【正文】 . 38 泥漿高度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) .................................................................... 39 無線收發(fā)程序設(shè)計(jì) ....................................................................................... 41 上位機(jī)應(yīng)用程序 設(shè)計(jì) ................................................................................... 44 第五章 室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) ........................................................................................ 47 測試設(shè)備 ....................................................................................................... 47II 測試傳感器標(biāo)定 ........................................................................................... 49 無線傳感器的標(biāo)定 ............................................................................ 49 超聲波測距傳感器的標(biāo)定 ................................................................ 51 攪拌器參數(shù)測量試驗(yàn)研究 ........................................................................... 53 第六章 結(jié)論與展望 .................................................................................................... 57 結(jié)論 ............................................................................................................... 57 展望 ............................................................................................................... 57 致 謝 ........................................................................................................................ 60 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 60 附錄 .............................................................................................................................. 63 附錄 1 超聲波測距模塊串口電路原理圖 ........................................................... 63 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果 .............................................................. 64 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 1 第一章 緒論 在石油工程鉆井中，鉆井液攪拌器在鉆井固控過程中發(fā)揮了 極其 重要的作用。鉆井液 攪拌器的工況性能檢測是本文研究的重點(diǎn)，特別對鉆井 液攪拌器 工況參數(shù) 實(shí)時性能檢測 方法進(jìn)行探索 。而且在工業(yè)過程中起到很重要的作用，這就要求攪拌設(shè)備安全、可靠及易于維護(hù)。攪拌過程是在流場中進(jìn)行動力傳遞或者是包括熱量、質(zhì)量等的傳遞過程。攪拌器向介質(zhì)輸入機(jī)械能量，介質(zhì)對攪拌葉片必然會產(chǎn)生相應(yīng)的流體作用。 [1] 鉆井液攪拌器是 固控 凈化配套系統(tǒng)的一部分，為了保持鉆井液的均勻性并使固相顆粒懸浮，而對鉆井液進(jìn)行連續(xù)可靠的攪拌。 鉆井液技術(shù)是鉆井系統(tǒng)工程中的一個重要組成部分。 鉆井液 攪拌器 工作正常與否對整個鉆井液系統(tǒng)的影響很大， 可以 保持鉆井液的 均勻性并使固相顆粒懸浮 。 鉆井液攪拌器在整個工作狀態(tài)下主要受力方面來自受泥漿反作用力的，對鉆井液密度起到調(diào)控的作用。鉆井液的密度主要用來調(diào)節(jié)鉆井液靜液柱壓力，以平衡地層孔隙壓力，防止發(fā)生井噴。