２００８年第３６卷第７期 李国琳等：射流式液动锤冲击功非接触测量系统的改进 一５７一 ＡＸ时，磁环下端面距离上集成线性霍尔器件Ｈｌ 敏感中心的距离为 ，其敏感中心的磁感应强度为 Ｂ，输出电压为 ；当活塞继续运动ＡＸ距离，到 达行程终点，磁环下端面距离下集成线性霍尔器件 Ｈ２敏感中心的距离亦为 ，由于Ｈ２和Ｈ１性能高 度一致，其敏感中心的磁感应强度亦为Ｂ，输出电 压为 。 精确测定Ｈｌ和Ｈ２输出电压先后达到Ｕ的时 间间隔，即为活塞冲锤在冲击行程终了前经历ＡＸ 距离所需的时间Ａｔ。ＡＸ相对活塞冲锤整个行程来 说很小，用ＡＸ除以时间△ 可视为活塞冲击砧子 １ 前最后一瞬间的末速度 。再根据公式 ＝÷ｍｖ二 （ｍ为活塞冲锤的质量）即可计算出液动锤的单次 冲击功 成对集成线性霍尔器件的 选择与其敏感中心距离的测定 上述测量方案决定了选择灵敏度和温度等特性 一致的成对集成线性霍尔器件是系统设计的关键之 一。为保证测量精度，集成线性霍尔器件选用Ａｌ— ｌｅｇｒｏ公司生产的产品，型号为Ａ１３０２。为保证成 对器件的一致性，选购了足够数量的同一批次的同 型器件，并用专门电路对器件进行选择配对。 根据产品说明书，Ａ１３０２型集成线性霍尔器件 两片叠放在一起，其敏感中心的公称距离ＡＸ＝１．５ ｍｍ，相对活塞冲锤整个行程２５～１００ ｍｍ来说已 经足够小，满足使用要求。 由于器件封装有一定的离散性，霍尔器件敏感 中心到塑料外壳的距离可能偏离公称值。为保证距 离ＡＸ数值精确，制作时将两片性能高度一致的成 对集成线性霍尔器件整齐叠放，并用ＡＢ胶固定在 一起，使同一磁环的轴线垂直于Ｈｌ和Ｈ２敏感元 件所在平面，并使沿轴线方向直线运动靠近Ｈｌ和 Ｈ２。测量Ｈｌ和Ｈ２先后输出同一电压值时，磁环 移动的距离即为Ｈ１和Ｈ２敏感中心的距离ＡＸ。 ＡＸ只需在制作测量系统时测定１次，存入上 位机程序即可，测量过程中不需再调节和测量。 机械结构的简化和 磁环安装方式的改进 改进后的测量系统机械部分结构见图２。安装 固定传感器的机械结构仅有２个主要零件，即传感 器支架和不导磁窗口；６个紧定螺钉不需要频繁拧 卸，可用螺纹锁固胶锁固防松。传感器支架和不导 磁窗口的制作材料选用没有导磁能力的硬铝ＹＬ１ １。 系统安装调试时，传感器上端面到磁环下端面的距 离需要调节确定，可通过在传感器支架和不导磁窗 口间增减调节垫片实现，一旦调好即可固定不变。 传感器 安装槽口 图２ 改进后的测量系统机械部分结构示意图 １一外管；２一中接头；３一冲锤；４一支承环；５－－磁环；６ 压紧环；７一隔离环；８一定位环；９一活塞杆；１Ｏ—Ｏ形 密封圈；１１一螺钉；１２一传感器支架；１ ３一不导磁窗口 成对集成线性霍尔器件及其引脚与导线的焊接接 头用ＡＢ胶固定于一块塑料片上，可防止器件引脚、 焊接接头和导线金属部分与传感器支架接触而短路。 然后将其安放于传感器支架槽口中的规定位置，胶粘 固定后再用灌封胶将其封固，使其防水防潮。 对磁环的安装结构也进行了改进。磁环套在支 承环上，用压紧环压紧，磁环、支承环和压紧环之 间的接触面涂ＡＢ胶粘接牢固形成一体后，套在活 塞杆上。活塞杆与冲锤连接之后用定位环（２个半 环）将形成一体的磁环、支承环和压紧环压紧定 位在冲锤上端面处。支承环与活塞杆和冲锤结合面 处不涂胶粘剂，便于拆卸和安装磁环，避免破坏以 重复使用。