钻井仪表传感器

传感器录井传感器是综合录井仪最基础的部分，其工作性能的好坏直接影响着录井质量。

录井传感器可分为绞车传感器、泵冲传感器、转盘转速传感器、悬重传感器、立管压力传感器、套管压力传感器、扭矩传感器、温度传感器、密度传感器、电导率传感器、体积传感器、流量传感器、硫化氢传感器等。

一、绞车传感器1、工作原理绞车传感器安装在绞车轴上，可以监测整个钻进过程中绞车轴转动所产生的角位移。

通过计算就可以得到钻进过程中大钩的高度变化，从而得到当前的钻井深度。

传感器内部装有两只光电开关，并配有一片带齿片的遮光片，当遮光片随绞车轴转动时，分别阻断或导通传感器内两只光电开关间隙中的红外光线，从而发出两组相应的电脉冲信号，此信号送入仪器经识别处理后就可以得到相应的角位移方向和变化值。

2、技术指标工作电压： 3-12V （DC）；推荐工作电压 5V（DC）输出电平：高电平≥4.3V；低电平≤0.5V(5V供电时)。

工作温度：–40℃～80℃功耗： 30mw响应时间：150μS3、安装和使用引出脚接线规定传感器为4线制，分别定义为：红色 +5V；黑色 0V；蓝色信号A；黄色信号B。

安装操作步骤绞车传感器安装在绞车轴上，滚筒轴两端均可安装，但输出相位的位序相反，为正确确定转轴方向，接收仪器有相应的倒向开关，传感器外壳可靠接地。

安装时，卸下滚筒轴端面的护罩及导气龙头的气动接头，先将传感器安装牢固，再把气动接头装上，用绞车皮带将传感器的外壳固定牢固后，装上护罩，最后将电缆线接至接收仪器。

4、一般故障判断及排除如绞车传感器在绞车轴旋转过程中，无信号输出，即两路脉冲或一路脉冲信号出故障，首先应检查加长电缆的断线或损坏。

如怀疑绞车传感器出故障，在通电情况下缓慢转动绞车传感器轴，同时用万用表直流电压挡分别测量传感器的信号A脚和B脚输出的电压，如果绞车传感器工作正常，输出电压为高电平≥4.3V；低电平≤0.5V。

5、维护保养采取防水、防污染等外部防护措施以提高其寿命和可靠性。

综合录井仪扭矩传感器在钻井中的应用［作者：郭起彦转贴自：点击数：2622 更新时间：2004-7-31 文章录入：zoushilei ］摘要本文结合现场实践，对钻井中钻头易损而常常又不能及时发现，从而给钻井可能造成事故的原因进行了一定的分析和阐述，并通过实例来论证综合录井仪扭矩传感器在钻进过程中的预报作用，为钻井加快钻井速度，减少钻井事故的发生起到一定的指导作用，也为地质录井同行提供了借鉴作用。

关键词综合录井仪扭矩传感嚣损坏掉齿预报一、引言随着社会的进步，市场经济的不断完善以及石油工业录井队伍队伍的不断壮大和成熟，队伍之间的互相竞争也越来越激烈，怎样提高我们的素质是我们所思考的，录井队伍提高队伍个人素质和整体素质，增加录井装备的科技含量是必不可少的，光有先进的设备而没有先进的高素质的专业人才是不够的，目前我们录井队伍最先进的设备没过于综合录井仪了，而综合录井仪的优越性就在于给井队提供可靠的有价值的参数，降低钻井成本以提高钻井的综合效益，从而提高我们的服务质量，同样也就增大我们的竞争优势。

随着录井市场的不断开放综合录井仪在市场中的应用也越来越广泛，综合录井仪在钻井生产过程中所体现出的优越性也越来越明显，我们充分利用综合录井仪的优越条件为加快钻井速度，提高机械钻速，减少钻井施工当中事故的发生起到了显著的作用，尤其是综合录井仪扭矩参数在钻井中对钻头损坏程度的判断尤为明显。

二、综合录井仪扭矩参数发生变化的因素吐哈油田QS1井在二开钻进中由于井较深，地层老，埋藏深，加上地层的压实作用大，给钻井作业造成了很大困难，尤其对于三牙轮钻头，由于岩性较致密且坚硬，在钻井过程中容易损坏钻头，一不注意就会发生掉牙轮事故。

我们针对实际情况，充分利用综合录井仪的扭矩参数的变化情况，对钻头进行随钻分析判断，发现问题即时预报井队以防止钻井事故的发生。

在钻进过程中影响扭矩变化的原因较多，一般主要包括以下几个方面。

1.地层垮塌（包括煤岩垮塌）是造成扭矩增大的原因之一，地层垮塌会使扭矩变化很大，可由16KN.m增大到30KN.m，甚至更多，并且变化相当突然，提起钻具循环并不断上提下放后由于煤岩破碎而恢复正常。

