鉆井過程中扭矩傳感器的應用研究

在鉆井過程中應用扭矩傳感器，通過對扭矩參數(shù)的解釋，能正確指導工程施工，提高錄井技術和資料解釋水平，有利于快速發(fā)現(xiàn)油氣顯示，能夠提高鉆井效率、確保安全鉆井。文章詳細介紹了扭矩參數(shù)曲線的影響因素，扭矩參數(shù)曲線的形成過程，對不同的鉆頭事故形成了一般的判別規(guī)律。

降低鉆井成本，保護和及時發(fā)現(xiàn)油氣層，提高勘探效益，是井筒技術共同面臨的課題。過去由于種種原因，往往憑經(jīng)驗進行鉆井過程控制，缺乏科學的依據(jù)，結果導致鉆井工程事故不斷發(fā)生，尤其在大斜度、大位移井和水平井的鉆井過程中，鉆井工程事故更是時有發(fā)生，其中以鉆頭事故最為常見，在一定程度上影響了資料的錄取、解釋及油氣層的保護。扭矩傳感器可以彌補鉆井工作的先天不足，通過扭矩參數(shù)能洞察突發(fā)的的各類鉆頭事故。為準確預報工程事故提供決策性依據(jù)。扭矩參數(shù)的解釋應用能正確指導工程施工，提高錄井技術和資料解釋水平，有利于快速發(fā)現(xiàn)油氣顯示。能夠提高鉆井效率、確保安全鉆井。

1 三種常見扭矩傳感器

在國內(nèi)，扭矩傳感器主要有鐵餅式、過橋輪式和電扭矩傳感器三種。

（1） 電扭矩傳感器 電扭矩傳感器是通過測試驅動電機的供電電流來獲得轉盤扭矩參數(shù)的，傳感器采用了夾鉗式結構，便于安裝使用，輸出是4-20mA的標準電流信號。安裝使用，將信號電纜的防護罩拆開，松開夾線器，將信號電纜通過夾線器穿入防護罩,使密封平面壓緊。最后將夾線器螺帽擰緊，使信號電纜固定在防護罩上。打開傳感器夾鉗，用泡沫塑料將被測導線纏上并調(diào)整纏繞的厚度，使夾鉗關上后被測導線能被固定在園孔中，不晃動。

（2）鐵餅式傳感器 頂絲式轉盤扭矩傳感器，使用了特殊結構的筒式電阻應變測量傳感器，通過測量鉆盤的扭力，由于轉盤的自重及摩擦力的作用，為了使扭動反作用力能使轉盤產(chǎn)生極微的角位移，應在三個頂絲與轉盤之間安裝上橡皮墊，并在轉盤底部涂上石墨油，以減少摩擦力，使傳感器受力減小外力影響，以提高測量系統(tǒng)的靈敏度。安裝與使用，機械安裝：先將轉盤吊起,在轉盤和大墚之間涂上石墨油，然后卸下頂絲換上本傳感器，并在三個頂絲與轉盤之間墊上橡皮墊，撐緊各頂絲和傳感器，使傳感器有一定的預應力。將傳感器鋼絲電纜和接頭用鉛絲懸掛在大墚或井架上。

（3）過橋輪式扭矩傳感器 鉆井過程中,通過張緊輪式轉盤扭矩傳感器來測定轉盤驅動鉆具扭矩大小的變化,可正確反映出井下鉆具的工作情況和井底地層的變化。如鉆頭的磨損、牙輪咬住或脫落，鉆柱遇卡或折斷，地層硬度改變等，均會引起轉盤驅動扭矩大小的變化。因此，用張緊輪式轉盤扭矩傳感器正確測定和顯示轉盤扭矩，有助于及時掌握井下工況，一旦出現(xiàn)事故苗子能及早采取相應措施，避免事故的發(fā)生，因此是一項重要的安全參數(shù)。鉆井過程中,柴油發(fā)動機通過一系列傳動裝置,經(jīng)傳動鏈條帶動絞車和轉盤,轉盤驅動鉆具,實現(xiàn)鉆進。傳動鏈條的張緊程度可相對應于轉盤的扭矩，當井下鉆具發(fā)生異常或地層巖性發(fā)生變化時，轉盤扭矩產(chǎn)生變化，從而影響到鏈條張緊力的變化。根據(jù)這一原理，在傳動鏈條的下方放入一張緊輪式轉盤扭矩傳感器，它將鏈條的張緊力轉換成油壓，再通過一壓力傳感器，把輸出的油壓信號轉換成電信號，電信號的強弱就反映轉盤驅動扭矩的變化，通過電纜將電信號傳遞到二次儀表或計算機接口，以顯示和采集轉盤驅動扭矩的信息。安裝使用，①封閉式鏈條箱的安裝封閉式鏈條箱由于潤滑、防塵的需要，其箱內(nèi)有大量的潤滑油，其傳感器高壓軟管與手動注油泵相連（使用快速接頭），向傳感器注油，張緊輪式轉盤扭矩傳感器會隨著液壓油的加注而逐漸抬起，當張緊輪輕微接觸鏈條時，需要擺正傳感器上下左右的位置，確認無誤后將長、短墊板焊接在鏈條箱的底座上，向上旋起限位螺栓，以接觸到懸架即可，然后鎖緊防松螺母。為了使用時壓力傳感器、注油泵與其相連，還必須在鏈罩上打一個Φ27的孔，高壓軟管接頭從中穿過，外面再用圓螺母鎖緊，合上鏈罩，加注鏈條潤滑油，拔下注油泵，接上壓力傳感器總成(帶三通快速接頭)，其安裝過程全部完成。②半封閉式鏈條箱的安裝，半封閉式鏈條箱的安裝方法與全封閉類似，只是無須在鏈罩上打孔，安裝完后接上壓力傳感器總成即可使用。

2 扭矩參數(shù)曲線的影響因素

扭矩是鉆井工程一項重要參數(shù)，受到地層、鉆頭、鉆具結構、鉆壓、轉速、泵沖、鉆井液性能以及地面機械因素的影響，在轉盤驅動的情況下，其絕對值確定有一定困難且不夠準確，但在鉆壓、轉速、巖性等因素相對穩(wěn)定情況下，扭矩相對值是很有意義的。扭矩參數(shù)是鉆具振動的一種間接測量參數(shù)，實現(xiàn)了地面對井下鉆具的轉動力的測量。以下就扭轉粘滑、鉆頭跳動和鉆具組合的正向偏轉進行闡述。