钻井过程中扭矩传感器的应用研究

在钻井过程中应用扭矩传感器，通过对扭矩参数的解释，能正确指导工程施工，提高录井技术和资料解释水平，有利于快速发现油气显示，能够提高钻井效率、确保安全钻井。文章详细介绍了扭矩参数曲线的影响因素，扭矩参数曲线的形成过程，对不同的钻头事故形成了一般的判别规律。

降低钻井成本，保护和及时发现油气层，提高勘探效益，是井筒技术共同面临的课题。过去由于种种原因，往往凭经验进行钻井过程控制，缺乏科学的依据，结果导致钻井工程事故不断发生，尤其在大斜度、大位移井和水平井的钻井过程中，钻井工程事故更是时有发生，其中以钻头事故最为常见，在一定程度上影响了资料的录取、解释及油气层的保护。扭矩传感器可以弥补钻井工作的先天不足，通过扭矩参数能洞察突发的的各类钻头事故。为准确预报工程事故提供决策性依据。扭矩参数的解释应用能正确指导工程施工，提高录井技术和资料解释水平，有利于快速发现油气显示。能够提高钻井效率、确保安全钻井。

1 三种常见扭矩传感器

在国内，扭矩传感器主要有铁饼式、过桥轮式和电扭矩传感器三种。

（1） 电扭矩传感器 电扭矩传感器是通过测试驱动电机的供电电流来获得转盘扭矩参数的，传感器采用了夹钳式结构，便于安装使用，输出是4-20mA的标准电流信号。安装使用，将信号电缆的防护罩拆开，松开夹线器，将信号电缆通过夹线器穿入防护罩,使密封平面压紧。最后将夹线器螺帽拧紧，使信号电缆固定在防护罩上。打开传感器夹钳，用泡沫塑料将被测导线缠上并调整缠绕的厚度，使夹钳关上后被测导线能被固定在园孔中，不晃动。

（2）铁饼式传感器 顶丝式转盘扭矩传感器，使用了特殊结构的筒式电阻应变测量传感器，通过测量钻盘的扭力，由于转盘的自重及摩擦力的作用，为了使扭动反作用力能使转盘产生极微的角位移，应在三个顶丝与转盘之间安装上橡皮垫，并在转盘底部涂上石墨油，以减少摩擦力，使传感器受力减小外力影响，以提高测量系统的灵敏度。安装与使用，机械安装：先将转盘吊起,在转盘和大墚之间涂上石墨油，然后卸下顶丝换上本传感器，并在三个顶丝与转盘之间垫上橡皮垫，撑紧各顶丝和传感器，使传感器有一定的预应力。将传感器钢丝电缆和接头用铅丝悬挂在大墚或井架上。

（3）过桥轮式扭矩传感器 钻井过程中,通过张紧轮式转盘扭矩传感器来测定转盘驱动钻具扭矩大小的变化,可正确反映出井下钻具的工作情况和井底地层的变化。如钻头的磨损、牙轮咬住或脱落，钻柱遇卡或折断，地层硬度改变等，均会引起转盘驱动扭矩大小的变化。因此，用张紧轮式转盘扭矩传感器正确测定和显示转盘扭矩，有助于及时掌握井下工况，一旦出现事故苗子能及早采取相应措施，避免事故的发生，因此是一项重要的安全参数。钻井过程中,柴油发动机通过一系列传动装置,经传动链条带动绞车和转盘,转盘驱动钻具,实现钻进。传动链条的张紧程度可相对应于转盘的扭矩，当井下钻具发生异常或地层岩性发生变化时，转盘扭矩产生变化，从而影响到链条张紧力的变化。根据这一原理，在传动链条的下方放入一张紧轮式转盘扭矩传感器，它将链条的张紧力转换成油压，再通过一压力传感器，把输出的油压信号转换成电信号，电信号的强弱就反映转盘驱动扭矩的变化，通过电缆将电信号传递到二次仪表或计算机接口，以显示和采集转盘驱动扭矩的信息。安装使用，①封闭式链条箱的安装封闭式链条箱由于润滑、防尘的需要，其箱内有大量的润滑油，其传感器高压软管与手动注油泵相连（使用快速接头），向传感器注油，张紧轮式转盘扭矩传感器会随着液压油的加注而逐渐抬起，当张紧轮轻微接触链条时，需要摆正传感器上下左右的位置，确认无误后将长、短垫板焊接在链条箱的底座上，向上旋起限位螺栓，以接触到悬架即可，然后锁紧防松螺母。为了使用时压力传感器、注油泵与其相连，还必须在链罩上打一个Φ27的孔，高压软管接头从中穿过，外面再用圆螺母锁紧，合上链罩，加注链条润滑油，拔下注油泵，接上压力传感器总成(带三通快速接头)，其安装过程全部完成。②半封闭式链条箱的安装，半封闭式链条箱的安装方法与全封闭类似，只是无须在链罩上打孔，安装完后接上压力传感器总成即可使用。

2 扭矩参数曲线的影响因素

扭矩是钻井工程一项重要参数，受到地层、钻头、钻具结构、钻压、转速、泵冲、钻井液性能以及地面机械因素的影响，在转盘驱动的情况下，其绝对值确定有一定困难且不够准确，但在钻压、转速、岩性等因素相对稳定情况下，扭矩相对值是很有意义的。扭矩参数是钻具振动的一种间接测量参数，实现了地面对井下钻具的转动力的测量。以下就扭转粘滑、钻头跳动和钻具组合的正向偏转进行阐述。