录井仪器传感器的原理
传感器是一种能够感知和转换外界物理量的器件，在石油勘探、钻井、测井、地质等工程领域有着广泛的应用。

传感器是一种检测装置，它能够感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

录井仪器中主要采用以下几种传感器：压力传感器，利用压力差来传递信号；磁致伸缩传感器，利用磁致伸缩现象来传递信号；温度传感器，利用温度变化来传递信号；光电耦合器，利用光电效应原理传递信号；电磁感应传感器，利用电磁感应原理传递信号。

其中压力传感器、磁致伸缩传感器和温度传感器都属于电阻型传感器。

1.压力传感器：通过测量流体压力（如液体或气体）变化而
获得数据的一种传感器。

它主要由敏感元件和测量电路组成。

敏感元件有很多种：如热敏电阻、压敏电阻等。

2.磁致伸缩传感器：它是一种利用磁通量变化来传递信号的
元件。

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几种流量传感器在钻井液测量上的应用探讨泥浆流量传感器在钻井过程中具有非常重要的作用，它主要用于实时监测钻井液出口流量，对于预防地层垮塌、钻井液漏失、卡钻、掉钻具、刺钻具等工程事故的发生，具有直观的判断效果。

随着电子技术的发展，流量传感器也在不断更新，文章主要探讨几种适于泥浆测量的流量传感器方案，具有一定的应用参考价值。

标签：流量传感器；挡板式；电磁式；超声波；非满管随着勘探技术的不断发展及电子技术的不断进步，新型流量传感器将被引用到勘探领域中，目前在钻井和录井现场都安装有流量传感器，泥浆流量的监控对于安全钻井、防止工程事故的发生具有非常积极的作用。

由于钻井泥浆自身的特性：粘度大、密度大、非牛顿流体、低雷诺系数等，使我们对流量传感器的选择有很大的局限性，在国内以及国际钻井现场常用的流量传感器基本有两种，一种是传统的挡板式流量传感器，还有一种就是电磁流量传感器。

随着超声波技术的发展进步，利用超声波原理制造的流量传感器也逐渐成熟，在许多领域都有应用，尤其在污水处理方面早有应用，我们探讨将其引入到钻井液流量的测量。

下面对几种测量方案进行比较，列出各自的优缺点，供大家参考。

1 挡板式流量传感器我们所用的挡板式流量传感器主要指电位计式的，是根据钻井液流体连续性原理和伯努利方程以及挡板受力的分析，得出流量与传感器挡板之间的函数关系，并以电阻值线性变化反映挡板的角位移，测得钻井液流量的相对变化，这种传感器俗称挡板式流量传感器。

它是目前应用最多、价格最低廉的流量传感器，主要测量泥浆的相对变化量，我们通常用占出口满管的百分比表示，满管流量标定为100%，根据流量的变化情况来判断泥浆循环系统的工作是否正常。

这样测得的流量是相对流量，只能定性地反映泥浆的变化情况，不能定量测量。

在国外，钻井监督总是要求我们定量测量出口流量，受老式传感器的局限性影响我们只能给出定性的结果，导致监督很不满意，这也是我们探讨新型流量传感器的一个原因。

提高钻井液密度传感器测量准确性的分析及措施摘要：本文针对钻井液密度传感器测量误差产生的原因进行了分析，依据钻井液密度传感器测量原理，对测量过程中出现的误差进行分析，基于误差原因提出了解决方案，从而提高了钻井液密度传感器信号采集的准确性和稳定性，该措施在综合录井仪现场使用具有一定的通用性。

关键词：钻井液密度传感器准确性解决方案引言钻井液密度是实现平衡钻井，提高钻井效率的一项重要的钻井液参数，也是反映钻井安全的重要参数。

在正常情况下，泵入井内和从井内返出的钻井液密度应相等。

但当有流体浸入时，返出的钻井液密度减小；钻入造浆地层或地层失水过大时，会引起密度增加。

因此，监测钻井液密度的变化是及时发现井内异常，防止井喷、井漏等事故发生的重要手段。

在综合录井施工过程中，需要随时掌握钻井液的密度。

如今，在录井现场连续测量液体密度使用最广泛是压差式钻井液密度传感器。

一、压差式密度传感器测量原理压差式钻井液密度传感器结构示意图如图1所示，即利用两个压力敏感探头检测液体在两个敏感探头上产生的压力差，然后将压力差送到传感器的变送器中进行数据处理、转换，再由二次仪表进行采集、处理，输出设备输出测量结果。

