气体钻井井下扭矩测量无线传输系统研究设计

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1、气体钻井井下扭矩测量无线传输系统研究设计　　摘要：在气体钻井中，为实时了解井下的真实工况，及时处理井下安全风险，需要对井下近钻头扭矩参数实时监测。因此，研究设计了一种采用电阻应变式测量扭矩技术和微波随钻数据传输技术的扭矩测量无线传输系统，该系统采用C8051F3XX系列单片机为主控制器，完成了数据采集、数据存储和数据传输的硬件电路和软件程序设计，使用信号中继传输的方式大幅提升微波通信距离，测量井深达到3000m，并开发了配套的上位机监测软件，实现了井下扭矩的随钻监测。实验结果说明系统无线传输时延短，能实时采集、传输、显示扭矩，满足气体钻井中井下扭矩测量的要求。　　关键词：扭

2、矩测量；微波传输；随钻测量；气体钻井；中继传输；无线传输　　中图分类号：TN92?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2016）19?0095?04　　Abstract：Toobtaintherealdownholeworkingconditioninrealtimeandtimelysolvethedownholesafetyriskforgasdril?ling，itisnecessarytomonitorthetorqueparameterofdownholenearbitinrealtime.Atorquemeasurementwirelesstrans

3、missionsystemusingtheresistancestraintorquemeasuringtechnologyandmicrowavewhiledrillingdatatransmissiontechnologyisresearched10anddesigned.TheC8051F3XXseriesmicrocontrolleristakenasthemaincontrollerofthesystemtorealizethehardwarecircuitandsoftwareprogramdesignsofdataacquisition，datastorage

4、anddatatransmission.Thesignalrelaytransmissionmethodcanenhancethemicrowavecommunicationdistancegreatly，andmakethemeasuredwelldepthreachupto3000m.Thematchedhost?computermonitoringsoftwarewasdeveloped，andthewhiledrillingdetectionofdownholetorquewasrealized.Theexperimentalresultsshowthatthesy

5、stemhasshortwirelesstransmissiondelay，canacquire，transmitanddisplaythetorqueinrealtime，andmeetsthedemandofdownholetorquemeasurementforgasdrilling.　　Keywords：torquemeasurement；microwavetransmission；measurementwhiledrilling；gasdrilling；relaytransmission；wirelesstransmission　　0引言　　气体钻井是近年来发展起

6、来的一种欠平衡钻井方式，和传统泥浆钻井相比，气体钻井主要有提高机械钻速，降低钻井综合成本，保护油气产层，增加油气产量等优点[1]。在气体钻井过程中，为预防发生卡钻、掉牙轮、断钻具等事故的发生，预防措施之一就是实时监测钻井过程井下近钻头扭矩的变化情况。10　　目前测量扭矩的方式主要有随钻测量（MWD）和地面测量。在国内外市场上，随钻测量工具的信号传输以泥浆脉冲和电磁波为主。泥浆脉冲测量工具虽然技术比较成熟，但因其采用钻井液脉冲传输方式，无法应用于气体钻井等没有连续液相的钻井中；电磁波测量工具是利用低频电磁波在地层中的传播进行信号的传输，低电阻率地层会使信号大幅度衰减，受地层特

7、性影响较大，测量深度有限[2]。在地面测量扭矩，受地层、岩性等影响导致测量精度存在许多不足，不能准确地反映钻柱在井下的运动情况[3]。　　本文设计了一种适于气体钻井的扭矩测量无线传输系统，测量深度超过3000m、信号传输速率大于100Kb/s，在近钻头钻具的测试中能够准确测量其在井下扭矩的瞬时值并记录整个钻井过程的扭矩曲线，使现场技术人员可以实时监测井下扭矩和准确预测井下异常情况。　　1系统关键技术原理　　1.1应变测试法测试扭矩　　扭矩传感器按测量原理可分为传递法、力平衡法和能量转换法[4?5]。在三种扭矩测量方