一种基于转阀扭矩测试装置的MWD地面测试工装及方法与流程

本发明属于地下资源钻采工程，特别涉及一种基于转阀扭矩测试装置的mwd地面测试工装及方法。

背景技术：

1、油气资源是经济发展中不可缺少的重要能源，对经济和人民生活影响重大。然而油气资源储备总量较低，埋藏较深，开采难度大。据统计，现有剩余油气的30％以上埋藏在深层，其中非常规油气可采资源量是常规油气资源的3倍。这些储备在深层、超深层的油气资源地质条件复杂，开采风险较大。在钻井勘探时，需要及时了解井下地层情况、井孔状况和钻井工艺参数的实时信息，保证安全开采。因此，mwd(为measurement while drilling的缩写，意思是随钻测量仪器)技术被应用于井下信息采集。并且随着技术的发展，mwd仪器测量参数不断扩展、测量能力不断提升且相互融合，如：mwd系统扩展到可测量钻压/扭矩、柱内/环空压力、转速、振动、冲击和井径等工程参数，传输通道发展到高速钻井液压力脉冲通道、电磁波通道、钻柱声波通道和新型“有线”通道等。

2、mwd技术采用编码发射器采集井下数据。目前常用的为脉冲发生器，大都使用电磁阀或电机通过小阀带大阀的原理，形成控制信号利用循坏套流道原理形成泥浆方波正脉冲信号，从而反馈井下的信息参数。然而这种技术主要依靠脉冲信号识别井下环境和工具状态，对信号判断方面要求较高。在复杂地层环境下，受到地球磁场影响，容易产生信号失真，影响判别精度。一些产品也对此问题进行了改进，如申请号201520817745.7提出一种地面脉冲测试装置模拟井下脉冲，针对性提高测试分析精度。申请号202021635481.0提出一种封闭式旋转阀脉冲发生器的测试装置，提高模拟测试精度。然而地面模拟始终与实际井下环境有所区别，其精度也有影响。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种基于转阀扭矩测试装置的mwd地面测试工装及方法，首先，本发明提供了的转阀扭矩测试装置，能实现转阀扭矩测试以及对旋转阀脉冲器的高温高压测试，且其具有便携性，方便携带和替换，其次，将转阀扭矩测试装置和地面旋转阀脉冲模拟测试台进行组装形成mwd地面测试工装，能够实现对钻井设备的测试；最后将mwd地面测试工装与地面接站进行信号连接，根据mwd地面测试工装模拟测试的信号数据与地面基站的实时信号数据的对比、分析以及反演，实现井下环境与设备状态的实时判断，以及可视化井下设备状态。

2、本发明的第一个目的在于提供一种转阀扭矩测试装置，包括扭矩加载u形叉和安装平台，所述扭矩加载u形叉包括中间设置的u形槽和u形槽两边一体化设置的延申臂，所述u形槽的底端固定安装在所述安装平台的凹槽内，所述延申臂的顶端连接有力传感器，所述力传感器远离所述延申臂的一端连接有扭矩加载液压缸，所述扭矩加载液压缸所在轴线与所述力传感器所在轴线共线，并与所述延申臂所在轴线成夹角；

3、所述扭矩加载液压缸远离所述力传感器的一端固定在安装台的侧壁上；

4、所述u形槽内设有夹具。

5、在本发明具体实施例中，所述u形槽的底端与所述安装平台通过支撑部固定连接，所述支撑部包括若干组支撑轮和柱体，所述若干组支撑轮对称设置在所述u形槽底端的两侧，所述支撑轮与所述u形槽底端的侧壁接触，所述柱体填充所述u形槽底端、所述支撑轮之间的空隙，所述柱体固定在所述安装平台的凹槽内。

6、在本发明具体实施例中，所述柱体的轴线与所述u形槽内的所述夹具的轴线平行。

7、在本发明具体实施例中，所述u形槽与所述夹具之间还设有定位套，所述定位套均与所述u形槽、所述夹具产生面接触。

8、本发明的第二个目的在于提供一种转阀扭矩测试方法，基于权上述的一种转阀扭矩测试装置实现，包括：

9、将夹具夹持旋转阀脉冲器的转子，启动旋转阀；

10、向两所述延申臂的顶端通过力传感器连接的扭矩加载液压缸中的任一或两个扭矩加载液压缸中通压力油，完成载荷加载；

11、在载荷加载下记录载荷大小，完成转阀脉冲器的扭矩测试与标定。

12、本发明的第三个目的在于提供一种基于转阀扭矩测试装置的mwd地面测试工装，包括上述的转阀扭矩测试装置和用于所述转阀扭矩测试装置安装的地面旋转阀脉冲模拟测试台。

