鉆井儀表基礎(chǔ)知識

鉆井儀表基礎(chǔ)知識第1頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月一、鉆井儀表的在鉆井作業(yè)中的意義二、鉆井儀表的發(fā)展

1.初級階段

2.80年代MWD、LWD3.現(xiàn)在綜合測量及自動監(jiān)控三、鉆井儀表的組成傳感器、信號接口、數(shù)據(jù)傳輸（發(fā)射與接收）、數(shù)據(jù)處理、控制系統(tǒng)和顯示器CRT、打印機記錄儀等。四、主要內(nèi)容

1.儀表的基本概念

2.鉆井儀表的參數(shù)測量

3.鉆井中常用的鉆井儀表（重點：指重表和測斜儀）緒論第2頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章鉆井儀表基礎(chǔ)知識儀表的定義：是指在某個過程或系統(tǒng)中能夠進行感應(yīng)、測量、傳遞和顯示、調(diào)節(jié)的設(shè)備。組成：①自動檢測儀表②自動顯示儀表包括各種模擬量和數(shù)字量的電子式、氣動式或液動式指示、記錄和積算儀表以及圖像顯示以、工業(yè)電視。③集中控制儀表④自動調(diào)節(jié)儀表⑤自動執(zhí)行器（調(diào)節(jié)機構(gòu)、調(diào)節(jié)閥或開關(guān)）第一節(jié)儀表概述第3頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)測量與控制概念：測量——就是用試驗的方法，求出某個量的大小。控制——就是指揮和調(diào)節(jié)一個事件的過程或順序的一種手段或裝置。工業(yè)自動化分類：①單參數(shù)監(jiān)測②局部自動化③綜合自動化④全盤自動化第4頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測量的單位與量綱基本量——基本單位導(dǎo)出量———導(dǎo)出單位舉例：力質(zhì)量×加速度kg.m/sP=———=———————=—————

面積面積m=N/m=Pa222第5頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)測量過程和測量誤差一、測量過程是指被測量參數(shù)與其相應(yīng)的測量單位進行比較的過程。二、測量誤差誤差分類：①系統(tǒng)誤差②疏忽誤差③偶然誤差誤差的表示方法①絕對誤差=∣測量值—

真實值∣

絕對誤差③相對誤差=——————

真實值第6頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)測量儀表的品質(zhì)指標(biāo)用來衡量測量儀表好壞的品質(zhì)指標(biāo)有：準(zhǔn)確度、恒定度、靈敏度、時間常數(shù)和阻尼時間。一、準(zhǔn)確度（精度）在測量過程中，因儀表引起的誤差叫儀表誤差。它也用絕對誤差和相對誤差來表示。絕對誤差=a—ba—b相對誤差=————b式中a——測量是標(biāo)的示值

b——標(biāo)志儀表的示值評價一臺儀表僅憑絕對誤差和相對誤差是不夠的。因為量程不同，即使有同一個絕對誤差也可能有不同的準(zhǔn)確度。為了更好地反映儀表的準(zhǔn)確度，應(yīng)該采用相對百分誤差。第7頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月0.5

a-b相對百分誤差=————————————×100%

標(biāo)尺上限值—標(biāo)尺下限值式中a——被測參數(shù)的測量值；

b——被測參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值。實際上國家規(guī)定：用儀表的最大百分誤差，用儀表的最大相對百分誤差，去掉%后的數(shù)值——就是儀表的精度等級，常用

和等符號標(biāo)在儀表板面上。我國常用儀表的精度等級如下：

Ι級標(biāo)準(zhǔn)儀表：0.005,0.02，0.05；

Ⅱ級儀表：0.1,0.2,0.35，0.5；一般儀表：1,1.5，2.5，4.0。另外，儀表的基本誤差，是指儀表在正常工作條件下的最大相對百分誤差。儀表的附加誤差，是指不在規(guī)定的正常條件下使用，由于外界條件的影響引起的額外誤差。

1.5第8頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月二、測量儀表的恒定度恒定度常用變差來表示。變差——在外界條件不變的情況下，用同一個儀表對某個參數(shù)進行正、反行程測量時，其指示值間蠶在的差值。造成變差的原因很多，如傳動機構(gòu)的間隙、運動部件的摩擦、彈性元件的彈性之后的影響等。變差的表示：用同一儀表測量同一參數(shù)時，正反行程示值間的最大絕對誤差與該儀表標(biāo)尺范圍（即量程）之比的百分?jǐn)?shù)來表示。

正反行程示值最大絕對誤差變差△=——————————×100%

標(biāo)尺上限值—標(biāo)尺下線值注意：儀表的變差不得超過其精度，否則應(yīng)予檢修。第9頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月三、測量儀表的靈敏度與靈敏限靈敏度的表示：用儀表輸出的變化量（與指針的線位移或角位移）△α與引起的此變化的被測參數(shù)是的變化量△x之比來表示。△α

靈敏度=———△x靈敏限（也稱始動靈敏度），是指能引起儀表指針發(fā)生動作的被側(cè)參數(shù)的最小變化量。通常，儀表的靈敏限數(shù)值不大于基本誤差絕對值的一半。第10頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月四、測量儀表的反應(yīng)時間當(dāng)儀表進行測量時，可以觀察到儀表顯示的被測參數(shù)值總要經(jīng)過一段時間以后，才能準(zhǔn)確地指示出來，這是因為儀表本身存在一個反應(yīng)時間的緣故。有兩種情況（分析并舉例）：①②一臺儀表能不能盡快地反映出被測參數(shù)來，也是很重要的品質(zhì)指標(biāo)——儀表的動態(tài)特性。儀表的反應(yīng)時間長短，表示了儀表動態(tài)特性的好壞。為了衡量儀表的動態(tài)特性，對于上述兩種情況，采用了方法。對應(yīng)的第一種情況用“時間常數(shù)”來衡量，對于第二種情況則用“阻尼時間”來衡量。時間常數(shù)——是指被測參數(shù)值在發(fā)生階躍變化后，儀表指示值達到參數(shù)變化值的63.2%時所需要的時間。儀表不能立即反映客觀實際變化的上述情況——儀表的滯后現(xiàn)象。阻尼時間——是指從對儀表突然輸入一個標(biāo)尺一半的相應(yīng)參數(shù)值開始，到儀表指示值與輸入?yún)?shù)值之差，為該標(biāo)尺范圍的1%時所需要的時間。第11頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)

