【摘要】钻井指重表是石油钻井普遍使用的一种重要的钻井仪器。指重表主要用于测量钻具悬重和钻压大小及其变化，根据悬重和钻压的大小极其变化，了解钻头，钻柱的工作情况，指导钻进，打捞作业和井下复杂情况的处理。因此如何正确地利用指重表来控制刹把对钻进，起下钻等工作有着十分重要的作用。
　　
【关键词】钻井指重表 报警系统 研究
　　
1 设计原因
　　
在现实工作中，时有由于环境原因（如晚上灯光不好、下雨、下雪等）和个人疏忽（如由于工作时间过长造成的疲劳、精力不集中、操作不当）等原因加压过大而造成憋泵，甚至溜钻，损坏钻头，动力钻具。还有在起钻过程中，遇阻严重，拔得过多，拔坏、拔塌井壁，造成卡钻等事故。这些事故在钻井队中时有发生，给井队带来很大的损失，而这些事故是可以避免的。
　　
因此，很有必要在加压过大和拔得过多时提醒扶钻人员及时采取措施，避免事故。我们如果在指重表上安装一个报警系统，在加压过大和拔得过多时自动报警来提醒扶钻人员注意指重表变化，即使纠正错误。而在指重表上加装一个这样的系统在理论上和实践上是完全可行的。下面就介绍一下这个系统的工作原理和设计过程。
　　
2 工作原理
　　
要实现指重表报警，就要产生信号。这个信号就要由指重表指针指到刻度盘一定位置时产生。如果我们在指针和刻度盘上安装上感应器。它们接近到一定的距离和作用一段时间就产生感应，再把它们经过感应产生的电流经过扩大接在发声器上，让它产生声音来引起工作人员的注意。
　　
3 感应器选用
　　
由于需要指针的灵敏性，如果使用接触式的报警装置，这样会打断指针。所以只能使用非接触式的装置，这样就可以用上感应器。而感应器有很多种，有电磁感应器、温度感应器、光电感应器等等。由于指重表许多部件都由铁组成，而电磁感应会产生吸力对指针的灵敏度和零部件有影响，所以不能用电磁感应器。温度感应器容易受到环境影响（天热温度高），使用不稳定。而光电感应器没有以上缺点，而且可以实现感应产生电流。
　　
3.1 光电感应器组成
　　
光是一种电磁射线，其特性如同无线电波和X射线，传递速度约为300000千米/秒，因此它可以在发射的一瞬间被其接收。红外线光电光电感应器是普遍使用的一种感应器，它利用人眼不可见（波长为780nm ～1mm）的近红外线和红外线的来检测、判别物体。通过光电装置瞬间发射的微弱光束能被安全可靠的准确的发射和接收。
　　
红外线光电感应器是由发射器、接收器和检测电路三部分组成。发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于发光二极管（LED）。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面的是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。3.2 光电感应器类型
　　
红外线光电感应器可分为对射型、漫反射型、镜面反射型。指重表用对射型的光电感应器效果好。对射型光电感应开关：由发射器和接收器组成，结构上是两者相互分离的，在光束被中断或连通的情况下会产生一个开关信号变化，典型的方式是位于同一轴线上的光电开关可以相互分开达50米。而指重表上指针上发射器与接收器的距离小于1厘米，发射的能量要求不大，所以发射器上的感应器可以做的很小很轻，额定工作电压一般10—30V，用直流电，输出电流一般为200毫安。在接收器产生电流后，电流比较微弱，所以要把它的电流经过扩大器，使之转换为220V的交流电，使发声器产生的报警响亮，能引起工作人员的注意，避免由于机械工作声音过大覆盖了报警声。
　　
此光电感应器的工作温度为-20℃～55℃，湿度35～85%RH，完全能适应工作环境的需要。
　　
4 设计过程
　　
在指重针和灵敏针针头上分别装上红外线发射器（重量轻，直径小于0.5厘米），在指重表上装一个能旋转的环行盘，用一个旋纽来控制它旋转。在盘上不同的位置安上感应器，这样就可以根据实际需要调整感应器在两个表盘的位置，能使它们处在不同的刻度上。感应器可以有一定长度，这样能使感应器在一定的刻度范围里产生感应。灵敏针的感应器的长度可以有灵敏表盘刻度3～5吨的长度，而指重针的感应器的长度可以有指重表盘20～30吨的长度。这样的目的是为了防止压力一下加得太大或拔得太多也能产生报警。
　　
特别注意的是，由于实际上在钻进和起下钻过程中，指针有时晃得厉害，可能经常经过感应器的位置。为了不乱发出警报，可以让感应器感应1～2秒才能产生电流，才能发出信号。这样可以防止非真正加压过大或拔得过多而产生的假信号，否则将失去报警意义。还要注意的是，由于还有自动停泵装置也发出声音，加上灵敏针和指重针感应产生的声音就有3个了。为了分清是那种装置发出的报警，让工作人员在一瞬间就做出正确的判断和操作。应该让它们发声器产生不同的声音，使工作人员靠听觉就可以判断出问题的所在，进而提高反应和操作能力，早发现，早处理。
　　
图1 设计过程图
　　
5 工作过程
　　
在钻进和起钻过程中，当指针指到感应器上方时，感应器接到指针发射器上的信号（红外线），感应一段时间后（1～2秒），连通电路产生电流，电流再经过一个扩大器达到发声器的工作电压（220V）传输到发声器上，发出声音产生报警。在两个感应器的电路上，分别设一个开关，这样可以根据实际需要使用其中的任何一个或关闭它们。另外，它们使用的线路可以采用防爆电线。
　　
图2 工作過程图
　　
6 结论
　　
此设备构造比较简单，成本也不高，在钻井工作中有一定的使用价值。它还有很大的改进余地，可以增加更多的功能，提高它反应能力和反应正确性。还可以把它与地质录井仪联系起来，装上压力感应器，实现感应器位置自动调节。但由于本人水平有限，知识面不够宽广，不能作出更好的设计。希望各位专家领导给予宝贵的批评和意见。