严格控制钻井液密度是实施平衡压力钻井工艺的关键问题,而钻井液气侵是影响钻井液密度的重要因素。钻井液气侵严重时会引起井涌或井喷。除气器是用来除去钻井液中气泡的一种钻井辅助设备。 目前钻井平台上使用的真空除气器,存在着结构笨重、自动化程度低,操作完全是手动控制等缺点。针对除气器在除气过程中存在的这些问题,本文专门对ZCQ1/4真空除气器的结构进行了研究,设计出了真空除气器的控制系统。本文内容主要包括两大部分—机械部分和控制部分。 机械部分利用经典的机械理论分别对除气器的主电机、真空罐、真空泵、叶轮、皮带传动装置等零件的结构进行了设计和强度校核。其中叶轮的设计采用比较成熟的两相流的分析方法,对叶轮的磨损机理进行了研究。设计出了新的叶轮,对叶轮运用流体力学中的动量定理分析其对流道内流体的作用力和液体通过叶轮所获得的能量。 控制系统利用超声波传感器、压力传感器、温度传感器作为信号采集系统,利用单片机系统及其外围电路对采集的信号进行处理、计算、存储与显示,然后将数据通过串行口上传给上位机,实现对系统进行监测。最后,当测量参数超限时,通过单片机、电磁继电器、电磁阀和调节阀等控制气体通道阀门的开与关和发出报警信号,达到自动控制的目的。因为要采集的信号多,本论文还给系统外扩了一片K9S6408VOA芯片,该芯片是快闪存储器,使单片机数据容量扩展了8M字节。另外,系统还设计了键盘操作电路、液晶显示电路和电源电路等。 在硬件设计的基础上,使用C51语言和汇编语言来编写源代码,运用模块化程序设计思想,对不同功能的程序分别进行编程。整机软件由主程序、键盘处理子程序、计算子程序、显示子程序、数据存储子程序、数据传送子程序等组成。最后,对提高系统的测量精度、减少测量误差进行了初步探索。