張朝龍 謝志海 曹 敏 張藝懷

(西南石油大學，四川成都，610500)

在開采石油鉆井作業(yè)中，深井、超深井和復雜井等地質(zhì)情況非常復雜，提前掌握井下的地質(zhì)情況可以減輕作業(yè)困難，避免鉆井事故的發(fā)生，確保鉆井作業(yè)的安全。目前井下壓力計只能等到鉆頭停止工作起鉆后才能得到數(shù)據(jù)，并且無法真實反映井下的動態(tài)數(shù)據(jù)，延遲較長。使用隨鉆井下環(huán)空壓力檢測儀延遲得到了極大的縮短，但是成本很高，費用昂貴，無法實現(xiàn)低成本鉆井。一種微球式井下自動釋放裝置，將測量儀制作成微球狀，鉆井前將單個或多個微球安裝到連接在鉆具上的自動釋放裝置，隨鉆具下入井內(nèi)，通過自動釋放機構(gòu)釋放，后隨泥漿一起移至地面，進而回收采集數(shù)據(jù)。對現(xiàn)有裝置進行分析以及新式裝備的提出對微球式井下鉆井有很高的指導意義。

1 現(xiàn)今的井下數(shù)據(jù)測量裝置分析

1.1 井下壓力計和PWD

井下壓力計的傳感器精度很高，傳感器采用硅和藍寶石材料制作。在不同的外界壓力和溫度的環(huán)境下，會產(chǎn)生不同的振蕩頻率，對頻率進行處理后記錄在存儲器內(nèi)。在壓力計預先設計好的程序下，對檢定系數(shù)進行換算，將頻率值轉(zhuǎn)換為壓力和溫度數(shù)據(jù)。井下壓力計的測量原理是將測量儀和鉆具一起下井，在下井的過程中收集數(shù)據(jù)，起鉆后才能讀取數(shù)據(jù)。

PWD隨鉆測壓是MWD隨鉆測量技術(shù)的一個部分，一般通過MWD+PWD的組合，在隨著鉆井過程中，測量井眼軌跡數(shù)據(jù)和井底環(huán)空壓力，測量后的數(shù)據(jù)通過泥漿脈沖信號傳輸?shù)降孛?，在接收到信號后再由預設好的解碼系統(tǒng)解碼后得知井下的地質(zhì)狀態(tài)。

1.2 泵送式井下自動釋放裝置

泵送式井下自動釋放裝置的工作原理是：預先將測壓微球存放在鉆頭水眼、內(nèi)防噴等工具內(nèi)，微球的外徑小于10mm，能夠隨意通過這些工具。在鉆井停泵接單根時，將微球放入鉆具中，連接好鉆具后，使用泵加壓讓微球和鉆井液在井內(nèi)循環(huán)一周，再次到地面時進行回收，讀取數(shù)據(jù)。

1.3 微球式測量儀預儲存與井下自動釋放及裝置

中國石油集團川慶鉆探工程有限公司和西南石油大學共同研發(fā)出了一種微球式測量儀預儲存與井下自動釋放方法及裝置。該裝置的使用方法要求在下井前預先將單個或多個微球式測量儀存儲在自動釋放裝置內(nèi)，該裝置連接在鉆具上，隨鉆具進入井內(nèi)，再通過預先設定或改變泵的排量來達到控制微球測量儀釋放的數(shù)量。測量儀被推出至環(huán)空，在泥漿的作用下運至地面，到地面后進行回收，收集數(shù)據(jù)。

