井下工程参数随钻测量短节的优化设计

崔玖菊

摘 要：井下工程参数随钻测量短节是石油开发行业中井下随钻测量仪器串的重要组成部分。本文介绍了由胜利石油工程有限公司研制的井下工程参数随钻测量仪的设计方案，描述了该短节在测控电路、机械结构及加工工艺等方面的优化设计方法。经实验证明，该短节在测量精度、线性度、可靠性等方面均取得优化进步。

关键词：随钻测量；井下工程参数；钻压；扭矩

在石油开发领域，随着勘探开发油藏深度的增加，地层环境复杂程度及井下工况的恶劣情况日渐突出[1]。国内各大油气生产区块，每年都会发生卡钻、牙轮掉落、钻具断裂等事故，导致随钻测量仪器串落井，如若打捞无果，会造成重大经济损失。为降低深井、定向井、水平井、高温高压井等复杂井型在钻井过程中的事故发生率，及时准确的获知钻进过程中随钻测量仪器串的钻压、扭矩等工程参数就具有重大的现实指导意义。

1 井下工程参数随钻测量短节

由胜利石油工程有限公司自主研制的井下工程参数随钻测量仪[2]，采用的是“补偿式”钻压、扭矩测量方法，通过对不同位置、不同角度应变片的组合排列，消除弯矩作用对钻压扭矩测量结果的影响[3]，使测量数据更加准确。通过对测量短节的受力分析，建立测量短节的力学模型，确定了传感器的安装位置及方式，设计了测量短节的整体机械结构。该工程参数随钻测量仪，初期通过大量的室内试验及现场应用，尚存在线性度易受环境影响，测量准确度有待提高等问题。

2 井下工程参数随钻测量短节优化设计方案

2.1 测控电路优化设计

随钻钻压、扭矩测控电路主要由钻压、扭矩信号调制电路、测量控制电路组成。针对初期该测量短节存在的问题，对钻压、扭矩测控电路重新进行设计，提高了放大倍数，对信号濾波处理功能进行了新的优化。信号调制电路接收应变片产生的电压信号，对其进行信号放大、滤波处理，处理后的信号送到测量控制电路，经过模数转换，由CPU对采集的信号进行采样运算，将运算结果编码存储到内部存储器中，经由MWD仪器传递到地面系统解码呈现测量数据。

2.2 测量短节机械结构及加工方式优化设计

对井下工程参数测量短节的机械结构和加工方式进行了优化设计，既保证了测量精度，又提高了系统可靠性。对应变片采用密封焊、橡胶硫化等技术密封应变片，在不影响测量短节的测量机能前提下，实现了传感器部分的多重密封，解决了现有专利技术中存在的由于密封不严、泥浆渗漏导致仪器失效的技术难题；利用内部保护套管减弱了钻铤内部泥浆对测量短节测量敏感区的冲刷与磨损，保证了测量短节的长期稳定性；在保证钻井安全的前提下，尽可能增大测量短节对钻压、扭矩的机械放大倍数，减小其对放大电路的要求，提高测量参数的准确性和灵敏度，增加测量短节在相同输入参数条件下的应变量。

3 井下工程参数随钻测量短节空气刻度实验

使用胜利石油工程公司钻井工艺研究院自主研制的国内首台钻压、扭矩刻度标定装置[4]，对优化改进后的测量短节进行随钻钻压、扭矩刻度标定，对钻压、扭矩进行了多次的单独刻度和联合刻度实验。空气刻度实验数据如图1所示，该短节输出钻压、扭矩数据正确、测量精度高、仪器稳定可靠，各方面均取得了较大的优化进步。

4 结语

对该井下工程参数随钻测量短节的电路进行了优化设计、改进了短节的机械结构及加工工艺，在实验室内进行空气刻度，实验效果良好，具有较高的准确度和可靠性，在石油钻探行业具有较大的市场推广价值。

参考文献：

[1]马天寿，陈平，黄万志，胡泽.钻井井下工程参数随钻测量仪研究进展[J].断块油气田，2011，3（18）：389-392.

[2]李晓斌.井下工程参数随钻测量短接设计与实现[D].东营：中国石油大学硕士论文，2010.

[3]王银生，杨锦舟，韩来聚，张海花，施斌全.井下工程参数随钻测量仪的研制[J].石油仪器，2009，1（23）：35-36.

[4]肖红兵.钻压扭矩测量短节刻度装置的研制[J].化工自动化及仪表，2013，8（40）：992-995.