電磁溢流閥反應(yīng)滯后對(duì)扭矩儀數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懠敖鉀Q方案

劉　慶　韓曉文　雷奇松　張艷玲　王海紅

摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了現(xiàn)存下套管用扭矩儀配套電磁溢流閥的反應(yīng)滯后問(wèn)題以及軟件解決方案，并進(jìn)行了大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)解決方案進(jìn)行了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)時(shí)間 控制扭矩 軟件 消除 電磁溢流閥 數(shù)據(jù)傳輸

1.前言

扭矩儀是記錄下套管時(shí)上扣扭矩的儀器儀表，實(shí)時(shí)采集套管鉗咬合套管轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的扭矩?cái)?shù)據(jù)并自動(dòng)控制套管鉗在到達(dá)控制扭矩時(shí)通過(guò)安裝在液壓動(dòng)力站上的電磁溢流閥自動(dòng)卸壓。電磁溢流閥為常開(kāi)型，由最大位置至閉合反應(yīng)時(shí)間是80～100ms。

當(dāng)扭矩儀的扭矩?cái)?shù)值達(dá)到控制扭矩時(shí)，扭矩儀向電磁溢流閥發(fā)送信號(hào)，電磁溢流閥收到信號(hào)后由常開(kāi)狀態(tài)轉(zhuǎn)為閉合，套管鉗油路被切斷，達(dá)到給套管鉗卸壓的目的。因?yàn)殡姶乓缌鏖y存在反應(yīng)時(shí)間，導(dǎo)致套管鉗卸壓的時(shí)間滯后于扭矩儀達(dá)到控制扭矩的時(shí)間，使最終扭矩值高于控制扭矩值，影響施工質(zhì)量。嚴(yán)重時(shí)套管鉗上扣過(guò)急，最終扭矩值偏離控制扭矩值過(guò)多甚至?xí)斐商坠軗p傷、斷裂。

為了消除電磁溢流閥反應(yīng)時(shí)間的影響，下面從程序方面加以改善，并通過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其可靠性。

2.改善前扭矩采集情況（圖1、圖2）

其中：①反應(yīng)時(shí)間——曲線與控制扭矩的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)到卸壓點(diǎn)（最高點(diǎn)）的橫坐標(biāo)的差值；

②斜率——取曲線上曲線與控制扭矩的交點(diǎn)前一個(gè)反應(yīng)時(shí)間那一點(diǎn)為a點(diǎn)，再取曲線上a點(diǎn)前1000ms為b點(diǎn)。a點(diǎn)到b點(diǎn)的斜率即為所求。

斜率ab=ac/cd.

從圖1至圖2可以看出，修正前扭矩儀在自控狀態(tài)下，最終卸壓扭矩值均超過(guò)控制扭矩值，ab點(diǎn)的斜率越大，超過(guò)的扭矩值越多。因此，這就要求操作人員在扭矩接近控制扭矩時(shí)上扣越慢越接近真實(shí)控制扭矩，如果不加以修正，則對(duì)操作人員的操作水平有較高要求，但實(shí)際工作中不容易做到，加之鉆井隊(duì)對(duì)時(shí)間要求很?chē)?yán)格，所以有必要利用軟件消除電磁溢流閥反應(yīng)時(shí)間的影響。

3.軟件改善方案

3.1 參數(shù)建模

電磁溢流閥反應(yīng)時(shí)間為80～100ms，也即在扭矩達(dá)到控制值前80～100ms就應(yīng)該給電磁溢流閥一個(gè)停止信號(hào)，如果這段時(shí)間曲線斜率不變則電磁溢流閥從接到信號(hào)到卸壓，扭矩曲線剛好到達(dá)控制值。

現(xiàn)在的問(wèn)題就是要計(jì)算曲線以*現(xiàn)有斜率 到達(dá)控制扭矩的時(shí)間，才能計(jì)算出扭矩儀給電磁溢流閥信號(hào)的時(shí)間。

*現(xiàn)有斜率——為了取得現(xiàn)有斜率，經(jīng)過(guò)對(duì)大量圖形的分析，認(rèn)為在最后1秒的曲線斜率基本保持不變，可以把現(xiàn)有斜率近似為曲線上扭矩儀給電磁溢流閥發(fā)信號(hào)的時(shí)間和此時(shí)間之前1秒兩個(gè)點(diǎn)之間的斜率。為了方便定位，取控制扭矩值的90%處為計(jì)算斜率的第一點(diǎn)，以此點(diǎn)為開(kāi)始點(diǎn)，后面第五采集點(diǎn)為計(jì)算斜率的第二點(diǎn)。

