毕业设计论文钻井自动化实时模型等式及应用翻译.docx
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毕业设计论文钻井自动化实时模型等式及应用翻译
钻井自动化实时模型：
等式及应用
摘要
你的模式有多好？
他们可以用来提高钻井过程？
这些问题往往产生与实时模型的应用联系，包括模型与钻井控制一体化。
做模型在精度和计算速度满足要求？
通过模型将运用数据解释说明过程和计算提供可靠的输入？
可以安全使用的钻机设备和安全过程控制？
本文试图回答这些问题，并进一步阐述当前的状况和近期钻井自动化的质疑。
当静态模型被普遍接受，动态模型是新兴使用。
实时模型应用程序已经发现，钻机设备的适用性分析是必要的评估或升级的要求。
使用输出模式的钻井作业控制机已成功实现。
本文提供了钻井自动化的最新发展，描绘了闭环控制系统中在北海的应用。
关于解释过程状态的质疑进行了讨论，与现有的钻机设备，检查需要加强地面和井下传感器。
随着钻井的控制用数学模型系统必须定期与钻井过程沟通从传感器中提取信息，它将提供更新的控制指挥自动化。
多传感器数据通过模型使自动化功能进行了说明。
绪论
仪器钻井的业务比较早，在钻机之下开发出新的方法来监测钻井。
蒸汽压力表最早其次是钻井液压力计。
由20世纪20年代末，重力指标出现，是钻机在钻柱与井壁之间最初的相互作用。
这些早期的传感器用于实时监控电流条件下钻井。
图表记录仪的到来，钻进趋势可以更容易识别。
当计算机被引入到行业，数据可以更准确的记录，并输出可实时显示或存档后回顾。
在世界各地，与数据交换协议和卫星电信系统，几乎所有的参数从表面和次表面的传感器可以被视为在近实时。
作为监测趋势的方式，趋势是现在生产阶段的动态模型。
问题是可能选择的用于数据处理的传感器和方法自然跟上数据是今天使用的方法。
实时钻井过程模型从稳态简化模型将单一的物理学发展—相流体流动和静态的钻柱扭矩和大钩载荷，主要用于规划和决策的目的，以更先进的动态模型复杂度的增加对过程的细节。
今天的模式解决钻井钻柱动力学力学和振动，温度的建模与多相流包括高精度多流体和岩屑运移的计算。
反过来这些动态钻井模型使模型的新类型启用控制功能，如先进的控制压力钻井，双梯度的应用，普及率（ROP）优化和自动化方面的局限性，钻机钻进过程中维护。
在过程动力学中，模型方程的复杂度综合考虑了更多的影响，和数量和复杂性所需的子模型和相关实现的复杂性增加所需的模型结果的水平联系紧密的钻井过程控制，从咨询到物理约束和点到钻井机械的自动控制。
模型的复杂性增加，对过程参数的详细信息的需求日益增加，从机械钻柱和套管的性能，对钻井液的性能，详细的地层特性，井眼几何形状，最后但并非最不重要的。
此信息用于建立和更新所需的模型参数，对提供实时计算相关的边界条件，并正确解读的过程中的状态，使应用状态正确的模型或模型。
这些要求的多种测量和数据流量的增加导致增加了对处理能力的需求，沟通效率，质量和数据的可用性。
因此它不仅是一个模型是否具有足够的精度为目的的问题，而且到什么程度，其应用的要求可以遇见，和如何解决这些问题。
本文回顾了在钻井业务数据采集的历史数据在使用上突出变化的方式，处理和存储。
他们现在使用的现有系统工作得非常好。
然而，作为一个先进的钻井模式，测量是必要的输入时，有不足之处，应通过模型必须建立适应数据或增强的传感器和开发额外的信息是必要的。
传感器概述
最早的钻探发现，简单的测量更容易跟踪钻井作业的进展。
传感器连接一个显示器，通常作为一个测量仪器。
压力表和新开发的重量指标允许的操作是进行实时监控，所以“看”是可能的。
司钻可以跟踪自己头上的读数是能够确定是否有一个明显的发展趋势。
然而，随着图表记录仪的出现，人们可以观察数据和解释最近几天的趋势。
对计算机数据系统的介绍，这是可以比较的访问行程和井数据。
端井（EOW）报告，以及之后的分析。
离线模式开始出现，尽可能的通过数据来保持井筒完整性或降低井底钻具组合（BHA）组件的失效风险，优化钻井业务日益增长。
