第一章钻井仪表基础知识

钻井仪表刘日华山东胜利职业学院一、钻井仪表的在钻井作业中的意义二、钻井仪表的发展1.初级阶段2.80年代MWD、LWD3.现在综合测量及自动监控三、钻井仪表的组成传感器、信号接口、数据传输（发射与接收）、数据处理、控制系统和显示器CRT、打印机记录仪等。四、主要内容1.仪表的基本概念2.钻井仪表的参数测量3.钻井中常用的钻井仪表（重点：指重表和测斜仪）绪论第一章钻井仪表基础知识仪表的定义：是指在某个过程或系统中能够进行感应、测量、传递和显示、调节的设备。组成：①自动检测仪表②自动显示仪表包括各种模拟量和数字量的电子式、气动式或液动式指示、记录和积算仪表以及图像显示以、工业电视。③集中控制仪表④自动调节仪表⑤自动执行器（调节机构、调节阀或开关）第一节仪表概述第二节测量与控制概念：测量——就是用试验的方法，求出某个量的大小。控制——就是指挥和调节一个事件的过程或顺序的一种手段或装置。工业自动化分类：①单参数监测②局部自动化③综合自动化④全盘自动化第三节测量的单位与量纲基本量——基本单位导出量———导出单位举例：力质量×加速度kg.m/sP=———=———————=—————面积面积m=N/m=Pa222第四节测量过程和测量误差一、测量过程是指被测量参数与其相应的测量单位进行比较的过程。二、测量误差误差分类：①系统误差②疏忽误差③偶然误差误差的表示方法①绝对误差=∣测量值—真实值∣绝对误差③相对误差=——————真实值第五节测量仪表的品质指标用来衡量测量仪表好坏的品质指标有：准确度、恒定度、灵敏度、时间常数和阻尼时间。一、准确度（精度）在测量过程中，因仪表引起的误差叫仪表误差。它也用绝对误差和相对误差来表示。绝对误差=a—ba—b相对误差=————b式中a——测量是标的示值b——标志仪表的示值评价一台仪表仅凭绝对误差和相对误差是不够的。因为量程不同，即使有同一个绝对误差也可能有不同的准确度。为了更好地反映仪表的准确度，应该采用相对百分误差。0.5a-b相对百分误差=————————————×100%标尺上限值—标尺下限值式中a——被测参数的测量值；b——被测参数的标准值。实际上国家规定：用仪表的最大百分误差，用仪表的最大相对百分误差，去掉%后的数值——就是仪表的精度等级，常用和等符号标在仪表板面上。我国常用仪表的精度等级如下：Ι级标准仪表：0.005,0.02，0.05；Ⅱ级仪表：0.1,0.2,0.35，0.5；一般仪表：1,1.5，2.5，4.0。另外，仪表的基本误差，是指仪表在正常工作条件下的最大相对百分误差。仪表的附加误差，是指不在规定的正常条件下使用，由于外界条件的影响引起的额外误差。1.5二、测量仪表的恒定度恒定度常用变差来表示。变差——在外界条件不变的情况下，用同一个仪表对某个参数进行正、反行程测量时，其指示值间蚕在的差值。造成变差的原因很多，如传动机构的间隙、运动部件的摩擦、弹性元件的弹性之后的影响等。变差的表示：用同一仪表测量同一参数时，正反行程示值间的最大绝对误差与该仪表标尺范围（即量程）之比的百分数来表示。正反行程示值最大绝对误差变差△=——————————×100%标尺上限值—标尺下线值注意：仪表的变差不得超过其精度，否则应予检修。三、测量仪表的灵敏度与灵敏限灵敏度的表示：用仪表输出的变化量（与指针的线位移或角位移）△α与引起的此变化的被测参数是的变化量△x之比来表示。△α灵敏度=———△x灵敏限（也称始动灵敏度），是指能引起仪表指针发生动作的被侧参数的最小变化量。通常，仪表的灵敏限数值不大于基本误差绝对值的一半。四、测量仪表的反应时间当仪表进行测量时，可以观察到仪表显示的被测参数值总要经过一段时间以后，才能准确地指示出来，这是因为仪表本身存在一个反应时间的缘故。有两种情况（分析并举例）：①②一台仪表能不能尽快地反映出被测参数来，也是很重要的品质指标——仪表的动态特性。仪表的反应时间长短，表示了仪表动态特性的好坏。为了衡量仪表的动态特性，对于上述两种情况，采用了方法。