[發明專利]石油鉆井鉆壓扭矩隨鉆測量儀器的刻度裝置及方法

無效

• 申請號: 201110165389.1
• 申請日: 2011-06-20
• 公開（公告）號: CN102839961A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 楊錦舟;李作會;耿艷峰;張海花;華陳權;崔海波
• 申請（專利權）人: 中國石油化工集團公司;中國石化集團勝利石油管理局鉆井工藝研究院
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00;E21B47/06
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司 37107
• 代理人: 羅文遠

技術領域：

本發明涉及一種在石油鉆井工程中應用于井下鉆壓扭矩隨鉆測量儀器的地面刻度裝置及方法。

背景技術：

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鉆井技術的發展，各種卡鉆、埋鉆、掉牙輪等鉆井事故時有發生，對鉆井過程的安全性提出了更高的要求，如何合理有效地控制鉆井過程，保證鉆井過程的安全、高效是近年來石油鉆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、與幾何導向鉆井技術相關的井斜、方位、工具面角等井眼軌跡參數的測量與控制；而與鉆井安全、鉆井效率相關的鉆壓、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及方法。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杠桿原理，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鉆具鉆進過程中的破巖、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.刻度范圍有限，為了增加刻度范圍，常規的方法是增加力臂的長度與砝碼的重量，由于存在著力臂機械變形而影響刻度精度的問題，其刻度范圍受到一定的限制；③.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；④.由于砝碼腐蝕、不干凈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。

目前尚未檢索到鉆壓刻度裝置與刻度方法的專利信息，與鉆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及方法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。其基本特征與扭矩刻度裝置相同，也存在著刻度范圍有限、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。

由于在實際鉆井過程中，鉆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鉆壓扭矩同時產生作用的刻度條件，進而測試井下隨鉆測量短節的特性。上述單個刻度裝置均無法實現鉆壓扭矩的聯合刻度，也就無法得到鉆壓、扭矩之間的耦合關系與修正方法。

發明內容：

本發明的目的是為井下鉆壓扭矩隨鉆測量儀器提供一種地面刻度裝置及方法，精確地控制鉆壓與扭矩輸出按一定的動靜態刻度規律變化作用于被刻度的測量短節，在地面實驗條件下獲得井下鉆壓扭矩隨鉆測量短節的動靜態輸入輸出關系，獲得鉆壓扭矩測量參數之間的耦合系數，為測量短節的數據處理算法開發提供基礎數據。

本發明所述的儀器包括：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鉆壓與扭矩值，并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采集與數據處理、人機交互、刻度過程顯示、刻度結果輸出、打印等功能。刻度短節由兩個標準鉆壓表、兩個標準扭矩表、測量短節和連接器串接組成。

本發明所述的刻度方法包括：鉆壓與扭矩的單獨刻度方法、鉆壓與扭矩的聯合刻度方法。以鉆壓扭矩的聯合刻度方法為例，說明本刻度方法。

(1).連接標準鉆壓表、標準扭矩表與測量短節，組成刻度短節；

(2).利用刻度裝置的固定式夾緊裝置與移動式夾緊裝置將刻度短節夾緊于刻度裝置中；

(3).利用刻度裝置的計算機采集模塊采集并記錄刻度短節輸出信號、標準鉆壓表、標準扭矩表輸出信號，作為刻度裝置的零點信號；

(4).在計算機測控模塊的控制下，保持鉆壓輸出值不變，按照某一刻度步長輸出扭矩值，如：取刻度短節測量范圍的10％作為刻度步長，作用于刻度短節；

(5).采集記錄刻度短節輸出信號、標準鉆壓表、標準扭矩表輸出信號，作為刻度信號；

(6).判斷扭矩值是否達到刻度短節的測量上限，如果不是，轉向(4)循環操作；如果是，轉向下一步；

(7).判斷鉆壓值是否達到刻度短節的測量上限，如果不是，將扭矩值置為零，按照某一步長增加鉆壓輸出值，轉向(4)循環操作；如果是，一個完整的刻度過程結束。