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            旋轉導向工具雙軸綜合標定系統(tǒng)研究與設計

            作者: 時間:2011-07-27 來源:網絡 收藏

            引言
            鉆井(Rotary Steerable Drilling)是目前世界最先進、高效的石油定向鉆井,能夠在鉆具模式下實現(xiàn)三維復雜井眼軌跡的鉆進作業(yè)和控制;能夠實時接受地面控制指令,重新規(guī)劃和變更井眼軌跡,通過與隨鉆測井(MWD/LWD)掛接、配合,能夠進一步實現(xiàn)精確的地質功能。

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/161745.htm


            COTAS(Cybernetic Oil-well Tracking Alignment System)是中海油田服務股份有限公司歷時4年自主研發(fā)的RSD系統(tǒng),以可靠的電機泵結構和精準的力矢量控制技術為特征,具備優(yōu)異的地層造斜能力、軌跡控制精度和完井井身質量,能夠實現(xiàn)井斜、方位的全自動閉環(huán)鎖定控制,并可通過統(tǒng)一的系統(tǒng)總線接口與SPOTE隨鉆測井系統(tǒng)無縫銜接。


            COTAS系統(tǒng)工作原理為推向式導向,具備高邊角測量和導向力矢量自動控制功能。為了能在實驗室測試和驗證功能性能,須對相關試驗方法進行專門,并實現(xiàn)專用測試設備。系統(tǒng),能夠為、測試近鉆頭慣性測量模塊提供井斜角和工具高邊角基準;同時,能夠利用三相測力儀精確測量工具所產生的導向力矢量。

            系統(tǒng)工作原理
            系統(tǒng)的目的是解決COTAS工具測試中的兩個問題。其一,如何在試驗室模擬兩個角度變化;其二,如何精確測量導向力矢量的幅值和角度變化。為此了如圖1中的系統(tǒng)架構。整套系統(tǒng)包括兩軸精密轉臺、三相測力儀、嵌入式處理系統(tǒng)和采集處理系統(tǒng)四大部分。

            圖1 標定系統(tǒng)架構圖


            其中,兩軸轉臺加持被測試導向工具模擬姿態(tài)(井斜角、工具高邊角)的變化。三相測力儀測量工具3個推靠臂輸出推力,輸出給采集處理系統(tǒng)。嵌入式采集系統(tǒng)完成對測量信號的AD采集,將數(shù)字測量信號以無線方式發(fā)送至測試軟件。工作站中的測試軟件系統(tǒng)根據測量分力數(shù)據,自動計算合力矢量的幅值、相角;同時,讀取兩軸轉臺的感應同步器角度測量數(shù)值,作為工具姿態(tài)角基準。

            兩軸精密轉臺
            系統(tǒng)中的雙軸精密轉臺性能指標如表1所列。


            由于導向工具不僅重量大,而且長度達2m。如果裝夾在兩軸轉臺臺面上,傾斜軸力矩太大,所以須自行設計。在總體方案上,轉臺軸采用中空形式,將導向工具穿入后在轉臺前后兩端固定,降低了臺體的高度,并且易于實施靜平衡,使傾斜軸力矩大大減小。

            圖2 雙軸精密轉臺外觀裝配圖

            三相測力儀
            三相測力儀技術指標如表2所列。


            為增加測力儀在導向工具上的調整移動距離,并進一步增強其剛度而設計了圖3中的圓錐形測力儀結構。
            其中測力傳感器采用中國航天空氣動力技術院應變式測力傳感器,測量精度為±0.05%FS。

            圖3 三相測力儀結構圖

            信號采集系統(tǒng)
            采集處理系統(tǒng)由測力傳感器的濾波放大模塊、A/D轉換模塊、嵌入式處理系統(tǒng)、電源模塊、無線路由器和無線USB網卡以及工控機組成。性能指標如表3,圖4為數(shù)據采集處理流程圖。

            圖4 數(shù)據采集處理流程圖


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