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摘 要：华北录井研制的IDS-II型集成钻井参数仪，应用iCAN总线技术，在IDS钻井参数仪的基础上采用新硬件，实现钻井参数的数据采集提速。根据国际需求，结合硬件特点，编制出WITSML格式的钻井参数仪远程传输软件。经过测试和完善工作，完成了钻井参数仪的研制工作。
关键词：iCAN总线;信号采集;软件开发与测试;远程传输
石油钻井参数仪是一种用于测量钻机各个系统运行参数的集成仪器仪表，通过它可掌握钻井状态，提高钻井时效，保证钻井质量，降低钻井成本。钻井参数仪作为钻井作业中的眼睛，是油气钻井工程监测钻进过程，进行科学分析和科学决策的重要仪器，实现了实时监测、报警、记录与历史数据回放，为钻井的安全生产提供了科学依据。
一、钻井参数仪原理分析和结构设计
1、钻井参数仪原理
IDS钻井参数仪设计是以钻井数据采集计算机为核心，以传感器为基础，实现钻井过程中的各种钻井参数采集、计算、处理和无线网络传输。各种传感器标准信号通过iCAN从站的采集、传输，实现与钻台计算机的通信。钻台计算机对接收的数字信号进行处理，完成显示、存储、智能报警、数据无线远传等功能。
2、结构设计
硬件系统由采集机、客户机，一次仪表、传感器、接口箱、UPS电源、液压管线、电缆线及计算机网络组成。软件系统包括采集软件、客户端监控软件、数据处理与资料输出软件。
如图所示，传感器把物理量转换成电信号，通过传感器线把4-20mA的电流信号输入钻台接口箱和入口接口箱，接口箱把电流信号转换成数据通过总线电缆传输到钻台采集计算机。采集计算机对数据进行计算、处理，显示出参数变化和曲线。
二、关键技术研究
开展IDS-Ⅱ型钻井参数仪研制研究，重点研发钻井参数仪及其软件，其研究内容包括：总线传输类型优化，防爆计算机优化，泵冲速优化，远程传输软件研究开发等。
1、总线传输类型优化
钻井参数仪所涉及的技术包括钻井工程、传感器技术、计算机数据采集、信息处理及传输，系统软件编制等多学科技术。系统主要由现场数据采集系统和联机、脱机处理软件两大部分组成。以iCAN协议为基础的总线测量控制系统，是由一系列智能化现场总线测量控制模块、PC/PLC通信网卡/网桥以及一系列基于开放式的应用软件构成。
（1）CAN总线模块
CAN是控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）的简称，是国际上应用最广泛的现场总线之一。
参数仪选用的是USBCAN II+高性能CAN接口卡，该卡是与USB2.0总线全速规范兼容的，PC可以通过USB总线连接至CAN-bus网络，构成现场总线CAN-bus网络领域中数据处理、数据采集的CAN-bus网络控制节点。
（2）iCAN模块7404（计数模块）
iCAN-7404计数器/测频模块用于外部脉冲计数或测频。具有4路的计数/测频通道，可编程数字滤波：1～65535us，最大计数值：32bits。
（3）iCAN模块6017（模拟量模块）
iCAN-6017功能模块用于采集模拟量输入信号。该模块具有8路模拟量输入通道，输入信号范围：±10V（默认）、±5V;電流输入：±20mA;采样精度：±0.1%;采样速率：2000次/秒;内部具有信号调理电路，模拟量信号的分辨率为16位。
2、防爆计算机优化
BTJ防爆计算机是我公司与防爆设备厂家共同设计开发的新型防爆产品，防爆计算机采用触控操作，只需手指触摸电脑屏幕上的有关位置便可进行相应的操作。计算机符合防爆标准GB3836.1 -2010《爆炸性气体环境用电气设备》的有关规定。防爆标志为ExdibIIBT4 Gb。计算机通过国家防爆检验部门检验合格并取得了产品防爆合格证。
3、泵冲速优化