定位环（２个半环）用ＡＢ胶粘接固定 于活塞杆上。为防止多余的ＡＢ胶进入支承环与活 塞杆之间的间隙，在支承环与定位环之间安装一隔 离环。支承环、压紧环、隔离环和定位环均选用 尼龙１０１０材料制作，加工容易，价格便宜。若要 将活塞杆与冲锤分离，从液动锤中取出活塞杆时， 只需将定位环用锯条锯开即可，避免了原系统中用 无磁不锈钢丝绑扎夹布橡胶环带来的不便。 液动锤工作后，由于反复高频冲击，活塞与冲 锤之间的连接愈来愈紧密，活塞杆与冲锤间将发生 微小的相对位移，冲锤可能对支承环产生轴向作用 力而造成定位环与活塞杆间的胶结面破坏，影响磁 环的定位。因此，安装时在支承环与冲锤上端面间 安装一个硬度适中的Ｏ形橡胶密封圈。该密封圈 在活塞杆与冲锤间将发生微小的相对位移，引起微 维普资讯 http://www.cqvip.com ５８一 石油机械 ２００８年第３６卷第７期 小的弹性变形，从而大幅减小对定位环的轴向作用 力，避免胶结面被破坏，保证了磁环在活塞杆上轴 向定位的可靠性。 便在系统调试过程中观察霍尔电压大小，指导调整 传感器的位置，使霍尔电压处于合适的范围之内。 ３．主要技术参数 被测射流式液动锤外径：７３～３１１ ｍｍ； 系 统 分 析 １．电气系统的简化 适用活塞冲锤行程：＞２５ ｍｍ； 活塞冲锤末速度（上限可再提高）：０～７ ｍ／ｓ。 以敏感中心距离固定的成对集成线性霍尔器件 代替原测量系统中的单个霍尔器件，简化了电气部 分结构，提高了可靠性。 应 用 效 果 以ＳＣ７３Ｂ型射流式液动锤为实验样机，在同 （１）霍尔电压的放大滤波、温度补偿等信号 调理环节由集成线性霍尔器件解决，避免了原系统 中分立器件制作的前置调理电路可能存在的问题； （２）门限电压由原系统的２个减少为１个， 免去了增量放大环节，解决了门限电压差值过小与 触发电路设计的矛盾。 ２．测控软件 等条件下，分别采用成对霍尔器件非接触方法和单 只霍尔器件非接触方法进行了数次对比测量实验， 每次连续测量３ ｍｉｎ，各测得数万个冲击末速度值。 编写了专用分析程序对这数万个数据进行比较分 析，从中查找差异比较明显的数值。表１列出了其 中一组差异比较明显的末速度值。对测量结果的分 析表明，成对霍尔器件非接触方法测得的末速度值 测控软件实现对底层系统的控制，测量数据的 分布集中程度高而较稳定，单霍尔器件非接触方法 测得的末速度值在某些时刻突然发生由大到小的变 化。检查测量装置后发现，主要原因是在应用单只 霍尔器件非接触方法过程中螺钉松动，造成传感器 位置偏离设定位置，而成对霍尔器件非接触方法则 无此弊端。 获取，数据分析和存储等操作。软件各功能模块编 写思路同原系统相同，串口通信模块，虚拟示波器 模块和冲击５／频率测量分析模块等基本无变化，阈 值电压获取模块由获取２个基准电压改为１个。为 调试方便，保留了原系统中的虚拟示波器模块，以 表１ ２种方法测得的末速度值 ＳＣ７３ Ｂ型射流式液动锤末速度２种非接触方法 非接触测量系统的机械和电气结构。 （２）基于成对集成线性霍尔器件的射流式液动 测量结果与理论计算值均存在一定偏差，有待于进 一步从测量系统和液动锤内部动力过程理论模型２ 锤冲击功测量系统，可靠性和精度更高，使用方便。 参考文献 个方面进行分析研究。通过对比测量实验，确认了 成对霍尔器件非接触方法较单只霍尔器件非接触方 法有明显的优越性。