套管动力钳转矩监测系统.docx

套管动力钳转矩监测系统刘国辉 魏海菊 崔 颖 黄胜利(天津大港石油管理局钻采工艺研究院)刘国辉 魏海菊 崔 颖 黄胜利 :套管动力钳转矩监测系统 , 石油仪器 ,1998 ,12( 4) ,17～19 。摘要下套管作业时 ,套管螺纹联接质量的好坏直接影响着油井寿命 ,因此有必要研制一种套管动力钳转矩监测系统 。以目前国内常用的 TQ - 20 型套管动力钳为例 ,介绍了一种与之相配套的套管钳转矩监测系统的功能特点 ,测试原理 ,结构设计 ,并对实测各类紧扣曲线进行了分析 。该系统采用主从机结构 ,主机为工业控制微机 ,从 机为单片机系统 ,主从机采用远距离通信传输 ,大大地改善了工业控制微机的工况条件 。该系统实现无人监控 、自 动记录 、绘制紧扣转矩 —圈数曲线 ,可方便 、直观地反映下套管作业的全过程及有问题套管所处的位置 。并根据系 统在实际应用中暴露出的问题提出了几点改进意见 。主 题 词 套管 动力大钳 监测系统 计算机管理 测量模型 转矩作者介绍 刘国辉 工程师 ,1971 年生 ,1993 年毕业于大庆石油学院矿场机械专业 。曾负责动力大钳转矩监测仪设 计开发工作 ,1996 年获局级一等奖 。现在大港油田钻采工艺研究院从事石油仪器仪表及机电一体化研究工作 。邮 编 :3002801 前 言下套管时套管柱螺纹连接质量的好坏直接影响 着油井寿命 。据有关资料分析 ,在因套管问题而报 废的油井中近四分之一是由于套管旋合转矩不当造成的〔1〕。各种外径 、钢级 、壁厚和螺纹的套管均有不 同的旋合转矩 。但是 ,现场在下套管中 ,主要靠经验作业 ,缺乏监测手段 ,有时使 得旋合转矩过大 ,造成 应力集中 ,螺纹胀裂 ; 有时转矩过小 ,导致连接强度 不够 、密封不理想 。这些都会造成严重后果 ,带来巨大经济损失 。我院于 1993 年开始研制和试验动力大钳转矩 显示及记录装置〔2〕,并不断推广应用 ,在总结经验的 基础上 ,试制成微机管理的转矩监测系统 。2 系统功能特点1 . 下套管作业实现微机管理 。该系统集数据 采集 、数据处理 、数据管理于一体 ,使下套管作业实现微机管理 。2 . 实现无人自动监控 。系统设置好后 ,无需专 人控制 ,可自动记录下套管根数 、日期 、时间 、旋合转 矩值 、旋合圈数 、下套管深度 、绘制转矩 —圈数变化曲线 。3 . 采用主从机结构 。主机采用工业控制微机 ,从机采用单片机 ,在很大程度上解决了微机抗干扰 、抗震动性能差的问题 ,大大提高了系统的使用寿命 。4 . 根据数据及图形处理结果 ,可有效地分析出 下套管作业过程中出现的各种问题 ,能方便 、直观地 反映出下套管作业的全过程及有问题套管所处的位 置 。5 . 全套程序采用汉字提示 、选单化管理 , 本着 “所见即所得”的设计思想 ,使系统操作简单化 。3系统基本原理测量原理如图 1 所示 。图 1 转矩测量原理图1 . 转矩测量模型的建立针对目前 TQ - 20 型套管钳的工作原理 , 在旋 合过程中靠钳尾绳承受反转矩 ,这样就可以利用传石油仪器1998 年·18 ·感器 ,测出钳尾绳的张力 ,在保证钳尾绳与钳体在一个平面内及与钳体中心线垂直的情况下 ,则有性及使用寿命 。2 . 从机的硬件组成 从机的硬件组成如图 3 所示 。(1)M = F ×L根据式 (1) 就可以计算出套管的旋合转矩值 。式 (1)中 , M 为测量转矩 , kN·m ; F 为尾绳张力 , kN ; L 为从 钳头中心到尾绳张力作用线的垂直距离 , m 。在测量过程中 ,将串接在钳尾绳上的拉力液缸作为信号源 。该液缸上的压力信号 ,一路进入装在 钳体上的压力转矩表 ,供操作者做参考 ;另一路进入 压力传感器 ,经传感器转换成电信号 ,送入本系统 。于是 ,尾绳张力为F = p ×π ×r2(2)式 (2) 中 , p 为液缸压力 , MPa ; r 为液缸半径 ,mm ; 将式 (2) 代入式 (1) 则M = π ×p ×r2 ×L2 . 圈数测量模型的建立针对目前 TQ - 20 型套管钳设计原理 , 在液压 马达的底部 ,通过一个惰轮 ,带动大齿圈旋转 ,大齿 圈旋转一周即套管旋合一圈 ,惰轮与大齿圈的传动 比为 K ,利用脉冲传感器 , 通过测量惰轮的旋转圈数 ,然后再除以 K ,即可得到套管的旋转圈数 。4系统结构设计该系统由主从机结构组成 ,适用于长距离 (最长 可达 1 200m) 数据传输 ,完全满足钻井现场的需要 。 其结构简图如图 2 所示 。图 3 从机设计模块图5 程序设计无论硬件或软件 ,全部采用模块化设计思路 ,可 根据用户需要随时挂接相关模块或进行仪器改型