13、在本发明具体实施例中，所述地面旋转阀脉冲模拟测试台包括测试装置固定座、转子测试爪、制动器和仪表箱；

14、所述测试装置固定座用于安装所述转阀扭矩测试装置，所述转子测试抓设置于所述转阀扭矩测试装置的夹具中，所述转子测试抓远离所述转阀扭矩测试装置的一端连接有转阀脉冲器；

15、所述转阀扭矩测试装置远离所述转子测试抓的另一端连接有制动器，

16、所述制动器与所述仪表箱信号连接，所述仪表箱还信号连接地面基站和计算机；

17、所述测试装置固定座、所述制动器、所述仪表箱均固定在底座上；

18、所述转子测试抓、所述转阀脉冲器均转动安装在所述底座上。

19、在本发明具体实施例中，所述制动器与所述底座通过制动器支撑座固定连接；

20、所述转子测试抓与所述底座通过爪子支撑座转动连接；

21、所述转阀脉冲器与所述底座通过阀组支撑块转动连接，所述阀组支撑块设置于所述转阀脉冲器与所述转子测试抓的连接处；

22、所述旋转阀远离所述转子测试抓的一端设有转阀支撑件。

23、本发明的第四个目的在于提供一种基于转阀扭矩测试装置的mwd地面测试方法，所述基于转阀扭矩测试装置的mwd地面测试工装如上述的mwd地面测试工装，包括：

24、基于所述转阀扭矩测试装置，完成旋转阀脉冲器扭矩测试与标定；

25、基于mwd地面测试工装，完成旋转阀脉冲模拟测试；

26、基于脉冲模拟测试所得的模拟数据，判定旋转阀脉冲器的运转情况。

27、在本发明具体实施例中，所述一种基于转阀扭矩测试装置的mwd地面测试方法，还包括：

28、在mwd地面测试工装上安装反演钻具；

29、将与反演钻具同型号的钻具进行井下作业，并采集作业数据；

30、对采集的作业数据进行异常诊断；

31、基于异常诊断结果为正常的结果，进行采集的作业数据和脉冲模拟测试所得的模拟数据的对比分析；

32、根据对比分析结果，选择是否调整mwd地面测试工装的设备参数，直至作业数据和脉冲模拟测试所得的模拟数据在预设范围内；

33、根据进行作业数据，用调整后的mwd地面测试工装进行脉冲模拟测试试验；

34、根据模拟测试中反演钻具的工作状态反演井下钻具的工作状态。

35、在本发明具体实施例中，所述对采集的作业数据进行异常诊断，包括：

36、将当前采集数据写入连续参数段队列；

37、判断当前采集点工程参数是否超出上下限阈值范围；

38、基于未超出上下限阈值范围的判断结果，清空连续异常参数队列，且所述当前采集点工程参数数据为正常；

39、基于超出上下限阈值范围的判断结果，将当前采集点工程参数写入连续异常参数队列；

40、判断所述连续异常参数队列是否写满；

41、基于异常参数队列写满的判断结果，先计算所述连续参数段队列中工程参数的取值超过所述上下限阈值范围的采样点的点数，再判断所述点数是否大于或等于预设异常参数点数阈值；

42、基于异常参数队列未写满的判断结果，判断所述点数是否大于或等于预设异常参数点数阈值；

43、基于所述点数大于或等于预设异常参数点数阈值的判断结果，则判断所述当前采集点工程参数数据出现异常；

44、基于所述点数小于预设异常参数点数阈值的判断结果，则判断所述当前采集点工程参数数据正常。

45、本发明的有益效果：

46、本发明提供的一种基于转阀扭矩测试装置的mwd地面测试工装及方法，具有以下效果：

47、通过转阀扭矩测试装置中扭矩加载液压缸、支撑轮、夹具、扭矩加载u形叉和力传感器的组合设置，仅仅通过向扭矩加载液压缸中通压力油的方式实现了转阀扭矩测试装置中载荷的加载，简化了传统转阀扭矩测试装置的载荷加载方式，可实现转阀扭矩测试以及对旋转阀脉冲器的高温高压测试；

48、在本发明的转阀扭矩测试装置中，通过支撑轮、柱体与扭矩加载u形叉的配合，保证了所述转阀扭矩测试装置在载荷加载过程中的稳定性，提高了所述转阀扭矩测试装置进行扭矩测试的精确性；

