硅谷杂志：数字化参数仪在钻井市场中的应用 |
| 2012-07-20 11:18 作者：孙立秀 薛高峰 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网7月20日消息 （原文载于《硅谷》杂志）VDX数字化钻井参数仪实现了对井深、立管压力、转盘扭矩等钻井参数的测量，利用计算机技术实现对钻井参数的数据采集、超高亮度液晶显示、网络化数据传输、人机交互等功能。解决复杂工况及恶劣环境下钻井参数仪使用受限的问题。如：高危气体环境（爆炸）、高温、低温、振动、强电磁干扰等。通过与现代钻井技术结合实现对钻井参数合理配置。并在国内外钻井工程中得到推广应用。
随着钻井科学技术的发展、对钻井生产安全性要求的提高，钻井参数仪的重要性迅速得到提升。在我局钻井队伍快步走进国际市场及国内重点勘探市场的过程中，国内钻井参数仪开发应用技术落后的状况与钻井工程需求之间的矛盾表现得越来越突出，特别是在国际钻井工程中表现得更为明显。国外钻井参数仪技术水平领先，但价格昂贵且配件供应周期长，出现问题后服务人员不能及时到现场。为此勘探局提出研究高性能的数字化钻井参数仪。
1VDX数字化钻井参数仪
钻井工程技术研究院于2000年承担了研究开发数字化钻井参数仪的任务，经过刻苦攻关于2002年通过勘探局验收，后经多年的不断完善与提高，现已研究开发出具有完全知识产权的钻井参数仪高端产品----VDX数字化钻井参数仪；VDX数字化钻井参数仪所具有的人性化界面、多达46个工程参数的采集与显示、工程参数单位的公英制转换、以及基于井深的参数曲线存储和打印功能的开发、信息交流界面的应用以及独立的参数高低限声光报警功能，满足了我局及部分中石化钻井队伍走向国际市场的需求，并提供了强有力的技术支持和保障。研制开发出的TZC系列数字化钻井参数仪，满足了国内钻井工程的需求。
1.1VDX数字化钻井参数仪表参数设置
如表1所示
表1数字化钻井参数仪显示参数
序号 采集参数 派生参数
1 大钩高度BLOCKHEIGHT 钻头位置BITDEPTH 井深DEPTH
钻速RATEOFPEN(FT) 游车速度BLOCK
钻时RATEOFPEN(MIN) 本英尺已钻钻时
DRILLTIME/FT
每5英尺钻时ROP5FT
2 大钩负荷HOOKLOAD 钻压BITWEIGHT
3 立管压力P.PRESS
4 套管压力C.PRESS
5 1、2、3#泵速
PUMPRATE#1
PUMPRATE#2
PUMPRATE#3 1#累计泵冲PUMPSTKS#1 灌浆泵冲STKS/FILL
2#累计泵冲PUMPSTKS#2 环空泵冲ACCSTKS
3#累计泵冲PUMPSTKS#3 入口流量FLOWIN
总累计泵冲TOTALSTKS
6 出口排量FLOWLINE
7 转盘转速ROTARYRPM 涡轮转速MUDMOTOR 总转速TOTALRPM
8 转盘扭矩ROTARYTORQUE
9 顶驱转速TOPRPM
10 顶驱扭矩TOPTORQUE
11 1～10#罐单罐体积
PIT#1～10
灌浆罐1、2
TRIPTANK1～2 泥浆总体积TOTLPITVOL 循环泥浆体积PITVOLUME
循环泥浆增减量GAIN-LOSS 循环泥浆增减速PVTG/LRATE
灌浆罐增减量TRIPG/L
1.2VDX数字化钻井参数仪的功能如下
1）多参数采集显示
多达22个采集参数和24个派生参数，增加了顶驱扭矩、顶驱转速等参数，简化了转盘参数与顶驱参数的切换。拓宽了数字化钻井参数仪的应用领域。
2）多种显示界面选择
有数字界面、曲线界面、混合界面（数字、曲线同时显示）、高仿真模拟表头界面以及泥浆参数界面。司钻可根据需要选择适当的显示界面。
3）参数设置和标定简单化智能化
软件设置了参数通道设定、参数选择、标定等子菜单；方便操作人员在现场对钻井参数的标定。
4）公英制单位多种选择
