孟青峰 王中原 楊志廣

（任職于中原石油勘探局鉆井工程技術(shù)研究院儀表研究所，河南 濮陽(yáng)457001）

一、鉆井參數(shù)儀的相應(yīng)介紹

鉆井參數(shù)儀作為鉆井作業(yè)中的眼睛，是油氣鉆井工程中監(jiān)測(cè)鉆進(jìn)過程進(jìn)行科學(xué)分析和科學(xué)決策的重要工具。鉆井參數(shù)儀駐澳包括：指重測(cè)量系統(tǒng)、轉(zhuǎn)盤扭矩測(cè)量系統(tǒng)、立管壓力測(cè)量系統(tǒng)、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速和泵速測(cè)量系統(tǒng)、泥漿回流百分比測(cè)量系統(tǒng)等。隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展，鉆井參數(shù)儀也在逐步改進(jìn)和完善。而目前國(guó)內(nèi)的鉆井參數(shù)儀器存在的是這樣一些問題：現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)跟不上油田用戶的需求，某些重要參數(shù)的測(cè)量不夠準(zhǔn)確，現(xiàn)場(chǎng)安裝、拆卸的工作量較大等等。這些問題的解決方案以及鉆井參數(shù)儀的發(fā)展方向都指出了同一個(gè)所在，那就是鉆井參數(shù)儀的模塊化設(shè)計(jì)。

二、什么是模塊化及其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

（一）模塊的概念

模塊是組成產(chǎn)品或系統(tǒng)且具有獨(dú)立功能、標(biāo)準(zhǔn)接口和互換性的通用單元一般模塊具有互換性、靈活性、獨(dú)立性和抽象性的特點(diǎn)，邏輯、狀態(tài)、功能三屬性，以及商品性、先進(jìn)性、適應(yīng)性的等要素。

（二）模塊的分級(jí)

模塊的分級(jí)通常按使用功能和頻度可將其分為通用模塊、標(biāo)準(zhǔn)模塊、專用模塊和特制模塊，為了方便又可以按模塊分解的層次結(jié)構(gòu)將一個(gè)系統(tǒng)分解的第一層次模塊定義為子系統(tǒng)模塊，以下層次逐次定義為單元模塊、組建模塊、器件模塊和構(gòu)件模塊。

（三）模塊化的概念

所謂模塊化，是用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊組成一個(gè)系統(tǒng)。模塊化是標(biāo)準(zhǔn)化的高級(jí)形式，用最小的組合來構(gòu)成最多產(chǎn)品品種的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)技術(shù)。這樣將會(huì)帶來很多的優(yōu)越性，它能提高產(chǎn)品的可靠性和可維護(hù)性，縮短研制周期，提高管理水平，減少研制經(jīng)費(fèi)保證產(chǎn)品質(zhì)量。

（四）模塊化的特點(diǎn)

模塊化是一種系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)滲透到標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域所形成的標(biāo)準(zhǔn)化方法，即以一定范圍內(nèi)系統(tǒng)的總功能為對(duì)象，以功能分析為基礎(chǔ)經(jīng)層層分解形成的功能體系。它有以下特點(diǎn)：從標(biāo)準(zhǔn)化屬性上看，是便標(biāo)準(zhǔn)化的高級(jí)形式。其有結(jié)構(gòu)典型化、特征尺寸模數(shù)化、參數(shù)系列化、組織積木化、部件通用化的特點(diǎn)。模塊是部件級(jí)甚至子系統(tǒng)級(jí)的通用互換，由模塊可以直接構(gòu)成整機(jī)以至大的系統(tǒng)，從而在更高層次上實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)化。在設(shè)計(jì)上，以用戶的多樣化要求為設(shè)計(jì)依據(jù)，反復(fù)分解組合優(yōu)化，進(jìn)行全系列和跨系列的設(shè)計(jì)，以系統(tǒng)設(shè)計(jì)為中心，采用飛機(jī)模塊化設(shè)計(jì)原理，采用CAD技術(shù)，能迅速而靈活地構(gòu)成不同功能、不同規(guī)模的新系統(tǒng)。在結(jié)構(gòu)上，采用組合式結(jié)構(gòu)產(chǎn)品由若干模塊組合而成，但不是部件的簡(jiǎn)單組合。其組合的方式有串聯(lián)式、并聯(lián)式、嵌套式或以上三種方式的綜合。同時(shí)，強(qiáng)調(diào)模塊的通用性，也強(qiáng)調(diào)模塊的互換性。