鉆井液的密度必須符合地質(zhì)和工程的要求，密度過大有很大害處：損害油氣層；降低鉆井速度；過大壓差容易造成壓差卡鉆；容易引起過高的粘切； 容易憋漏地層； 多消耗鉆井液材料及功力；抗污染的能力下降。 [2]鉆井液密度在整個鉆井過程中是不可忽視的部分，然 而 攪拌器的工況參數(shù)可以間接反應(yīng)出鉆井液密度，所以研究 鉆井液 攪拌器的工況參數(shù)是有實(shí)際價值。 本 題目 是 基于 大港油田固控設(shè)備工況參數(shù)系統(tǒng)研究課題 預(yù)研內(nèi)容 。攪拌器雖是鉆井過程中的基本設(shè)備 ，但實(shí)際上它所影響因素較復(fù)雜 。但是由于各固控設(shè)備制造廠的設(shè)備性能和技術(shù)參數(shù)不統(tǒng)一，特別是近些年來引進(jìn)的國外設(shè)備的性能缺乏基礎(chǔ)測試研究，導(dǎo)致目前固控設(shè)備的配套和使用存在一定程度的盲目 性，造成固控設(shè)備使用效果差、利用率低的現(xiàn)象。 攪拌器作為固控設(shè)備之中的配套設(shè)備，在整個固控過程中也起到了很大的輔助作用。 攪拌混合設(shè)備是一種應(yīng)用范圍廣泛、品種繁多的流體機(jī)械，適用于油田化工、醫(yī)藥、冶金等多種領(lǐng)域。攪拌器的類型得到了發(fā)展的同時，攪拌器的性能參數(shù)的研究也得到了提升， 單這種參數(shù)性能的研究只是建立在單方面設(shè)備的測試。 [3]我國也逐漸生成出高性能的攪拌器，比如華北第一石油機(jī)械廠 ZJC 系列鉆井液攪拌器、青州市南張石油機(jī)械廠 NJ 型泥漿攪拌機(jī)、川中石油機(jī)械有限公司新型注漿攪拌器，但國內(nèi)對簡單機(jī)械鉆井液攪拌器的實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng) 尚未 出現(xiàn) 在 市面 上 。但 由于攪拌過程中環(huán)境以及力的復(fù)雜性，理論計(jì)算的結(jié)果可靠 性有限 。 此外 近年來我國提出節(jié)約型社會，對攪拌器的實(shí)時工況研究可以減少能源損耗。 研究方法及意義 首先對國內(nèi)外 攪拌與混合設(shè)備 的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研，針對 攪拌設(shè)備各個部件 受力的特征，設(shè)立了關(guān)鍵部位的檢測， 然后再 逐一對每個部位載荷的測量方法對比研究，提出 較 適合的檢測手段。 攪拌設(shè)備 的測量方法要基于準(zhǔn)確、實(shí)時、不影響運(yùn)行的原則，測量方案要使測量設(shè)備簡單，直接安裝在 攪拌軸且不影響攪拌設(shè)備的正常運(yùn)行 ，獲取的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，傳 輸方式便捷 的原則 。 攪拌器真實(shí)輸出功率 的測量方法要基于準(zhǔn)確、實(shí)時、不影響運(yùn)行的原則 下 ，測量方案要使測量設(shè)備簡單，測量系統(tǒng)安裝調(diào)試 方便 ，開發(fā)成本低，同時獲取的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，傳輸方式便捷，不影響 攪拌設(shè)備 的運(yùn)行。 上述工作為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)出 鉆井液 攪拌器檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的 檢 測 鉆井液 攪拌器 各分支結(jié)構(gòu)的運(yùn)行，并對 攪拌器 各分支機(jī)構(gòu)的工作效率和安全性做出評價。對電動機(jī)、攪拌軸的 實(shí)時 檢 測系統(tǒng)可以 檢 測主要受力系統(tǒng)的受力數(shù)據(jù) 。 ， 通過整個檢測系統(tǒng) 發(fā)現(xiàn)和協(xié)調(diào) 攪拌容器中泥漿的密度差值反饋出泥漿密度， 鉆井液 攪拌器得到的泥漿密度和間接測量得到的密度進(jìn)行實(shí)時比較，更能實(shí)時有效地檢測整個鉆井液的密度，對整個鉆井的安全運(yùn)行起到了一定的作用。 鉆井液 攪拌器 在改進(jìn)過程會碰到這樣一個問題：如何 在現(xiàn)場高惡劣的環(huán)境下 系統(tǒng)測量 攪拌器 各系統(tǒng)之間的鉆井液攪拌器工況參數(shù)檢測方法研究 4 參數(shù)關(guān)系，以使 攪拌器 的設(shè)計(jì)更合理，使用更方便，效率更高？在這個問題的引導(dǎo)下，展開針對 攪拌器 測量方法的研究， 攪拌器 的工作是由 一些 分支結(jié)構(gòu)來完成的，具有重要作用的有動力系統(tǒng)， 攪拌軸系統(tǒng)，攪拌容器 等，如何使各系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致， 高效安全呢？這就需要一個整體的實(shí)時測量系統(tǒng)，而這方面所作的工作 變得很有意義。 由于 鉆井過程中對鉆井液的要求比較嚴(yán)格，任何環(huán)節(jié)都要配合整個鉆井的順利進(jìn)行。 攪拌器在整個井場屬于簡單機(jī)械， 目前尚無 專門儀器來進(jìn)行檢測，攪拌器的受力情況主要來自鉆井液的反作用力。 