实时，或动态模型，被引进和接受使用它在世纪之交的时候。
动态建模的自动化，在模型计算的可接受的操作范围内，实时数据反馈给钻机的控制网络。
了解你的传感器
用适合环境的传感器。
更好的了解用于收集运行数据的传感器可以提高数据和/或模型的逼真度的理解。
通常用于测量的是钻头上的重量（WOB）和钩负荷。
已在钻井行业几十年的传感器，测量通常是负载指示器。
已知最早的专利申请量指示装置于1906年被JohnSharp发布，一个来自路易斯安那水钻井承包商。
霍华德休斯提供了工业的重量指标在1922年。
1926年，冷冰冰的沃尔特马丁和一个坚持并且充满活力的年轻的推销员叫埃尔默德克尔开发了马丁代克隔膜式重力指示器（图1），这仍然是今天最常用的一个重量传感器（斯库利2008）。
尽管设计的局限和不足，但是它的使用寿命长，应该被那些使用钻压、钩载数据作为输入模型的人理解。
膜片式重量指标是封闭的，封闭的液压系统包括一个指示压力表，软管和隔膜。
他们提供的挂钩上的负载非常一致的迹象，检测临界线内张力的变化。
因为临界线的张力是解决系统的一部分，所以对总荷载有一个比例关系。
当膜片传感器碰到临界线，它产生了一个偏转。
在临界线上的负荷增加，合力作用在隔膜临界线上试图理顺它。
这一临界线的力转换成压力信号就是显示在指示器上的负载值，这是一个特制的液压计（斯库利2008）。
临界线张力测量取决于几个因素，如制造商的操作手册规定：
对传感器的维护
确保正确的流体水平
避免磨损的接触点
钻头的线和滑轮的条件
过度磨损，增加摩擦
不正确的润滑摩擦增加
环境温度
流体的膨胀/压缩影响传感器
胀差在计双金属部件对针偏转
制造商的操作手册提供必要的信息以保持正常的重量指示系统，使其能够以有效的准确度达到世界钻井大钩负荷监测有超过七年的要求（斯库利2008）。
有人提出这个问题，然而，这是否会满足行业需要经过未来的70年。
这取决于数据如何被使用，因而，精度在未来的要求。
了解传感器的功能，需要回顾不同类型的传感器。
传感器的夹具
电传感器的开发是为了克服液压传感器的相关问题，同时保留了早期的设计便于在目前安装（图2）。
在组合块偏转产生的侧向力由应变计测量。
一些制造商包括在传感器信号处理板的使用毫安信号输出，以补偿温度变化。
压缩负荷室
阅读大钩载荷的另一种方法是在临界线前固定本身力量量，而不是阅读线位移（图3）。
增加线张力负载增加室内的压力。
笼内的固定来防止横向移动，压缩载荷单元的传感器可以是液压或电气。
一些制造商提供多桥内的传感器和信号处理板来补偿温度变化。
例如，一个三桥传感器提供一个使用表决逻辑比较读数处理器内部，从而拒绝一个信号不同意的其他两个。
当压缩负荷室，消除了一些问题关于夹紧和膜片传感器，它仍然是测量在钻头行进负荷错误时终止。
此外，它还受制于钻线环境影响，滑车的滑轮摩擦。
负载引脚
应变计用于常规测量仪器销连接销组件之间的剪切力移动设备（图4）。
一个常见的位置是贝克特引脚游动滑车下面。
这种配置消除对钻线和滑轮的外部效应。
现有设计的局限性
测量假定重悬浮载荷产生更大的线张力。
它还假定测量是线性的，没有由于物理或环境问题失真。
温度，磨损，摩擦效应通常被忽略。
因此，各种设计的局限性，应确定为项目符号，在下面的章节。
隔膜和水力学
隔膜的时代，硬化和降低施加的压力测量仪。
它也可以很大程度补偿了工厂校准。
液压油的温度会影响它的可压缩性，这反过来又影响压力读数在压力表或外部传感器。
静态环境下，这些系统进行测试（工厂条件）通常产生从2%-3%的误差线性度，在从零负荷到满刻度范围，满刻度数据点每25%。
重复性可能只在一个很小的百分比，系统检查，和滞后可以不予考虑。
在这两种力量的存在领域，必须占所有液压系统在工程应用水平。
滞后效应显着增加的错误。
增加环境的影响，如温度，软管弯曲，流体的压缩率，空气在流体隔膜拉伸会导致在一般精度的语句在大约10%-13%满量程。
钳制
线和传感器之间的接触点可能会有所不同，这取决于钻线方向（图5）。
单点或双点负荷可高达1%影响挠度测量。
