浅议测井仪器用张力短节的刻度装置的设计及应用

（中海油田服务股份有限公司油田技术事业部，河北 燕郊 065201）

摘  要：检测张力短节是石油能源开发过程中提供张力参数的测井短节，随着高难度井的不断出现，对张力短节的精度要求也越来越高。为了保证下井过程中电缆张力的准确性，保证井下仪器安全，提出了一种新型的张力短节的刻度方法，该方法简单快捷，适应于现场对张力短节快速的刻度，经过刻度的张力短节，能有效准确的检测张力值，通过在现场的应用，提高作业安全性。

关键词：张力短节，刻度，应用

引 言

随着油田开发技术水平的不断提高，钻井的深度和斜度在不断的增加，超深井和大斜度井营运而生，随着井深的不断增加，对裸眼井测井数据要求的数据种类越来越多，仪器管串越来越长，作业风险越来越大。油田测井过程中，为了保证井下仪器安全，需要挂接张力短节进行实施检测井下张力的变化状态，可以辅助测井工程师对井下工具仪器的状态进行准确的判定。张力短节内部的传感器属于力学传感器，需要不定期的实时刻度，目前实时在线刻度张力短节的方法为把仪器全部挂接起来，利用测井车采用七芯电缆把整个仪器贯串挂入井口进行刻度，因此每次刻度都需要很大成本，会消耗很多人力物力，为了能够实时在线方便快捷的刻度张力短节，专门研制了一种简易方便的刻度方法。该方法及可以在仪器连接状态对整套系统进行张力刻度，也可以对单独的张力短节进行刻度，把刻度完成的刻度数据再传给系统软件，进行标定刻度，方便快捷。

1 结构特点

张力短节在测井仪器过程中占很重要的位置，直接连接在测井马龙头的下面，下图示为测井仪器常规的连接示意图，张力短节在整串仪器的最上面，当井下仪器出现粘卡或者下放遇阻时，张力短节会自动响应到地面操作系统，地面操作工程师应快速做出响应，因此张力短节的刻度至关重要，下图示为井下测井仪器连接示意图。

图1 测井仪器连接示意图

张力短节的数值可以直接体现井下仪器的状态，因此张力短节的刻度很重要。张力短节刻度采用文中所提及的刻度装置，该装置采用模块化设计，具有活塞杆和环形的活塞筒的伸缩缸，活塞的一端自活塞筒的顶面伸出，活塞筒上设置有与无杆腔连通的压力表接口和第一压力油接口，活塞筒上还设置有与有杆腔连通的第二压力油接口；环形的固定环，安装在活塞杆上，用于与张力短节的外筒和张力短节的传感器中的一端连接在一起；和环形的固定环2，安装在活塞筒上，用于与张力短节的外筒和张力短节的传感器中的固定环连接在一起。该刻度装置能有效方便地在地面对张力短节的传感器进行实时刻度。该结构可以直接穿过张力短节进行安装固定，通过活塞杆的推力，推动张力短节内部弹簧的固定座，使张力短节张开，张力数据长传给张力采集板，通过压力传感器反馈的数据，达到刻度张力短节的目的，图示2为刻度装置示意图。

该装置具有如下特征：

（1）采用液压缸和压力表进行协同刻度，方便快捷；

（2）实时在线对张力短节传感器进行刻度标定，能直接与张力短节安装，不用对张力短节进行拆卸；

（3）刻度范围宽，刻度准确。         

图示：1、环形活塞缸；2、固定环；3、活塞；4、刻度传感器接口

图示2为刻度装置示意图

2 工作原理及方法

该刻度装置采用机电结合的方式进行检测。张力短节为力学传感器，因此本方法主要是提供一个压力源，通过液压管线供油，采用专门设计的一种环形液压缸，上面装配有活塞，通过活塞推动张力短节的固定端，上面装配有压力表及高精度压力传感器进行校准刻度，上传给地面测试箱，获得刻度表[1]。把上述所述的刻度装置与张力短节装配完毕后，启动压力源，根据不同的压力会张力短节会根据压力的变化在电路采集板进行压力和电压的变化，实现标定的目的，采用高精度的压力传感器可以试验高精度的压力梯度测试，使张力的精度更加准确，更高标准的保证井下仪器安全，当张力短节在井下出现张力增大或者减小的时候能协助操作工程师快速，准确的做出判断。地面操作机箱主要采集和显示刻度过程中所需要的张力和压力，压力源主要提供动力，刻度装置主要完成对张力短节的刻度。刻度过程如下图3所示：

