井下工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)的優(yōu)化設(shè)計

崔玖菊

摘 要：井下工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)是石油開發(fā)行業(yè)中井下隨鉆測量儀器串的重要組成部分。本文介紹了由勝利石油工程有限公司研制的井下工程參數(shù)隨鉆測量儀的設(shè)計方案，描述了該短節(jié)在測控電路、機(jī)械結(jié)構(gòu)及加工工藝等方面的優(yōu)化設(shè)計方法。經(jīng)實驗證明，該短節(jié)在測量精度、線性度、可靠性等方面均取得優(yōu)化進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：隨鉆測量；井下工程參數(shù)；鉆壓；扭矩

在石油開發(fā)領(lǐng)域，隨著勘探開發(fā)油藏深度的增加，地層環(huán)境復(fù)雜程度及井下工況的惡劣情況日漸突出[1]。國內(nèi)各大油氣生產(chǎn)區(qū)塊，每年都會發(fā)生卡鉆、牙輪掉落、鉆具斷裂等事故，導(dǎo)致隨鉆測量儀器串落井，如若打撈無果，會造成重大經(jīng)濟(jì)損失。為降低深井、定向井、水平井、高溫高壓井等復(fù)雜井型在鉆井過程中的事故發(fā)生率，及時準(zhǔn)確的獲知鉆進(jìn)過程中隨鉆測量儀器串的鉆壓、扭矩等工程參數(shù)就具有重大的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

1 井下工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)

由勝利石油工程有限公司自主研制的井下工程參數(shù)隨鉆測量儀[2]，采用的是“補償式”鉆壓、扭矩測量方法，通過對不同位置、不同角度應(yīng)變片的組合排列，消除彎矩作用對鉆壓扭矩測量結(jié)果的影響[3]，使測量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。通過對測量短節(jié)的受力分析，建立測量短節(jié)的力學(xué)模型，確定了傳感器的安裝位置及方式，設(shè)計了測量短節(jié)的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)。該工程參數(shù)隨鉆測量儀，初期通過大量的室內(nèi)試驗及現(xiàn)場應(yīng)用，尚存在線性度易受環(huán)境影響，測量準(zhǔn)確度有待提高等問題。

2 井下工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)優(yōu)化設(shè)計方案

2.1 測控電路優(yōu)化設(shè)計

隨鉆鉆壓、扭矩測控電路主要由鉆壓、扭矩信號調(diào)制電路、測量控制電路組成。針對初期該測量短節(jié)存在的問題，對鉆壓、扭矩測控電路重新進(jìn)行設(shè)計，提高了放大倍數(shù)，對信號濾波處理功能進(jìn)行了新的優(yōu)化。信號調(diào)制電路接收應(yīng)變片產(chǎn)生的電壓信號，對其進(jìn)行信號放大、濾波處理，處理后的信號送到測量控制電路，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，由CPU對采集的信號進(jìn)行采樣運算，將運算結(jié)果編碼存儲到內(nèi)部存儲器中，經(jīng)由MWD儀器傳遞到地面系統(tǒng)解碼呈現(xiàn)測量數(shù)據(jù)。

2.2 測量短節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)及加工方式優(yōu)化設(shè)計

對井下工程參數(shù)測量短節(jié)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和加工方式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，既保證了測量精度，又提高了系統(tǒng)可靠性。對應(yīng)變片采用密封焊、橡膠硫化等技術(shù)密封應(yīng)變片，在不影響測量短節(jié)的測量機(jī)能前提下，實現(xiàn)了傳感器部分的多重密封，解決了現(xiàn)有專利技術(shù)中存在的由于密封不嚴(yán)、泥漿滲漏導(dǎo)致儀器失效的技術(shù)難題；利用內(nèi)部保護(hù)套管減弱了鉆鋌內(nèi)部泥漿對測量短節(jié)測量敏感區(qū)的沖刷與磨損，保證了測量短節(jié)的長期穩(wěn)定性；在保證鉆井安全的前提下，盡可能增大測量短節(jié)對鉆壓、扭矩的機(jī)械放大倍數(shù)，減小其對放大電路的要求，提高測量參數(shù)的準(zhǔn)確性和靈敏度，增加測量短節(jié)在相同輸入?yún)?shù)條件下的應(yīng)變量。

3 井下工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)空氣刻度實驗

使用勝利石油工程公司鉆井工藝研究院自主研制的國內(nèi)首臺鉆壓、扭矩刻度標(biāo)定裝置[4]，對優(yōu)化改進(jìn)后的測量短節(jié)進(jìn)行隨鉆鉆壓、扭矩刻度標(biāo)定，對鉆壓、扭矩進(jìn)行了多次的單獨刻度和聯(lián)合刻度實驗?？諝饪潭葘嶒灁?shù)據(jù)如圖1所示，該短節(jié)輸出鉆壓、扭矩數(shù)據(jù)正確、測量精度高、儀器穩(wěn)定可靠，各方面均取得了較大的優(yōu)化進(jìn)步。

4 結(jié)語

對該井下工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)的電路進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計、改進(jìn)了短節(jié)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及加工工藝，在實驗室內(nèi)進(jìn)行空氣刻度，實驗效果良好，具有較高的準(zhǔn)確度和可靠性，在石油鉆探行業(yè)具有較大的市場推廣價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬天壽，陳平，黃萬志，胡澤.鉆井井下工程參數(shù)隨鉆測量儀研究進(jìn)展[J].斷塊油氣田，2011，3（18）：389-392.

[2]李曉斌.井下工程參數(shù)隨鉆測量短接設(shè)計與實現(xiàn)[D].東營：中國石油大學(xué)碩士論文，2010.

[3]王銀生，楊錦舟，韓來聚，張?；?，施斌全.井下工程參數(shù)隨鉆測量儀的研制[J].石油儀器，2009，1（23）：35-36.

[4]肖紅兵.鉆壓扭矩測量短節(jié)刻度裝置的研制[J].化工自動化及儀表，2013，8（40）：992-995.