石油鑽井鑽壓扭矩隨鑽測量儀器的刻度裝置的製作方法

2023-06-18 09:37:56 1

專利名稱：石油鑽井鑽壓扭矩隨鑽測量儀器的刻度裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在石油鑽井工程中應用於井下鑽壓扭矩隨鑽測量儀器的地面刻度裝置。
技術背景隨著定向井、水平井、魚骨井、分支井以及大位移水平井等特殊工藝鑽井技術的發展，各種卡鑽、埋鑽、掉牙輪等鑽井事故時有發生，對鑽井過程的安全性提出了更高的要求，如何合理有效地控制鑽井過程，保證鑽井過程的安全、高效是近年來石油鑽井工程技術領域提出的問題之一，井下工程參數測量與實時監控技術是解決該問題的前提和條件。多年來，國內外井下測量儀器開發的重點一直是與油氣地質儲量直接相關的地層電阻率、孔隙率、伽馬射線等地質參數的測量、與幾何導向鑽井技術相關的井斜、方位、工具面角等井眼軌跡參數的測量與控制；而與鑽井安全、鑽井效率相關的鑽壓、扭矩等工程參數測量技術研究較少，更缺乏井下工程參數測量儀器的地面刻度裝置。國內外相關技術背景分析如下公知的扭矩刻度裝置的工作原理是利用槓桿原理，由固定長度的力臂和可以增減重量/個數的砝碼組合來改變扭矩的大小，從而實現扭矩測試儀的靜態刻度過程，刻度方法簡單、實用。這種刻度裝置存在的問題是①.只能實現靜態刻度，無法刻度扭矩變化過程中傳感器的動態響應特性，而傳感器的動態響應數據中蘊含著井下鑽具鑽進過程中的破巖、振動、與井壁碰撞等工程信息，具有重要的實際意義和研究價值，需要地面刻度裝置能夠提供與此相關的測量信息；②.刻度範圍有限，為了增加刻度範圍，常規的方法是增加力臂的長度與砝碼的重量，由於存在著力臂機械變形而影響刻度精度的問題，其刻度範圍受到一定的限制操作不便，每改變一次扭矩的大小都需要人工增減砝碼，不僅勞動強度大，而且需要大量的備用砝碼由於砝碼腐蝕、不乾淨等原因造成的砝碼重量改變也會對刻度精度產生一定的影響。目前尚未檢索到鑽壓刻度裝置的專利信息，與鑽壓刻度裝置相似的裝置是材料力學研究中應用的拉伸與壓縮力刻度裝置。傳統的拉壓刻度裝置是利用砝碼和鋼絲繩組成的測試系統，通過砝碼重量與接觸面積的計算得到拉應力、壓應力的數值大小。其基本特徵與扭矩刻度裝置相同，也存在著刻度範圍有限、操作不便、靜態刻度等問題而無法滿足井下工程參數測量儀器的刻度要求。 由於在實際鑽井過程中，鑽壓和扭矩同時作用在井下測量儀器上，要求刻度裝置也能夠提供鑽壓扭矩同時產生作用的刻度條件，進而測試井下隨鑽測量短節的特性。上述單個刻度裝置均無法實現鑽壓扭矩的聯合刻度，也就無法得到鑽壓、扭矩之間的耦合關係與修正方法
實用新型內容
[0008]本實用新型的目的是為井下鑽壓扭矩隨鑽測量儀器提供一種地面刻度裝置，精確地控制鑽壓與扭矩輸出按一定的動靜態刻度規律變化作用於被刻度的測量短節，在地面實驗條件下獲得井下鑽壓扭矩隨鑽測量短節的動靜態輸入輸出關係，獲得鑽壓扭矩測量參數之間的耦合係數，為測量短節的數據處理算法開發提供基礎數據。本實用新型專利的組成包括扭矩發生器、支撐架、固定式夾緊裝置、鑽壓發生器、底座、液壓控制模塊、計算機測控模塊、標準鑽壓表、標準扭矩表、連接器、移動式夾緊裝置、測量短節接頭。從底座的一端開始依次安裝扭矩發生器、固定式夾緊裝置、移動式夾緊裝置、鑽壓發生器，底座上安裝有導軌，鑽壓發生器和移動式夾緊裝置安裝在導軌上，在固定式夾緊裝置和移動式夾緊裝置之間通過連接器固定刻度短節，刻度短節的設計為對稱結構。