图3 刻度装置工作流程示意图

刻度装置是该种刻度方法的核心装置，环形活塞缸是设计和加工难度比较大，上面装配的压力传感器需要较高的精度，才能保证张力刻度的准确性。活塞杆直径为17.32mm,

S=3.14x0.01732x0.01732/4=0.00024平方米   (1)         

F=P*S                                    （2）

 1MPA=145psi                              (3)

式2中的P为压力源提供的压力，2F为刻度装置活塞杆提供给张力短节的推力，通过P值的不断变化，会出现一个连续的压力值，张力短节的弹簧被推开的位移不同，加载到张力短节的传感器上面，通过多点的采集测试，可以得到一条张力曲线，，通过采集板传给刻度软件，通过多点刻度，保证刻度张力的准确性[3~5]。下表4为刻度张力的实时值。

图4：装置刻度数据表

可以测算出一个张力系数，填写到下图示的控制软件当中，下图示的LOW ENGE 和HIGH RNGR参数进行标定，就可以对张力短节进行完整的刻度。

3  应用

使用刻度装置，在实验室对刻度短节进行了多次的刻度，效果明显，目前作业前的张力短节均需要在实验室进行整体多点刻度，这样在实际作业时只需要把刻度表调取出来，与实际的井下仪器进行匹配张力即可。采用刻度装置刻度，只需要刻度装置和压力车就能实现，方便快捷，采用悬挂井口进行直接刻度虽然也能对张力短节进行刻度，但是需要测井车以及测试队配合进行下放测试井进行标定，更需要把下井的所有设备进行连接，刻度成本比较大，而且只能高点和低点两点刻度，刻度准确性不高，只能看出大致的变化趋势。刻度装置研制出后，经过多井次的，多个张力短节的标定，标定精度高，能完全满足现场对刻度短节的要求，也能解决现场遇到的工程问题。

采用张力刻度装置对石油测井仪器旋转井壁取心仪所配接的张力短节进行了在线测试标定，本次测试严格按照张力刻度装置的测试要求进行测试，真正实现了地面对张力短节进行了刻度，如果没有该装置，需要井口悬挂进行刻度，耗费大量的人力、物力。刻度时，如果发现张力不准确，可以在线进行调整，可以有效解决测井前的张力问题。

4  总结

通过多次的地面测试验证，文中提到的刻度的张力短节方法精度高，与传统常规的井口直接刻度所需要的成本小，安全系数高，刻度完后的数据可以保存，可以重复使用。而且该装置运输及安装拆卸方便，只需要简单的维修保养，该装置能有效刻度张力短节传感器，完全不需要再为了刻度传感器而进行下井测试，可以有效减少下井次数，大大节约了成本，简化了维修保养难度、减小作业风险，同时增加了系统的可靠性，后续有望在测井仪仪器调试过程中进行普及应用。

参考文献

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[2] 牛延吉，刘先平，稽成高，等. 大直径旋转井壁取心仪研制与应用[J].测井技术，2018，

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[5] 陈淑梅.液压与气动传动 [M].北京：机械工业出版社，2007.

[6] 范光兵，陈秋生．旋转井壁取心仪器介绍及现场应用[J].科技信息，2013（4）：

[7] 田志宾 国内外大直径岩心旋转井壁取心仪技术发展现状及发展趋势[J].国外测井技术，2019，40：

[8] 刘铁民，冯永仁，田志宾，等.电机直接取心技术设计研究及应用.石油管材与仪器，2020

[9] 何存兴，张铁华.液压与气压传动[M]:武汉：华中科技大学出版社，2002:

来源：化学工程与装备-官方网站-创刊于1972    2022年第11期  在线投稿  >>