一种气体钻井冲击动力工具的测试方法技术

本发明专利技术涉及钻井装备技术领域，尤其涉及一种气体钻井冲击动力工具的测试方法，包括安装台架装置，布设数据处理系统，将数据处理系统中的将信号采集单元布设于台架装置的尾座总成内部，将被测试工具安装于台架装置中进行测试操作，数据处理单元对相应的数据信号相应的逻辑运算的处理，最终获得并实时显示被测试工具的冲击力、冲击功和冲击频率。本技术方案采用布设有信号采集单元的台架装置，对气体钻井冲击动力工具的冲击力、冲击功和冲击频率进行定量测试，通过对测量的参数进行采集分析，方便了测试后期对气体钻井冲击动力工具评价、分析和改进。析和改进。析和改进。

【技术实现步骤摘要】
一种气体钻井冲击动力工具的测试方法


[0001]本专利技术涉及钻井装备
，尤其涉及一种气体钻井冲击动力工具的测试方法。

技术介绍

[0002]目前国内油气井钻井提速要求越来越高，在气体钻井过程中，气体重量对井筒的作用可以忽略不计，受上覆岩层作用的影响，井底岩层所受的应力状态由压应力变为拉应力，因此气体钻井相较于常规泥浆钻井提速效果显著。此外，气体钻井在防漏、保护储层方面也具有较大的优势。以空气锤为代表的气体钻井冲击动力工具基本原理是通过改变高压气体在工具内的流道，带动活塞进行上下往复运动以一定频率冲击钎头，形成对井底岩层的冲击破碎，由于是在气体循环介质下进行，因此兼具气体钻井和冲击钻井的优势。
[0003]空气锤钻井是一种利用高压气体介质转换能量，实现对岩石高频率(800～1900次 /min)冲击破岩的钻井技术，兼具气体钻井和冲击钻井的优势。当使用空气锤钻井时，在空气锤活塞高频冲击动载的作用下，位于钻头底部的复合球齿可使齿尖下面的岩石瞬间达到屈服极限，同时钻头低速回转。通过不断改变球齿与岩石的接触位置，使得在接触点下面经济周围进一步形成了相连的破碎区。加之气体钻井在井底形成的“负压”，将井底岩石的压应力改变为拉应力，有利于岩石中裂纹的产生的扩展，大幅度减弱了井底岩屑的压持效应，从而使得井底岩石的“崩离”破碎充分发挥。因此与常规旋转钻井方式相比，空气锤钻井是一种以冲击、回转、动载联合破岩的高效气体钻井方式，使得火成岩等硬脆性岩石快速钻进成为现实。另外，由于空气锤钻进时所需的钻压较低(一般在10～40KN)，并且空气锤活塞直接冲击纤头进行破岩，底部钻具不承受较大的轴向力，底部钻具产生的弯曲变形较小，因此在硬地层中使用空气锤钻井，在提高机械钻速的同时，也能起到良好的防斜纠斜效果。
[0004]冲击力、冲击功和冲击频率是评价气体钻井冲击动力工具工作状态的的关键性能参数。空气锤钻进井深最深4304.18m，单只进尺最高1945.90m，最低不足5m，个体差异明显。目前，空气锤入井前通常在钻台面注气测试，仅凭振感、声音判断工作状态是否正常，属于经验评价，存在众多的不确定性。因此，亟需一套气体钻井冲击动力工具性能参数测试方法，定量评价冲击动力工具性能，形成施工工入井标准。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对上述现有技术所存在的不足，提供一种气体钻井冲击动力工具的测试方法，可以检测气体钻井冲击动力工具在运作时的冲击力、冲击功和冲击频率等主要参数进行实时采集并直观显示。同时掌握不同型号的气体钻井冲击动力工具实际性能参数，定量评价冲击动力工具性能，同时能优化气体钻井冲击动力工具的结构和使用方案。
[0006]具体通过以下技术方案实现：
[0007]一种气体钻井冲击动力工具的测试方法，其特征在于：包括安装台架装置、布设数
据处理系统、安装被测试工具、冲击参数测试；
[0008]所述安装测试台架包括以下步骤：S11，将有钢板焊接而成的支撑底座固定安装于水泥墩上；S12，将安装旋转机构安装于支撑底座的顶部；S13，然后将进气总成和尾座总成分别安装于安装旋转机构内部的两端；S14，向进气总成上接入供气设备；
