[發明專利]剪切閥泥漿脈沖發生器的標定方法

在審

• 申請號: 201610214422.8
• 申請日: 2016-04-07
• 公開（公告）號: CN105785268A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 王智明;張崢;陸慶超;張爽;劉占龍
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海油田服務股份有限公司
• 主分類號: G01R31/34
• 分類號: G01R31/34;G01L3/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 曲鵬;龍洪

技術領域

本發明涉及石油開采設備技術，尤指一種剪切閥泥漿脈沖發生器的標定 方法。

背景技術

泥漿脈沖發生器遙傳系統是隨鉆測量(MeasureWhileDrilling:MWD) 和隨鉆測井(LoggingWhileDrilling:LWD)設備中的重要組成部分，是井下 信息實時地傳輸到地面的重要手段。隨著地層評價技術的不斷發展，井下數 據量在逐漸增大，需要更高傳輸速率的脈沖發生器。近年來，MWD系統的 傳輸速率逐漸成為制約井下數據上傳的瓶頸。

鉆井系統示意圖見附圖1，包括泥漿池1，泥漿泵2，數據采集處理系統 3，井架4，大鉤5，鉆桿6，轉盤7，環空流道8，濾網9，下行泥漿10，上 下脈沖信號11，無磁短節12，脈沖發生機構13，鉆頭14，渦輪發電機15， 環空上行泥漿16，回流泥漿管道17。剪切閥泥漿脈沖發生器在脈沖發生機構 13的位置上。剪切閥泥漿脈沖發生器既可實現正作用原理脈沖發生器功能， 也可實現連續波原理脈沖發生器的功能。

一般來講，高速率的泥漿脈沖發生器脈沖發生機構由定子和轉子組成， 轉子的運動形式有旋轉運動和往復運動。通常把轉子往復運動的脈沖發生器 稱為剪切閥式泥漿脈沖發生器，剪切閥式泥漿脈沖發生器因其傳輸速率快， 精度高正在逐漸被油田服務公司采用。定子和轉子，即脈沖發生機構在鉆井 系統脈沖發生機構13的位置。

目前新一代的高速率泥漿脈沖遙傳系統(結合附圖2)原理為：在鉆進 過程中，井下測量傳感器測得工程參數及地層參數，這些測得的模擬信號， 通過數據編碼器，轉換為數字信號。數字信號經過控制電路調制，調制后控 制信號將傳遞給驅動電路，驅動電路從供電短節(渦輪發電機或電池組，一 般為渦輪發電機，即渦發本體)取電驅動控制電機(電動機)運動，渦輪發 電機供電時要經過通訊電路，通訊電路可根據實際需要實現脈沖發生器的其 他功能，電機按著控制電路給定的控制信號進行運動，帶動泥漿脈沖發生器 (脈沖發生器)轉子旋轉或擺動，脈沖發生器的定子、轉子剪切流體，產生 脈沖信號，這些脈沖壓力信號，經過鉆桿傳輸到地面立管上，數據采集處理 系統對地面立管上壓力傳感器進行壓力信號采集，通過解調系統對井下的壓 力信號進行解析，傳輸上來的數據轉換為井下工程參數和地層參數。其脈沖 遙傳系統原理圖見圖2，轉子31、定子32。

電機帶動轉子往復運動剪切流體，產生泥漿脈沖信號。井下泥漿脈沖發 生器工作時，其功率與泥漿排量，泥漿粘度，井深等工況，以及泥漿脈沖發 生器定轉子間隙，脈沖發生器定轉子與定轉子護套的環隙有關系。泥漿脈沖 發生器定轉子位置關系如附圖3所示，在定轉子外，有一個與環狀護套，護 套與轉子之間的間隙X形成的環隙。

由于在鉆進過程中，地層的地質條件隨鉆進深度不同而變化，鉆柱內的 泥漿壓力會產生波動，轉子剪切流體時所受的水力轉矩有波動，造成泥漿脈 沖發生器對電機轉矩和瞬時功率需求較大。

在考慮驅動轉子的電機工作功率時，要考慮泥漿脈沖發生器轉子所受的 水力轉矩，這是至關重要的，因為泥漿脈沖發生器在大排量，高流速的鉆柱 內工作。

井下的泥漿脈沖幅值大些，波形穩定性好些，有利于解調，但就地面解 碼系統來講，更好地濾除泵噪，提高信噪比，是解調努力的方向。設計者希 望，在得到合理的，即能夠解調脈沖幅值的前提下，使轉子擺動實際消耗的 功率小，最大限度地控制井下儀器的功率，降低脈沖發生器功耗。

泥漿脈沖發生器在井下屬于大功率的儀器，需要考慮井下的供電方式， 一般需要從整個系統的角度來考慮井下所有隨鉆和定向儀器的功率。

LWD和旋轉導向儀器工作時，井下供電有兩種方式，一是使用電池， 二是使用渦輪發電機。考慮到功率消耗，剪切閥脈沖發生器的供電采用渦輪 發電機，所謂渦輪發電機，就是把流體能量轉化為機械能，進而轉化為電能， 受井下溫度、儀器空間和結構限制，目前能夠成熟的渦輪發電機一般在300W 左右。

一般希望，泥漿脈沖發生器消耗的功率越小越好，但是實際工作中，泥 漿脈沖發生器的功率究竟有多大，試驗時需要實時監測，真井作業時要進行 存儲，以便回放。

通過仿真研究和試驗可知，泥漿脈沖發生器在工作狀態下，水力轉矩對 轉子是有影響的，轉子所受基本沿同一方向分布，因此可通過添加扭簧扭轉 機構的方法抵消部分轉矩，降低電機功率和轉矩的輸出。