在运动副配合间隙对射流式液 动锤性能影响等实验研究中均采用了基于成对霍尔 ［１］ 王人杰，蒋荣庆．液动冲击回转钻进技术．北京： 地质出版社，１９８８：９７～１０４． 器件的非接触方法测量其冲击功，获得了大量有用 数据，有力地支撑了高效破岩液动锤的研制。 ［２］Ｄｅｕｌｓｅｈ Ｕ，Ｍａｒｘ Ｃ，Ｒｉｓｃｈｍｕｌｌｅｒ Ｈ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｈａｍｍｅｒ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｆｏｒ ＫＴＢ ｉｎ ｓｕｐｅｒ——ｄｅｅｐ ｄｒｉｌｌ— ｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｅｐ ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｓｏｕｎｄｉｎｇ．Ｓｐｒｉｎｇｅｒ—Ｖｅｅｒｌａｇ，１９９５：３１０—３２０． Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ： 结 论 ［３］ 朴成哲，殷琨，蒋荣庆，等．Ｋｓｃ一１２７型射流式 冲击器应用于大陆科学深钻的试验研究．世界地 （１）以敏感中心距离固定，结构和性能参数 质，２０００，１９（３）：２９５—２９８． 相同的成对集成线性霍尔器件代替原有系统中单个 霍尔器件的设计方案，简化了射流式液动锤冲击功 ［４］ 陶兴华．提高深井钻井速度的有效技术方法．石油 钻采工艺，２００１，２３（５）：４—８． （下转第７１页） 维普资讯 http://www.cqvip.com
２００８年 第３６卷 第７期 夏祖国等：微牙痕下套管技术在川东北高含硫气田的应用 的圈数，便于与ＡＰＩ标准或套管厂家提供的上扣圈 数进行对比，以判断套管螺纹联接是否符合要求。 ３．Ｙ２５０型防爆液压动力站的改造 根据川东北地区施工特点，需要对Ｙ２５０型液 友公司ＶＡＭ—ＴＯＰ扣型（４９１７７．８ ｍｍ）套管５９３ 根。该型套管对上扣扭矩要求很高，必须达到精确 控制；对上扣扭矩曲线也有严格要求，即每根套管 的曲线必须符合设计要求。同时对套管钳在套管上 的咬痕也有严格要求，尤其是下部的合金套管。在 施工过程中，日方人员对每根套管的上扣扭矩曲线 压动力站进行改造，以满足微牙痕下套管技术要 求。改造后的动力站具有以下特点：①对Ｙ２５０型 液压动力站的所有带电设备都进行了防爆设计，可 满足气井现场施工要求。②将原来的泵换成了 ＹＣＹ自变量轴向柱塞泵，实现低压大排量、高压 小排量的自动变化，解决了速度和扭矩的矛盾，可 都马上回放查看，同时在套管上做了上扣标记。施 工结束后，他们对工艺精确性、上扣图形的标准性 和微牙痕下套管技术给予了很高的评价。到２００８年 ２月，该项技术在川东北高含硫气田共应用２５井次。 满足套管钳的工作需要。③采用强制风冷散热，改 善了散热效果，提高设备的适用性。④加装启动及 过载保护装置，提高工作可靠性。 ４．气动卡瓦一吊卡改造 Ｅｅｋｅｌ ８％英寸ＨＳ ＨＴ液压套管钳自带浮动式 背钳，上扣时，背钳必须咬合在套管本体上，双吊 结 束 语 高含硫油气田 ｓ极易通过油气井管柱的伤 痕对其进行腐蚀，影响油气井正常开采，缩短套管 和油管的寿命。