SSN型转盘液压扭矩仪工作特点及应用分析.pdf

石 油 钻 井 工 程 第s 喜1 期1 9 9 6 年 9 S S N 型 转 盘 液 压 扭 矩 仪 工 作 特 点 及 应 用 分 析 ． ， 4 ， ’ f 坐皇 韭 呷 摘 要s s N型压液转盘扭矩扭， 是判断井下钻具工况的仪器。 文中 介绍了S S N 型 液 压 转 盘 扛 矩 仪 的 蛄 构 特 点 、 工 作 原 理 及 工 作 特 点 ． 对 国 内 外 几 种 扭 矩 位 的 优 缺 点 进 行 对 比 ．由 选 扭 矩 仪 的 设 计 控 过 敷 次 改 进 后 ，链 轮 和 液 压 特 感 器 的 寿 幸 太 大 增 强 ，使 J I j维 护 单 、方 便 、结 构 可 靠 、丘 映 曼 敏 ，更 加 适 用 于 现 场 ，受 到 了 工 程 技 术 兰 系 统坐 艘丁 主 题 词蛆 系 统望 要墨 曼 手 罐 、／／ 9 L 1概 述 ／ 在 钻 井 过 程 中 ， 转 盘 扭 矩 的 变 化 是 井 下 钻 柱 、钻 头 受 力 状 态 的 综 台 反 映 ． 也 是 判 断 井 下 工 况 的 重 要 最 据 之 一 。 雨 转 盘 扭 矩 仪 就 是 用 于 测 量 这 种 扭 矩 变 化 大 小 的 一 种 仪 器 随 着 石 油 工 业 勘 探 开 发 二 怍 的 不 断 潍 入 t钻 井 也 朝 着 探 井 、 超 深 井 、定 向 井 及 水 平 井 方 向 发 展 ． 在 这 些 井 的 钻 井 过 程 中 耐 井 下 钻 柱 受 力 状 态 及 钻 头 工 况 的 准 确 断 就 显 得 尤 为 重 要 ．我 们 可 以 通 过 分 析 转 盘 扭 矩 的 变 化 来 达 到 以 下 三 个 目 的 ① 判 断 钻 头 的 路 损 情 况 t 便 确 定 合 理 的 起 下 钻 时 间 ，防 止 牙 轮 卡 死 或 掉 牙 轮 之 类 事 故 的 发 生 了 解 地 层 岩 性 变 化 { 强 测 可 能 发 生 的 卡 钻 事 故 ， 采 取 相 应 的 技 术 对 策 ．西 此 ， 用 转 盘 扭 矩 仅 及 时 测 取 记 录 转 盘 扭 矩 值 的 变 化 ． 对 于 安 全 高 效 钻 井 具 有 重 要 意 义 ． 虽 然 油 田 上 曾 经 使 用 过 多 种 扭 矩 仪 和 多 参 数 仪 ． 但 是 ． 大 多 由 于 其 使 用 寿 命 短 、 安 装 不 方 便 、 维 护 繁 杂 等 难 以 解 决 的 实 际 同 题 t 而 使 其 作 用 不 能 得 到 有 效 发 挥 ． 固 此 ，开 发 结 构 结 实 可 靠 、 安 装 方 便 、 维 护 简 单 的 新 型 转 盘 扭 矩 仪 就 显 得 格 外 迫 切 。 自 1 9 9 d年 开 始 我 们 配 合 石 油 大 学 李 相 方 教 授 进 行 了 s s N 型 转 盘 藏 压 扭 矩 仪 的 开 发 和 应 用 研 究 工 作 ． 经 反 复 改 进 设 计 后 ．在 克 拉 玛 依 油 田 的 7 - I d 5、 F 3 2 0及 大 庆】 3 c等 钻 机 上 推 广 应 用 取 得 了 明 显 的 经 济 效 益 ． 2 S S N 型 转 盘 液 压 扭 矩 仪 的 结 构 特 点 及 工 作 原 理 目前 我 们 开 发 的 转 盘 扭 矩 仪 有 S S N一 1型 和 S S N 一 2型 两 种 。其 中 S S N 一 1型 适 用 于 z J d 5和 大 庆】3 0钻 机 ， S S , N 一 2 型 适 用 于 F 3 2 0 钻 机 。 其 主 要 原 理 是 通 过 剩 取 转 盘 链 条 张 紧 力 的 变 化 来 反 映 其 扭 矩 的 变 化 情 况 ． S S N 一】型 转 盘 扭 矩 仪 的 结 构 如 维普资讯 ； 书_★． s s 型蚺 土最 压扣妊 辟 - 工作特 及正 用舟 艟 -4 j 一 示 ．