[0009]所述布设数据处理系统包括以下步骤：S21，将信号采集单元、信号传输单元、数据整合单元和数据处理单元依次电性连接，构成数据处理系统；S22，将信号采集单元布设于尾座总成的内部，用以采集被测试工具作用于尾座总成上的冲击信号；
[0010]所述安装被测试工具包括以下步骤：S31，旋转进气总成，使进气总成旋转的中心轴垂直于安装旋转机构，然后将被测试工具放入安装旋转机构中；S32，下放进气总成，使进气总成的中心轴与被测试工具的中心轴重合，然后将被测试工具带有丝扣的一端与进气总成通气连接；S33，调整尾座总成的状态，使尾座总成与被测试工具无丝扣的一端紧密接触，并形成预紧力；S34，调整安装旋转机构，使安装旋转机构垂直于支撑底座，以使被测试工具的内活塞复位；
[0011]所述冲击参数测试包括以下步骤：S41，启动供气设备，使供气设备中的压缩空气通过进气总成进入被测试工具内部，以使被测试工具进入工作状态；S42，基于被测试工具与尾座总成紧密贴合，利用尾座总成将被测试工具工作状态下的冲击力传递给信号采集单元； S43，利用信号采集单元实时监测被测试工具的冲击力，并将冲击力转换成电信号通过信号传输单元上传至数据整合单元；S44，利用数据整合单元采集相关数据信号并上传至数据处理系统，数据处理单元对相应的数据信号相应的逻辑运算的处理，最终获得并实时显示被测试工具的冲击力、冲击功和冲击频率。
[0012]优选的，所述信号采集单元包括压电石英力传感器，所述步骤S44中，冲击功的获取包括以下步骤：S441，基于压电石英力传感器的工作原理建立被测试工具冲击压电石英力传感器的数学模型，数学模型中采用冲锤代替被测试工具，并基于该数学模型获得冲击功与冲击力的关系式
[0013][0014]其中，W为冲锤的冲击功，Fmax为冲锤的最大冲击功，a、b和c均为常数；S442，对压电石英力传感器进行标定，即，通过MATLAB软件对同一冲锤从不同高度自由落体所得到的数据进行曲线拟合来得到冲击力与冲击功关系曲线，结合拟合曲线结果获得常数a、b和 c的值，以完成对压电石英力传感器的标定。
[0015]优选的，所述步骤S21中还包括数据处理系统的设计，步骤如下：S211，将数据采集卡作为数据整合单元；S212，根据系统需要配备电源适配器，并将电源适配器、信号传输单元和数据整合单元安装于数据采集箱内部；S213，在数据处理单元中，选用MicrosoftVisual Studio软件中基于C++的的MFC模块来进行数据采集程序的编辑，数据采集程序包括基础显示模块、数据采集模块、数据回放模块和数据存储模块。
[0016]优选的，所述步骤S11中，水泥墩由砖和水泥堆砌浇筑而成，且水泥墩上嵌入设置有若干用于连接支撑底座的连接螺柱，支撑底座上设置有与连接螺柱一一对应的安装孔，连接螺柱穿过对应的安装孔后，采用螺母与连接螺柱配合，使得支撑底座固定在水泥墩上。
[0017]优选的，所述步骤S11中，还包括在所述进气总成的顶部和尾座总成的顶部分别设
置螺纹槽，并在螺纹槽中安装吊环，且吊环包括用于与螺纹槽配合的连接螺柱和与连接螺柱的顶部固定连接的环体。吊环的设置方便了测试台架的移动和运输。
[0018]具体的，基于上述一种气体钻井冲击动力工具的测试方法，本技术方案公开一种气体钻井冲击动力工具的测试装置，包括数据处理系统和台架装置，台架装置包括支撑底座、进气总成、尾座总成和安装旋转机构；所述数据处理系统包括布设于台架装置上的信号采集单元以及依次电性连接的信号传输单元、数据整合单元和数据处理单元，信号采集单元电性接入信号传输单元；所述支撑底座包括定位安装架以及分别固定于定位安装架顶部的第一支撑架和第二支撑架；所述进气总成包括进气座、轴承件和进气管；进气座的内部贯穿设置有进气通道，轴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体钻井冲击动力工具的测试方法，其特征在于：包括安装台架装置、布设数据处理系统、安装被测试工具(11)、冲击参数测试；所述安装测试台架包括以下步骤：S11，将有钢板焊接而成