【摘 要】基于多涡街流量计的钻井监测系统由现场仪表涡街流量计及显示表、数据采集单元、触摸屏单元、远程监控单元等部分组成。采集单元进行数据处理后计算出各参数工程值，触摸屏单元与数据采集单元通过工业以太网接口通信实现人机交互，数据采集单元 与电控系统 PLC 实现数据共享，数据采集单元通过无线?？槭凳毕蛟冻碳嗫氐ピ涫?，具有扩展性强、可靠性高的特点。论文主要对基于多涡街流量计的钻井监测系统进行研究，希望能促进其广泛应用。
引言
基于多涡街流量计的钻井监测系统通过现场钻井仪表涡街流量计 采集钻机或者修井机设备信息，监测运转过程中大钩悬重和钻压﹑吊钳扭矩﹑1#～3# 泵冲速、1#～3# 泵压、1#～3# 泵冲排量、1#～ 2# 立管压力、转盘转速﹑转盘扭矩﹑游车高度、钻头位置、井深﹑ 泥浆回流百分比、1#～10# 泥浆罐体积、泥浆罐总体积、ding驱扭 矩、ding驱转速等多种参数的动态变化[1]，帮助决策者及时掌握 钻井工况，为科学钻井、安全钻井提供技术保障。
2 系统整体设计
钻井监测系统主要包括：现场钻井仪表涡街流量计、显示表、 钻井仪表数据采集单元、钻井仪表远程监控单元、钻井仪表触 摸显示单元、防爆接线箱、电缆等设备及附件[2]。
3 现场钻井仪表涡街流量计及显示表
3. 1 指重及显示表
死绳锚上液压包传来的液压信号，通过指重表放大机构的 连杆及伞形齿轮转动齿轮轴，使指针产生偏转，指示大钩悬重 和钻压。液压信号连接指重变送器，变送器将量程为 0～1000psi（1psi=6.895kPa）的液压信号转换为 DC4～20mA 电流信号。
3. 2 立管压力及显示表
立管管汇内的泥浆压力通过涡街流量计中的胶杯作用在液压 油上，经液压管线带动表针偏转，从而指示出立管压力。变送器 将量程为 0～5000psi 的液压信号转换为 4～20mA 电流信号。
3. 3 吊钳扭矩及显示表
涡街流量计安装在吊钳尾绳上，在钻杆上扣时，在吊钳尾绳上产生一个与上扣扭矩成正比的拉力，拉力通过涡街流量计中的活塞作用在液压油上，再由液压管线传递到吊钳扭矩显示表的弹簧管上，弹簧管的自由端产生位移，通过放大机构带动表针偏转，表盘指示出吊钳扭矩。液压管线连接变送器，变送器将量程 为 0～5000psi 的液压信号转换为 DC4～20mA 电流信号。
3. 4 泵冲、转盘转速及显示表
泵冲及转盘转速涡街流量计均采用无接触方式测量。转盘的 传动轴焊接的金属物体在涡街流量计的感应面附近划过，产生脉 冲信号，通过钻台区接线箱输出给数据采集单元。数据采集单元输出的电信号驱动表盘指针偏转，表盘指示出转盘转速，单位为 r/min。
3. 5 转盘扭矩及显示表
采用机械惰轮或筒式电阻应变测量转盘扭矩，转盘扭矩 变送器 DC4～20mA 电流信号通过钻台区接线箱输出给数据采 集单元。数据采集单元输出的电信号驱动表盘指针偏转。
3. 6 ding驱扭矩及ding驱转速
从ding驱控制系统输出 4～20mA 信号，通过钻台区接线箱 输出给数据采集单元。
3. 7 游车高度 游车高度涡街流量计主要由光电编码器组成，安装在滚筒轴上，当滚筒转动时，光电编码器将输出 2 组相位差为 90°的电 脉冲信号，通过钻台区接线箱输出给数据采集单元，计算出游 车高度、钻头位置、井深、起下钻速度。
3. 8 泥浆罐体积 泥浆罐体积采用无接触测量方式。由超声波探测器发出的脉冲声波，经泥浆罐液面表面反射折回，反射回波被同一探 测器接收，探测器可将脉冲发送和接收的时间差转换成电信号，通过泥浆罐区接线箱输出给数据采集单元。
3. 9 泥浆回流 泥浆回流接近式涡街流量计安装于钻机井孔和泥浆罐间的回 流管上，监测泥浆回流管中泥浆回流百分比。在无泥浆流动时 使桨板回到零位。涡街流量计电信号通过泥浆泵区接线箱输出给 数据采集单元。
3. 10 泥浆泵泵压
泥浆泵泵压涡街流量计采用耐水基泥浆和耐油基泥浆隔膜式压力变送器，采用法兰与泥浆泵管汇连接。
4 数据采集单元
数据采集单元主要由电源?？?、隔离安全栅、PLC 中央处 理器?？椋–PU）、信号?？?、通信?？?、无线?？榈茸槌?，整个单元密封于防爆不锈钢箱体内，安装在钻台偏房内。来自现场 涡街流量计由变送器处理后，经过安全栅等进入数据采集单元信 号?？?，采集单元进行数据处理，计算出各参数工程值。采集单元监测到工程值达到预警值时驱动声光报警器，提醒工程技术人员注意钻井安全。数据采集单元与触摸屏单元通过以 太网接口通讯，采集单元通过无线?？榻菟屯冻碳嗖獾ピ邢允炯锹?。采集单元通过工业以太网络实现与电控 系统 PLC 数据之间的双向传输。
5 触摸屏单元
触摸屏单元实现人机交互，包括钻井监测界面、起下钻界 面、参数刻度界面、参数报警等界面，能进行各仪表参数标定， 设置各仪表参数报警值，直观形象地观察各仪表参数，方便操 作。显示的数据有：大钩悬重、钻压、大钩速度、1# 立管压力、2#立管压力、吊钳扭矩、转盘转速、转盘扭矩、ding驱转速、ding驱扭 矩、游车高度、钻头位置、井深、泥浆罐体积、泥浆增益、泥浆回 流、1# 泥浆泵泵冲泵压、2# 泥浆泵泵冲泵压、3# 泥浆泵泵冲泵 压、泥浆泵总泵冲、吨千米指示/设定等[3]。
6 远程监控单元
包括无线?？?、稳压电源、服务器、监视器、钻井监测软 件、彩色打印机、以太网转换器等。钻井远程监控单元在线生 成彩色图谱，所有的信息自动存储在服务器，数据按时间顺序 存储，现场技术人员能够选择时间或钻井深度调出数据记录并能曲线显示。钻井远程支持中心生产和决策人员可通过网 络浏览现场服务器钻井信息。
7 结语
本文提出基于多涡街流量计的钻井监测系统，具有扩展性强、 可靠性高的特点。系统中还可以增加多涡街流量计信息融合，结合 钻井区域地层结构，实现钻前预测，为保障钻井安全，科学钻井提供有力保障。
