摆动阀泥浆脉冲器扭杆测试装置设计

摆动阀泥浆脉冲器摆动频率高,载波频率高,调整方式丰富,传输速率快的特点。为了降低电机功率,摆动阀泥浆脉冲器使用扭杆作为弹簧平衡水力转矩,扭杆的疲劳寿命成为脉冲器的关键。为了检测扭杆能否满足长时间井下作业,设计了一套扭杆测试装置。该装置由摆动导杆机构、径向力消除装置、轴向力施加装置、实现扭杆尾端夹紧与止转的尾端夹紧装置、底座固定装置以及电控系统构成,可以同时实现扭杆在拉伸作用下的轴向拉力测试与反复扭转作用下的疲劳性能测试。该测试装置可以实现不同给定频率,两种摆动角度的摆动,提供轴向力满足1000磅的设计要求,该装置的研发成功对于评估扭杆的拉扭性能与疲劳性能具有重要意义。

连续波高速率泥浆脉冲器设计研究

随钻测井的参数越来越多,这些参数需要快速有效地传至地面,研制一套高速率泥浆脉冲遥传系统势在必行。介绍了连续波泥浆脉冲器脉冲发生机理,给出了连续波泥浆脉冲器样机的设计方案及工作原理;详细解释了泥浆遥传系统连续波的编码与解码方式;定量分析了影响井下信号强度的因素,认为噪声的来源主要有电干扰噪声、泥浆泵噪声、泥浆马达噪声、钻头噪声、回声及反射噪声等,这些噪声对井下信号的调制与解调具有较大的影响。研究结果对研制连续波钻井液脉冲器具有一定的参考价值。

连续波泥浆脉冲器控制策略研究

首先对转阀和驱动电机控制系统进行建模仿真,然后采用频移键控和相干解调方式仿真研究了连续波脉冲器的数据传输过程。通过仿真发现,当考虑通道噪声时,由于滤波环节性能已很难再改善,采用PI控制策略无法正确解调,故采用滑模控制改善电机动态性能,从而实现了正确解调。说明研究控制策略提高驱动电机动态性能有利于提高信号传输质量。这对于连续波脉冲器的实物制作具有重要的参考价值。但是并未考虑传输过程中出现的信号衰减和延迟等情况,仿真中仅用高斯噪声模拟了信道中的噪声,这些问题有待进一步地研究解决。

摆动式泥浆脉冲器驱动电机零位偏差检测

摆动式脉冲器通过电机在有限转角范围内往复摆动,带动阀片在泥浆通道内产生压力波动,从而井下数据传输到地面。摆动电机工作在有限转角范围内,为了电机的工作范围得到有效控制,通常会采用限位装置来对电机的摆动角度进行限制。在电机装配完成后,需要对电机的零位偏差进行检测,即电机的定子三相位置和旋转变压器的相对位置进行测量。由于电机摆动角度受限,不能采用传统的零位检测方法,摆动式脉冲器采用了5通道旋转变压器和4极对永磁同步电机,使零位检测的检测难度进一步增加,提出了一种自动零位检测算法,经测试和现场应用,该算法简单实用。

675型泥浆脉冲器短节应力分析及结构设计优化

为给钻柱上功能短节的结构设计及优化提供指导,以承受压弯扭组合载荷的极限工况为例,对675型仪器串的泥浆脉冲器短节模型进行简化处理,建立了有限元分析模型。针对675型仪器串上泥浆脉冲器短节的结构特点,对泥浆脉冲器短节的不同区域采取不同的网格划分方法。在模型两侧添加工装以进行复合加载,对于压弯扭组合载荷中的弯曲载荷,通过计算极限狗腿度下产生的最大挠度进行等效加载。分析结果表明,在压弯扭组合载荷共同作用的极限工况下,应力集中现象主要出现在钻铤及电子骨架上,开孔及开槽处为薄弱位置,基于分析结果提出了675型仪器串泥浆脉冲器短节的结构改进建议。本文提出的分析方法和设计经验可为此类功能短节设计及优化提供参考。

随钻泥浆脉冲器信号处理技术研究

随钻泥浆脉冲测量系统是目前煤层气定向井开发的必需设备,而地面信号接收处理技术是泥浆脉冲器的关键技术之一,由于接收信号中含有大量的泥浆泵噪声和反射噪声,给有用信号的提取带来了相当大的困难。根据脉冲信号的正弦特性,提出了基于时域定向差分滤波与频域带通滤波相结合的方法,并进行了理论分析和实验,证明这种方法是可行的。