几乎每一种参数都有两种以上单位选择，涵盖了国际上习惯使用的参数单位，符合欧美监督使用习惯。
5）数据存储回放及打印
为方便用户查阅存储数据，专门开发了历史数据回放软件，增加了基于井深的参数曲线存储，便于邻井资料的对照；用户可以方便的以数字或曲线方式浏览，打印操作简便。
6）远程客户端数据查询软件
通过井场局域网，在安装有客户端软件的客户终端计算机上就可以实时的查看到钻井现场的数据和历史曲线。
2VDX数字化钻井参数仪在中东地区的应用
2.1VDX参数仪国内外的应用现状
2005年以来在局装备处的大力支持下，我局装备的大型钻机90D、70D以及国际工程中使用的钻机都配备了高性能的VDX数字化钻井参数仪。在国内主要应用于新疆、四川、江汉和冀东等区域。其中从2004—2011年先后配套应用在中原22套、其他油田15套。在国外主要应用于沙特、科威特、厄瓜多尔、伊朗等国家。其中应用在沙特21套、科威特15套、厄瓜多尔等国家2套。
2.2沙特、科威特等中东钻井市场的应用
随着我局逐步进入中东钻井市场，钻井队伍所配备的钻井参数仪就必须面对以下两个技术难题。一是中东夏天的气温高达60℃以上，平均气温在40℃以上，仪器在这样的环境里自身不发热的情况下也很难稳定运行，参数仪运行的稳定性就必须有可靠的硬件作保障。二是中东地区甲方对钻井装备要求非常严格，监督对地层层位变化的判断在很大程度上依赖于钻井参数仪，钻井参数仪的测量准确性、运行可靠性影响监督对下步作业的决策，因此甲方提高了钻井参数仪的重视等级，仪器一旦出现问题就必须停工整顿。
根据上述两个难点，我们首先对系统软件进行改进，提高运行的稳定性，参数设置符合国际惯例，增加ROP5FTAVG（5英尺平均钻时）等参数以利于监督对地层变化的判断。再者优化系统设计提高仪器的可靠性，采用军工技术提高仪器的抗高温特性，并在实验室进行了70°C高温实验，为进入沙特等中东市场做好了技术准备。
1）沙特钻井市场的应用
2004年VDX数字化钻井参数仪在沙特sino--6队甲方监督怀疑的态度下开始试运行，到以良好的性能取得SaudiAramco公司的认可，VDX数字化钻井参数仪得以从06年开始在沙特中方井队全面推广应用，大规模配套钻机设备；目前沙特运行的22只中国钻井队伍中有21支钻井队配备了VDX数字化钻井参数仪。VDX数字化钻井参数仪在沙特工作几年来，没有因高温出现故障，体现了良好的抗高温特性，为打开中东参数仪服务市场做了很大的铺垫，树立了VDX品牌。
2）科威特钻井市场的应用
鉴于VDX参数仪在沙特市场的优异表现，在2008年科威特钻井合同招标时，中石化国际石油公司就要求在科威特境内作业的中国钻机全部武装VDX数字化钻井参数仪。
面对科威特崭新的市场，随着sinopec137、138前两台钻机的启动困难如期而至；井队需要按照科威特甲方的要求为每台设备提供详细的资料和生产厂家的生产资质后才能开始，钻井参数仪还需为每哥参数仪提供出厂校验报告和现场验收报告。现场人员针对甲方的需求，结合现场实际应用情况，积极组织人员精细标定参数，组织验收报告，终以过硬的仪器性能得到了KOC甲方的认可；在随后的sinopec186等13只队伍配套时，VDX数字化参数仪均提前通过了甲方的设备验收环节，为钻机按期启动创造了良好的条件。现在科威特钻井市场15只中石化国工的钻井队伍全部配备了VDX数字化钻井参数仪。
3VDX参数仪应用过程中的改进：
3.1VDX参数仪操作系统的改进：
VDX前台触摸屏计算机操作系统为Windows2000，虽然操作简单，但同时也表现出Windows操作系统的通病，系统稳定性欠佳，需要经常人为维护，还有一些蓝屏死机等现象出现。同时前台计算机的硬件系统为使用面比较广泛的PC结构，这一结构的一个突出弱点为资源利用率低、内存开销大，最主要的一个问题表现为硬盘的使用不是很适合现场的恶劣环境，故障率相对较高，虽然我们做了减震等保护措施，但不能从根本上去除这一问题。
