黑匣子、井下工具狀態(tài)和鉆井工況的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種黑匣子、基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，所述的黑匣子包括存儲(chǔ)模塊、傳感器模塊以及通信模塊，其中，所述的傳感器模塊，與所述的存儲(chǔ)模塊相連接，用于采集參數(shù)信息，所述的參數(shù)信息包括溫度、壓力、扭矩以及振動(dòng)；所述的存儲(chǔ)模塊，與所述的通信模塊相連接，用于將所述的參數(shù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)；所述的通信模塊，用于發(fā)送所述的參數(shù)信息。黑匣子可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行單點(diǎn)或多點(diǎn)靈活安裝，鉆井過程中監(jiān)測(cè)并記錄井下工具的包括溫度、壓力、扭矩、振動(dòng)的參數(shù)信息，鉆井結(jié)束時(shí)，通過從黑匣子中讀取參數(shù)信息，建立數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而監(jiān)測(cè)井下工具的狀態(tài)及鉆井工況。
【專利說明】
黑匣子、井下工具狀態(tài)和鉆井工況的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型關(guān)于油氣勘探和開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于鉆井的監(jiān)測(cè)技術(shù)，具體的講是一種黑匣子、基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在油氣勘探與開發(fā)過程中，鉆井是資金與技術(shù)密集型工程。鉆井工具是鉆井工程的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。鉆井過程中，鉆井工具在充滿鉆井液的高溫井眼中，承受著拉、壓、彎、扭及鉆井液壓力等共同作用，工作環(huán)境復(fù)雜多變，工況十分惡劣。這樣就造成鉆井工具容易損壞，鉆井工況異常時(shí)有發(fā)生，井下復(fù)雜事故頻發(fā)，鉆井開采周期長，鉆井成本高。
[0003]隨著鉆井工具設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆井工具的價(jià)格也隨之升調(diào)，而鉆井工具的設(shè)計(jì)適用工況參數(shù)范圍有限，且實(shí)際使用壽命與鉆井時(shí)經(jīng)歷的工況密切相關(guān)，鉆柱的高幅振動(dòng)即是鉆具損壞的主要原因之一。目前主要依靠人工錄井的數(shù)據(jù)對(duì)鉆井工具的工作時(shí)間進(jìn)行粗略計(jì)算，很難及時(shí)全面了解鉆井工具在井下的工作狀態(tài)，這對(duì)掌握鉆井工具的具體使用情況勢(shì)必產(chǎn)生影響，還會(huì)造成不必要的鉆井工具更替、報(bào)廢，很難做到物盡其用。
[0004]鉆井施工過程中，鉆桿、鉆井儀器、螺桿鉆具等井下鉆具組合連成鉆柱，整個(gè)工具狀態(tài)和鉆井工況存在大量復(fù)雜且不確定的影響因素，不同的井下工具自身特性與所處井下位置均存在差異，如果遇到井下工況出現(xiàn)異常或鉆井工具發(fā)生故障，以目前的記錄方式所提供的數(shù)據(jù)信息很難對(duì)實(shí)際情況的準(zhǔn)確判斷給予充足的數(shù)據(jù)支持。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)方面的研究大多局限在溫度、壓力兩個(gè)參數(shù)的研究階段?？傮w而言，現(xiàn)有井下工具狀態(tài)及鉆井工況監(jiān)測(cè)主要存在以下問題:監(jiān)測(cè)參數(shù)少，可供分析參考的數(shù)據(jù)源不足，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)井下工具狀態(tài)和鉆井工況的全面評(píng)估，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)異?；蚬收蠣顟B(tài)的及時(shí)預(yù)測(cè)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障原因的準(zhǔn)確斷定。
[0006]因此，如何研究和開發(fā)出一種新的方案，其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)井下工具狀態(tài)和鉆井工況的全面評(píng)估、對(duì)異?；蚬收蠣顟B(tài)的及時(shí)預(yù)測(cè)、實(shí)現(xiàn)對(duì)故障原因的準(zhǔn)確判斷是本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)難題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中井下工具狀態(tài)及鉆井工況監(jiān)測(cè)主要存在的監(jiān)測(cè)參數(shù)少，可供分析參考的數(shù)據(jù)源不足的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種黑匣子、基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，黑匣子可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行單點(diǎn)或多點(diǎn)靈活安裝，鉆井過程中監(jiān)測(cè)并記錄井下工具的包括溫度、壓力、扭矩、振動(dòng)的參數(shù)信息，鉆井結(jié)束時(shí)，通過從黑匣子中讀取參數(shù)信息，建立數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而監(jiān)測(cè)井下工具的狀態(tài)及鉆井工況。