对应的第一种情况用“时间常数”来衡量，对于第二种情况则用“阻尼时间”来衡量。时间常数——是指被测参数值在发生阶跃变化后，仪表指示值达到参数变化值的63.2%时所需要的时间。仪表不能立即反映客观实际变化的上述情况——仪表的滞后现象。阻尼时间——是指从对仪表突然输入一个标尺一半的相应参数值开始，到仪表指示值与输入参数值之差，为该标尺范围的1%时所需要的时间。第六节钻井仪表基本概念及测量参数一、钻井仪表基本概念———就是在钻井过程中对各种参数进行感应、测量、传输和调节的设备及装置。钻井仪表的发展，从单一参数仪表到多参数仪表；从单纯的测量到自动控制调节；从局部自动化到综合自动化———经历了将近一个世纪的时间。二、钻井仪表的组成可分为三大部分：信号监测部分、信号转换部分、指示和记录部分。三、钻井仪表的测量及控制参数1、与钻井液有关的参数钻井液体积、固相含量、可燃气体含量、H2S含量、CO2含量、钻井液密度、返出钻井液流量、泥浆池钻井液液面、钻井液温度、钻井液流变参数、电导率等等。2、水力参数泵压、泵排量、立管压力、套管压力、喷射速度、环空流速、泵冲数、等等。3.钻井参数钻压、转速、扭矩、钻速、进尺、井深、dc指数、起下钻及钻进时间、井斜角、方位角、工具面方向、磁场强度、地磁倾角、井下扭矩、振动强度、底层放射性、电阻率、弯曲力矩向量、合力向量、井径、环空温度、空隙度等等。第七节钻井仪表的分类及构成一、钻井仪表的分类1.按所用动力①液动仪表如泵压、指重表；②电动仪表如电动转速表、电动压力变送器；③气动仪表如气动记录仪等。2.按用途各种钻井参数测量、检测仪表等。3.按自动化程度①单参数检测仪表②成套钻井参数测量仪表③用微机控制的钻井数据记录仪④钻井数据集中遥测和分析系统二、钻井仪表的构成钻井仪表系统构成：传感器（一次仪表）、信号处理器（放大器、校正器）、显示仪、微机、打印机、报警器。二、钻井仪表的构成1.传感器（一次仪表）其功能：①能够感受待测参数的变化；②能够变换和传输参数。传感器的信号来源于钻机的三大系统：①循环系统：钻井液密度、钻井液出口温度、钻井液出口流量、地面钻井液体积、泵压及其超压停泵报警装置、泵排量。②吊升系统：指重、钻压、进尺、防碰天车和防墩转盘装置、自动送钻装置。③旋转系统：转盘转速、转盘扭矩等。2.信号处理器功能包括：信号放大、校正、阻尼、滤波、数模转换。3.显示和记录。4.微机功能：数据存储、分析分析、运算、下达指令。5.控制调节装置和报警器。第八节传感器一、概念从广义上讲，凡是能够感受一切形式的激励，如温度、压力、流量、光、声、电、波等等的变化，并能把这些变化转变成对信号收集系统有用的输入信号，如电压、电流等的所有装置都可以称为传感器。其中，能够把所有信号转变成电信号的传感器，是应用最广泛的一种传感器——也叫作“电子敏感元件”其工作原理：物理学中的声光电磁原理。二、分类1、基本型：热敏、光敏、磁敏、力敏、湿敏和气敏等6种。2、应用型：电压敏、静电敏、射线敏、色敏、视敏、触敏、思敏、味敏等9种。三、力敏元件可以测量的物理量有：力、压力、加速度、速度、扭矩、位移、振动、流量，等等。1.力敏元件的分类：①电阻式：电位计式、金属应变计式、热丝计式、半导体压阻式。②电容式：可变电容式、可变介质式。③电感式：磁路式、磁阻式、差分变压器式、涡流式、磁致伸缩式。2.扩散型半导体压力传感器扩散型半导体压力传感器大都采用单晶硅和半导体工艺制成。一般以N型硅片为衬底，采用氧化、光刻、扩散等工艺将硼原子沿给定晶向扩散到N型硅衬底材料中，形成P型扩散层。结果硼扩散区便形成应变电阻，与硅衬底成为一个整体，硅片本身作为感压膜片。在P型扩散层表面做出欧姆接触，引出电极，形成扩散型半导体应变片。金属引出线金属引出线金属外壳压力敏感区N型硅P型扩散去四、磁传感器简介工作原理：如图突起磁铁线圈永久磁铁思考题1、何谓传感器？2、电子敏感元件是如何分类的?3、简述磁传感器的工作原理。4、试述扩散型半导体压力传感器的制作与构造。