泥浆液位动态监测系统

万方数据第１５卷第３期李长星等：泥浆液位动态监测系统１９·为提高钻井现场的监控功能，本系统采用了以计算机作为控制核心的监控方案。

其结构框图如图ｌ所示。

超声波液位变送器图１泥浆液位动态监测系统结构框图其中超声波液位变送器采用德国Ｅ＋Ｈ公司产品，分辨率和测量误差为３ｍｍ和０．２５％聆，使用温度为一４０℃一＋８０℃，防爆等级为ｍＥＥＸｉａⅡ嘶，信号传递采用二线制４ＩｎＡ～２０ｎＡ。

超声波液位变送器输出的信号经长线传输至接口箱，然后经信号预处理、电流／电压变换、Ａ／Ｄ转换后送入计算机，计算机对液位信息分析处理后，在计算机屏幕上以数值和图形的方式显示出各个泥浆罐的液位高度、体积及其变化量，同时根据预置报警参数给出视觉报警和声音报警。

另外计算机将液位信息和报警信息经接口箱内的ＶＧＡ适配器放大传输至钻井平台以保证司钻在第一时间掌握各种液位信息和报警信息，从而可采取必要的措施以保证安全优质钻井。

监控软件整个系统的数据采集、数据处理、信息显示及报警控制都由计算机来完成，监控软件在ｗｉｎｄｏｗｓ９８环境下运行，采用ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ６．０工具软件开发，具有操作简单，界面友好，功能强大，可靠性高，便于功能扩展等特点。

监控软件的主要功能有１）同时对Ⅳ个泥浆罐的液位实时监测，以图形和数值两种方式显示出各个泥浆罐的液位高度和体积。

２）可对井涌和井漏等异常工况提供声音报警和视觉报警。

系统实时监测和显示地面循环泥浆的总体积及变化量，当泥浆总体积超限（超高或偏低）时，给予报警。

３）自动存储泥浆液位、体积及超声波变送器的工作状况等信息。

４）可随时查看系统参数、当前泥浆液位信息及历史泥浆液位信息，并提供打印功能。

（５）具有强大的参数设置功能，如每个泥浆罐液位报警的上、下限，每个泥浆罐液位检测与否，数据采样间隔，保存信息间隔等通用性强，适用于各种液位监测环境。

监控软件由参数设置模块、实时监测模块和报警控制模块组成。

１）参数设置模块参数设置模块主要由参数设置窗体来实现。

窗体设计时，给每个允许修改的参数，如各个泥浆罐液位报警的上、下限高度，地面循环泥浆体积的基值及允许的上、下偏差量，数据采集的时间间隔，液位信息自动保存的时间间隔等，都设计有一个对应的文本框，以便操作员修改。

为了保证这些参数的修改不影响数据处理、显示的正确性，在参数设置窗体中还设置了一个参数刷新定时器。

在该定时器定时时间到事件过程中，对操作员修改的每个参数先进行有效性判别，只有新设置参数有效时才将该参数予以更新，并以全局变量的形式传递给实时监测模块。

这样既实现了在实时监测泥浆液位信息的同时，又可根据实际运行工况来改变某些参数，保证了实时监测模块随时都在按最新设置的有效参数进行数据采集和处理ｕＪ。

２）实时监测模块实时监测模块主要完成数据采集和处理，并以数值和图形方式显示，同时以文件的形式按设定的保存时间间隔存储在硬盘上。

（１）泥浆液位高度和体积的计算方法设泥浆罐本体高度为日，超声波变送器探头距泥浆罐顶部的安装距离为ｄｓ（ｄｓ应大于超声波变送器的盲区），超声波变送器探头距实际泥浆液位的距离为Ｘ，泥浆液位高度和体积计算示意图如图２所示，则超声波变送器的输出方程为，＝４＋Ｋ×（Ｄ一一Ｘ）＝４＋Ｋ×｛＾＋［Ｄ一一（ｄｓ＋Ｈ）Ｊ｝（１）式中，，为变送器的输出电流，ｎ认；Ｋ为变送器的线性参数，ｒ彬ｌ砌；＾为泥浆罐内泥浆液位高度，－姗；Ｄ一为变送器设置的一个参数，即变送器能够有效测量的最远距离，ｍｍ。

万方数据·２０·石油仪器２００１年６月图２泥浆液位高度和体积计算示意图当变送器探头距液位的距离Ｘ为Ｄ一时，变送器输出电流应为４·ｎＡ。

设置Ｄ一应保证Ｄ。

＞ｄｓ＋日。

经过电流／电压变换后，对应于某一液位高度＾，计算机采集到的电压ｕ（ｍＶ）为Ｕ＝Ｋ∥＝如×【４＋Ｋ（＾＋Ｄ一一ｄｓ一日）Ｊ（２）式中，厨，为电流转换为电压的变换系数，—ｎｖ／ｎＡｏ这样根据采集到的模拟电压值即可得出相应的液位高度＾为＾＝［１／Ｋ×（ｙ／Ｋ０—４）］＋ｄｓ＋日一Ｄ。

