钻压扭矩测量短节刻度装置的研制.pdf

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1、化工自动化及仪表第40卷钻压扭矩测量短节刻度装置的研制肖红兵蚰(中国石化集团a．随钻测控重点实验室．b．胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东东营257017)摘要研制了一套钻压扭矩测量短节刻度装置，专门用于对钻压／扭矩测量短节进行地面刻度和定期校准，可以根据需要任意选择刻度点，也可根据需要对钻压／扭矩进行单独或联合刻度。刻度过程可以选择手动刻度或全自动刻度。关键词刻度装置随钻测量短节钻压扭矩中图分类号TH82文献标识码A文章编号1000．3932(2013)08-0992-04在石油、天然气钻井工程技术中，通过随钻测量短节

2、实时测量近钻头处扭矩及钻压等钻井工程参数，并通过泥浆波等通信方式将它传送到地面，地面工程技术人员由此可以实时监测井下钻况、判断地质变化、及时发现险情，这对实现安全、高效的钻井工程具有极其重要的意义¨’2]。目前，随钻测量产品主要被国外哈里伯顿、斯伦贝谢及贝克休斯公司等少数钻井服务公司所垄断。近几年，为了打破国外的垄断，国内胜利油田钻井工艺研究院、中国石油大学及中海石油等单位进行了国产化钻压扭矩测量短节的研究旧’3o。随钻测量短节在下井测量之前，需要在地面上模拟井下条件对其进行刻度；随钻测量短节在井下工作一段时间之后，也需

3、定期对其进行校准以确保其测量精度。国内还没有钻压／扭矩随钻测量短节相应的刻度装置，而国外哈里伯顿及斯伦贝谢等钻井服务公司的刻度装置不对外销售。所以，研制一套具有自主知识产权的钻压／扭矩测量短节刻度装置，对于提高国产扭矩测量短节的测量精度、加快现场应用具有重要意义。1刻度装置总体设计．刻度装置专门用于对钻压／扭矩测量短节在地面上模拟井下条件进行刻度和定期校准，主要由液压与机械系统、测试段和计算机测控系统3部分组成，如图1所示。刻度装置的性能技术指标如下：a．控制精度。钻压输出范围0—400kN(连续输出)，钻压控制精度±1

4、％F．S；扭矩输出范围0—30kN·m(连续输出)，扭矩控制精度±1％F．S。b．标准表测量精度。钻压测量精度±0．05％F．S；扭矩测量精度±0．1％F．S。c．输出结果的稳定性。刻度装置保持某一刻度点的钻压／扭矩输出值稳定，输出漂移每小时小于1％满量程。图1钻压扭矩测量短节刻度装置2液压与机械系统液压与机械系统是刻度装置的动力源与执行机构，通过计算机测控系统对机械与液压系统进行控制，为刻度装置提供钻压、扭矩输出的动力。刻度装置机械系统由固定钳(扭矩输出)、移动钳、钻压缸(钻压输出)、移动小车及底座等部分组成，如图2所

5、示。固定钳、移动钳用于不同长度、不同口径的测试段的夹持，同时通过测控系统控制固定钳液缸的液压，可以使固定钳旋转，从而对测量段和测量短节输出刻度所需的扭矩；通过测控系统控制钻压缸的液压，可以对测量段和测量短节输出刻度所需的钻压；移动小车用于拆装收稿日期：2013-01-31(修改稿)基金项目：国家科技重大专项(201lZX0511-003)；国家自然科学基金资助项目(61071041)第8期肖红兵．钻压扭矩测量短节刻度装置的研制和刻度过程中对测量段进行支撑。固定}”图2液压与机械系统3测量段测量段由测量短节、接头和标准表组

6、成，如图3所示，刻度时测试段用固定钳和移动钳夹持在中间。为便于测量短节的刻度和拆装，对测试接头进行了特殊的设计，设计的测试接头既要保证在刻度过程中的对中精度，又要保证施加钻压、扭矩时对测试接头不造成机械损伤。为了减小由于测试段不对中及弯曲等引起的测量误差，采用对称安装的方法在测量短节的两侧安装两个标准钻压表和两个标准扭矩表，然后取平均值作为刻度所需的标准钻压和标准扭矩。扭矩标准表——钻压标准表——测龋短节二＼＼。缓转换接头过渡接头夹紧接头图3测量段构成钻压缸和移动钳均可根据测量短节的不同长度在底座上前、后移动，以适应测量

7、短节的长度变化，刻度装置允许的测量短节长度变化范围是0．8—2．5m。快速旋扣装置、移动小车用来辅助测量短节的拆装和连接。4测控系统测控系统是整个实验装置的神经中枢，用于控制整个刻度进程：根据刻度要求，控制各电磁阀，控制钻压／扭矩到刻度点，实时采集工作过程中的钻压、扭矩、钻压液缸液压、扭矩液缸液压、总液压及测量短节输出等信息，并输出刻度报告。测控系统设计主要包括硬件和软件设计。4．1测控系统硬件根据刻度装置的系统要求，测控系统硬件配置如图4所示。图4测控系统硬件配置4．1．1电磁阀的控制在测试段安装、刻度过程中，需根据测

8、试段长度控制移动钳的位置和小车的位置，控制移动钳／固定钳的松紧，控制钻压作用方向(拉／压)、扭矩作用方向(上扣／卸扣)及快旋的方向等，这些动作采用7个电磁阀来控制。每个电磁阀需要控制3个状态：停止、正方向动作和反方向动作。电磁阀选用HAWE公司的PSIAl／210．3型比例多路化工自动化及仪表第40卷阀，由于驱动电流