一种泥浆脉冲器发电机测试系统设计

受钻井工程的工况影响,泥浆脉冲器发电机实际工作环境恶劣。常规人工测试效率低,难以高效完成总装前的严格测试。文章设计了一种泥浆脉冲器发电机测试系统,可模拟井下实际工况,实现泥浆脉冲器发电机的自动测试,提高了测试效率,具有高效率、高可靠性和易操作等特点。

剪切阀泥浆脉冲器扭杆标定装置研制

泥浆脉冲发生器遥传系统是随钻测量和随钻测井设备的重要组成部分,是将井下信息实时传输到地面的重要手段。剪切阀式泥浆脉冲发生器因其传输速率快、精度高,逐渐被油田服务公司采用。剪切阀泥浆脉冲发生器设计和制作时,充分考虑了水力转矩对泥浆脉冲发生器转子的关闭趋势,并设计了扭簧扭转机构,有效降低了脉冲发生器对电机转矩及功率的需求,简化了脉冲发生器结构。扭簧设计时,不同扭转角度和对应的转矩值之间有一个理论计算值,需要进行严格的检验和标定。由于扭簧扭转装置的刚度系数与电机瞬时输出转矩存在对应关系,为了能更精确地控制驱动电机,使电机输出转矩与扭簧扭转装置的转矩匹配,需要进行转矩常数的标定。

连续波泥浆脉冲器控制电路的设计

连续波泥浆脉冲是MWD传输数据的重要方式之一,而泥浆脉冲器的控制对井下数据的传输度具有重要的影响。由于泥浆脉冲器特殊的工作环境,要求驱动电路能够工作于狭窄且高温、高压、强震动等严峻环境中。为实现泥浆脉冲器的控制,该设计采用TSM320F2812型DSP为主控芯心,采用PWM的控制方式。整个电路包括电源设计、驱动电路设计、电流检测电路设计、位置转速检测设计等,实现永磁同步电机的转速、电流双闭环控制。

高速泥浆脉冲遥传系统推广适应性研究

介绍了中海油服自主研发随钻测井系统(简称:Drilog■)井下仪器和地面系统的基本组成,说明了Drilog■在传输速率方面的需求及不足之处,解释了研制自主高速率泥浆脉冲遥传系统(简称:HSVP■)必要性和迫切性。自主研发的HSVP■经过燕郊水循环测试,新疆实钻试验,陆地多井次试作业,海上推广试作业,能实现0.5~12bps的实时数据上传,满足作业要求,经过对解码系统的持续改进和迭代,在泵噪较好的情况下,系统的误码率可低于2%。定性分析了HSVP■对泵噪、BHA组合、钻井参数等的适应能力,同时对剪切阀形式泥浆脉冲器作业安全性及风险进行了评估。经过多井次作业,表明HSVP■上传速率快,定向及时准确,陆地作业稳定可靠,同时也能够适应海上钻井工况,满足ROP较快时的作业需求。

遥传脉冲器磨损机理研究

遥传脉冲器转子在使用过程中存在磨损现象,这些磨损直接导致泥浆脉冲器无法实现随钻仪器采集的各种井下参数的上传。根据泥浆脉冲器转子本体磨损标准,分析泥浆脉冲器转子橡胶材质的性能、泥浆中岩屑摩擦以及外围部件缺陷所导致的泥浆脉冲器转子磨损。从设备管理过程中增加动平衡测试、改进橡胶性能、改进生产到应用过程中橡胶的存放等方法被提出,这些方法有助于降低磨损风险。研制了新型金属耐磨套替换方案,水循环和角度测试表明新型泥浆脉冲器转子性能明显改进。

摆动阀式脉冲器脉冲发生机构黏结工艺研究

摆动阀式脉冲器具有载波频率高和传输速率高的特性。它的脉冲发生机构由摆动阀、泥浆分流器以及分流罩等零件组成,其中泥浆分流器是发生机构的核心部件,由金属基体与硬质合金插件黏结而成。根据过往作业经验得知,黏结工艺对泥浆分流器的寿命影响很大。重点研究黏结工艺中工艺参数对硬质合金与金属基体黏结力的影响,通过受力分析与试验验证得出影响因素,并优化工艺参数,使黏结胶层固化后表现出更佳的黏结性能。

驱动电机实时位置获取方法

高速泥浆脉冲遥传系统中,电机需要带动脉冲器转子在特定的角度范围内往复摆动,因此电机的控制策略对系统设计十分重要。为了分析某些泥浆脉冲器电机的控制策略,需要获取电机运行的实时位置。文章设计了一种基于虚拟仪器来获取脉冲器电机实时位置的方法,介绍了驱动电机实时位置获取方案及其软件实现。结果显示,该方法可以准确采集电机的实时位置,为分析脉冲器电机的控制策略提供了便利。