（３）相应的泥浆罐内的泥浆体积ｙ为ｙ＝７ｌ×Ａ（忍）×ｌ０００（４）式中，Ａ（＾）通常为常数，即泥浆罐的截面积，ｍ２；ｙ，ｍ３。

钻井用地面循环泥浆的总体积州为ｚｙ＝∑＾×Ⅵ（１≤ｉ≤Ⅳ）（５）式中，Ⅳ为测量液位信息的泥浆罐数量；＾为计算系数，当某一个泥浆罐作为钻井时地面循环泥浆罐使用时，其计算系数＾＝ｌ，否则．，ｆ＿Ｏ。

（２）泥浆液位信息的显示为了实时显示各种泥浆液位信息，在实时监控窗体中安放了Ⅳ个Ｌａｂｅｌ控件，借助于ＩＪａｂｅｌ控件的Ｃａｐｔｉｏｎ属性来显示各个泥浆罐的液位高度及体积值；同时为了更直观形象地显示泥浆液位信息，在窗体设置过程中加载了若干形象表示泥浆罐的图片，利用Ｓｈａｐｅ控件绘制的图形来填充图片以直观显示每个泥浆罐中实际泥浆液位高度，通过设置其颜色来表征当前泥浆液位是否超限。

（３）液位信息的记录对泥浆液位信息必须要有一个完整的记录，以便以后查询和绘制变化曲线。

要记录的液位信息包括以下几个参数：泥浆罐的编号、液位高度、泥浆体积、当前泥浆液位是否超限、地面循环用泥浆的总体积及变化量、当前记录的时间、超声波变送器是否工作正常等。

３）报警控制模块报警控制模块中包含有声音报警、视觉报警和报警记录的查询功能。

声音报警是通过自定义的类模块根据数据处理的结果来播放事先已录制好的ＡⅥ声音文件；视觉报警通过屏幕上各个泥浆罐中泥浆液体的颜色来予以指示。

当某个泥浆罐内液位超限时，其液体颜色呈现交替闪烁的红色、蓝色，而正常时为黄色。

当地面循环泥浆的，芒体积正常时，整个屏幕的背景色为绿色，一旦出现超高时，整个屏幕背景色变为闪烁的红色，偏低为闪烁蓝色。

当没有报警时，系统会自动解除报警。

为更好地适应用户需要，各项声音报警和视觉报警可以由操作员手动关闭，或者完全禁止报警的发生【２｜。

现场标定及抗干扰处理１．现场标定由式（３）可知，影响液位高度｜ｊｌ的主要因素有１）变送器的线性系数Ｋ；２）变送器探头距物位的距离为Ｄ，。

时对应的变送器输出电流（４ｒｎＡ）；３）略，、ｄｓ、日等参数。

其中局，可以通过采用高精度及一致性较好的元件来保证＾的测量精度，ｄｓ、Ⅳ也可以通过精确测量来得以保证；但对于第１）、２）两个参数来讲，由于各个变送器本身的相互差异及变送器距控制室的传输距离不一致等客观因素存在，势必会使得变送器之间第１）、２）项参数差异较大。