为此，在常规下套管技术的基础 上，引进美国ＥＣＫＥＬ公司生产的＋２１９ ｍｍ（８ 卡下套管作业方式已不能使用。改造后的套管卡瓦 一吊卡采用卡瓦体总成一体设计，工作时卡持在套 英寸）ＨＳ ＨＴ型微牙痕液压套管钳，并对扭矩仪、 液压动力站、气动卡瓦一吊卡等设备进行改造，配 套形成微牙痕下套管技术。应用该技术下套管时， 管本体上，能在夹持套管时形成一个很长的分布均 匀的环形压力带，既能保证可靠的夹持，又能把对 套管的损伤和变形降到最低程度。 可把对套管体的损伤降到最低程度，牙痕深度小于 ０．０８ ｍｍ，能有效减轻Ｈ ｓ对人井套管及油管的腐 蚀，延长套管及油管的使用寿命，为高含硫油气田 生产开发提供技术支持。 现 场 应 用 微牙痕下套管技术２００６年８月在川东北普光 气田普光９井进行首次应用，该井井深６ ３８０ ｍ， 人井＋１７７．８ Ｉｌｌｍ套管５９５根，主要有ＴＰ１１０ＳＳ／ １３ＣＲ×１１．５１ ｍｍ、ＴＰ１１０ＳＳ／１３ＣＲ×１２．６５ Ｉｌｌｍ和 第一作者简介：夏祖国，工程师，１９８７年毕业于江汉 石油职工大学，现从事钻井工程技术科研及管理工作。地 址：（４５７００１）河南省濮阳市。Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｙｓｕｎｙｐ＠１２６．ｅｏｍ。 收稿日期：２００８—０５—０４ （本文编辑丁莉萍） ＴＰ１１０ＳＳ（ＴＰ—ＣＱ）×１１．５１ ｍｍ ３种套管，套管 钳对套管的咬痕小于０．０８ ｍｉｌｌ，效果很好。随后， 又在普光１０２—２井（井深６ ２５５ ｍ）下人日本住 （上接第５８页） ［５］ 王雷，王文刚，窦同伟，等．旋冲钻井技术在逆 掩推覆体地层的应用．石油钻采工艺，２００５，２７ （增刊）：８—１０． 接触测量系统．石油矿场机械，２００６，３５（１）：４８ ５１． ［１０］ 吴忠杰，林君，彭枧明，等．液动射流式液动锤 冲击功测量方法及仪器研制．仪器仪表学报， ２００６，２７（９）：１ ０３７—１ ０４０． ［６］ 文平，陈波，雷巨鹏，等．液动冲击旋转钻井 技术在玉门青西油田的应用．天然气工业，２００４， ２４（９）：６４—６７． ［７］ 陈志学，于文华，朱敬祖，等．液动旋冲钻井技术 在青西地区的试验与应用．石油钻采工艺，２００６， ２８（５）：１９—２１． 第一作者简介：李国琳，讲师，生于１９７６年，１９９９年 毕业于吉林工学院，现从事计算机科学技术教学和微机在 测量中的应用研究工作。地址：（１３００２２）吉林省长春市。 电话：（０４３１）８７６８１０６９。Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｌｕｐｊｍ＠ｅｍａｉｌ．ｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。 收稿日期：２００７—１２—０３ （本文编辑王刚庆） ［８］ 李发东．ＫＳｃ一１２７射流式液动锤在科钻一井中的应 用分析．地质科技情报，２００６，２５（６）：１０７—１１１． ［９］ 彭枧明，吴忠杰，韦建荣．射流式液动锤冲击功非
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容