二、密度信号采集影响因素分析从式2的计算可以看出，密度传感器在测量过程中，与实际钻井液对比，其产生误差的机率是比较大的，这可能归结到以下几方面的原因：1、传感器安装的位置，由于钻井液沉砂将传感器检测压力的法兰盘掩盖，造成测量结果错误；2、传感器安装的位置，钻井液面过低造成检测压力的法兰盘露出液面，使得测量结果错误失真；3、由于传感器的设计问题，使得检测压力的法兰盘距离过小，造成压差过小，加上仪器的电子漂移，使得测量结果误差增大；4、法兰盘与护套之间有泥饼沉积，造成测量不准确。

三、改进方案要提高传感器采集的精确度，首先要规范操作。

传感器要尽量安装在靠近钻井液的出入口处，随钻测量钻井液密度变化情况。

选择钻井液罐中液面较平稳且沉砂较少的地方，将传感器垂直固定，沉砂较多容易埋没传感器的探头，使实际测量值偏大，传感器倾斜，将会使实际测量值偏小。

Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2020年第23期·35·文章编号：2095－6835（2020）23－0035－02钻井监测系统中传感器应用浅析＊刘佳（广州南洋理工职业学院，广东广州510900）摘要：论述了钻修井作业钻井监测系统中常见的模拟传感器，包括压力变送器、接近开关、增量式编码器、超声波泥浆罐体积传感器。

分别介绍了各种传感器的工作原理、安装方式、技术指标等，期望对钻机配套仪表起到一定的参考作用。

关键词：传感器；钻井监测系统；压力变送器；增量式编码器中图分类号：TP273文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.23.0131引言钻井监测系统是钻修井作业中实时测量钻机运行工况，包括悬重﹑吊钳扭矩﹑泥浆泵冲速、泥浆泵泵压、立管压力、转盘转速﹑转盘扭矩﹑游车高度、泥浆罐体积等多种参数的变化状态[1]，辅助操作人员和技术人员者及时了解钻井工况，保障钻机安全运行，避免安全事故的发生，进一步为工程人员分析钻井地质结构提供技术支撑。

钻井监测系统常见的模拟传感器有压力传感器、接近开关、编码器、超声波泥浆罐体积传感器。

2压力变送器压力变送器一般由对压力较敏感的元件和信号处理单元构成[2]，依照元件受压的规律把压力信号转变成可以远程传输电信号的器件。

常见的悬重﹑吊钳扭矩﹑泥浆泵泵压、立管压力参数采用压力变送器，如图1所示。

图1压力变送器2.1工作原理大钩载荷的变化通过指重表传感器探测的液压信号驱动悬重压力变送器输出电流信号，实现悬重参数的测量。

吊钳扭矩压力变送器安装在吊钳尾部，当钻具上扣时，大钳尾绳上作用于与上扣扭矩成正比的拉力[3]，通过活塞传递液压信号驱动吊扭矩压力变送器输出电信号。

立管管汇的泥浆压力作用于传感器连接的胶杯，转达到液压油上，液压信号施加到压力变送器输出电信号[4]。

2.2安装方式拆卸指重传感器注油口的自封接头，连接三通接头，一端连接自封接头，当传感器注油时采用，一端接压力变送器。

作者：来源：阿果石油网发布时间：2008-8-28概述：录井仪所检测的钻井工程参数、泥浆参数和有害气体参数都是通过传感器把物理量和化学量转变成标准电信号，然后传送到录井仪接口电路上，由计算机处理后，通过显示器完成检测、显示。

录井仪所用的传感器种类繁多，以传感器输出信号的类型可分为：模拟量传感器和数字量传感器两大类。

模拟量传感器包括：大钩负荷传感器、立压传感器、套管压力传感器、转盘扭矩传感器、出口流量传感器、泥浆温度传感器、泥浆电导传感器、泥浆密度传感器、池体积传感器、碳酸盐传感器、硫化氢传感器等十一种。

数字量传感器包括：绞车传感器、转盘转速传感器、泥浆泵冲传感器等三种。

钻井现场属于一类爆炸危险场所，环境恶劣，全天候施工。

因此录井仪所配的传感器必须满足上述情况。

钻井施工环境和地区及钻机类型差异很大，所以，对录井用传感器的要求更加特殊。

目前录井行业的技术在飞速发展，特别是各种不同类型录井仪的引进，所使用传感器的类型、种类更是多种多样。

从总体看基本要求相似，其共性为本质安全型（工作电流和回路电流在短路或其他情况下，所造成的火花不能点燃可燃气体或爆炸，这种电路的电器设备称本质安全电路）。

传感器的一般特性：传感器所测量的量（物理量、化学量及生物量）经常会发生各种各样的变动，例如：在测量某一液压的压力时，压力值在一段时间内可能很稳定，而在另一段时间内则可能有缓慢起伏，或者呈周期性的脉冲变化，甚至出现突变的尖峰压力。

