曹金龙

(陕西核昌机电装备有限公司，陕西咸阳 712000)

0 引言

随着核工业地浸铀矿勘探取心以及地浸工艺孔任务量逐年增加，并且勘探及施工孔径加大以及钻孔越来越深，凭机班长经验控制钻探过程更加困难。同时，钻探施工过程中时而伴随着发生不可预估的孔内事故，不但影响了钻探效率而且也带来重大经济损失。因此，研制一套与钻机配套的系统，实现钻探过程的连续监测，预报孔内情况，保证了钻探施工的高效性、安全性和优质性，为数字化钻探技术的发展奠定了基础。

1 系统组成原理及功能

1.1 系统的组成原理

HXY-1600智能拖车钻机井场数字信息采集及传输系统分别是由设备端(数据采集与执行器)、物联网层以及用户端3层组成，见图1。

图1 系统组成原理Fig.1 Principle of system composition

(1)设备端。采用9个传感器和4个摄像头采集设备实时运行数据和现场工艺参数，通过PLC对采集到的数据进行数字化处理，进而控制设备的执行机构动作，实现实时感知和自动控制，并且显示在触摸屏上。

(2)物联网层。物联网模块读取PLC里的数据，通过无线4G网络与云服务器进行无障碍数据传送通讯、整理、运算、存储，实现数据的双向传输。

(3)用户端。用户通过网络连接，实现对钻探现场远程监控。

1.2 系统界面

系统软件界面(表1)采用功能模块化设计，主要功能模块包括：仪表设置模块，参数设置模块，系统控制模块，数据记录模块，故障信息模块，远程监控模块。

表1 系统软件界面介绍Tab.1 Introduction of system software interface

1.3 系统功能

(1)实时显示参数，如系统压力、钻杆重量、泥浆泵压力、转速、前后倾角、左右倾角、油温、孔深等9个参数(图2)，一部分参数是通过传感器直接得到，其他的参数则是由多个传感器监测数据通过PLC内部运算得到。

图2 显示界面Fig.2 Display interface

(2)对采集的数据进行处理和分析，如果数据超出正常范围(变红)，系统就会进行声光报警，同时设备上的爆闪灯也会启动(例如油温系统显示39.6℃，系统做出判断，当≤80℃时，显示数字是白色；当≥80℃时，显示数字变红)。

(3)对钻探现场实现不受空间和地域限制的远程实时监控。

(4)为优化设计提供精准数据，提升设备品质。

(5)以数据为导向实现精准销售售后，降低成本。

2 实时显示的参数检测方式

(1)钻压监测。通过PLC内部公式p=p1A1-p2A2计算得出，其中p1为液压缸无杆腔压力(传感器监测的实时数据)，p2为液压缸有杆腔压力(传感器监测的实时数据)，A1为液压缸无杆腔的有效截面积(直接输入的定值)，A2为液压缸有杆腔的有效截面积(直接输入的定值)。

(2)钻机转速。在动力头上安装了一个接近开关，将测得的脉冲传到PLC高速计数器里，然后通过PLC内部公式n=60 m/(c·t)计算得出，其中m为单位时间内的脉冲数(1 s内采集到的脉冲数)，c为设备转一圈脉冲数，t为时间。

(3)孔深检测。在卷扬机上安装旋转编码器，通过PLC内部公式L=N·l/n计算出钢丝绳长度，其中n为旋转编码器转一圈发出的脉冲数，l为卷筒的周长，N为PLC中高速计数器中记录发出的脉冲数。

(4)左右倾角监测。在塔体左侧安装倾角传感器，直接监测并上传数据。

(5)前后倾角监测。在塔体后侧安装倾角传感器，直接监测并上传数据。

(6)给进速度监测。在动力头上安装有旋转编码器，通过PLC内部公式n=60Δp·103/(r·Δt)计算得出，其中，n为速度，Δp为单位时间内采集的脉冲数，Δt为单位时间，r为编码器分辨率。

(7)液压油温监测。在油箱的内部安装温度传感器，直接监测并上传数据。

(8)泥浆泵压力监测。在泥浆泵出口管线上安装压力传感器，直接监测并上传数据。

(9)称重质量监测。通过改变油压和方向，孔底压力指示器直接监测数据。

3 结语

通过数字信息采集及传输系统在HXY-1600智能拖车钻上的应用，为现场钻探人员优化钻进参数提供了依据，操作简单，缩短了施工的工期，降低了事故的风险，减少了经济损失。