S ,b N 一 2 型 转 盘 扭 矩 仪 的 结 梅 娄 似 于 一1型 ， 妊 禹 2所 示 ， 所 耳 目 的 是 其 传 感 器 果 的 是 肢 膜 加 活 塞 式 的 传 压 方 式 ． 其 结 梅 为 整 体 式 ， 健 于 安 装 在 黯 盘 链 条 箱 里 ． - 1 一乱备2 -曩t s 一记摹氲 4 一a d l , S 5 ．●●童0 支鼍7 -m． C l lt B 一律 啦杆9 一．屯赢1 ．0 一静羞f囊 ‘ 霞1 S ,S N 一 1翌 转 盘 液 压 扛 矩 直 l 一 麟糖 艟曩 3 ． 支簟 ． _ 箨●■ 岳 - t座 o l 措墨许 7 ． 鲁m． f毫 蹿 2 s s N 一， 型 转 立 扭 矩 韫 维普资讯 6 石油钻井 工程 年3 喜第l 期1 9 ．q 6 丰。耳 该 扭 矩 仪 安 装 在 转 盘 链 条 下 面 ， 链 轮 将 链 条 顶 高 ．在 钻 井 过 程 中 ． 转 盘 的 扭 矩 通 过 链 条 的 张 紧 程 度 作 用 到 链 轮 上 ， 链 轮 将 链 条 给 予 的 压 力 通 过 杠 杆 系 统 叉 作 用 到 压 力 传 感 器 上 t 并 通 过 仪 寝 厦 记 录 仪 显 示 并 记 录 下 来 ． 目 前 ． 我 们 所 读 到 的 读 数 能 准 确 地 匣 映 转 盘 扭 矩 的 相 对 变 化 情 况 ． 3 工 作 特 点 在 进 行 研 制 N 型 转 盘 液 压 扭 矩 仪 的 过 程 中 ． 我 们 曾 对 美 国 Ma t i n D e c k e r - 公 司 发 明 的 过 桥 轮 式 转 盘 扭 矩 仪 进 行 过 谓 研 调 研 发 现 过 桥 轮 式 转 盘 扭 矩 仅 的 传 压 轮 采 用 的 是 圆 形 盘 属 轮 或 橡 腔 轮 工 作 寿 命 很 短 ． 另 外 其 压 力 传 感 系 统 采 用 的 是 活 塞 蘸 缸 式 压 力 传 感 器 ，密 封 系 境 存 在 着 较 大 问 题 ． 液 压 j 虫漏 失 严 重 ， 结 构 上 也 不 适 于 我 国 钻 机 的 安 装 ，由 于 这 两 点 ， 无 法 满 足 钻 井 现 场 的 需 要 ．我 们研 制 的 S S N 型 转 盘 扭 矩 倥 的 过 桥 轮 采 用 丁 与 转 盘 链 条 完 全 啮 合 的 链 轮 ，由 于 链 轮 主 要 传 递 压 力 而 几 乎 不 传 递 扭 矩 ． 田 此 这 种 链 轮 的 磨 损 几 乎 l不 会 影 响 到 扭 矩 仪 的 寿 命 ．同 时 ， S S N 型 转 盘 扭 矩 仪 的 传 摩 器 采 用 丁 井 场 上 使 用 多 年 的 死 绳 固 定 器 一 I -的 茂 囊 膜 片 来 传 压 ． 其 胶 膜 具 有 耐 压 性 船 好 、 传 压 灵 敏 ， 不 易 扭 坏 等 优 点 如 图 3． 所 以 ， S S N 型 转 盘 扭 矩 仪 既 保 证 了 其 寿 命 高 的 特 点 t 叉 能 准 确 灵 敏 地 反 映 扭 矩 的 变 化 ． S S N 一 2型 是 在 S S N 一1型 的 基 础 上 把 传 感 器 改 成 了 胶 膜 和 活 塞 相 结 合 的 传 压 方 式 ， 既 解 决 丁 传 感 器 稳 定 性 ． 又 使 其 结 构 尺 寸 得 以 太 大 缩 小 ， 如 图 4所 示 ， 圉 3 S S N l型 传 虑 器 圈 4 s s N 一一2 型 传 怠 器 维普资讯 州书 盎 t S S N型转 土液 压扭 矩越 工作 | ． 点 噩且 焉 4 7 S S N 型 转 盘 扭 矩 仪 最 突 出 的 特 点 是 具 有 较 高 的 寿 命 和 可 靠 的 工 作 性 能 ， 完 全 适 用 于 野 外 钻 井 的 恶 劣 工 况 } 它 能 够 独 立 地 安 装 在 钻 机 上 ， 并 且 胎 保 证 z 了 4 5、F 3 2 0钻 机 转 盘 链 条 密 封 葙 里 的 油 润 滑 ， 安 装 、使 用 维 护 筒 单 、 方 便 ．