通過固定式夾緊裝置、移動式夾緊裝置與連接器配合使刻度短節懸浮於夾緊裝置中；連接器接頭是四方接頭或六方接頭。刻度短節採用兩個測量短節接頭24、兩個標準鑽壓表12、兩個標準扭矩表13和測量短節11的對稱結構，或者採用兩個測量短節接頭24、兩個標 準鑽壓表12和測量短節11的對稱結構，或者採用兩個測量短節接頭24、兩個標準扭矩表13和測量短節11的對稱結構。本實用新型所述的儀器包括刻度裝置的液壓與機械模塊、計算機測控模塊和刻度短節三大部分。其中液壓與機械模塊是刻度裝置的動力源與執行機構，能夠準確地輸出刻度過程所需要的鑽壓與扭矩值，並能夠將輸出值穩定地保持一段規定的時間。計算機測控模塊用來完成刻度信號採集與數據處理、人機互動、刻度過程顯示、刻度結果輸出、列印等功能。刻度短節由兩個標準鑽壓表、兩個標準扭矩表、測量短節和連接器串接組成。本實用新型的特徵是①.刻度短節設計成兩個標準鑽壓表、兩個標準扭矩表的對稱結構，通過數據處理抵消對中誤差影響採用連接器連接刻度短節與固定式夾緊裝置和移動式夾緊裝置，使刻度短節懸浮於液壓機械系統中，消除了重力和彎矩對刻度結果的影響通過液壓控制模塊與計算機測控模塊，使輸出的鑽壓扭矩值按一定規律動態變化，分別對測量短節的鑽壓扭矩測量特性進行單獨刻度在一個參數固定的情況下，使另一個參數步進增減，實現鑽壓扭矩兩個參數的聯合刻度，為兩個被測參數之間的耦合關係修正提供基礎數據。⑤.操作簡單，刻度範圍滿足現有鑽盤鑽井、井下動力鑽具鑽井的井下工程參數測量範圍。本實用新型所述的石油鑽井鑽壓扭矩隨鑽測量儀器刻度裝置的有益效果是①.實現鑽壓、扭矩兩個參數的靜態刻度，由一套裝置完成通常扭矩刻度儀、拉壓刻度儀兩套裝置的功能。通過機械與液壓模塊產生以一定步長變化的鑽壓、扭矩輸出值作用於刻度短節，計算機測控模塊通過比較標準鑽壓表、標準扭矩表與測量短節輸出的鑽壓、扭矩測量值，確定鑽壓扭矩隨鑽測量短節的輸入輸出關係，進而對其測量特性進行修正，提高測量短節的靜態測試精度在鑽壓輸出值保持恆定的情況下，使扭矩輸出從小到大或者從大到小變化，檢驗鑽壓作用對扭矩測量的影響大小。反過來，檢驗扭矩作用對鑽壓測量的影響大小。實現鑽壓扭矩兩個參數的聯合刻度，確定兩個被測信號之間耦合關係，為測量結果的解耦算法提供基礎數據實現鑽壓、扭矩的動態刻度，通過液壓與機械模塊產生一定規律變化的鑽壓扭矩輸出值作用於刻度短節，對傳感器的動態特性進行測試和分析，為井下儀器的測量結果解釋提供依據，為最終鑽井故障的及時判定提供基礎實驗數據。
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。


圖I石油鑽井鑽壓扭矩隨鑽測量儀器刻度裝置的液壓與機械模塊(液壓控制模塊除外)示意圖；圖2石油鑽井鑽壓扭矩隨鑽測量儀器刻度裝置的計算機測控模塊示意圖；圖3石油鑽井鑽壓扭矩隨鑽測量儀器刻度裝置的液壓控制模塊正視圖；圖4石油鑽井鑽壓扭矩隨鑽測量儀器刻度裝置的液壓控制模塊左視圖；I.扭矩發生器2.支撐架 3.固定式夾緊裝置 4.鑽壓發生器5.底座 6.液壓控制模塊7.計算機測控模塊8.工業平板電腦 9.數據採集卡10.數據採集卡11.測量短節 12.標準鑽壓表13.標準扭矩表14.液壓操作手柄 15.液壓保持器16.液壓調節閥17.電氣操作按鈕 18.液壓泵19.壓力傳感器20.壓力傳感器21.壓力傳感器22.連接器23.移動式夾緊裝置 24.測量短節接頭
具體實施方式