[0008]本實(shí)用新型的目的之一是，提供一種黑匣子，所述的黑匣子包括存儲(chǔ)模塊、傳感器模塊以及通信模塊，其中，所述的傳感器模塊，與所述的存儲(chǔ)模塊相連接，用于采集參數(shù)信息，所述的參數(shù)信息包括溫度、壓力、扭矩以及振動(dòng);所述的存儲(chǔ)模塊，與所述的通信模塊相連接，用于將所述的參數(shù)信息進(jìn)行存儲(chǔ);所述的通信模塊，用于發(fā)送所述的參數(shù)信息。
[0009]在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的黑匣子還包括:供電模塊，分別與所述的存儲(chǔ)模塊、傳感器模塊以及通信模塊相連接，用于向所述的存儲(chǔ)模塊、傳感器模塊以及通信模塊供電。
[0010]在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的黑匣子還包括保護(hù)殼體，所述的保護(hù)殼體內(nèi)設(shè)置有密封保護(hù)裝置。
[0011]在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的傳感器模塊包括溫度傳感器、壓力傳感器、MEMS三軸加速度傳感器以及應(yīng)變片扭矩傳感器。
[0012]在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的通信模塊包括:RS485接口，用于與地面進(jìn)行通信;井下通信接口，用于與井下隨鉆儀器進(jìn)行通信。
[0013]在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的黑匣子集成至井下隨鉆儀器中。
[0014]在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的黑匣子單獨(dú)作為一個(gè)工具短節(jié)，單點(diǎn)或多點(diǎn)安裝于井下隨鉆儀器的任意節(jié)點(diǎn)。
[0015]本實(shí)用新型的目的之一是，提供了一種基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)裝置、井下工具以及黑匣子，其中，所述的監(jiān)測(cè)裝置具體包括:參數(shù)信息獲取模塊，用于獲取黑匣子在鉆井過程中發(fā)送的參數(shù)信息，所述的參數(shù)信息包括溫度、壓力、扭矩以及振動(dòng);第一數(shù)據(jù)庫建立模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)信息建立參數(shù)-時(shí)間數(shù)據(jù)庫；井深-時(shí)間數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取地面錄井的井深-時(shí)間數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)庫建立模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)-時(shí)間數(shù)據(jù)庫以及井深-時(shí)間數(shù)據(jù)庫建立參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫;監(jiān)測(cè)模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫監(jiān)測(cè)所述井下工具的狀態(tài)以及鉆井工況。
[0016]在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的監(jiān)測(cè)裝置還包括:計(jì)算模型獲取模塊，用于獲取預(yù)先建立的計(jì)算模型；類型以及位置獲取模塊，用于獲取井下工具類型以及黑匣子的節(jié)點(diǎn)位置;計(jì)算模型選擇模塊，用于根據(jù)所述的工具類型以及節(jié)點(diǎn)位置選擇對(duì)應(yīng)的計(jì)算模型;頻域時(shí)域解析模塊，用于根據(jù)所述的計(jì)算模型對(duì)所述的參數(shù)-時(shí)間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行時(shí)域和頻域的解析;參數(shù)閾值獲取模塊，用于獲取預(yù)先設(shè)定的參數(shù)閾值;故障時(shí)間段定位模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)閾值對(duì)解析后的參數(shù)-時(shí)間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行定性分析、定量計(jì)算以及特征提取，以定位井下工具發(fā)生異常的時(shí)間段或鉆井工況故障發(fā)生的時(shí)間段。
[0017]在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的監(jiān)測(cè)裝置還包括:異常原因診斷模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫以及井下工具發(fā)生異常的時(shí)間段診斷所述井下工具發(fā)生異常的原因；故障原因診斷模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫以及鉆井工況故障發(fā)生的時(shí)間段診斷鉆井工況故障發(fā)生的原因。
[0018]在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的監(jiān)測(cè)裝置還包括:規(guī)格參數(shù)獲取模塊，用于獲取井下工具規(guī)格參數(shù);評(píng)估報(bào)告輸出模塊，用于將所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫對(duì)照所述的井下工具規(guī)格參數(shù)，輸出井下工具的狀態(tài)評(píng)估報(bào)告。
