鉆井過程中扭矩傳感器的應用研究

在鉆井過程中應用扭矩傳感器，通過對扭矩參數的解釋，能正確指導工程施工，提高錄井技術和資料解釋水平，有利于快速發現油氣顯示，能夠提高鉆井效率、確保安全鉆井。文章詳細介紹了扭矩參數曲線的影響因素，扭矩參數曲線的形成過程，對不同的鉆頭事故形成了一般的判別規律。

降低鉆井成本，保護和及時發現油氣層，提高勘探效益，是井筒技術共同面臨的課題。過去由于種種原因，往往憑經驗進行鉆井過程控制，缺乏科學的依據，結果導致鉆井工程事故不斷發生，尤其在大斜度、大位移井和水平井的鉆井過程中，鉆井工程事故更是時有發生，其中以鉆頭事故最為常見，在一定程度上影響了資料的錄取、解釋及油氣層的保護。扭矩傳感器可以彌補鉆井工作的先天不足，通過扭矩參數能洞察突發的的各類鉆頭事故。為準確預報工程事故提供決策性依據。扭矩參數的解釋應用能正確指導工程施工，提高錄井技術和資料解釋水平，有利于快速發現油氣顯示。能夠提高鉆井效率、確保安全鉆井。

1 三種常見扭矩傳感器

在國內，扭矩傳感器主要有鐵餅式、過橋輪式和電扭矩傳感器三種。

（1） 電扭矩傳感器 電扭矩傳感器是通過測試驅動電機的供電電流來獲得轉盤扭矩參數的，傳感器采用了夾鉗式結構，便于安裝使用，輸出是4-20mA的標準電流信號。安裝使用，將信號電纜的防護罩拆開，松開夾線器，將信號電纜通過夾線器穿入防護罩,使密封平面壓緊。最后將夾線器螺帽擰緊，使信號電纜固定在防護罩上。打開傳感器夾鉗，用泡沫塑料將被測導線纏上并調整纏繞的厚度，使夾鉗關上后被測導線能被固定在園孔中，不晃動。

（2）鐵餅式傳感器 頂絲式轉盤扭矩傳感器，使用了特殊結構的筒式電阻應變測量傳感器，通過測量鉆盤的扭力，由于轉盤的自重及摩擦力的作用，為了使扭動反作用力能使轉盤產生極微的角位移，應在三個頂絲與轉盤之間安裝上橡皮墊，并在轉盤底部涂上石墨油，以減少摩擦力，使傳感器受力減小外力影響，以提高測量系統的靈敏度。安裝與使用，機械安裝：先將轉盤吊起,在轉盤和大墚之間涂上石墨油，然后卸下頂絲換上本傳感器，并在三個頂絲與轉盤之間墊上橡皮墊，撐緊各頂絲和傳感器，使傳感器有一定的預應力。將傳感器鋼絲電纜和接頭用鉛絲懸掛在大墚或井架上。

（3）過橋輪式扭矩傳感器 鉆井過程中,通過張緊輪式轉盤扭矩傳感器來測定轉盤驅動鉆具扭矩大小的變化,可正確反映出井下鉆具的工作情況和井底地層的變化。如鉆頭的磨損、牙輪咬住或脫落，鉆柱遇卡或折斷，地層硬度改變等，均會引起轉盤驅動扭矩大小的變化。因此，用張緊輪式轉盤扭矩傳感器正確測定和顯示轉盤扭矩，有助于及時掌握井下工況，一旦出現事故苗子能及早采取相應措施，避免事故的發生，因此是一項重要的安全參數。鉆井過程中,柴油發動機通過一系列傳動裝置,經傳動鏈條帶動絞車和轉盤,轉盤驅動鉆具,實現鉆進。傳動鏈條的張緊程度可相對應于轉盤的扭矩，當井下鉆具發生異常或地層巖性發生變化時，轉盤扭矩產生變化，從而影響到鏈條張緊力的變化。根據這一原理，在傳動鏈條的下方放入一張緊輪式轉盤扭矩傳感器，它將鏈條的張緊力轉換成油壓，再通過一壓力傳感器，把輸出的油壓信號轉換成電信號，電信號的強弱就反映轉盤驅動扭矩的變化，通過電纜將電信號傳遞到二次儀表或計算機接口，以顯示和采集轉盤驅動扭矩的信息。安裝使用，①封閉式鏈條箱的安裝封閉式鏈條箱由于潤滑、防塵的需要，其箱內有大量的潤滑油，其傳感器高壓軟管與手動注油泵相連（使用快速接頭），向傳感器注油，張緊輪式轉盤扭矩傳感器會隨著液壓油的加注而逐漸抬起，當張緊輪輕微接觸鏈條時，需要擺正傳感器上下左右的位置，確認無誤后將長、短墊板焊接在鏈條箱的底座上，向上旋起限位螺栓，以接觸到懸架即可，然后鎖緊防松螺母。為了使用時壓力傳感器、注油泵與其相連，還必須在鏈罩上打一個Φ27的孔，高壓軟管接頭從中穿過，外面再用圓螺母鎖緊，合上鏈罩，加注鏈條潤滑油，拔下注油泵，接上壓力傳感器總成(帶三通快速接頭)，其安裝過程全部完成。②半封閉式鏈條箱的安裝，半封閉式鏈條箱的安裝方法與全封閉類似，只是無須在鏈罩上打孔，安裝完后接上壓力傳感器總成即可使用。

2 扭矩參數曲線的影響因素

扭矩是鉆井工程一項重要參數，受到地層、鉆頭、鉆具結構、鉆壓、轉速、泵沖、鉆井液性能以及地面機械因素的影響，在轉盤驅動的情況下，其絕對值確定有一定困難且不夠準確，但在鉆壓、轉速、巖性等因素相對穩定情況下，扭矩相對值是很有意義的。扭矩參數是鉆具振動的一種間接測量參數，實現了地面對井下鉆具的轉動力的測量。以下就扭轉粘滑、鉆頭跳動和鉆具組合的正向偏轉進行闡述。