現結合說明書附圖I、附圖2、附圖3，附圖4對本實用新型作進一步描述。圖I表示刻度裝置的液壓與機械模塊(液壓控制模塊除外)示意圖，該模塊包括扭矩發生器I、支撐架2、固定式夾緊裝置3、鑽壓發生器4、底座5、測量短節11、標準鑽壓表12、標準扭矩表13、連接器22、移動式夾緊裝置23、測量短節接頭24。圖I中標準鑽壓表12、標準扭矩表13提供施加於測量短節11的鑽壓扭矩標準值，測量短節輸出鑽壓扭矩的測量值；標準鑽壓表和標準扭矩表可以有多種組合方式，以滿足不同的刻度需要，如單獨進行鑽壓或者扭矩刻度時，採用一對鑽壓或者扭矩標準表的連接方式。連接器22保證刻度短節可以懸浮於刻度裝置中，而不是依靠夾緊的摩擦力來施加扭矩作用，可以一定程度地消除由於固定式夾緊裝置3和移動式夾緊裝置23的不對中造成的誤差；連接器接頭22可以設計成多種形式，如四方接頭或六方接頭，保證扭矩的傳遞和方便連接。此外，為了消除固定式夾緊裝置3和移動式夾緊裝置23的對中誤差影響，採用了兩塊標準鑽壓表、兩塊標準扭矩表的對稱結構。兩套由連接器22、標準鑽壓表12、標準扭矩表13固定地連接在一起的套件，通過更換不同的測量短節接頭24以適應不同尺寸的測量短節。圖2表示刻度裝置的計算機測控模塊7的詳細組成。其中數據採集通過工業平板電腦8、數據採集卡9、數據採集卡10來完成，採集數據來自壓力傳感器19、壓力傳感器20、壓力傳感器21、標準扭矩表13、標準鑽壓表12和測量短節11。數據採集卡9用來採集三個壓力傳感器19、壓力傳感器20、壓力傳感器21測量的液壓模塊的總液壓、輸出扭矩液壓、輸出鑽壓液壓信號，由工業平板電腦8判斷刻度系統的工作進程是否合理，並給出相應的提示；數據採集卡10用來採集標準鑽壓表12、標準扭矩表13以及測量短節11的輸出信號，由工業平板電腦8進行後續刻度數據處理。因採集目的與精度要求不同，數據採集卡9和數據採集卡10具有不同的採集速率和採集精度。[0029]圖3表示刻度裝置的液壓控制模塊6正視圖，實際系統中將液壓控制模塊6和計算機測控模塊7集成在一個控制櫃中。液壓控制模塊6包括液壓操作手柄14、液壓保持器15、液壓調節閥16、電氣操作按鈕17。圖4表示圖3液壓控制模塊6的左視圖，除液壓泵18以外，還包括圖3中出現的液壓操作手柄14、液壓調節閥16。圖3和圖4中，蓄能式液壓保持器15能夠保持輸出液壓信號長時間穩定不變，數字式液壓調節閥16能夠精確地控制其輸出的液壓信號在全量程範圍內連接均勻變化。通過電氣操作按鈕17啟動液壓泵18工作、通過液壓操作手柄14、液壓保持器15、液壓調節閥16之間的操作配合實現不同鑽壓、不同扭矩的輸出。刻度裝置的刻度方案是刻度裝置工作過程中，圖I中的測量短節11、標準鑽壓表12和標準扭矩表13通過連接器22、測量短節接頭24連接成一個整體；由圖2的液壓控制 模塊6控制圖I的固定式夾緊裝置3、移動式夾緊裝置23將連接好的測量短節11、標準鑽壓表12和標準扭矩表13整體懸浮於刻度裝置中，由支撐架2進行支撐；然後通過圖3的液壓操作手柄14控制圖I的扭矩發生器I產生扭矩輸出、控制圖I的鑽壓發生器4產生鑽壓輸出，兩個輸出信號均作用於刻度短節11 ;圖2的計算機測控模塊7通過數據採集卡9對總液壓、扭矩液壓、鑽壓液壓信號的採集，按照刻度方法與刻度條件要求，判斷/指導刻度過程；通過數據採集卡10分別採集標準扭矩表13、標準鑽壓表12和測量短節11的輸出信號，通過對採集信號的處理獲得測量短節的動靜態測量特性；為了使刻度裝置能夠適應不同長度的測量短節，移動式夾緊裝置23、鑽壓發生器4都設計具有在底座上進行橫向移動、鎖緊的功能。