[0019]在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的監(jiān)測(cè)裝置還包括:顯示模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫，將所述的參數(shù)信息通過列表或曲線形式進(jìn)行顯示。
[0020]本實(shí)用新型的有益效果在于，提供了一種黑匣子、基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，黑匣子可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行單點(diǎn)或多點(diǎn)靈活安裝，鉆井過程中監(jiān)測(cè)并記錄井下工具的包括溫度、壓力、扭矩、振動(dòng)的參數(shù)信息，鉆井結(jié)束時(shí)，通過從黑匣子中讀取參數(shù)信息，建立數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而監(jiān)測(cè)井下工具的狀態(tài)及鉆井工況，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下工具狀態(tài)及鉆井工況的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和精確評(píng)估。
[0021]為讓本實(shí)用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種黑匣子的實(shí)施方式一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種黑匣子的實(shí)施方式二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種黑匣子的實(shí)施方式三的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種黑匣子的傳感器模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種黑匣子的通信模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖6為將本實(shí)用新型實(shí)施例提供的黑匣子獨(dú)立應(yīng)用為井下黑匣子短節(jié)的示意圖；
[0029]圖7為將本實(shí)用新型實(shí)施例提供的黑匣子應(yīng)用為多個(gè)黑匣子獨(dú)立短節(jié)的示意圖；
[0030]圖8是將本實(shí)用新型實(shí)施例提供的黑匣子應(yīng)用于螺桿鉆具的示意圖；
[0031]圖9是將多個(gè)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的黑匣子應(yīng)用于井下工具組成井下鉆具組合的應(yīng)用不意圖；
[0032]圖10為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0033]圖11為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)裝置的實(shí)施方式一的結(jié)構(gòu)框圖；
[0034]圖12為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)裝置的實(shí)施方式二的結(jié)構(gòu)框圖；
[0035]圖13為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)裝置的實(shí)施方式三的結(jié)構(gòu)框圖；
[0036]圖14為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)裝置的實(shí)施方式四的結(jié)構(gòu)框圖；
[0037]圖15為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)裝置的實(shí)施方式五的結(jié)構(gòu)框圖；
[0038]圖16是曲線顯示界面；
[0039]圖17是壓力原始數(shù)據(jù)與濾波處理后的數(shù)據(jù)對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0041]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中井下工具狀態(tài)及鉆井工況監(jiān)測(cè)主要存在的監(jiān)測(cè)參數(shù)少，可供分析參考的數(shù)據(jù)源不足的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種黑匣子、基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，黑匣子可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行單點(diǎn)或多點(diǎn)靈活安裝，鉆井過程中監(jiān)測(cè)并記錄井下工具的包括溫度、壓力、扭矩、振動(dòng)的參數(shù)信息，鉆井結(jié)束時(shí)，通過從黑匣子中讀取參數(shù)信息，建立數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而監(jiān)測(cè)井下工具的狀態(tài)及鉆井工況。
[0042]本實(shí)用新型的目的在于利用基于黑匣子的井下工具狀態(tài)及鉆井工況監(jiān)測(cè)方法解決井下工具狀態(tài)及鉆井工況參數(shù)的采集、存儲(chǔ)、分析、診斷和評(píng)估問題。
[0043]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種黑匣子的實(shí)施方式一的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖1可知，在實(shí)施方式一中，所述的黑匣子100包括存儲(chǔ)模塊101、傳感器模塊102以及通信模塊103，
