[發明專利]一種轉矩檢測裝置和方法

在審

• 申請號: 201710069324.4
• 申請日: 2017-02-08
• 公開（公告）號: CN106595922A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 王智明;瞿逢重;陸慶超;張崢;張爽
• 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: G01L3/00
• 分類號: G01L3/00;E21B47/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司11262
• 代理人: 李紅爽,栗若木

技術領域

本發明涉及隨鉆測井技術，尤其涉及一種轉矩檢測裝置和方法。

背景技術

隨著石油鉆進技術的發展，越來越多的鉆井參數和地層評價參數需要從井底實時上傳至地面，這種實時上傳各種參數的工作方式稱為隨鉆測井，用于隨鉆測井的儀器稱為隨鉆測井儀器。隨著井下掛接的地層評價參數儀器越來越多，對隨鉆測井中的數據傳輸率的要求也不斷提高，需要傳輸速率更高，更為可靠的信號遙傳系統。目前，利用泥漿脈沖傳輸的方法是眾多井下信息傳輸方式中較為可靠，應用最為廣泛的傳輸方式。

新一代的高速率泥漿脈沖發生器脈沖發生機構由轉子和定子組成，轉子的運動形式有旋轉運動和往復運動兩種，兩種運動形式中，轉子都是剪切流體產生壓力脈沖，這樣的泥漿脈沖發生器稱為剪切閥式泥漿脈沖發生器。剪切閥式泥漿脈沖器因其載波頻率高，使用多種調制方式的可能性大，數據傳輸速率快等優點，正在逐漸被世界各大油田服務公司采用。

國際上，采用剪切閥式的連續波泥漿脈沖發生器可實現7000m井深裸傳15bps的數據傳輸速率，采用合適的數據壓縮技術，數據傳輸速率會倍數增長，可實現40bps或超過40bps的數據傳輸率。國內目前的情況是，即便利用數據壓縮技術，正作用脈沖發生器數據傳輸率能達到4bps。總的來講，目前國內尚無自主研發的高速率泥漿脈沖發生器用于商業用途。從泥漿脈沖發生器的原理、制造、井下調制、數據壓縮、濾波、降噪及解調等各個方面的技術，均存在較大的上升空間。

剪切閥式泥漿脈沖發生器的原理為電機帶動轉子剪切鉆柱內的流體，電機以特定的調制方式(調幅、調相、調頻)驅動轉子運動，鉆柱內的流體產生壓力脈動，壓力波經鉆桿內部上傳至地表，在地表檢測并采集泥漿脈沖壓力，經解調處理，獲取井下信號，進而轉化為各種工程參數。

在鉆進過程中，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也有波動，造成脈沖器對電機額定轉矩和瞬時轉矩需求較大。剪切閥式泥漿脈沖發生器的供電一般采用渦輪發電機。

對于剪切閥泥漿脈沖器設計而言，要想提高數據傳輸速率，需要提高轉子的剪切流體頻率，同時還要考慮在提高剪切頻率的同時，使轉子剪切流體時實際消耗的功率小，最大限度地控制井下儀器的功率，降低脈沖器功耗。除了從轉子的擺動軌跡，剪切方式等方面考慮外，要充分研究流體對轉子水力轉矩作用的情況。

泥漿脈沖壓力波，由轉子剪切鉆柱內流體產生，泥漿脈沖器脈沖發生機構主要由一對定子、轉子構成，驅動機構驅動轉子按著調制方式預設的軌跡進行運動。鉆進時，轉子在氣體、液體、固體多相流的作用下，受力較為復雜，對脈沖器設計而言，較為關心的是水力作用下轉子的受力情況，即水力對轉子的轉矩，及軸向壓力。

流體仿真結果表明，轉子所受水力轉矩基本沿同一方向分布，且水力轉矩對轉子的影響是使轉子具有關閉趨勢。如果這樣的趨勢是準確的，則可通過添加輔助裝置的方法平衡部分轉矩，降低電機額定和瞬時輸出轉矩。

基于上述問題，繼續研發一種轉矩檢測裝置，以驗證水力轉矩對轉子的關閉趨勢，準確測量在轉子運動軌跡上，每個角度上轉子所受的水力轉矩數值，比對仿真結果，結合調制方式設計運動軌跡，進而指導剪切閥泥漿脈沖發生器傳動系統以及結構設計，對泥漿脈沖器的工程實現有較大的意義。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種轉矩檢測裝置和方法，能夠準確測量每個轉子轉角上轉子所受的水力轉矩數值，驗證水力轉矩對轉子的作用。

為了達到本發明目的，本發明提供了一種轉矩檢測裝置，該水力矩檢測裝置包括：剪切閥泥漿脈沖器等效裝置以及依次相連的容置腔、轉矩傳感器和轉軸末端裝置。

剪切閥泥漿脈沖器等效裝置，用于模擬剪切閥泥漿脈沖器剪切流經的循環流體。

容置腔，用于放置剪切閥泥漿脈沖器等效裝置，并且作為循環流體的循環通道。

轉矩傳感器，用于測量剪切閥泥漿脈沖器等效裝置在不同的轉子轉角狀態下轉軸受到的轉矩，并將該轉矩的轉矩信號傳遞出去。

轉軸末端裝置，用于調節剪切閥泥漿脈沖器等效裝置的轉子轉角。

可選地，容置腔包括：第一部分和第二部分；第一部分的第一端與預設的主循環通道相連通，第一部分的第二端與第二部分相連通。

第一部分具有第一直徑，第二部分具有第二直徑；第一直徑大于第二直徑。

第二部分上包括頂端，該頂端遠離第一部分，并且頂端的端面上具有通孔；第二部分上靠近頂端的位置具有多個與第二部分連通的分支通道；其中，多個分支通道分別與主循環通道相連通。