制造商建议电线的两股侧应与上钳体接触式传感器。
对线的塑料涂层将压缩和流下的负载，会影响阅读。
安装不当会导致明显的错误。
该传感器可以被设计为一个特定的操作范围，假设4mA和20mA对应零和满负荷。
如果传感器的刻度是以线性存在，读数会从零直到满负载，所以可能有零的偏移（超过4mA）。
如果夹具被翻倒，会导致永久性的形变的线性甚至传感器已被观察到，影响未来的阅读。
传感器的输出将全部达到20mA。
由于几台人员重新调整安装后滑动和切口，有曲柄调整不当会导致错误的测量。
一个制造商的传感器有一个静态的1.5%-2%的测试误差。
这个错误是一个组合的线性，滞后，重复性误差。
在现场配置可以有一个估计的环境或应用程序从2%-3.5%的错误。
这个错误主要是基于对温度的影响，但也包括夹紧力使用期限造成误差，这不同于应用程序。
如果传感器安装在线路负载一零点不同于以前的零负荷点，然后将其输出误差较小，必须考虑应用工程。
一个温度补偿传感器可以减少这种误差的5%。
压缩负荷室
以前线之间的接触点上的问题，传感器和塑料涂层钻头方法可以消除。
由于传感器完全地被固定在笼子里，没有横向运动，从而读数更准确。
测量仍然受到钻线的温度和设备摩擦的影响。
液压传感器可以适当的预先列出误差。
误差率的范围在1%-2%。
负荷针
引脚的位置消除线路和设备问题。
托马斯模块负荷针系统不会受到钳制或液压传感器前面提到的钻井环境影响。
然而，其他一些影响仍然存在。
索环的制造公差可以导致错误。
从轴向调整引起的任何差异可能导致粘合和间隙误差。
对于一个有两个引脚的系统，引脚和索环孔在不同间隙会引起误差。
长期以来，穿能扩大孔，从而产生更大的误差。
一个制造商生产负荷针的系统静态误差是1%-1.5%的组合，包括线性，滞后，重复性。
总误差应用仍然低于其他系统，安装影响可能会出现大多数的错误。
负载摆针的调整最重要的负载针的重复性，一个2°-3°偏差”离轴”可以足以改变应变场和提高重复性误差。
这种角误差与公差相结合可以在障碍物之间干扰钻孔并且增加可以引脚（即“绑定”）常见的扭矩和扭转错误。
令人惊讶的是，这往往说明压缩负荷室可能比负荷针更准确。
温度对周围的针脚大金属硬件的作用，他们会通过扩张和收缩温度的变化，可以输出信号中的小变化。
这些组合影响导致应用程序的估计误差达到满量程的2.5%-3%。
液压信号转换成电信号读出
记录或电气系统显示液压的测量，传感器是用来产生电信号，导致整体数据的准确性。
需要注意的是，传感器具有特定的压力范围，应与液压配套传感器和数据的全方位。
传感器和仪表读取从0-2500psi的匹配时，传感器从0-10000psi失去其大部分的分辨率。
一个损坏的膜片在传感器将导致问题，类似于先前描述的液压系统。
总负荷误差不同于以前时被补充。
磨损随着养护、温度、污染物和时间变化。
滑轮的磨损也有很小的影响。
重量的移动设备的通常是已知的，但它也许不能正确地输入到记录系统软件。
计算机硬件在数据库中记录的变化很少，所以为了减少钻机设备的高额租金，可能有一个圆形帽在内插钻井和钻孔之间驱动顶端。
它也指出，软管和电缆的移动设备支持可以影响限制的高度测量的重量。
其他传感器
其他地面传感器也有应用和安装错误，需要用户了解数据。
这些传感器在下面的段落讨论。
扭矩
因为它是难以测量的旋转电机的转矩，转矩通常是从电气测量得到在动力部分的旋转或顶驱。
一种常见的直流力矩测量装置（直流）钻机使用环形磁场（又名甜甜圈）周围的一个电源使直流电机。
通过电流磁场诱导传感器电压。
这些读数与电机制造商的操作数据（图6）进行比较。
根据制造商的数据采集系统，数据有第二阶曲线与之相对应，或者它可能被认为是线性的，造成相当大的误差在较高和较低的曲线。
该传感器是在操作低端校准（零输出）。
垂直偏移被假定为零，一般认为这是准确的。
对高操作端，数据系统采用电流读数在钻台或SCR的房子。
电机电流可以仅显示为电机的电
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