[0044]其中，所述的傳感器模塊102，與所述的存儲(chǔ)模塊101相連接，用于采集參數(shù)信息，所述的參數(shù)信息包括溫度、壓力、扭矩以及振動(dòng)。
[0045]所述的存儲(chǔ)模塊101，與所述的通信模塊103相連接，用于將所述的參數(shù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)。采集到的溫度、壓力、扭矩、振動(dòng)等參數(shù)信息經(jīng)過預(yù)處理存儲(chǔ)在黑匣子中，存儲(chǔ)模塊101具有掉電可保護(hù)功能。
[0046]所述的通信模塊103，用于發(fā)送所述的參數(shù)信息。
[0047]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種黑匣子的實(shí)施方式二的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖2可知，在實(shí)施方式二中，所述的黑匣子還包括:
[0048]供電模塊104，分別與所述的存儲(chǔ)模塊、傳感器模塊以及通信模塊相連接，用于向所述的存儲(chǔ)模塊、傳感器模塊以及通信模塊供電。
[0049]在具體的實(shí)施方式中，供電模塊104上電后測(cè)量存儲(chǔ)模塊101，根據(jù)設(shè)置的采樣頻率命令傳感器模塊102中各個(gè)傳感器進(jìn)行采樣，得到數(shù)據(jù)后存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊101中，存儲(chǔ)功能掉電可保護(hù)。
[0050]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種黑匣子的實(shí)施方式三的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖3可知，在實(shí)施方式三中，所述的黑匣子還包括保護(hù)殼體105，所述的保護(hù)殼體內(nèi)設(shè)置有密封保護(hù)裝置。
[0051]圖4為傳感器模塊的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖4可知，所述的傳感器模塊102具體包括溫度傳感器1021、壓力傳感器1022、MEMS三軸加速度傳感器1023以及應(yīng)變片扭矩傳感器1024。
[0052]在具體的實(shí)施方式中，可根據(jù)需求在接近水眼和環(huán)空位置安裝兩個(gè)壓力傳感器分別測(cè)量水眼和環(huán)空的壓力。在保護(hù)殼體內(nèi)壁處安裝應(yīng)變片扭矩傳感器測(cè)量扭矩。測(cè)量模塊電路上安裝溫度傳感器測(cè)量溫度。在保護(hù)殼體內(nèi)安裝MEMS三軸加速度傳感器測(cè)量振動(dòng)。通過各個(gè)傳感器來共同完成對(duì)井下工具工況參數(shù)信息的采集，采集頻率可調(diào)。
[0053]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種黑匣子的通信模塊的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖5可知，所述的通信模塊包括:
[0054]RS485接口 1031，用于與地面進(jìn)行通信；
[0055]井下通信接口1032，用于與井下隨鉆儀器進(jìn)行通信。
[0056]也即，在具體的實(shí)施方式中，根據(jù)實(shí)際需要可以選擇開啟通信功能，將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳送給地面設(shè)備或井下隨鉆儀器中。
[0057]圖6為將本實(shí)用新型實(shí)施例提供的黑匣子獨(dú)立應(yīng)用為井下黑匣子短節(jié)的示意圖。由圖6可知，I為保護(hù)殼體，2為供電電源模塊，3為傳感器模塊，4為測(cè)量存儲(chǔ)模塊，5為與地面設(shè)備通信485接口，6為與井下隨鉆儀器通信接口。此短節(jié)可以直接與其他井下工具連接，使用方便。
[0058]圖7為將本實(shí)用新型實(shí)施例提供的黑匣子應(yīng)用為多個(gè)黑匣子獨(dú)立短節(jié)的示意圖，如圖7所示1、2、3均為與鉆井工具連接使用的黑匣子獨(dú)立短節(jié)。在鉆井的過程中每個(gè)獨(dú)立短節(jié)中的黑匣子測(cè)量并存儲(chǔ)溫度、壓力、扭矩、振動(dòng)等數(shù)據(jù)，通過對(duì)所有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的回顯、分析，可以更全面了解井下工具的狀態(tài)和鉆井工況。此圖僅為連接示意圖，根據(jù)實(shí)際需求可以在鉆具組合中任意位置，安裝一個(gè)或多個(gè)黑匣子獨(dú)立短節(jié)。
[0059]圖8是將本實(shí)用新型實(shí)施例提供的黑匣子應(yīng)用于螺桿鉆具的示意圖，圖8中I為應(yīng)用黑匣子技術(shù)的特制螺桿鉆具。通過對(duì)常規(guī)螺桿鉆具的機(jī)械結(jié)構(gòu)處理，裝入黑匣子。黑匣子成為螺桿鉆具的一部分，具有參數(shù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信息通信等功能。2為黑匣子供電電源模塊，3為黑匣子傳感器模塊，4為黑匣子測(cè)量存儲(chǔ)模塊，5為黑匣子與地面設(shè)備通信485接口。地面軟件通過5取出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后可以全面掌握螺桿鉆具的狀態(tài)。
[0060]圖9是將多個(gè)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的黑匣子應(yīng)用于井下工具組成井下鉆具組合的應(yīng)用示意圖，圖9中1、2、3分別為應(yīng)用了黑匣子技術(shù)的特制螺桿鉆具、特制隨鉆儀器、特制鉆桿3種不同井下工具，在鉆井的過程中每個(gè)黑匣子測(cè)量、存儲(chǔ)溫度、壓力、扭矩、振動(dòng)等數(shù)據(jù)，軟件通過對(duì)所有節(jié)點(diǎn)黑匣子中數(shù)據(jù)的回顯、分析，可以更全面掌握螺桿鉆具、隨鉆儀器、鉆桿的狀態(tài)和鉆井工況。