以上述兩點(diǎn)為斜率的直線（近似）與控制直線的交點(diǎn)理論上為到達(dá)控制扭矩的時(shí)間，在此時(shí)間前80～100ms卸壓即可消除電磁溢流閥反應(yīng)滯后對(duì)扭矩儀數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?/p>

那么反應(yīng)時(shí)間應(yīng)該怎樣取值呢？反應(yīng)時(shí)間的測(cè)算本身也有一定的誤差，經(jīng)過(guò)大量的圖形分析，認(rèn)為取大量數(shù)據(jù)的平均值比較接近真實(shí)值。由于篇幅有限，現(xiàn)不一一列舉圖形和數(shù)據(jù)，只引用最后計(jì)算結(jié)果。測(cè)得實(shí)際反應(yīng)時(shí)間的平均值為：

H=90.52ms

3.2 程序?qū)崿F(xiàn)方案：

①以控制扭矩的90%為觸發(fā)條件，稱(chēng)為觸發(fā)扭矩（ChF-Torque），當(dāng)當(dāng)前扭矩值到達(dá)觸發(fā)扭矩時(shí)，即觸發(fā)下列程序；

②以曲線上觸發(fā)扭矩的點(diǎn)為第一點(diǎn)，之后的第五采集點(diǎn)為第二點(diǎn)計(jì)算該段（近似）的斜率，并計(jì)算以這兩點(diǎn)為斜率的直線與控制直線的交點(diǎn)，取交點(diǎn)的時(shí)間坐標(biāo)。將交點(diǎn)的時(shí)間坐標(biāo)減去H（反應(yīng)時(shí)間）為扭矩儀給電磁溢流閥發(fā)送信號(hào)的時(shí)間，稱(chēng)為發(fā)送時(shí)間（FS-Time）。

③當(dāng)當(dāng)前扭矩的時(shí)間到達(dá)發(fā)送時(shí)間且當(dāng)前扭矩值大于觸發(fā)扭矩時(shí)，扭矩儀給電磁溢流閥發(fā)送信號(hào)，控制電磁溢流閥卸壓。

4.改善后扭矩采集情況

改進(jìn)后，進(jìn)行了兩口井的試驗(yàn)，以下是現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)：

（1）井史數(shù)據(jù)：莊海8NG-H1井是距黃驊15海里的海上人工平臺(tái)一口重點(diǎn)井，該井為大位移井，位移1630.81m，方位47.94°，最大井斜角為31.3°，設(shè)計(jì)井深4200m，φ339.7mm套管下深890.15m，φ244.5mm技術(shù)套管下深3489.54m，該井油層套管φ139.7mm為氣密扣套管，其結(jié)構(gòu)為勾型螺紋，鋼級(jí)為L(zhǎng)-80，臂厚9.17mm，其產(chǎn)地美國(guó)，推薦最大扭矩7.83kN·m，最佳扭矩6.62 kN·m，最小4.7 kN·m。上扣扭矩圖形如下(圖3、圖4)：

（2）井史數(shù)據(jù)：房36-42井位于新世紀(jì)公司東，開(kāi)發(fā)井，設(shè)計(jì)井深1841m，位移334.48m，方位154.42°，最大井斜23.31°，油層套管φ139.7mm*1837m，水泥返深640m，總垂深1841m，一開(kāi)φ311.1鉆頭*55m+φ244.5mm*550m*

φ139.7mm*1837m。技術(shù)套管φ244.5mm，推薦最大扭矩12.49kN·m，最佳扭矩9.9 kN·m，最小7.49kN·m。上扣扭矩圖形如下(圖5、圖6)：

這兩口井設(shè)置控制扭矩為最佳扭矩，從圖形上看基本都在最佳扭矩范圍附近。

5.結(jié)論

通過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過(guò)這種軟件上的修正基本可以消除電磁溢流閥的延時(shí)影響。由于反應(yīng)時(shí)間和曲線斜率等存在一定的誤差，所有的曲線并不能達(dá)到100%的準(zhǔn)確，但曲線最高值都能落到控制扭矩附近范圍內(nèi)，符合現(xiàn)場(chǎng)需要。

作者簡(jiǎn)介：劉慶：1979年生，2003年畢業(yè)于天津理工大學(xué)機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)為中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所設(shè)備開(kāi)發(fā)部機(jī)械部部長(zhǎng)助理工程師。