（五）模塊化設(shè)計(jì)理論

模塊化設(shè)計(jì)是將模塊化引入設(shè)計(jì)，使模塊形成科學(xué)的系列，并使其具有接口上的兼容性、技術(shù)上的先進(jìn)性和使用上的通用性。是通過功能的不同組合形成不同系統(tǒng)的全過程的一種標(biāo)準(zhǔn)化方法。

（六）模塊化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

1、模塊劃分應(yīng)使模塊間相互作用最小，模塊功能獨(dú)立性最大；

2、模塊間機(jī)械、電氣接口要簡(jiǎn)單，模塊可單獨(dú)拆卸；

3、相同的模塊在功能和結(jié)構(gòu)上應(yīng)具有互換性；

4、在決定模塊組件時(shí)，應(yīng)使模塊所含的零件、子模塊等構(gòu)件對(duì)某種功能為最佳，而不是提供多種又分散的功能；

5、在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)和性能各異而功能相同的模塊也能互換使用，創(chuàng)造出適應(yīng)于各種鉆井設(shè)備的系列化妝品；

6、恰當(dāng)確定模塊數(shù)量和大小、既考慮系列化、通用化、互換性，又考慮功能、重量、尺寸，要在電氣和機(jī)械上切實(shí)可行。

7、模塊的組合應(yīng)具有較大的靈活性、明確的目的性和良好的經(jīng)濟(jì)性。

三、參數(shù)儀的模塊化設(shè)計(jì)方法

（一）系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)

所謂系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)是指采用哪一種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，應(yīng)根據(jù)鉆井現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)，遵循抗干擾性強(qiáng)、可靠性高、組網(wǎng)簡(jiǎn)單、成本低廉的基本準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于一般鉆井現(xiàn)場(chǎng)電氣要求可靠性高，現(xiàn)場(chǎng)布線少，安裝調(diào)試費(fèi)用低，鉆井參數(shù)儀采用用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的開放網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)總線解決方案，具體選用基于RS-485通訊的ADAM-5000數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，傳輸信號(hào)穩(wěn)定可靠，并能抑制通訊線路上的噪聲。

（二）模塊接口設(shè)計(jì)

數(shù)字信息模塊的接口指模塊與模塊之間的硬件連接、電氣參數(shù)和通信標(biāo)準(zhǔn)。接口設(shè)計(jì)過程中需要重點(diǎn)考慮的是接口的通用性和互換性。因此數(shù)字信息模塊的接口應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)多芯航空插頭，RS-485通信協(xié)議，220加或減15%VAC。

（三）傳感器選擇與電氣設(shè)計(jì)

參數(shù)測(cè)量方法力求簡(jiǎn)單，傳感器在精度滿足的條件下對(duì)可靠性和穩(wěn)定性應(yīng)有更高要求，同時(shí)要有環(huán)境適應(yīng)性的特殊要求，輸出應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。傳感器選型要注意集成化、小型化、智能化和數(shù)字化的現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)指標(biāo)和發(fā)展方向，在精度、量程、漂移、可靠性、環(huán)境適應(yīng)性、數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送安裝性能及維修性、反復(fù)保安全、驅(qū)動(dòng)部分的可靠性、壽命、價(jià)格、防腐防潮等指標(biāo)方面要做到全面的平衡，防護(hù)等級(jí)不低于IP65安全防爆。模塊、電纜、測(cè)量傳感器均要隱蔽安裝，避免暴曬和受潮，接頭、電纜和傳感器電源均要選用軍品，以確保系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。

總結(jié)

鉆井參數(shù)儀采用的是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的開放網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)總線解決方案，具有可靠性高、能抑制通訊線路上的噪聲、傳輸信號(hào)穩(wěn)定和組建現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)成本低的特點(diǎn)。鉆井參數(shù)儀模塊是數(shù)字化鉆井系統(tǒng)的重要組成部分。本文提出了鉆井參數(shù)儀模塊的劃分方法，模塊化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、設(shè)計(jì)內(nèi)容以及一些模塊化設(shè)計(jì)的具體方法。隨著科技發(fā)展，鉆井儀表也在逐步豐富和完善，而鉆井參數(shù)儀的模塊化設(shè)計(jì)則更是改進(jìn)過程中的重中之重。希望本文提出的一些劃分和理論能對(duì)研究數(shù)字化鉆井系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師們起到一定的參考作用。

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