的支撑底座(1)固定安装于水泥墩(10)上；S12，将安装旋转机构(4)安装于支撑底座(1)的顶部；S13，然后将进气总成(2)和尾座总成(3)分别安装于安装旋转机构(4)内部的两端；S14，向进气总成(2)上接入供气设备；所述布设数据处理系统包括以下步骤：S21，将信号采集单元(12)、信号传输单元、数据整合单元和数据处理单元依次电性连接，构成数据处理系统；S22，将信号采集单元(12)布设于尾座总成(3)的内部，用以采集被测试工具(11)作用于尾座总成(3)上的冲击信号；所述安装被测试工具(11)包括以下步骤：S31，旋转进气总成(2)，使进气总成(2)旋转的中心轴垂直于安装旋转机构(4)，然后将被测试工具(11)放入安装旋转机构(4)中；S32，下放进气总成(2)，使进气总成(2)的中心轴与被测试工具(11)的中心轴重合，然后将被测试工具(11)带有丝扣的一端与进气总成(2)通气连接；S33，调整尾座总成(3)的状态，使尾座总成(3)与被测试工具(11)无丝扣的一端紧密接触，并形成预紧力；S34，调整安装旋转机构(4)，使安装旋转机构(4)垂直于支撑底座(1)，以使被测试工具(11)的内活塞复位；所述冲击参数测试包括以下步骤：S41，启动供气设备，使供气设备中的压缩空气通过进气总成(2)进入被测试工具(11)内部，以使被测试工具(11)进入工作状态；S42，基于被测试工具(11)与尾座总成(3)紧密贴合，利用尾座总成(3)将被测试工具(11)工作状态下的冲击力传递给信号采集单元(12)；S43，利用信号采集单元(12)实时监测被测试工具(11)的冲击力，并将冲击力转换成电信号通过信号传输单元上传至数据整合单元；S44，利用数据整合单元采集相关数据信号并上传至数据处理系统，数据处理单元对相应的数据信号相应的逻辑运算的处理，最终获得并实时显示被测试工具(11)的冲击力、冲击功和冲击频率。2.如权利要求1所述一种气体钻井冲击动力工具的测试方法，其特征在于：所述信号采集单元(12)包括压电石英力传感器，所述步骤S44中，冲击功的获取包括以下步骤：S441，基于压电石英力传感器的工作原理建立被测试工具(11)冲击压电石英力传感器的数学模型，数学模型中采用冲锤代替被测试工具(11)，并基于该数学模型获得冲击功与冲击力的关系式其中，W为冲锤的冲击功，F max为冲锤的最大冲击功，a、b和c均为常数；
S442，对压电石英力传感器进行标定，即，通过MATLAB软件对同一冲锤从不同高度自由落体所得到的数据进行曲线拟合来得到冲击力与冲击功关系曲线，结合拟合曲线结果获得常数a、b和c的值，以完成对压电石英力传感器的标定。3.如权利要求1所述一种气体钻井冲击动力工具的测试方法，其特征在于：所述步骤S21中还包括数据处理系统的设计，步骤如下：S211，将数据采集卡作为数据整合单元；S212，根据系统需要配备电源适配器，并将电源适配器、信号传输单元和数据整合单元安装于数据采集箱内部；S213，在数据处理单元中，选用Microsoft Visual Studio软件中基于C++的的MFC模块来进行数据采集程序的编辑，数据采集程序包括基础显示模块、数据采集模块、数据回放模块和数据存储模块。4.如权利要求1所述一种气体钻井冲击动力工具的测试方法，其特征在于：所述步骤S11中，水泥墩(10)由砖和水泥堆砌浇筑而成，且水泥墩(10)上嵌入设置有若干用于连接支撑底座(1)的连接螺柱(5.1)，支撑底座(1)上设置有与连接螺柱(5.1)一一对应的安装孔，连接螺...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金和，周长虹，黄述春，廖兵，王跃江，李露春，王卫东，赵军，王虎，裴昆，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：发明
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