[0061]如上所述即為本實(shí)用新型提供的一種黑匣子，其解決了井下工具工況參數(shù)尤其是扭矩、振動(dòng)等重要?jiǎng)恿W(xué)參數(shù)的采集問題，解決了大量信息存儲(chǔ)的問題，能夠記錄、保存井下工具狀態(tài)及鉆井工況完整數(shù)據(jù)，為井下工具狀態(tài)評(píng)估提供可靠數(shù)據(jù)支持，準(zhǔn)確記錄井下工具的工作時(shí)間，有助于提高井下工具的使用效率，節(jié)約鉆井成本。
[0062]圖10為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，由圖10可知，該系統(tǒng)具體包括監(jiān)測(cè)裝置200、井下工具300以及黑匣子100。
[0063]圖11為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)裝置的實(shí)施方式一的結(jié)構(gòu)框圖，由圖11可知，在實(shí)施方式一中，該監(jiān)測(cè)裝置200包括:
[0064]參數(shù)信息獲取模塊201，用于獲取黑匣子在鉆井過程中發(fā)送的參數(shù)信息，所述的參數(shù)信息包括溫度、壓力、扭矩以及振動(dòng)；
[0065]第一數(shù)據(jù)庫建立模塊202，用于根據(jù)所述的參數(shù)信息建立參數(shù)-時(shí)間數(shù)據(jù)庫，即將鉆井過程中井下工具的狀態(tài)和工況以時(shí)間為序再現(xiàn)各參數(shù)值，建立鉆井工具的參數(shù)-時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系的信息原始數(shù)據(jù)庫。
[0066]井深-時(shí)間數(shù)據(jù)獲取模塊203，用于獲取地面錄井的井深-時(shí)間數(shù)據(jù)；
[0067]數(shù)據(jù)庫建立模塊204，用于根據(jù)所述的參數(shù)-時(shí)間數(shù)據(jù)庫以及井深-時(shí)間數(shù)據(jù)庫建立參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫，即結(jié)合地面錄井的井深-時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)的對(duì)深處理，形成各參數(shù)-井深對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)庫。
[0068]監(jiān)測(cè)模塊205，用于根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫監(jiān)測(cè)井下工具狀態(tài)以及鉆井工況。
[0069]如上所述的基于黑匣子的井下工具狀態(tài)及鉆井工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，黑匣子可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行單點(diǎn)或多點(diǎn)靈活安裝。鉆井過程中記錄井下工具溫度、壓力、扭矩、振動(dòng)及其他動(dòng)力學(xué)參數(shù)。一趟鉆結(jié)束時(shí)，監(jiān)測(cè)裝置從黑匣子中讀取數(shù)據(jù)，建立鉆井工具數(shù)據(jù)庫，根據(jù)參數(shù)-精神數(shù)據(jù)庫即可準(zhǔn)確掌握并監(jiān)測(cè)鉆井工具的狀態(tài)及鉆井工況。
[0070]圖12為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)裝置的實(shí)施方式二的結(jié)構(gòu)框圖，由圖12可知，在實(shí)施方式二中，該監(jiān)測(cè)裝置還包括:
[0071]顯示模塊206，用于根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫，將所述的參數(shù)信息通過列表或曲線形式進(jìn)行顯示。
[0072]在實(shí)施方式二中，以井深或時(shí)間為序?qū)⒏鲄?shù)通過表格或曲線的形式顯示，可以直觀展現(xiàn)鉆井過程中各個(gè)參數(shù)的整體變化過程，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)回顯。在具體的實(shí)施方式中，通過監(jiān)測(cè)裝置USB或串口向黑匣子請(qǐng)求傳送數(shù)據(jù)并按照井號(hào)、時(shí)間、節(jié)點(diǎn)編號(hào)建立SQL Server數(shù)據(jù)庫文件，方便檢索、合并數(shù)據(jù)，并可以與地面錄井的井深等數(shù)據(jù)進(jìn)行匹對(duì)處理，實(shí)現(xiàn)信息融合，按照時(shí)間或井深順序，將參數(shù)通過列表或曲線形式進(jìn)行顯示。
[0073]圖13為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)裝置的實(shí)施方式三的結(jié)構(gòu)框圖，由圖13可知，在實(shí)施方式三中，所述的監(jiān)測(cè)裝置還包括:
[0074]計(jì)算模型獲取模塊207，用于獲取預(yù)先建立的計(jì)算模型；
[0075]類型以及位置獲取模塊208，用于獲取井下工具類型以及黑匣子的節(jié)點(diǎn)位置；
[0076]計(jì)算模型選擇模塊209，用于根據(jù)所述的工具類型以及節(jié)點(diǎn)位置選擇對(duì)應(yīng)的計(jì)算豐旲型;
[0077]頻域時(shí)域解析模塊210，用于根據(jù)所述的計(jì)算模型對(duì)所述的參數(shù)-時(shí)間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行時(shí)域和頻域的解析；