攪 拌器檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 （ 1） 安全性：針對 攪拌器運(yùn)行現(xiàn)場的惡劣工作環(huán)境 的特殊因素，采用多學(xué)科領(lǐng)域安全環(huán)保技術(shù)，確保實(shí)驗(yàn)條件與 現(xiàn)場 環(huán)境的 一致 性； （ 2） 可靠性：測控系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，性能穩(wěn)定，可以在 鉆井高惡劣的環(huán)境 內(nèi)長期工作； （ 3） 通用性：在設(shè)計(jì)時，應(yīng)充分考慮其應(yīng)用對象的共性，使裝置具有較強(qiáng)的通用性，可以在各種類型的 攪拌設(shè)備中 推廣應(yīng)用； （ 4） 擴(kuò)展性：系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮預(yù)留空間，滿足系統(tǒng) 日 后的擴(kuò)充需要； （ 5） 經(jīng)濟(jì)性：系統(tǒng)的造價經(jīng)濟(jì)合理，性能價格比高； （ 6） 操作維護(hù)方便性：在 確保整個鉆井系統(tǒng) 安全 運(yùn)行 前提下，兼 顧經(jīng)濟(jì)承受能力， 爭取 配套設(shè)備模塊化，合理降低使用 以 及維護(hù)成本，提高 整個設(shè)備的 經(jīng)濟(jì)效益。 鉆井液攪拌器工況參數(shù)檢測方法研究 6 圖 21鉆井液攪拌器實(shí)物圖 資料顯示表明實(shí)際過程中 使 用到 的 攪拌器出廠主要性能參數(shù) 如表 21 所示 。為了能夠?qū)崟r檢測攪拌器的性能， 所以提出攪拌器實(shí)時工況參數(shù)檢測系統(tǒng)。如表 22 所示為攪拌器檢測系統(tǒng)參數(shù)表 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 7 表 22 攪拌器測試參數(shù) 攪拌器檢測點(diǎn) 攪拌軸的扭矩 攪拌器的電機(jī)功率 條件參數(shù) 常溫條件，轉(zhuǎn)速 100,額定功率，泥漿密度 被測參數(shù) 鉆井液液位 高度，電機(jī)實(shí)際功率， 攪拌軸 扭矩 綜上所述， 攪拌器工況參數(shù)檢測系統(tǒng)功能主要有扭矩檢測功能、電機(jī)功率檢測功能、鉆井液液位高度檢測功能。 它的受力來自鉆井液反作用力，所以鉆井液是影響攪拌軸受力的主要方面。當(dāng)鉆井液密度、高度一定時，攪拌器轉(zhuǎn)速的快慢，對攪拌軸的扭矩是有影響的。 檢測攪拌軸的扭矩對整個檢測系統(tǒng)來說，是主要檢測方面，有了攪拌軸扭矩的實(shí)時變化，可以 總體把握鉆井液的泥漿密度。 （ 2） 電機(jī) 功率檢測功能 攪拌器電機(jī)功率的額定功率就是電機(jī)的輸出功率，電機(jī)的輸入功率要比電機(jī)的輸出功率大 。 （ 3） 鉆井液液位高度檢測功能 液位高度檢測能實(shí)時有效地檢查鉆井液的液位高度，可以 實(shí)時傳輸給 上位機(jī) ，能夠檢測 鉆井液 的 液位高度 是否符合標(biāo)準(zhǔn) ； 能夠 在 不影響 攪拌器 的 正常 工作下，總體把握鉆井液的狀態(tài) ； 能夠采集存儲數(shù)據(jù)，以備后面的數(shù)據(jù)的對比和參考 ,同時保證 檢測 數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確 性 。攪拌器扭矩檢 測是對攪拌器真實(shí)的工況受力反應(yīng)，電機(jī)功率測試是對整個運(yùn)行狀況的總體把握，泥漿高度的檢測可以從側(cè)面反應(yīng)攪拌器受力情況，輔助反應(yīng)攪拌器的檢測，使其更加具有可靠性 。 圖 21攪拌器檢測系統(tǒng)框圖 電機(jī) 功率的測量 方案 （ 1） 影響攪拌功率的因素 在不同的攪拌過程中，不同的物性、不同的物料量在完成其攪拌過程中所需要的動力肯定不同，這就是由于工藝過程中的物性所決定的。 只有知道了攪拌器達(dá)到攪拌過程所需要的結(jié)果而必須用于被攪拌介質(zhì)的功率，才能知道流體作用力的大小。例如在裝有同一物料的攪拌槽中，無界面時與有氣液界面或者自由表面時相比較，都會有不同值的消耗功率存在。 （ 2） 測量攪拌功率的方法 功率是機(jī)械性能的一個重要指標(biāo) ，是衡量電機(jī)工作強(qiáng)度的一個重要參數(shù)，只有了解了功率的大小才能，掌握機(jī) 械做功的多少?，F(xiàn)在測量功率的方法很多 ，比如有機(jī)械功率表法和測量轉(zhuǎn)速求功率法。這種方法當(dāng)然比較理想，但操作起來需要專門的儀器，而且操作很不方便。 根據(jù)牛頓阻力定律，可以求出攪拌器的功率關(guān)系。 由于攪拌槽內(nèi)的流場很復(fù)雜，作用在槳葉上的相對速度大小不容易確定，但與槳葉葉端的速度 u 成正比例關(guān)系： DNuw ???? ? （ 2— 2） 與此同時，投影面積 A 在幾何相似的一族攪拌漿中與攪拌 槳 直徑 D 的平方成正比例關(guān)系。 所以檢測攪拌器電機(jī)功率最終轉(zhuǎn)化為檢測攪拌器的轉(zhuǎn)速來反映攪拌器電機(jī)功率的大小。任何機(jī)械元件在轉(zhuǎn)矩的作用下，勢必會產(chǎn)生某種程度的扭矩變形。同時，扭矩又可以分為靜態(tài)扭矩和動態(tài)扭矩。動態(tài)扭矩則是扭矩值隨時間變化很大的扭矩。 隨著科技的進(jìn)步，測量扭矩的方法很多。 測反作用力測 量 扭矩 測反作用力測量 扭矩是通過測量制動扭矩來進(jìn)行測量，具體說就是通過阻止電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)從而施加的反作用扭矩，這種扭矩我們就叫做制動扭矩。但這種方法有一定的局限性，它只能測量靜態(tài)扭矩，比如采用這種方法的扭矩測量案例中有：扭力扳手，靜態(tài)扭矩實(shí)驗(yàn)測量 設(shè)備 等 。逆向磁致伸縮效應(yīng)，我們也稱作彈性性效應(yīng)，指的是鐵