到泵沖速。該測量方法存在一個主要的問題就是如果測量的時間比較短，在單位時間內接近開關的泵沖數也就比較少，計算出來的沖速和實際的沖速相差比較多。通常在鉆井泵的使用過程中盡量延長測量的時間來獲得準確的數據，一般是以5秒為準（最低可測12沖/分鐘），也就是說延遲5秒鐘才能獲得沖速數據。

改進后的泵沖速率能測到5沖/分鐘，在泵沖速改變時，采集機能夠在1秒內開始體現出來，很好的解決了泵沖測量的問題。

4、遠程傳輸軟件研究開發

本軟件可以根據甲方的需求，任意增加或減少傳輸參數，自定義傳輸數據間隔或頻率，滿足不同石油服務公司的傳輸要求。

軟件具有的主要功能：

1）、時間基準數據、深度基準數據的上傳功能;

2）、提供實時數據輸出接口，數據輸出頻率10HZ，數據格式WITSML 1.4.1;

3）、提供3個月以上的數據緩存，具有斷點續傳、數據補傳、數據導出，日志查詢功能;

4）、軟件設置完畢，全程自動運行，無人值守。

三、現場應用

1、IDS-II型鉆井參數儀應用

2019年7月開始，第一套II型鉆井參數儀在沙特SP***鉆井隊開始應用，至12月底，共施工3口井，期間儀器運行良好，未出現設備故障。設備操作簡單，軟件直觀明了，拆遷、安裝與維護方便，獲現場使用人員好評。

2、WITSML遠程傳輸系統應用

WITSML遠程傳輸系統2019年7月29日在沙特SP***隊SAHB_*井進行了應用，至2019年9月底，經過在鉆井現場2個月的應用，共傳輸深度數據6025條，時間數據3457036條，軟件運行穩定，數據傳輸正常，取得了較好的應用效果。目前該軟件在沙特2個隊伍運行近1年，系統穩定，未出現軟件故障。

結論

IDS-II型鉆井參數儀主要優點有：（1）防爆觸摸屏計算機技術;（2）總線式信號采集;（3）正壓防爆接口箱。（4）軟件中英文界面及單位體系可一鍵切換;（5）每秒超過10次的數據采集速率;（6）采用WITS和WITSML標準進行數據遠程傳輸。

華北錄井研發的IDS-II型鉆井參數儀，擁有完整的知識產權，和其他鉆井參數儀相比，功能更完善，操作更人性化。

作者簡介：王永云 1970 男 籍貫：四川達州 民族：漢族? 學歷：中央黨校? 研究方向：綜合錄井儀測量石油。