49、在本发明的转阀扭矩测试装置中，通过定位套的灵活设置，使得其与扭矩加载u形叉中的u形槽以及夹具的配合，进一步提高所述转阀扭矩测试装置在载荷加载过程中的安全性和稳定性；

50、本发明通过转阀扭矩测试装置和地面旋转阀脉冲模拟测试台的组装，形成mwd地面测试工装，该mwd地面测试工装实现对钻井设备的测试；而且通过与地面基站，以及计算机的信号连接，将地面测试与井下实际环境测试结合，通过地面基站，将所得地下信息与测试得到信号进行对比分析，实时判断井下环境与井下设备(钻具)状态，并具有反向演示功能，可利用模拟测试台，反向演示井下脉冲信号，测试实际情况下的钻具性能，并在地面台架(反演钻具)将井下设备(钻具)状态可视化，方便观测设备(钻具)状态，降低工作风险，预防井内事故发生，保障钻井工程的安全高效。

51、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种转阀扭矩测试装置，其特征在于，包括扭矩加载u形叉和安装平台，所述扭矩加载u形叉包括中间设置的u形槽和u形槽两边一体化设置的延申臂，所述u形槽的底端固定安装在所述安装平台的凹槽内，所述延申臂的顶端连接有力传感器，所述力传感器远离所述延申臂的一端连接有扭矩加载液压缸，所述扭矩加载液压缸所在轴线与所述力传感器所在轴线共线，并与所述延申臂所在轴线成夹角；

2.根据权利要求1所述的一种转阀扭矩测试装置，其特征在于，所述u形槽的底端与所述安装平台通过支撑部固定连接，所述支撑部包括若干组支撑轮和柱体，所述若干组支撑轮对称设置在所述u形槽底端的两侧，所述支撑轮与所述u形槽底端的侧壁接触，所述柱体填充所述u形槽底端、所述支撑轮之间的空隙，所述柱体固定在所述安装平台的凹槽内。

3.根据权利要求2所述的一种转阀扭矩测试装置，其特征在于，所述柱体的轴线与所述u形槽内的所述夹具的轴线平行。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种转阀扭矩测试装置，其特征在于，所述u形槽与所述夹具之间还设有定位套，所述定位套均与所述u形槽、所述夹具产生面接触。

5.一种转阀扭矩测试方法，其特征在于，基于权利要求1-4任一所述的一种转阀扭矩测试装置实现，包括：

6.一种基于转阀扭矩测试装置的mwd地面测试工装，其特征在于，包括权利要求1-4所述的转阀扭矩测试装置和用于所述转阀扭矩测试装置安装的地面旋转阀脉冲模拟测试台。

7.根据权利要求6所述的基于转阀扭矩测试装置的mwd地面测试工装，其特征在于，所述地面旋转阀脉冲模拟测试台包括测试装置固定座、转子测试爪、制动器和仪表箱；

8.根据权利要求7所述的基于转阀扭矩测试装置的mwd地面测试工装，其特征在于，所述制动器与所述底座通过制动器支撑座固定连接；

9.一种基于转阀扭矩测试装置的mwd地面测试方法，其特征在于，所述基于转阀扭矩测试装置的mwd地面测试工装如权利要求6-8任一所述的mwd地面测试工装，包括：

10.根据权利要求9所述一种基于转阀扭矩测试装置的mwd地面测试方法，其特征在于，还包括：

11.根据权利要求10所述一种基于转阀扭矩测试装置的mwd地面测试方法，其特征在于，所述对采集的作业数据进行异常诊断，包括：

技术总结
本发明涉及一种基于转阀扭矩测试装置的MWD地面测试工装及方法，属于地下资源钻采工程技术领域。所述转阀扭矩测试装置包括扭矩加载U形叉和安装平台，扭矩加载U形叉包括中间设置的U形槽和U形槽两边一体化设置的延申臂，U形槽的底端固定安装在安装平台的凹槽内，延申臂的顶端连接有力传感器，力传感器远离所述延申臂的一端连接有扭矩加载液压缸，扭矩加载液压缸所在轴线与力传感器所在轴线共线，并与延申臂所在轴线成夹角；扭矩加载液压缸远离力传感器的一端固定在安装台的侧壁上；U形槽内设有夹具。本发明的转阀扭矩测试装置简化了传统转阀扭矩测试装置的载荷加载方式，可实现转阀扭矩测试以及对旋转阀脉冲器的高温高压测试。

技术研发人员：刘洪涛,张文远,伊明,李富强,张胜鹏,陈刚,张东,孟滢
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23