传感器主要通过两个基本特性—静态特性和动态特性来反映被测量的这种变动性。

所谓静态特性是指当被测量的各个值处于稳定状态（静态测量下）时，传感器的输出值与输入值之间关系的数学表达式、曲线或数表。

当传感器制成后，可用实际特性反映传感器在当时使用条件下实际具有的静态特性。

借实验方法确定传感器静态特性的过程称为静态校准，校准时获得的静态特性称为校准特性。

当校准使用的仪器设备有足够高的精度时，工程上常将校准曲线作为传感器的实际特性看待。

综合录井仪井次标定综合录井仪井次标定分为气测仪、硫化氢测量单元和钻井工程参数与钻井液参数测量单元井次标定。

每口井在录井前进行井次标定，连续工作超过6个月时应再标定一次；下图为神开综合录井仪，录井前传感器硬件标定表和软件标定线性图。

由于综合录井仪型号差异，采集软件不同，在录井前给甲方提供传感器标定时，要求做到实事求是，标定数据与采集机一致。

标定合格，标定曲线呈线性关系，标定抓图时间、井名清晰。

Word 资料套压标定图版套压压力校验台标定刻度表（量程：0-60MPa）压力值电压值0MPa 0.985vWord 资料立压标定图版Word 资料立压压力校验台标定对照表（量程：0-60MPa）压力值电压值0MPa 1.018v10MPa 1.68v井号：苏274井20MPa 2.33v 标定人：孙有林校验人：江磊Word 资料H2S 标定图版Word 资料H2S标定对照表标准样值电压值0ppm 1.026v Word 资料出口电导标定图版Word 资料出口电导标定对照表（量程0-300 ms/cm）电阻箱阻值（Ω）电导率值（ms/cm）电压值（v）无穷大0 1.0221.6 71 2.01 井号：苏274井Word 资料入口电导标定图版Word 资料入口电导标定对照表（量程0-300 ms/cm）电阻箱阻值（Ω）电导率值（ms/cm）电压值（v）无穷大0 1.0121.6 73 1.99 井号：苏274井Word 资料出口温度标定图版Word 资料出口温度电阻箱标定对照表（量程：0-100度）温度值电压值输入电阻值0度 1.01v 100欧50度 2.98v 119.25欧井号：苏274井Word 资料入口温度标定图版Word 资料入口温度电阻箱标定对照表（量程：0-100度）温度值电压值输入电阻值0度 1.02v 100欧20度 1.77v 107.7欧井号：苏274井Word 资料标定人：孙有林校验人：江磊50度 2.99v 119.25欧标定日期：2009年9月10日80度 4.17v 130.8欧100度 4.99v 138.5欧出口密度标定图版Array出口密度标定刻度（量程：0-2.5 g/cm3）Word 资料入口密度标定图版Word 资料入口密度标定对照表（量程：0-2.5 g/cm3）调零值电压值0 g/cm3 1.01v Word 资料泵冲1 标定图版Word 资料泵冲1标定对照表每分钟冲数值电压值0 0v井号：苏274井20 0.48v标定人：孙有林校验人：江磊40 0.92v 标定日期：2009年9月10日Word 资料备注：泵速比1：0.4260 1.32v泵冲2 标定图版Word 资料转盘转速标定图版Word 资料转盘转速标定对照表每分钟冲数值电压值0 0v 井号：苏274井Word 资料出口流量标定图版Word 资料出口流量标定刻度（体积传感器代替出口流量）出口百分比电压值0% 1.06V井号：苏274井100% 4.98V 标定人：孙有林校验人：江磊Word 资料标定日期：2009年9月10日盲区30cm,槽面36cm-20mA,槽底67cm-4mA体积1 标定图版Word 资料体积2 标定图版Word 资料体积2标定对照表设定距离采集电压值设定电流值0.32m 4.98v 20mA 井号：苏274井Word 资料体积3 标定图版Word 资料体积3标定对照表设定距离采集电压值设定电流值0.31m 4.96v 20mA 井号：苏274井Word 资料体积4 标定图版Word 资料体积4标定对照表设定距离采集电压值设定电流值0.32m 4.99v 20mA 井号：苏274井Word 资料体积5 标定图版Word 资料体积5标定对照表设定距离采集电压值设定电流值0.31m 4.99v 20mA 井号：苏274井Word 资料机械扭矩标定图版Word 资料机械扭矩压力校验台标定记录（量程：0-1.6 MPa）零值电压值0 MPa 1.01v 井号：苏274井Word 资料标定人：孙有林校验人：江磊1.0 MPa2.12v标定日期：2009年9月10日1.6 MPa 4.98v悬重标定图版Array悬重压力校验台标定刻度（量程：0-6 MPa）Word 资料二氧化碳标定图Word 资料CO2标定刻度标准样值电压值0ppm 1.005v Word 资料Word 资料。