与 指 重 表 及 泵 压 表 一 样 ， 成 为 司 钻 工 作 的 眼 睛 ”．同 时 ， 它 还 通 过 接 上 藏 一 电压 力 传 感 器 ， 方 便 地 将 藏 压 信 号 转 变 为 电信 号 ， 然 后 进 入 综 合 录 井 仪 或 其 它 多 参 数 仪 ． 4 主 要 技 术 参 数 1 转 盘 最 大 扭 矩 测 量 值 1 2 0 k N m 2传 礤 器 工 作 压 力 范 围 0～ 4 MP a 3分 辨 率 0．0 0 0 5胁 0．5 k P a 4非 线 性 误 差 士 0．】 5工 作 温 度 t 一 4 5℃ ～ 7 0℃ 5 S S N 型 转 盘 液 压 扭 矩 仪 的使 用 s s N 型 转 盘 藏 压 扭 矩 仪 是 以 压 力 值 表 示 扭 矩 值 ． 在 钻 井 过 程 中 ，主 要 是 通 过 测 量 转 盘 扭 矩 的 相 对 变 化 来 确 定 钻 头 及 钻 柱 的 工 作 状 况 。 当 一 十 新 钻 头 刚 下 人 井 时 t 扭 矩 仪 上 兢 显 示 出 ～ 十 较 低 的 扭 矩 值 ， 我 们 将 此 扭 矩 值 作 为 一 十 参 考 值 ． 随 着 钻 井 的 继 续 钻 头 在 不 断 磨 损 ，当 钻 头 的 轴 承 损 坏 时 ， 转 盘 扭 矩 必 然 增 大 ．如 果 牙 轮 晃 动 或 卡 死 时 t 转 盘 扭 矩 值 也 会 有 明 显 的 改 变 ．通 过 观 察 钻 头 的 扭 矩 变 化 ． 可 以 了 解 钻 头 的 磨 损 程 度 ． 以 决 定 何 时 起 钻 换 钻 头 ． 这 比 司 钻 凭 经 验 要 可 靠 得 多 ， 尤 其 是 对 缺 乏 经 验 的 司 钻 ． 在 打 定 向 井 及 水 平 井 过 程 中 ，除 了 能 判 断 钻 头 工 作 状 况 外 ，还 可 以 及 时 了 解 钻 柱 的 工 作 状 况 ． 依 据 转 盘 扭 矩 t 在 其 扭 矩 值 增 大 的 情 况 下 ， 不 要 继 续 加 钻 压 ，以 防 扭 矩 过 大 l在 其 值 减 小 的 情 况 下 t可 适 当 加 大 钻 压 ． 这 样 既 不 会 扭 断 钻 杆 ， 又 可 以 加 快 钻 进 速 度 ． 当 钻 遇 的 地 层 发 生 变 化 时 ， 转 盘 扭 矩 的 摆 动 范 围 也 台 发 生 变 化 ． 卡 钻 时 ． 扭 矩 值 将 会 突 然 增 大 ， 因 此 通 过 观 察 扭 矩 值 的 变 化 ， 将 有 利 于 预 防 卡 钻 事 故 的 发 生 ． N 型 扭 矩 仪 在 克 拉 玛 依 油 田 的 十 几 台 7 ． 3 4 5、 F a 2 0和 大 庆 1 3 0等 不 同 类 型 的 钻 机 上 进 行 了 现 场 应 用 ． 结 皋 表 明 ， N 型 扭 矩 仪 使 用 情 况 良 好 ， 能 及 时 、准 确 、 安 全 、 可 靠 地 反 映 井 下 扭 矩 变 化 情 况 ． 如 4 5l 8 2 井 孰 承 钻 的 s H 1 0 2 5井 ， 在 发 生 井 喷 事 故 之 后 的 复 杂 事 故 处 理 中 t由 于 该 扭 矩 仪 反 映 灵 敏 ， 为 井 下 钻 具 的 打 捞 及 时 提 供 了 准 确 的 扭 矩 数 据 t 为 尽 早 处 理 完 事 故 提 供 了 保 证 ． 4 5 l 8 0井 队 承 钻 的 5 0 2 0 0 井 上 ， 用 此 扭 矩 仪 成 功 的 避 免 了 ～ 次 掉 牙 轮 事 故 ， 并 且 根 据 扭 矩 仪 所 显 示 的 扭 矩 变 化 成 功 地 打 捞 出 了 井 下 落 橱 ． 4 51 8 9 井 队 在 石 酉 油 田 跚l 0 2 6 井 2 5 01 ．3 I T i处 ． 扭 矩 值 突 然 增 大 他 们 及 时 采 取 多 次 短 程 提 下 钻 ， 报 快 恢 复 正 常 钻 进 ， 避 免 了 一 次 卡 钻 事 故 ． 下 转 第5 0页 维普资讯