井下工程參數隨鉆測量短節(jié)的優(yōu)化設計

崔玖菊

摘 要：井下工程參數隨鉆測量短節(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隨鉆測量儀的設計方案，描述了該短節(jié)在測控電路、機械結構及加工工藝等方面的優(yōu)化設計方法。經實驗證明，該短節(jié)在測量精度、線性度、可靠性等方面均取得優(yōu)化進步。

關鍵詞：隨鉆測量；井下工程參數；鉆壓；扭矩

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

1 井下工程參數隨鉆測量短節(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、不同角度應變片的組合排列，消除彎矩作用對鉆壓扭矩測量結果的影響[3]，使測量數據更加準確。通過對測量短節(jié)的受力分析，建立測量短節(jié)的力學模型，確定了傳感器的安裝位置及方式，設計了測量短節(jié)的整體機械結構。該工程參數隨鉆測量儀，初期通過大量的室內試驗及現(xiàn)場應用，尚存在線性度易受環(huán)境影響，測量準確度有待提高等問題。

2 井下工程參數隨鉆測量短節(jié)優(yōu)化設計方案

2.1 測控電路優(yōu)化設計

隨鉆鉆壓、扭矩測控電路主要由鉆壓、扭矩信號調制電路、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行設計，提高了放大倍數，對信號濾波處理功能進行了新的優(yōu)化。信號調制電路接收應變片產生的電壓信號，對其進行信號放大、濾波處理，處理后的信號送到測量控制電路，經過模數轉換，由CPU對采集的信號進行采樣運算，將運算結果編碼存儲到內部存儲器中，經由MWD儀器傳遞到地面系統(tǒng)解碼呈現(xiàn)測量數據。

2.2 測量短節(jié)機械結構及加工方式優(yōu)化設計

對井下工程參數測量短節(jié)的機械結構和加工方式進行了優(yōu)化設計，既保證了測量精度，又提高了系統(tǒng)可靠性。對應變片采用密封焊、橡膠硫化等技術密封應變片，在不影響測量短節(jié)的測量機能前提下，實現(xiàn)了傳感器部分的多重密封，解決了現(xiàn)有專利技術中存在的由于密封不嚴、泥漿滲漏導致儀器失效的技術難題；利用內部保護套管減弱了鉆鋌內部泥漿對測量短節(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、扭矩的機械放大倍數，減小其對放大電路的要求，提高測量參數的準確性和靈敏度，增加測量短節(jié)在相同輸入參數條件下的應變量。

3 井下工程參數隨鉆測量短節(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首臺鉆壓、扭矩刻度標定裝置[4]，對優(yōu)化改進后的測量短節(jié)進行隨鉆鉆壓、扭矩刻度標定，對鉆壓、扭矩進行了多次的單獨刻度和聯(lián)合刻度實驗。空氣刻度實驗數據如圖1所示，該短節(jié)輸出鉆壓、扭矩數據正確、測量精度高、儀器穩(wěn)定可靠，各方面均取得了較大的優(yōu)化進步。

4 結語

對該井下工程參數隨鉆測量短節(jié)的電路進行了優(yōu)化設計、改進了短節(jié)的機械結構及加工工藝，在實驗室內進行空氣刻度，實驗效果良好，具有較高的準確度和可靠性，在石油鉆探行業(yè)具有較大的市場推廣價值。

參考文獻：

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

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

[3]王銀生，楊錦舟，韓來聚，張海花，施斌全.井下工程參數隨鉆測量儀的研制[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.