如果参数选用一致或采用实验室标定的数据，就会在计算机进行处理时带来一定偏差，因此这两个参数需要在现场布线完成后重新标定。

其具体标定方法为①选定某一个变送器；②由计算机来自动测量对应于不同距离时的电压值；③利用最小二乘法求出针对于该变送器的线性系数Ｋ和Ｄ。

对应的变送器输出电流（下转第２５页）万方数据万方数据泥浆液位动态监测系统作者：李长星， 陈清业， 徐传平作者单位：李长星(西安石油学院电子工程及仪器系)， 陈清业(南阳,河南油田测井公司)， 徐传平(新津,四川石油三大队)刊名：石油仪器英文刊名：PETROLEUM INSTRUMENTS年，卷(期)：2001，15(3)引用次数：0次1.萧枫Visual Basic实用技术精粹 19992.王凌峰.陈祥献.汪乐宇.吴海鑫工业测控软件中报警系统的设计与实现[期刊论文]-测控技术 2000(2)3.张如洲微型计算机数据采集与处理 19871.期刊论文王瑞成.李孝常.张卫东DPMS钻井工程参数实时监测系统-科技创新导报2009(22)基于虚拟仪器技术的DPMS钻井工程参数实时监测系统,将各种先进成熟的测量、处理和解释技术综合应用到钻井作生参数的实时动态监测,直测参数和派生参数多达50个,全面提升了钻井过程监测的技术水平,为保证钻井作业质量、进度和安全,提高科学分析和管理决策水平创造了条件.本文重点介绍了系统的构成、功能与特点、监测参数与类型、软件设计等关键技术,可直接移植到其它领域和各种参数监测的工业现场.2.学位论文郭静钻井工程实时多参数监测系统2001该文是一个具有较大的社会效益和经济效益的课题.钻井参数仪表是钻井工程监测钻井过程、进行科学分析和科学决策的重要工具.目前钻井参数仪表正在经历一次重大革命,正在由过去的机械、液压仪表向数字化、集成化、智能化和网络化方向发展.该文针对以往国内钻井参数仪表存在的问题,参考当今国际先进水平,对钻井参数的建模和测量方法进行了研究,并在此基础上运用现场总线、客户/服务器等新技术研究开发了一套精度高、功能齐全、界面美观友好的实时多参数钻井监测系统.3.期刊论文樊洪海钻井工程实时监测与井场信息系统开发-石油钻探技术2003,31(5)介绍了钻井工程实时监测与井场信息系统的开发背景、组成及功能.该系统实现了对钻井信息的实时采集、实时传输、现场施工情况的实时分析、工程事故与复杂情况的实时警示与处理,实现了对钻井施工过程的有效监测.现场测试与应用表明,该系统计算精度较高,能满足工程施工要求,而且稳定性好,操作简单,具有很好的推广应用前景.4.学位论文郑敏钻井工程实时监测系统的设计与实现1994该文介绍了由短波、超短波通讯、卫星通讯、有线通讯构成通讯网络的钻井工程实时监测系统.系统实时性强,通讯功能完善,用户界面好.该文阐述了钻井工程实时监测系统的设计与实现.系统对钻井实时监测过程中众多数据的实时显示、存盘、建立数据库、打印和故障诊断专家系统进行有效的设计与管理,保证了实时监测的顺利进行.作者以下拉式中文菜单进行集中管理,为用户提供了自由输入、修改监测参数和报警上下限,预置监测井队号及井号与井队名称的对应关系等功能.该系统将实时通讯网络与故障诊断专家系统结合起来,在中国尚属首次.钻井工程实时监测系统将在实际应用中创造巨大的经济效益.5.学位论文李涛钻井参数监测系统的研究与开发2004本文针对以往国内钻井参数仪表存在的问题,参考当今国际先进水平,对钻井参数的数学建模和测量方法以及工况判断进行了深入的研究,并在此基础上利用新科技、新技术、新工艺研究开发了一套精度高、功能齐全、界面美观友好、能无人职守的实时多参数钻井监测系统.为了保证系统的可扩展性和数据的安全性,采用了主机/DAQ数据源结构以及双机热备份措施;为了保证系统数据的可靠性和准确性,采用了信号隔离技术和模块化设计;为了提高系统的适应性和可视性,采用了宽温液晶数显;为了提高系统的实时性,利用了多线程技术;现场总线技术的采用提高了采集数据的可靠性和多样性;基于因特网的多媒体用户界面,便于实现远程通信和监视.6.期刊论文徐中华.张旭梅.但斌.刘飞基于Internet的异地实时钻井状态监测系统-重庆大学学报(自然科学版) 2002,25(10)在钻井工程实时多参数监测系统的基础上,研究开发了一套新的基于Internet的异地实时钻井状态监测系统.该系统可以通过Internet对钻井现场进行远程监测,异地获得现场基础数据.这样,可以充分利用异地的技术资源和专家资源解决井队技术力量弱的问题,实现远程监测、远程指导和远程管理.该系统利用当今流行的网络技术和数据管理技术,采用ASP和Java等作为开发工具,解决了数据实时传送和实时显示的关键技术问题,为钻井过程监测提供了一种新的方法.7.学位论文曾庆龙基于客户机/服务器结构的钻井工程实进多参数监测系统2001该文针对以往国内钻井参数仪表存在的问题,参考当今国际先进水平,对钻井参数的测量原理进行了研究,建立了参数计算和工部识别的数学模型,研究了系统的硬件设计和软件设计,并在此基础上开发了一套精度高、功能齐全、界面美观友好的基于客户机/服务器结构的实进多参数钻井监测系统.系统采用了客户机/服务器结构,保证了系统数据的安全性和可靠性;软件设计中采用了多张程技术,提高了系统的实进性和数据的完整性;硬件设计采用现场总线技术来传输信号,提高了信号处理的可靠性;该系统还可以利用Modem进行远程监测.该系统已经通过了相关部门的鉴定,并已经投入到实际应用中,取得了较好的应用效果,具有良好的推广应用前景.8.会议论文鲁济勇.罗维.周强.廖新伟欠平衡钻井参数监测系统的开发与应用2002欠平衡钻井地面监测系统是利用欠平衡钻井实时采集的钻井工程和泥浆参数,经过数模转换,数据采集,软件处理,最终显示了计算机终端.本文介绍了该监测系统的设计与开发.9.学位论文张成功钻井工程监控管理系统研究2006本文针对目前现有的钻井行业状况及钻井监控水平，利用现有设备、资源、软硬件条件，集成GPS技术和HSE管理体系，提出了一种钻井工程监控方案。