專利名稱：用于測量鉆頭參數(shù)的系統(tǒng)及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量鉆頭參數(shù)的系統(tǒng)及其測量方法。
背景技術(shù)：
在石油鉆井中，鉆頭是破碎地層巖石的主要工具，是石油鉆井工程中提高機(jī)械鉆速、降低鉆井成本的重要手段。為了提高鉆頭的破巖效率，達(dá)到降低成本的目的，就必須針對不同的鉆井地層設(shè)計和選用適合地層特性的鉆頭。目前國內(nèi)外研究鉆頭破巖效率的主要方法有現(xiàn)場試驗和室內(nèi)試驗，現(xiàn)場試驗就是針對不同地層設(shè)計好的鉆頭在現(xiàn)場的應(yīng)用，然后再修改設(shè)計和重新加工，這樣開發(fā)一種特性鉆頭需要的周期長，成本高；室內(nèi)主要的試驗方法有單齒垂直壓入試驗、鉆頭齒圈復(fù)合運(yùn)動破巖試驗和全尺寸鉆頭鉆進(jìn)試驗。目前針對鉆頭研究開展的試驗主要是全尺寸鉆頭試驗和鉆頭齒圈復(fù)合運(yùn)動破巖試驗，全鉆頭試驗主要是檢測新型鉆頭鉆進(jìn)不同地層巖石的破碎規(guī)律；鉆頭齒圈復(fù)合運(yùn)動破巖試驗主要是研究不同鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)、齒面結(jié)構(gòu)和鉆進(jìn)參數(shù)與地層巖石的破碎規(guī)律?，F(xiàn)有全鉆頭試驗和鉆頭齒圈復(fù)合運(yùn)動破巖試驗的測試系統(tǒng)主要是由傳感器、轉(zhuǎn)速測定儀以及數(shù)據(jù)采集卡采集試驗過程中的鉆頭、牙輪和齒圈轉(zhuǎn)速脈沖信號；由傳感器、動態(tài)應(yīng)變儀以及數(shù)據(jù)采集卡采集試驗過程中的鉆頭位移、鉆壓及扭矩模擬信號。但是隨著鉆頭研究進(jìn)一步的深化，現(xiàn)有鉆頭試驗測試系統(tǒng)存在很多問題已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段鉆頭研究和新產(chǎn)品開發(fā)的需要，比如:研究鉆頭及5個牙齒的運(yùn)動和受力情況，現(xiàn)有兩張8通道數(shù)據(jù)采集卡的模擬量通道不夠，不能全面滿足試驗需要的擴(kuò)展功能；由于液壓系統(tǒng)、電機(jī)和環(huán)境等的影響，動態(tài)應(yīng)變儀采集的信號含有大量的噪聲，試驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不高；動態(tài)應(yīng)變儀和數(shù)據(jù)采集卡等硬件設(shè)備價格昂貴，測試系統(tǒng)硬件成本高等。因此迫切需要建立一套基于現(xiàn)代測試技術(shù)的鉆頭試驗測試系統(tǒng)，以能夠快捷、準(zhǔn)確、實(shí)時采集鉆頭及各個牙齒的運(yùn)動及受力情況，從而為鉆頭的新產(chǎn)品開發(fā)和科學(xué)化設(shè)計提供重要的試驗手段。鉆頭新產(chǎn)品開發(fā)在理論研究的基礎(chǔ)上必須經(jīng)過試驗驗證其性能，鉆頭試驗對研究和開發(fā)高性能產(chǎn)品具有非常重要的作用。在國外，美國Smith Bits公司、HughesChristensen 公司、Halliburton 公司及英國 Schlumberger Cambridge 公司等都建立了鉆頭試驗測試架，對新開發(fā)鉆頭進(jìn)行試驗研究找出其優(yōu)缺點(diǎn)，并相應(yīng)地制定了鉆頭試驗的檢測標(biāo)準(zhǔn)；同時各公司都申請了相應(yīng)的鉆頭仿真設(shè)計專利，其中大部分是以鉆頭試驗為基礎(chǔ)的，通過開展鉆頭試驗取得了不少的研究成果，開發(fā)出一系列特性或高性能鉆頭，對于提高鉆頭的機(jī)械轉(zhuǎn)速、破碎效率等起到了很重要的作用。1975年，在美國猶他州的鹽湖城建成了第一個全尺寸模擬井下條件的試驗架，可以用來試驗鉆頭、井下工具和一些井下動力鉆具。用液壓控制系統(tǒng)施加鉆進(jìn)壓力，伺服控制系統(tǒng)可以按試驗?zāi)康牡男枰刂埔院沣@壓、恒鉆速或恒扭矩方式鉆進(jìn)。在鉆進(jìn)過程中，可動態(tài)測量的數(shù)據(jù)有:鉆壓、轉(zhuǎn)速、扭矩、巖石的覆蓋應(yīng)力、圍限應(yīng)力、孔隙壓力和鉆頭的進(jìn)尺量和進(jìn)尺速度。1985年，英國斯倫貝謝劍橋公司建成了另一個世界聞名的模擬井下條件的鉆井試驗架，該試驗架可以模擬井深5000m的壓力和溫度。