[0078]參數(shù)閾值獲取模塊211，用于獲取預(yù)先設(shè)定的參數(shù)閾值；
[0079]故障時(shí)間段定位模塊212，用于根據(jù)所述的參數(shù)閾值對(duì)解析后的參數(shù)-時(shí)間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行定性分析、定量計(jì)算以及特征提取，以定位井下工具發(fā)生異常的時(shí)間段或鉆井工況故障發(fā)生的時(shí)間段。
[0080]也即，在實(shí)施方式三中，監(jiān)測(cè)裝置預(yù)先建立多種計(jì)算模型，根據(jù)井下工具類型及黑匣子所處節(jié)點(diǎn)位置的不同，選擇相應(yīng)的模型算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，設(shè)定參數(shù)的正常閾值，進(jìn)行特征提取，完成時(shí)域和頻譜分析，運(yùn)用定性分析與定量計(jì)算，獲得鉆井工具工作時(shí)間，定位異?；蚬收习l(fā)生的時(shí)間段。
[0081]圖14為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)裝置的實(shí)施方式四的結(jié)構(gòu)框圖，由圖14可知，在實(shí)施方式四中，該監(jiān)測(cè)裝置還包括:
[0082]異常原因診斷模塊213，用于根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫以及井下工具發(fā)生異常的時(shí)間段診斷井下工具發(fā)生異常的原因；
[0083]故障原因診斷模塊214，用于根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫以及鉆井工況故障發(fā)生的時(shí)間段診斷鉆井工況故障發(fā)生的原因。
[0084]也即在實(shí)施方式四中，結(jié)合實(shí)際操作工作記錄，對(duì)鉆井異?；蚓鹿ぞ吖收习l(fā)生的原因進(jìn)行診斷。在同一界面下可以任意添加節(jié)點(diǎn)來查看多個(gè)節(jié)點(diǎn)的參數(shù)曲線形態(tài)和數(shù)值變化趨勢(shì)。預(yù)設(shè)多種計(jì)算模型，根據(jù)每個(gè)黑匣子的節(jié)點(diǎn)位置，選擇相應(yīng)的模型算法對(duì)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，通過設(shè)定參數(shù)的正常閾值，精確找到異常或故障發(fā)生的時(shí)間段，結(jié)合地面操作記錄的數(shù)據(jù)，確定異?；蚬收习l(fā)生的原因。
[0085]圖15為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)裝置的實(shí)施方式五的結(jié)構(gòu)框圖，由圖15可知，在實(shí)施方式五中，所述的監(jiān)測(cè)裝置還包括:
[0086]規(guī)格參數(shù)獲取模塊215，用于獲取井下工具規(guī)格參數(shù)；
[0087]評(píng)估報(bào)告輸出模塊216，用于將所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫對(duì)照所述的井下工具規(guī)格參數(shù)，輸出井下工具的狀態(tài)評(píng)估報(bào)告。
[0088]也即，當(dāng)異?；蚬收锨闆r出現(xiàn)時(shí)，對(duì)黑匣子存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域和頻域的解析、處理，通過定性分析和特征提取，迅速找到異常發(fā)生時(shí)間段相關(guān)參數(shù)的數(shù)值變化，結(jié)合地面人工錄井?dāng)?shù)據(jù)，可以更精確地對(duì)鉆井工具狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，判斷出問題發(fā)生的原因，輸出井下工具狀態(tài)評(píng)估報(bào)告及鉆井工況綜合評(píng)估報(bào)告，指導(dǎo)鉆井決策的及時(shí)調(diào)整和井下工具的維修作業(yè)。
[0089]下面結(jié)合具體的實(shí)施例，詳細(xì)介紹本實(shí)用新型的技術(shù)方案。本實(shí)用新型主要涉及一種黑匣子、基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，特別是在油氣鉆井過程中出現(xiàn)異?；蚬收锨闆r時(shí)，采用本實(shí)用新型解析黑匣子采集存儲(chǔ)的溫度、壓力、扭矩、振動(dòng)等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆井工具狀態(tài)及鉆井工況的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和精確評(píng)估?；诤谙蛔拥木鹿ぞ郀顟B(tài)及鉆井工況監(jiān)測(cè)方法的研制與開發(fā)具有以下重要意義:
[0090](I)解決了井下工具工況參數(shù)尤其是扭矩、振動(dòng)等重要?jiǎng)恿W(xué)參數(shù)的采集問題；
[0091](2)解決了大量信息存儲(chǔ)的問題，能夠記錄、保存井下工具狀態(tài)及鉆井工況完整數(shù)據(jù)；
[0092](3)為井下工具狀態(tài)評(píng)估提供可靠數(shù)據(jù)支持，準(zhǔn)確記錄井下工具的工作時(shí)間，有助于提高井下工具的使用效率，節(jié)約鉆井成本；
[0093](4)識(shí)別并預(yù)測(cè)鉆井異常狀態(tài)，為鉆井決策的調(diào)整，鉆井參數(shù)、鉆具組合的優(yōu)化提供依據(jù)，達(dá)到減少鉆井故障或事故、提高鉆井安全性的目的；
[0094](5)為井下工具狀態(tài)的數(shù)字化追蹤，為井下工具的科學(xué)化維護(hù)及管理機(jī)制的建立打下重要基礎(chǔ)；