鉆井儀表基本概念及測量參數(shù)一、鉆井儀表基本概念———就是在鉆井過程中對各種參數(shù)進行感應(yīng)、測量、傳輸和調(diào)節(jié)的設(shè)備及裝置。鉆井儀表的發(fā)展，從單一參數(shù)儀表到多參數(shù)儀表；從單純的測量到自動控制調(diào)節(jié)；從局部自動化到綜合自動化———經(jīng)歷了將近一個世紀(jì)的時間。二、鉆井儀表的組成可分為三大部分：信號監(jiān)測部分、信號轉(zhuǎn)換部分、指示和記錄部分。三、鉆井儀表的測量及控制參數(shù)1、與鉆井液有關(guān)的參數(shù)鉆井液體積、固相含量、可燃?xì)怏w含量、H2S含量、CO2含量、鉆井液密度、返出鉆井液流量、泥漿池鉆井液液面、鉆井液溫度、鉆井液流變參數(shù)、電導(dǎo)率等等。2、水力參數(shù)泵壓、泵排量、立管壓力、套管壓力、噴射速度、環(huán)空流速、泵沖數(shù)、等等。3.鉆井參數(shù)鉆壓、轉(zhuǎn)速、扭矩、鉆速、進尺、井深、dc指數(shù)、起下鉆及鉆進時間、井斜角、方位角、工具面方向、磁場強度、地磁傾角、井下扭矩、振動強度、底層放射性、電阻率、彎曲力矩向量、合力向量、井徑、環(huán)空溫度、空隙度等等。第12頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月第七節(jié)鉆井儀表的分類及構(gòu)成一、鉆井儀表的分類1.按所用動力

①液動儀表如泵壓、指重表；②電動儀表如電動轉(zhuǎn)速表、電動壓力變送器；③氣動儀表如氣動記錄儀等。2.按用途

各種鉆井參數(shù)測量、檢測儀表等。3.按自動化程度①單參數(shù)檢測儀表②成套鉆井參數(shù)測量儀表③用微機控制的鉆井?dāng)?shù)據(jù)記錄儀④鉆井?dāng)?shù)據(jù)集中遙測和分析系統(tǒng)二、鉆井儀表的構(gòu)成鉆井儀表系統(tǒng)構(gòu)成：傳感器（一次儀表）、信號處理器（放大器、校正器）、顯示儀、微機、打印機、報警器。第13頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月二、鉆井儀表的構(gòu)成1.傳感器（一次儀表）其功能：①能夠感受待測參數(shù)的變化；②能夠變換和傳輸參數(shù)。傳感器的信號來源于鉆機的三大系統(tǒng)：①循環(huán)系統(tǒng)：鉆井液密度、鉆井液出口溫度、鉆井液出口流量、地面鉆井液體積、泵壓及其超壓停泵報警裝置、泵排量。②吊升系統(tǒng)：指重、鉆壓、進尺、防碰天車和防墩轉(zhuǎn)盤裝置、自動送鉆裝置。③旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)：轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)盤扭矩等。2.信號處理器功能包括：信號放大、校正、阻尼、濾波、數(shù)模轉(zhuǎn)換。3.顯示和記錄。4.微機功能：數(shù)據(jù)存儲、分析分析、運算、下達指令。5.控制調(diào)節(jié)裝置和報警器。第14頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月第八節(jié)傳感器一、概念從廣義上講，凡是能夠感受一切形式的激勵，如溫度、壓力、流量、光、聲、電、波等等的變化，并能把這些變化轉(zhuǎn)變成對信號收集系統(tǒng)有用的輸入信號，如電壓、電流等的所有裝置都可以稱為傳感器。其中，能夠把所有信號轉(zhuǎn)變成電信號的傳感器，是應(yīng)用最廣泛的一種傳感器——也叫作“電子敏感元件”其工作原理：物理學(xué)中的聲光電磁原理。二、分類1、基本型：熱敏、光敏、磁敏、力敏、濕敏和氣敏等6種。2、應(yīng)用型：電壓敏、靜電敏、射線敏、色敏、視敏、觸敏、思敏、味敏等9種。三、力敏元件可以測量的物理量有：力、壓力、加速度、速度、扭矩、位移、振動、流量，等等。1.力敏元件的分類：①電阻式：電位計式、金屬應(yīng)變計式、熱絲計式、半導(dǎo)體壓阻式。②電容式：可變電容式、可變介質(zhì)式。③電感式：磁路式、磁阻式、差分變壓器式、渦流式、磁致伸縮式。第15頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月2.擴散型半導(dǎo)體壓力傳感器擴散型半導(dǎo)體壓力傳感器大都采用單晶硅和半導(dǎo)體工藝制成。一般以N型硅片為襯底，采用氧化、光刻、擴散等工藝將硼原子沿給定晶向擴散到N型硅襯底材料中，形成P型擴散層。結(jié)果硼擴散區(qū)便形成應(yīng)變電阻，與硅襯底成為一個整體，硅片本身作為感壓膜片。在P型擴散層表面做出歐姆接觸，引出電極，形成擴散型半導(dǎo)體應(yīng)變片。金