在中东新投入的项目上的VDX参数仪使用的嵌入式系统，嵌入式操作系统下的运行的程序要专门编制，嵌入式操作系统具有安装体积小、运行速度快、高安全性、能24小时连续工作等特点，应用于钻井参数仪，完全适合钻井现场需要，能够大大提高整体系统的可靠性。经过科威特2年来的大规模应用，证明项目的改进是有成效的。
3.2甲方对参数仪数据安全性的关注
VDX数字化钻井参数仪数据存储在钻台触摸屏电脑硬盘中，且数据是以SQL数据库文件格式存储的，时间长了会生成一个巨大的数据库文件及日志文件；并且参数仪长期运行在高温、震动的环境下，存储介质也易出现物理性损坏，磁盘出现坏道或读写错误都有可能造成数据库的崩溃，从而造成井史数据的丢失。
在科威特一井队发生类似事件后，科威特甲方KOC要求中石化国际工程限期解决此问题；如不按期解决问题，则要求15支钻修井队全部增配马丁的8笔气动记录仪或者更换马丁钻井仪表，这样以来中石化科威特公司损失将超千万元。
解决的步骤有两点：
1）增加后台机实时数据存储功能；
开发全新的后台机客户端服务程序VDXClient，客户端服务程序运行时调用SQLServer数据库软件，同步将钻井数据保存在后台机硬盘中，起到钻井数据备份功能；
2）增加数据抓取维护软件；
开发数据库维护软件，通过安装在后台机上的这个软件可以维护钻台触摸屏计算机的数据库，达到手动备份和收缩日志文件、数据库文件的目的。
3.3模拟参数通道采集相互干扰的解决
钻井参数模拟量数据的采集是依靠16路A/D转换板2718实现的，A/D转换板都有个通病，就是相邻通道间采集会相互影响，影响会造成0.2-0.5%F.S的累计误差，这样对控制系统精度带来较大的困难。
采取的措施是在采集端采用新的加权平均滤波算法，对同一通道多次采样，抛弃前几个易出错的数据不用，然后对剩余数据求均值；再采用软件硬件想结合的方法进行随机误差的数字滤波和系统误差的修正，以达到减少相邻通道的影响，做到曲线平稳性处理。
3.4井深采集过程中的抗干扰设计
从2006年VDX数字化钻井参数仪进入中东地区大规模应用以来，井深计数系统时常会受到来自电动钻机强电设备、动力线产生的电磁场干扰，致使计数电路在计数和鉴相上出错，大钩负荷以及由它衍生出的近十个参数不准；错误的读数又易使司钻作出错误的判断，造成事故隐患。干扰也影响到参数仪后续功能的开发，如自动送钻、游车防碰防砸功能的实现。
针对现场反馈的情况，应用了新型的防干扰井深编码器，新型传感器设计中采用大量的电流信号，增加了脉冲占宽比，从根源上杜绝了干扰的影响；从现场使用情况来看，仪器的抗干扰能力有了大幅度的提高。
4结论
通过国内、外钻井现场应用，证明了VDX数字化钻井参数仪参数测量准确，系统运行可靠，能为司钻和钻井工程师提供准确的钻井信息，可使司钻准确地掌握当前的钻井情况，发现问题及时处理，预防钻井事故的发生。钻井数据的网络化可使钻井工程师、钻井监督充分利用邻井数据做对比，提前判断钻井状况，准确地下达指令以实现科学钻井。仪器具有正压密封、宽温、抗振、防腐等特点，可在恶劣的自然环境和爆炸性环境下工作，并具有充足的硬件资源，便于扩展钻井参数，同时具备与多种型号钻机的配套能力。
数字化钻井参数仪经过不断的完善与提高，环境适应性能力有了较大提升，仪器测量准确、运行可靠满足了钻井工程的需求；其技术水平已达到国际先进水平，但其运行可靠性还需进一步提高，测量技术也需进一步完善，以保持数字化钻井参数仪的技术领先地位。
数字化钻井参数仪已在国内、外钻井工程中得以较好的应用，为我局钻井队伍外闯市场提供了可靠的装备和技术支撑。提高了我局钻井队伍的装备技术水平，取得了良好的经济和社会效益。
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