[發明專利]一種用于隨鉆測量的電橋連接結構及扭矩測量方法

有效

• 申請號: 201810397765.1
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108798629B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 賈衡天;艾維平;高文凱;毛為民;王鵬;洪迪峰;盛利民;竇修榮;李明印;呂海川
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油集團工程技術研究院有限公司
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B47/01
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 李振文

1.一種基于電橋連接結構的隨鉆扭矩測量方法，用于隨鉆鉆井下扭矩測量系統，其特征在于，包括：

所述隨鉆鉆井下扭矩測量系統包括：

鉆鋌本體，其外壁上等間距共軸心設置多個扭矩傳感器安裝凹槽，相鄰扭矩傳感器安裝凹槽之間設置有通孔；

扭矩測量傳感器，為一安裝于所述扭矩傳感器安裝凹槽內部的彈性圓環結構，其上設置有共圓周等距排列的多個扭矩應變測量體；

所述鉆鋌本體為水眼偏心結構設計，鉆鋌本體水眼內部設置電池供電單元連接線、MWD接口協議電路連接線，所述鉆鋌本體的兩端接頭處設置密封圈結構；

所述鉆鋌本體側壁上設置電池艙體、壓力測量電路艙體，MWD接口協議電路艙體；

所述扭矩應變測量體包括：硅晶體薄膜，其兩端有使用離子注入工藝摻入三價元素硼而形成的P型半導體，其中部設置有寄生電容以及使用離子注入工藝摻入元素磷而形成的N型半導體；

以鉆鋌軸線方向為0度方向，分別標定各個扭矩測量傳感器中的扭矩應變測量體相對于鉆鋌軸線方向的角度；串聯各角度相同的扭矩應變測量體構成橋臂，連接各橋臂構成電橋連接電路；

利用電橋輸出端電壓的改變測量扭矩；

其中，將45度方向上的扭矩應變測量橋臂和315度方向上的扭矩應變測量橋臂之間的連線引出作為扭矩測量電橋信號輸入的一個端子UIN1；將135度方向上的扭矩應變測量橋臂和225度方向上的扭矩應變測量橋臂之間的連線引出作為扭矩測量電橋信號輸入的另外一個端子UIN2；在端子UIN1和端子UIN2之間加入恒定電壓信號或者固定頻率正弦波信號作為電橋的激勵輸入信號源；

其中，對扭矩測量系統的標定包括：

將不同的扭矩力加載到隨鉆井下扭矩測量裝置的鉆鋌本體上；

將不同扭矩力值及其對應的電壓值帶入下式并利用最小二乘擬合方法計算多項式系數a_Ti：

式中，X是隨鉆井下扭矩測量裝置的輸出電壓值，y是所加載的扭矩力的真實值；N為標定次數；

利用求解得到的多項式系數a_Ti將實際測量得到的隨鉆井下扭矩測量裝置的輸出電壓值轉換為對應的扭矩力。

2.根據權利要求1所述的一種基于電橋連接結構的隨鉆扭矩測量方法，其特征在于，每個扭矩測量傳感器上設置4個扭矩應變測量體，分別相對于鉆鋌軸0度方向，45度方向、135度方向、225度方向、315度方向；連接相距90度的扭矩應變測量體構成的橋臂；將橋臂連接點的電壓差作為扭矩電壓。

3.根據權利要求1所述的一種基于電橋連接結構的隨鉆扭矩測量方法，其特征在于，在電橋的輸入端加入恒定電壓信號或者固定頻率正弦波信號作為電橋的激勵輸入信號源。

4.根據權利要求1所述的一種基于電橋連接結構的隨鉆扭矩測量方法，其特征在于，所述鉆鋌本體外壁上等間距共軸心設置多個扭矩傳感器安裝凹槽，相鄰扭矩傳感器安裝凹槽之間設置有通孔；所述扭矩測量傳感器設置于所述扭矩傳感器安裝凹槽內。