刻度短節包括兩個測量短節接頭24、兩個標準鑽壓表12、兩個標準扭矩表13和測量短節11，以刻度短節11為中心，兩個測量短節接頭24、兩個標準鑽壓表12、兩個標準扭矩表13對稱安裝。總之，在圖3、圖4液壓控制模塊6的控制下，圖I中刻度裝置的扭矩發生器I、鑽壓發生器4能夠輸出滿足井下儀器刻度精度要求的鑽壓、扭矩值；圖2的計算機測控模塊7除了實現精確採集圖I標準鑽壓表12、標準扭矩表13的輸出信號、測量短節11的輸出信號以外，還需要完成刻度信號處理、鑽壓扭矩耦合關係的確定等任務，並通過人機互動完成啟動、停止、順序執行刻度過程等軟體功能。兩大部分協調控制完成一個完整刻度過程所需要的測量短節拆裝、加載、穩定、卸載、人機互動等功能。整個刻度裝置通過液壓與機械模塊、液壓控制模塊6輸出按一定規律變化的鑽壓、扭矩值作用於測量短節上，通過計算機測控模塊7採集、處理標準鑽壓表12、標準扭矩表13和測量短節11的輸出信號，獲得井下鑽壓扭矩測量短節11的輸入輸出特性；輔助採集液壓系統的總液壓、扭矩液壓、鑽壓液壓信號，進行刻度進程判斷，在刻度方法指導下完成全部的刻度過程。
權利要求1.石油鑽井鑽壓扭矩隨 鑽測量儀器的刻度裝置，該裝置包括扭矩發生器(I)、支撐架(2)、固定式夾緊裝置(3)、鑽壓發生器(4)、底座(5)、液壓控制模塊￠)、計算機測控模塊(7)、標準鑽壓表(12)、標準扭矩表(13)、連接器(22)、移動式夾緊裝置(23)、測量短節接頭(24)，其特徵是從底座(5)的一端開始依次安裝扭矩發生器(I)、固定式夾緊裝置(3)、移動式夾緊裝置(23)、鑽壓發生器(4)，底座(5)上安裝有導軌，鑽壓發生器(4)和移動式夾緊裝置(23)安裝在導軌上，在固定式夾緊裝置(3)和移動式夾緊裝置(23)之間通過連接器(22)固定刻度短節，刻度短節的設計為對稱結構。
2.根據權利要求I所述的石油鑽井鑽壓扭矩隨鑽測量儀器的刻度裝置，其特徵是固定式夾緊裝置(3)、移動式夾緊裝置(23)與連接器(22)配合使刻度短節懸浮於夾緊裝置中；連接器接頭(22)是四方接頭或六方接頭。
3.根據權利要求I所述的石油鑽井鑽壓扭矩隨鑽測量儀器的刻度裝置，其特徵是刻度短節採用兩個測量短節接頭(24)、兩個標準鑽壓表(12)、兩個標準扭矩表(13)和測量短節(11)的對稱結構，或者採用兩個測量短節接頭(24)、兩個標準鑽壓表(12)和測量短節(11)的對稱結構，或者採用兩個測量短節接頭(24)、兩個標準扭矩表(13)和測量短節(11)的對稱結構。
專利摘要石油鑽井鑽壓扭矩隨鑽測量儀器的刻度裝置刻度短節設計成一種對稱結構；採用連接器連接刻度短節與夾緊裝置，使刻度短節懸浮於液壓與機械模塊中；也就是從底座的一端開始依次安裝扭矩發生器、固定式夾緊裝置、移動式夾緊裝置、鑽壓發生器，底座上安裝有導軌，鑽壓發生器和移動式夾緊裝置安裝在導軌上，在固定式夾緊裝置和移動式夾緊裝置之間通過連接器固定刻度短節。優點為能夠實現鑽壓、扭矩的單獨刻度和聯合刻度；消除了刻度裝置機械模塊的對中誤差；消除了重力和夾緊裝置產生的彎曲力矩對刻度結果的影響。
文檔編號E21B47/06GK202391405SQ20112020766
公開日2012年8月22日 申請日期2011年6月20日 優先權日2011年6月20日
發明者華陳權, 崔海波, 張海花, 李作會, 楊錦舟, 耿豔峰 申請人:中國石化集團勝利石油管理局鑽井工藝研究院, 中國石油化工集團公司