旋转导向钻井数据采集技术代表了当前钻井技术的最新发展。旋转导向钻井技术是以不断旋转的钻柱带动
钻头钻进,钻头沿预定的轨道前进,实现井眼轨迹的实时导向控制。旋转导向钻井技术能够成功实现旋
转导向的技术之一就是要实时测量出近钻头处的钻井参数[ 1 ] 。
国外已有性能良好的随钻测量工具,可以适应环境压力达140MPa,温度150 ℃,可以测量钻压、扭矩、环空压力、温度、转速、加速度、弯曲应力等多种参数。其使用了4个应变电桥来测量钻压、扭矩、和两个正交方向上的弯曲应力,应用压力传感器测量环空压力,应用加速度计测量加速度,应用热电偶测量温度等,并有一个实时记时器以标记数据的时间顺序,使用特殊的导线技术来保证有效的信噪比[ 2 ] 。采集的数据将进行温度影响的校正及进行偏移补偿,校正系数需要经过大量的测试和数据处理才能获得[ 3 ] 。
本文设计的新型工程参数测量仪在近钻头的测试中,能够同时测量钻压、扭矩、井下环空压力和钻头侧向力,将采用新型传感元件以适应和满足旋转导向钻井技术及常规钻井技术的要求。这将为石油勘探与石油开发钻井提供一种具备近钻头测试功能的新型工具。该工具为现场技术人员提供实时掌握井下环空压力、钻压、扭矩和钻头侧向力的手段,了解和分析井下钻具和环空状况,并为完成三维井眼轨迹的实时控制提供井下钻具工作状况和环空状况,配合旋转导向技术可以大大提高井眼轨迹控制的精度和水平。该新型钻井工程参数测量仪的结构设计适用钻头尺寸为8 1 /2 ″,设定环境压力为100MPa,温度为125℃。
1 应变测试法测试钻井数据采集工程参数
图1为应变测试法工程参数测量仪的总体结构。应变式测量方法主要由测试主轴、中间扶正接头、电子线路芯、保护外壳、七芯接头等部件组成。在测试主轴的五个截面上均粘贴有应变片,一个截面上的应变片测量钻压,另一个截面上应变片测量扭矩,其余三个截面上的应变片用来测量钻头侧向力和工程参数测量仪前面扶正器的侧向力。此外,还有一个压力传感器安装在测试主轴上,以测量井下环空压力。测量钻压、扭矩的应变片各自组成一个电桥,测量钻头侧向力和扶正器侧向力的应变片各自组成六个电桥。各电桥与信号调理电路的连接线路经过线密封套进入电子线路芯,经七芯接头与旋转导向钻井工具主体连接。
1. 1 应变测试法测试钻压数据采集
钻压测量,实际上就是对作用于钻头上方的集中力进行测量。采用应变测试法对集中力(拉力或压力)进行测量是较常用的可靠方法[ 4 ] ,其传感器弹性元件常为杆柱式(实心或空心) 、悬臂梁式、环式等。对于钻压测量的使用条件,因为要测量几十吨的大动载荷,又要容许泥浆通过,传感器弹性元件只适宜为空心杆柱式。在同样的应力应变条件下,空心杆柱式弹性元件的外形尺寸较大,比实心杆柱式弹性元件有更好的抗非测量载荷的性能。钻井时,井下工况复杂,保证钻井的安全进行是最重要的,因此弹性元件只能有100微应变左右,电桥输出信号太小给测试带来一定的困难。全桥应变法测钻压时,两个纵向应变片和两个横向应变片采用全桥接法。
1. 2 井下环空压力的测量数据采集
井下环空压力正在成为所有钻井工艺过程的标准测量参数。井下环空压力的测量能准确地控制钻井过程,减少和消除井下复杂情况及事故,缩短钻井时间,提高钻井速度[ 5 ] 。
井下环空压力的测量包括两个部分:
(1) 由位于传感器上方的井眼环空内的钻井液所产生的静液压力;
(2) 与钻柱运动、钻井液环空循环、井眼结构尺寸变化和固液相进出环空有关的动压部分。
测量分析时,还要注意钻井液的流变性、环空的流态、井下温度对压力测量的影响。由于环空压力测量已有各种不同的应用,根据井下使用条件和测量要求,选用CYB系列溅射薄膜压力传感器。
1. 3 应变测试法测量扭矩数据采集
采用全桥四应变片测量扭矩[ 6 ] 。
1. 4 钻头侧向力测量
钻头和扶正器的侧向力,相对于钻柱来说,是钻柱的径向弯曲力。为了测量钻头和扶正器的侧向力,直接在钻柱上粘贴几组应变片进行测量。考虑到钻头和扶正器侧向力的大小、方向均未知,因此要到钻头和扶正器侧向力的大小、方向均未知,因此要在弹性元件的四周粘贴应变片,以便在两个互相垂直的方向求出其分力,然后求解钻头和扶正器侧向力的大小和方向来。
相关信息：
力控监控组态软件数据采集Forcecontrol6.1主要特点