[0095](6)為鉆井工具的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供重要的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)。
[0096](7)依據(jù)巖石在破碎時(shí)主頻明顯依賴巖性的規(guī)律，可以通過對(duì)振動(dòng)參數(shù)的分析，幫助識(shí)別地層巖性。
[0097]本實(shí)用新型通過黑匣子采集、存儲(chǔ)各個(gè)參數(shù)。每次起鉆或根據(jù)需求利用監(jiān)測(cè)裝置將存儲(chǔ)參數(shù)取出建立原始數(shù)據(jù)庫并以表格或曲線顯示。根據(jù)井下工具類型及黑匣子所處位置，選擇相應(yīng)的模型算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，設(shè)定參數(shù)的正常閾值，進(jìn)行特征提取，完成時(shí)域和頻譜分析。圖16是具體實(shí)施例中曲線示意圖，圖中縱坐標(biāo)為井深，橫坐標(biāo)為參數(shù)值，實(shí)現(xiàn)了對(duì)參數(shù)的回顯。圖17是壓力原始數(shù)據(jù)與濾波處理后的數(shù)據(jù)對(duì)比圖。由圖17可知，通過算法的處理后，數(shù)據(jù)曲線特性更加明顯，有利于深入分析數(shù)據(jù)。
[0098]綜上所述，本實(shí)用新型提出的一種基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，黑匣子可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行單點(diǎn)或多點(diǎn)靈活安裝，鉆井過程中監(jiān)測(cè)并記錄井下工具的包括溫度、壓力、扭矩、振動(dòng)的參數(shù)信息，鉆井結(jié)束時(shí)，通過從黑匣子中讀取參數(shù)信息，建立數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而監(jiān)測(cè)井下工具的狀態(tài)及鉆井工況。
[0099]與現(xiàn)有的井下工具狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0100](I)黑匣子監(jiān)測(cè)參數(shù)多，監(jiān)測(cè)范圍全面，不僅包括溫度、壓力信息，還包括振動(dòng)、扭矩等重要的動(dòng)力學(xué)參數(shù)信息，能夠?yàn)橹蟮木C合分析提供充足的數(shù)據(jù)源；
[0101](2)數(shù)據(jù)分析軟件更加符合現(xiàn)場(chǎng)需求，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇算法，以表格或曲線等多種方式顯示，更加直觀，對(duì)鉆井工具狀態(tài)和鉆井工況的診斷、評(píng)估更加準(zhǔn)確；
[0102](3)黑匣子應(yīng)用方便，適用范圍廣，可以集成到某一井下工具中，也可以單獨(dú)作為一個(gè)工具短節(jié)，按需單點(diǎn)或多點(diǎn)安裝于鉆具組合中。
[0103]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，可以通過計(jì)算機(jī)程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲(chǔ)于一般計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。其中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)可為磁碟、光盤、只讀存儲(chǔ)記憶體(Read-Only Memory，ROM)或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體(Random AccessMemory，RAM)等。
[0104]本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以了解到本實(shí)用新型實(shí)施例列出的各種功能是通過硬件還是軟件來實(shí)現(xiàn)取決于特定的應(yīng)用和整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)于每種特定的應(yīng)用，可以使用各種方法實(shí)現(xiàn)所述的功能，但這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)被理解為超出本實(shí)用新型實(shí)施例保護(hù)的范圍。
[0105]本實(shí)用新型中應(yīng)用了具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實(shí)用新型的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種黑匣子，其特征是，所述的黑匣子包括存儲(chǔ)模塊、傳感器模塊以及通信模塊， 其中，所述的傳感器模塊，與所述的存儲(chǔ)模塊相連接，用于采集參數(shù)信息，所述的參數(shù)信息包括溫度、壓力、扭矩以及振動(dòng)； 所述的存儲(chǔ)模塊，與所述的通信模塊相連接，用于將所述的參數(shù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)； 所述的通信模塊，用于發(fā)送所述的參數(shù)信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的黑匣子，其特征是，所述的黑匣子還包括: 供電模塊，分別與所述的存儲(chǔ)模塊、傳感器模塊以及通信模塊相連接，用于向所述的存儲(chǔ)模塊、傳感器模塊以及通信模塊供電。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的黑匣子，其特征是，所述的黑匣子還包括保護(hù)殼體，所述的保護(hù)殼體內(nèi)設(shè)置有密封保護(hù)裝置。