劉　慶　韓曉文　雷奇松　張艷玲　王海紅

摘要：本文簡要介紹了現(xiàn)存下套管用扭矩儀配套電磁溢流閥的反應滯后問題以及軟件解決方案，并進行了大量現(xiàn)場試驗，對解決方案進行了驗證。

關鍵詞：反應時間 控制扭矩 軟件 消除 電磁溢流閥 數(shù)據(jù)傳輸

1.前言

扭矩儀是記錄下套管時上扣扭矩的儀器儀表，實時采集套管鉗咬合套管轉動時的扭矩數(shù)據(jù)并自動控制套管鉗在到達控制扭矩時通過安裝在液壓動力站上的電磁溢流閥自動卸壓。電磁溢流閥為常開型，由最大位置至閉合反應時間是80～100ms。

當扭矩儀的扭矩數(shù)值達到控制扭矩時，扭矩儀向電磁溢流閥發(fā)送信號，電磁溢流閥收到信號后由常開狀態(tài)轉為閉合，套管鉗油路被切斷，達到給套管鉗卸壓的目的。因為電磁溢流閥存在反應時間，導致套管鉗卸壓的時間滯后于扭矩儀達到控制扭矩的時間，使最終扭矩值高于控制扭矩值，影響施工質量。嚴重時套管鉗上扣過急，最終扭矩值偏離控制扭矩值過多甚至會造成套管損傷、斷裂。

為了消除電磁溢流閥反應時間的影響，下面從程序方面加以改善，并通過多次現(xiàn)場試驗確定其可靠性。

2.改善前扭矩采集情況（圖1、圖2）

其中：①反應時間——曲線與控制扭矩的交點的橫坐標到卸壓點（最高點）的橫坐標的差值；

②斜率——取曲線上曲線與控制扭矩的交點前一個反應時間那一點為a點，再取曲線上a點前1000ms為b點。a點到b點的斜率即為所求。

斜率ab=ac/cd.

從圖1至圖2可以看出，修正前扭矩儀在自控狀態(tài)下，最終卸壓扭矩值均超過控制扭矩值，ab點的斜率越大，超過的扭矩值越多。因此，這就要求操作人員在扭矩接近控制扭矩時上扣越慢越接近真實控制扭矩，如果不加以修正，則對操作人員的操作水平有較高要求，但實際工作中不容易做到，加之鉆井隊對時間要求很嚴格，所以有必要利用軟件消除電磁溢流閥反應時間的影響。

3.軟件改善方案

3.1 參數(shù)建模

電磁溢流閥反應時間為80～100ms，也即在扭矩達到控制值前80～100ms就應該給電磁溢流閥一個停止信號，如果這段時間曲線斜率不變則電磁溢流閥從接到信號到卸壓，扭矩曲線剛好到達控制值。

現(xiàn)在的問題就是要計算曲線以*現(xiàn)有斜率 到達控制扭矩的時間，才能計算出扭矩儀給電磁溢流閥信號的時間。

*現(xiàn)有斜率——為了取得現(xiàn)有斜率，經(jīng)過對大量圖形的分析，認為在最后1秒的曲線斜率基本保持不變，可以把現(xiàn)有斜率近似為曲線上扭矩儀給電磁溢流閥發(fā)信號的時間和此時間之前1秒兩個點之間的斜率。為了方便定位，取控制扭矩值的90%處為計算斜率的第一點，以此點為開始點，后面第五采集點為計算斜率的第二點。

以上述兩點為斜率的直線（近似）與控制直線的交點理論上為到達控制扭矩的時間，在此時間前80～100ms卸壓即可消除電磁溢流閥反應滯后對扭矩儀數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?/p>

那么反應時間應該怎樣取值呢？反應時間的測算本身也有一定的誤差，經(jīng)過大量的圖形分析，認為取大量數(shù)據(jù)的平均值比較接近真實值。由于篇幅有限，現(xiàn)不一一列舉圖形和數(shù)據(jù)，只引用最后計算結果。測得實際反應時間的平均值為：

H=90.52ms

3.2 程序實現(xiàn)方案：

①以控制扭矩的90%為觸發(fā)條件，稱為觸發(fā)扭矩（ChF-Torque），當當前扭矩值到達觸發(fā)扭矩時，即觸發(fā)下列程序；

②以曲線上觸發(fā)扭矩的點為第一點，之后的第五采集點為第二點計算該段（近似）的斜率，并計算以這兩點為斜率的直線與控制直線的交點，取交點的時間坐標。將交點的時間坐標減去H（反應時間）為扭矩儀給電磁溢流閥發(fā)送信號的時間，稱為發(fā)送時間（FS-Time）。

③當當前扭矩的時間到達發(fā)送時間且當前扭矩值大于觸發(fā)扭矩時，扭矩儀給電磁溢流閥發(fā)送信號，控制電磁溢流閥卸壓。

4.改善后扭矩采集情況

改進后，進行了兩口井的試驗，以下是現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)：

（1）井史數(shù)據(jù)：莊海8NG-H1井是距黃驊15海里的海上人工平臺一口重點井，該井為大位移井，位移1630.81m，方位47.94°，最大井斜角為31.3°，設計井深4200m，φ339.7mm套管下深890.15m，φ244.5mm技術套管下深3489.54m，該井油層套管φ139.7mm為氣密扣套管，其結構為勾型螺紋，鋼級為L-80，臂厚9.17mm，其產(chǎn)地美國，推薦最大扭矩7.83kN·m，最佳扭矩6.62 kN·m，最小4.7 kN·m。上扣扭矩圖形如下(圖3、圖4)：

（2）井史數(shù)據(jù)：房36-42井位于新世紀公司東，開發(fā)井，設計井深1841m，位移334.48m，方位154.42°，最大井斜23.31°，油層套管φ139.7mm*1837m，水泥返深640m，總垂深1841m，一開φ311.1鉆頭*55m+φ244.5mm*550m*

φ139.7mm*1837m。技術套管φ244.5mm，推薦最大扭矩12.49kN·m，最佳扭矩9.9 kN·m，最小7.49kN·m。上扣扭矩圖形如下(圖5、圖6)：

這兩口井設置控制扭矩為最佳扭矩，從圖形上看基本都在最佳扭矩范圍附近。

5.結論

通過大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過這種軟件上的修正基本可以消除電磁溢流閥的延時影響。由于反應時間和曲線斜率等存在一定的誤差，所有的曲線并不能達到100%的準確，但曲線最高值都能落到控制扭矩附近范圍內，符合現(xiàn)場需要。

作者簡介：劉慶：1979年生，2003年畢業(yè)于天津理工大學機械電子工程專業(yè)，現(xiàn)為中國電子科技集團公司第四十六研究所設備開發(fā)部機械部部長助理工程師。