钻井仪表的基本概念及分类及构成

钻井仪表的基本概念及分类及构成仪表是指在某个过程或系统中能够进行感应、测量、传递和显示、调节的设备。其组成包括：自动检测仪表；自动显示仪表（包括各种模拟量和数字量的电子式、气动式或液动式指示、记录和积算仪表以及图像显示仪、工业电视）；集中控制仪表；自动调节仪表；自动执行器（调节机构、调节阀或开关）。一、钻井仪表的基本概念及测量参数1.钻井仪表基本概念就是在钻井过程中对各种参数进行感应、测量、传输和调节的设备及装置。钻井仪表的发展：从单一参数仪表到多参数仪表，从单纯的测量到自动控制调节，从局部自动化到综合自动化。2.钻井仪表的组成可分为三大部分：信号监测部分、信号转换部分、指示和记录部分。3.钻井仪表的测量及控制参数（1）与钻井液有关的参数包括钻井液体积、固相含量、可燃气体含量、H2S含量、CO2含量、钻井液密度、返出钻井液流量、泥浆池钻井液液面、钻井液温度、钻井液流变参数、电导率等。（2）水力参数包括泵压、泵排量、立管压力、套管压力、喷射速度、环空流速、泵冲数等。（3）钻井参数包括钻压、转速、扭矩、钻速、进尺、井深、dc指数、起下钻及钻进时间、井斜角、方位角、工具面方向、磁场强度、地磁倾角、井下扭矩、振动强度、底层放射性、电阻率、弯曲力矩向量、合力向量、井径、环空温度、空隙度等。二、钻井仪表的分类及构成1.钻井仪表的分类（1）按所用动力分为：液动仪表，如泵压表、指重表；电动仪表，如电动转速表、电动压力变送器；气动仪表，如气动记录仪等。（2）按用途包括各种钻井参数测量、检测仪表等。（3）按自动化程度单参数检测仪表；成套钻井参数测量仪表；用微机控制的钻井数据记录仪；钻井数据集中遥测和分析系统。2.钻井仪表的构成包括传感器（一次仪表）、信号处理器（放大器、校正器）、显示仪、微机、打印机、报警器。（1）传感器（一次仪表）其功能：能够感受待测参数的变化；能够变换和传输参数。传感器的信号来源于钻机的三大系统。①循环系统。钻井液密度、钻井液出口温度、钻井液出口流量、地面钻井液体积、泵压及其超压停泵报警装置、泵排量。②吊升系统。指重、钻压、进尺、防碰天车和防墩转盘装置、自动送钻装置。③旋转系统。转盘转速、转盘扭矩等。（2）信号处理器功能包括：信号放大、校正、阻尼、滤波、数模转换。（3）显示和记录。（4）微机功能：数据存储、分析、运算、下达指令。（5）控制调节装置和报警器。三、测量过程和测量误差1.测量过程是指被测量参数与其相应的测量单位进行比较的过程。2.测量误差误差包括：系统误差；疏忽误差；偶然误差。误差的表示方法绝对误差=|测量值一真实值|相对误差=绝对误差/真实值四、测量仪表的品质指标用来衡量测量仪表好坏的品质指标有;准确度、恒定度、灵敏度、时间常数和阻尼时间。1.准确度（精度）在测量过程中，因仪表引起的误差叫仪表误差。它也用绝对误差和相对误差来表示。绝对误差=a－b；相对误差=（a－b）/b。式中，a为测量仪表的示值；b为标志仪表的示值。评价一台仪表仅凭绝对误差和相对误差是不够的。因为量程不同，即使有同一个绝对误差也可能有不同的准确度。为了更好地反映仪表的准确度，应该采用相对百分误差相对百分误差=（a－b）/（标尺上限值－标尺下限值）×100%式中a——被测参数的测量值；b——被测参数的标准值。我国常用仪表的精度等级如下。Ⅰ级标准仪表——0.005，0.02，0.05；Ⅱ级仪表——0.1，0.2，0.35，0.5；一般仪表——1，1.5，2.5，4.0。另外，仪表的基本误差，是指仪表在正常工作条件下的最大相对百分误差。仪表的附加误差，是指不在规定的正常条件下使用，由于外界条件的影响引起的额外误差。2.测量仪表的恒定度恒定度常用变差来表示。变差是指在外界条件不变的情况下，用同一个仪表对某个参数进行正、反行程测量时，其指示值间存在的差值。造成变差的原因很多，如传动机构的间隙、运动部件的摩擦、弹性元件的弹性之后的影响等。变差的表示：用同一仪表测量同一参数时，正、反行程示值间的最大绝对误差与该仪表标尺范围（即量程）之比的百分数来表示。变差△=正反行程示值最大绝对误差/（标尺上限值－标尺下线值）×100%仪表的变差不得超过其精度，否则应予检修。3.测量仪表的灵敏度与灵敏限灵敏度的表示：用仪表输出的变化量（与指针的线位移或角位移）△a与引起此变化的被测参数的变化量△x之比来表示，灵敏度=△a/△x。灵敏限（也称始动灵敏度），是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常，仪表的灵敏限数值不大于基本误差绝对值的1/2。4.测量仪表的反应时间当仪表进行测量时，被测参数值总要经过一段时间以后，才能准确地指示出来，这是因为仪表本身存在一个反应时间。一台仪表能不能尽快地反映出被测参数来，也是很重要的品质指标——仪表的动态特性。仪表的反应时间长短，表示了仪表动态特性的好坏。为了衡量仪表的动态特性，对于上述两种情况，采用了方法。时间常数——是指被测参数值在发生阶跃变化后，仪表指示值达到参数变化值的63.2%时所需要的时间。阻尼时间——是指从对仪表突然输入一个标尺一半的相应参数值开始，到仪表指示值与输入参数值之差为该标尺范围的1%时所需要的时间。五、传感器1.概念从广义上讲，凡是能够感受一切形式的激励，如温度、压力、流量、光、声、电、波等的变化，并能把这些变化转变成对信号收集系统有用的输入信号，如电压、电流等的所有装置都可以称为传感器。其中，能够把所有信号转变成电信号的传感器，是应用最广泛的一种传感器，也叫电子敏感元件。2.分类（1）基本型热敏、光敏、磁敏、力敏、湿敏和气敏共6种。（2）应用型电压敏、静电敏、射线敏、色敏、视敏、触敏、思敏、味敏等。3.