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的黑匣子，其特征是，所述的傳感器模塊包括溫度傳感器、壓力傳感器、MEMS三軸加速度傳感器以及應(yīng)變片扭矩傳感器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的黑匣子，其特征是，所述的通信模塊包括: RS485接口，用于與地面進(jìn)行通信； 井下通信接口，用于與井下隨鉆儀器進(jìn)行通信。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的黑匣子，其特征是，所述的黑匣子集成至井下隨鉆儀器中。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的黑匣子，其特征是，所述的黑匣子單獨(dú)作為一個(gè)工具短節(jié)，單點(diǎn)或多點(diǎn)安裝于井下隨鉆儀器的任意節(jié)點(diǎn)。8.—種基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，其特征是，所述的基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)裝置、井下工具以及如權(quán)利要求1至7任意一項(xiàng)所述的黑匣子， 其中，所述的監(jiān)測(cè)裝置具體包括: 參數(shù)信息獲取模塊，用于獲取黑匣子在鉆井過程中發(fā)送的參數(shù)信息，所述的參數(shù)信息包括溫度、壓力、扭矩以及振動(dòng)； 第一數(shù)據(jù)庫建立模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)信息建立參數(shù)-時(shí)間數(shù)據(jù)庫； 井深-時(shí)間數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取地面錄井的井深-時(shí)間數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)庫建立模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)-時(shí)間數(shù)據(jù)庫以及井深-時(shí)間數(shù)據(jù)庫建立參數(shù)_井深數(shù)據(jù)庫； 監(jiān)測(cè)模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫監(jiān)測(cè)所述井下工具的狀態(tài)以及鉆井工況。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，其特征是，所述的監(jiān)測(cè)裝置還包括: 計(jì)算模型獲取模塊，用于獲取預(yù)先建立的計(jì)算模型； 類型以及位置獲取模塊，用于獲取井下工具類型以及黑匣子的節(jié)點(diǎn)位置； 計(jì)算模型選擇模塊，用于根據(jù)所述的工具類型以及節(jié)點(diǎn)位置選擇對(duì)應(yīng)的計(jì)算模型； 頻域時(shí)域解析模塊，用于根據(jù)所述的計(jì)算模型對(duì)所述的參數(shù)-時(shí)間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行時(shí)域和頻域的解析； 參數(shù)閾值獲取模塊，用于獲取預(yù)先設(shè)定的參數(shù)閾值； 故障時(shí)間段定位模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)閾值對(duì)解析后的參數(shù)-時(shí)間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行定性分析、定量計(jì)算以及特征提取，以定位井下工具發(fā)生異常的時(shí)間段或鉆井工況故障發(fā)生的時(shí)間段。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，其特征是，所述的監(jiān)測(cè)裝置還包括: 異常原因診斷模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫以及井下工具發(fā)生異常的時(shí)間段診斷所述井下工具發(fā)生異常的原因； 故障原因診斷模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫以及鉆井工況故障發(fā)生的時(shí)間段診斷鉆井工況故障發(fā)生的原因。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，其特征是，所述的監(jiān)測(cè)裝置還包括: 規(guī)格參數(shù)獲取模塊，用于獲取井下工具規(guī)格參數(shù)； 評(píng)估報(bào)告輸出模塊，用于將所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫對(duì)照所述的井下工具規(guī)格參數(shù)，輸出井下工具的狀態(tài)評(píng)估報(bào)告。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，其特征是，所述的監(jiān)測(cè)裝置還包括: 顯示模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫，將所述的參數(shù)信息通過列表或曲線形式進(jìn)行顯示。
【文檔編號(hào)】E21B47/26GK205445581SQ201521071744
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年12月21日
【發(fā)明人】潘興明, 石倩, 黃衍福, 閆國興, 史宏江, 李鐵軍, 張春華, 趙博, 陶詩凱, 張國田, 李東陽, 李顯義, 路勝杰, 王晨, 羅西超, 見立銀, 陳睿
【申請(qǐng)人】中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院, 北京石油機(jī)械廠