1.4 對上述裝置的分析

井下壓力計雖然縮短了測量和傳輸井下壓力的時間，但是成本很高，費用昂貴，無法實現(xiàn)低成本的作業(yè)。隨鉆井下環(huán)空壓力監(jiān)測儀(PWD)大幅延長了得到井下實時數(shù)據(jù)的時間，使得控制鉆井的措施嚴重滯后于鉆井實際作業(yè)的進行，增加了作業(yè)的風險。通過泵送式井下自動釋放裝置讀取測量的數(shù)據(jù)，會通過軟件轉(zhuǎn)換為曲線，可以更直觀地了解井下環(huán)空壓力和溫度。井下的測壓微球收集到的數(shù)據(jù)雖然存在滯后性，但是可以為進一步的鉆井作業(yè)提供壓力控制和理論壓力推算的依據(jù)。泵送式井下測壓微球無法通過螺桿、MWD等測量儀器。微球式測量儀預儲存與井下自動釋放及裝置步驟簡單、原理可靠、便于操作，通過本方法在環(huán)空中釋放井下微球測量儀，測量儀不通過鉆頭水眼或井下特殊鉆具，不會被鉆頭和井底破壞，不會堵塞鉆具，測試可靠性、成功率大幅提升。

1.5 分析后的結(jié)果

微球式測量儀預儲存與井下自動釋放及裝置彌補了其他裝置的大部分缺點，在微球裝置的基礎(chǔ)上，提出了自己的創(chuàng)新設計。

2 基于微球式測量儀預儲存與井下自動釋放裝置的創(chuàng)新設計

微球式測量儀預存儲與井下自動釋放裝置的創(chuàng)新設計，在下井前預先將單個或多個微球式測量儀存儲在自動釋放裝置內(nèi)，該裝置連接在鉆具上，隨鉆具進入井內(nèi)，再通過預先設定或改變偏心聯(lián)軸葉片的數(shù)量和受沖擊面積，來達到控制微球測量儀釋放的數(shù)量。測量儀被推出至環(huán)空，在泥漿的作用下運至地面，到地面后進行回收，收集數(shù)據(jù)。

2.1 裝置設計介紹

2.1.1 核心結(jié)構(gòu)

葉片與偏心板內(nèi)置聯(lián)軸機構(gòu)，進行連接傳動，如圖1。

圖1 偏心聯(lián)軸機構(gòu)

2.1.2 整體結(jié)構(gòu)和工作方式

整體結(jié)構(gòu)和工作方式如圖2。

圖2 整體結(jié)構(gòu)

2.2 裝置工作原理

連通孔結(jié)構(gòu)、微球存儲槽和釋放腔結(jié)構(gòu)，形成了一個能將短節(jié)內(nèi)孔與井筒環(huán)空連接的通道，微球釋放腔的通道僅能容納一個微球測量儀，偏心聯(lián)軸機構(gòu)每轉(zhuǎn)一圈會釋放一個測量儀，偏心聯(lián)軸會隨著鉆井液的流動進行轉(zhuǎn)動，由于儲槽內(nèi)的壓力高于井筒環(huán)空中的泥漿壓力，因此在微球存儲槽中的微球測量儀兩側(cè)形成壓差，在該壓力差的作用下，微球測量儀會從微球裝填槽向外部釋放。

為控制微球測量儀的釋放速度，可改變?nèi)~片的數(shù)量或受沖擊面積控制偏心聯(lián)軸機構(gòu)轉(zhuǎn)動的速度進而控制微球測量儀的釋放速度。

在加工時可調(diào)整槽間距以存放不同數(shù)量微球測量儀，為提高測量短節(jié)的可靠性，設計雙螺旋槽冗余結(jié)構(gòu)。如存儲的數(shù)量較多，可采用多螺旋槽結(jié)構(gòu)。如存儲的數(shù)量較少，也可采用直槽結(jié)構(gòu)。

2.3 裝置的優(yōu)勢

該裝置在微球式測量儀預儲存與井下自動釋放及裝置的基礎(chǔ)上，繼承了其優(yōu)點，并利用偏心聯(lián)軸機構(gòu)簡化了裝置的復雜性，確保了裝置工作的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

對原有的測量井下數(shù)據(jù)的裝置和方法進行對比與分析，并深度分析了微球式測量儀預儲存與井下自動釋放及裝置。在其基礎(chǔ)上提出了改進，并巧妙運用偏心聯(lián)軸機構(gòu)進行簡化，增加了井下自動釋放裝置的穩(wěn)定性。