IDS使用的钻井泵速的测量方法：通过接近开关来检测动力端输入轴的转速，除以钻井泵的减速比，从而得到泵冲速。该测量方法存在一个主要的问题就是如果测量的时间比较短，在单位时间内接近开关的泵冲数也就比较少，计算出来的冲速和实际的冲速相差比较多。通常在钻井泵的使用过程中尽量延长测量的时间来获得准确的数据，一般是以5秒为准（最低可测12冲/分钟），也就是说延迟5秒钟才能获得冲速数据。
改进后的泵冲速率能测到5冲/分钟，在泵冲速改变时，采集机能够在1秒内开始体现出来，很好的解决了泵冲测量的问题。
4、远程传输软件研究开发
本软件可以根据甲方的需求，任意增加或减少传输参数，自定义传输数据间隔或频率，满足不同石油服务公司的传输要求。
软件具有的主要功能：
1）、时间基准数据、深度基准数据的上传功能;
2）、提供实时数据输出接口，数据输出频率10HZ，数据格式WITSML 1.4.1;
3）、提供3个月以上的数据缓存，具有断点续传、数据补传、数据导出，日志查询功能;
4）、软件设置完毕，全程自动运行，无人值守。
三、现场应用
1、IDS-II型钻井参数仪应用
2019年7月开始，第一套II型钻井参数仪在沙特SP***钻井队开始应用，至12月底，共施工3口井，期间仪器运行良好，未出现设备故障。设备操作简单，软件直观明了，拆迁、安装与维护方便，获现场使用人员好评。
2、WITSML远程传输系统应用
WITSML远程传输系统2019年7月29日在沙特SP***队SAHB_*井进行了应用，至2019年9月底，经过在钻井现场2个月的应用，共传输深度数据6025条，时间数据3457036条，软件运行稳定，数据传输正常，取得了较好的应用效果。目前该软件在沙特2个队伍运行近1年，系统稳定，未出现软件故障。
结论
IDS-II型钻井参数仪主要优点有：（1）防爆触摸屏计算机技术;（2）总线式信号采集;（3）正压防爆接口箱。（4）软件中英文界面及单位体系可一键切换;（5）每秒超过10次的数据采集速率;（6）采用WITS和WITSML标准进行数据远程传输。
华北录井研发的IDS-II型钻井参数仪，拥有完整的知识产权，和其他钻井参数仪相比，功能更完善，操作更人性化。
作者简介：王永云 1970 男 籍贯：四川达州 民族：汉族 学历：中央党校 研究方向：综合录井仪测量石油。
关键词：iCAN总线;信号采集;软件开发与测试;远程传输
石油钻井参数仪是一种用于测量钻机各个系统运行参数的集成仪器仪表，通过它可掌握钻井状态，提高钻井时效，保证钻井质量，降低钻井成本。钻井参数仪作为钻井作业中的眼睛，是油气钻井工程监测钻进过程，进行科学分析和科学决策的重要仪器，实现了实时监测、报警、记录与历史数据回放，为钻井的安全生产提供了科学依据。
一、钻井参数仪原理分析和结构设计
1、钻井参数仪原理
IDS钻井参数仪设计是以钻井数据采集计算机为核心，以传感器为基础，实现钻井过程中的各种钻井参数采集、计算、处理和无线网络传输。各种传感器标准信号通过iCAN从站的采集、传输，实现与钻台计算机的通信。钻台计算机对接收的数字信号进行处理，完成显示、存储、智能报警、数据无线远传等功能。
2、结构设计
硬件系统由采集机、客户机，一次仪表、传感器、接口箱、UPS电源、液压管线、电缆线及计算机网络组成。软件系统包括采集软件、客户端监控软件、数据处理与资料输出软件。
如图所示，传感器把物理量转换成电信号，通过传感器线把4-20mA的电流信号输入钻台接口箱和入口接口箱，接口箱把电流信号转换成数据通过总线电缆传输到钻台采集计算机。采集计算机对数据进行计算、处理，显示出参数变化和曲线。
二、关键技术研究
开展IDS-Ⅱ型钻井参数仪研制研究，重点研发钻井参数仪及其软件，其研究内容包括：总线传输类型优化，防爆计算机优化，泵冲速优化，远程传输软件研究开发等。
1、总线传输类型优化
钻井参数仪所涉及的技术包括钻井工程、传感器技术、计算机数据采集、信息处理及传输，系统软件编制等多学科技术。系统主要由现场数据采集系统和联机、脱机处理软件两大部分组成。以iCAN协议为基础的总线测量控制系统，是由一系列智能化现场总线测量控制模块、PC/PLC通信网卡/网桥以及一系列基于开放式的应用软件构成。
（1）CAN总线模块
CAN是控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）的简称，是国际上应用最广泛的现场总线之一。
参数仪选用的是USBCAN II+高性能CAN接口卡，该卡是与USB2.0总线全速规范兼容的，PC可以通过USB总线连接至CAN-bus网络，构成现场总线CAN-bus网络领域中数据处理、数据采集的CAN-bus网络控制节点。
（2）iCAN模块7404（计数模块）
iCAN-7404计数器/测频模块用于外部脉冲计数或测频。具有4路的计数/测频通道，可编程数字滤波：1～65535us，最大计数值：32bits。
（3）iCAN模块6017（模拟量模块）
iCAN-6017功能模块用于采集模拟量输入信号。该模块具有8路模拟量输入通道，输入信号范围：±10V（默认）、±5V;電流输入：±20mA;采样精度：±0.1%;采样速率：2000次/秒;内部具有信号调理电路，模拟量信号的分辨率为16位。
2、防爆计算机优化
BTJ防爆计算机是我公司与防爆设备厂家共同设计开发的新型防爆产品，防爆计算机采用触控操作，只需手指触摸电脑屏幕上的有关位置便可进行相应的操作。计算机符合防爆标准GB3836.1 -2010《爆炸性气体环境用电气设备》的有关规定。防爆标志为ExdibIIBT4 Gb。计算机通过国家防爆检验部门检验合格并取得了产品防爆合格证。
3、泵冲速优化
IDS使用的钻井泵速的测量方法：通过接近开关来检测动力端输入轴的转速，除以钻井泵的减速比，从而得到泵冲速。该测量方法存在一个主要的问题就是如果测量的时间比较短，在单位时间内接近开关的泵冲数也就比较少，计算出来的冲速和实际的冲速相差比较多。通常在钻井泵的使用过程中尽量延长测量的时间来获得准确的数据，一般是以5秒为准（最低可测12冲/分钟），也就是说延迟5秒钟才能获得冲速数据。
改进后的泵冲速率能测到5冲/分钟，在泵冲速改变时，采集机能够在1秒内开始体现出来，很好的解决了泵冲测量的问题。
4、远程传输软件研究开发
本软件可以根据甲方的需求，任意增加或减少传输参数，自定义传输数据间隔或频率，满足不同石油服务公司的传输要求。
软件具有的主要功能：
1）、时间基准数据、深度基准数据的上传功能;
2）、提供实时数据输出接口，数据输出频率10HZ，数据格式WITSML 1.4.1;
3）、提供3个月以上的数据缓存，具有断点续传、数据补传、数据导出，日志查询功能;
4）、软件设置完毕，全程自动运行，无人值守。
三、现场应用
1、IDS-II型钻井参数仪应用
2019年7月开始，第一套II型钻井参数仪在沙特SP***钻井队开始应用，至12月底，共施工3口井，期间仪器运行良好，未出现设备故障。设备操作简单，软件直观明了，拆迁、安装与维护方便，获现场使用人员好评。
2、WITSML远程传输系统应用
WITSML远程传输系统2019年7月29日在沙特SP***队SAHB_*井进行了应用，至2019年9月底，经过在钻井现场2个月的应用，共传输深度数据6025条，时间数据3457036条，软件运行稳定，数据传输正常，取得了较好的应用效果。目前该软件在沙特2个队伍运行近1年，系统稳定，未出现软件故障。
结论
IDS-II型钻井参数仪主要优点有：（1）防爆触摸屏计算机技术;（2）总线式信号采集;（3）正压防爆接口箱。（4）软件中英文界面及单位体系可一键切换;（5）每秒超过10次的数据采集速率;（6）采用WITS和WITSML标准进行数据远程传输。
华北录井研发的IDS-II型钻井参数仪，拥有完整的知识产权，和其他钻井参数仪相比，功能更完善，操作更人性化。
作者简介：王永云 1970 男 籍贯：四川达州 民族：汉族 学历：中央党校 研究方向：综合录井仪测量石油。