它的整個實(shí)驗操作控制、井下模擬條件控制和實(shí)驗數(shù)據(jù)的采集與處理都用計算機(jī)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，其控制和測試系統(tǒng)較先進(jìn)。在國內(nèi)，江漢鉆頭股份公司、成都總機(jī)廠、西南石油大學(xué)、大慶油田等單位進(jìn)行鉆頭新產(chǎn)品開發(fā)和科學(xué)化設(shè)計研究且都建立了相應(yīng)的鉆頭試驗架，對提高我國鉆頭性能和研究、趕上世界水平起到了一定的作用。1989年，中國石油天然氣總公司北京石油勘探開發(fā)研究院鉆井所建成一臺模擬井底情況的小型鉆頭試驗架。該試驗架能夠做37/8in以下鉆頭在3500m井深條件下的鉆進(jìn)試驗并進(jìn)行試驗過程中的數(shù)據(jù)采集和分析處理。90年代，大慶油田的鉆井技術(shù)研究所建成一臺模擬6000m井深條件的大型鉆井試驗架。從1981年起，西南石油大學(xué)鉆頭研究所就對鉆頭角速度和牙輪角速度進(jìn)行實(shí)驗研究，在大型鉆頭試驗架上進(jìn)行全尺寸鉆頭實(shí)驗，該試驗架可給鉆頭施加300kN的鉆壓，并通過傳感器測得試驗過程中的脈沖信號及模擬信號，再輸入二次儀表和計算機(jī)進(jìn)行處理，得到試驗過程中的鉆壓、扭矩、位移及鉆頭轉(zhuǎn)速等信號。80年代初，西南石油大學(xué)鉆頭研究所在中國石油天然氣總公司的大力支持下，在解決了牙輪鉆頭幾何學(xué)、運(yùn)動學(xué)一系列理論問題，掌握了鉆頭觸底齒本身的運(yùn)動狀態(tài)及其規(guī)律的基礎(chǔ)上，建成一臺國內(nèi)外首創(chuàng)的模擬牙輪鉆頭牙齒造坑過程的試驗設(shè)備。它能夠使試樣牙齒同真實(shí)鉆頭牙齒作相同的復(fù)合運(yùn)動，通過控制臺控制試驗操作過程，采集系統(tǒng)采集試驗數(shù)據(jù)再輸入計算機(jī)進(jìn)行分析處理。這些鉆頭試驗設(shè)備功能不完善，由人工操作裝有各種控件的操作控制臺來實(shí)現(xiàn)整個試驗過程的控制，自動化程度低，特別是測試系統(tǒng)采用傳統(tǒng)硬件化測量儀器采集試驗過程的信號，功能單一、靈活性差、擴(kuò)展功能局限性大、易受外界干擾，采集信號含有大量的噪聲以及硬件成本高等。隨著石油鉆井深度的增加和地層巖石的復(fù)雜化，根據(jù)不同地層巖石特點(diǎn)設(shè)計和開發(fā)特性鉆頭的研究工作更加迫切，鉆頭試驗測試的重要性顯得更加突出，現(xiàn)有鉆頭試驗測試系統(tǒng)很顯然達(dá)不到高性能鉆頭試驗測試的要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種用于測量鉆頭參數(shù)的系統(tǒng)，該用于測量鉆頭參數(shù)的系統(tǒng)能達(dá)到高性能鉆頭試驗測試的要求，且能高效率、快捷、實(shí)時采集鉆頭的運(yùn)動及受力情況、提高測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，以及節(jié)約了測試成本。本發(fā)明的另一目的是提供了一種基于上述系統(tǒng)的測試方法。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):用于測量鉆頭參數(shù)的系統(tǒng)，主要由與測控對象相連的傳感器、與傳感器相連的調(diào)理電路、與調(diào)理電路相連的數(shù)據(jù)采集卡、以及與數(shù)據(jù)采集卡相連的計算機(jī)系統(tǒng)平臺構(gòu)成。所述計算機(jī)系統(tǒng)平臺內(nèi)安裝有儀器軟件。所述數(shù)據(jù)采集卡設(shè)置在計算機(jī)系統(tǒng)平臺上。所述傳感器與調(diào)理電路通過數(shù)據(jù)線相連?；谏鲜鱿到y(tǒng)的測試方法，其特征在于，包括以下步驟:(a)首先，測量被測信號；(b)然后，進(jìn)行濾波及前級放大等預(yù)處理；(C)接著，完成數(shù)據(jù)采集并輸入計算機(jī)系統(tǒng)平臺進(jìn)行處理；
(d)最后，完成分析、顯不、存儲及打印。所述步驟(a)中，通過傳感器測量被測信號。所述步驟(b)中，通過信號調(diào)理電路進(jìn)行濾波及前級放大等預(yù)處理。所述步驟(C)中，通過數(shù)據(jù)采集卡完成數(shù)據(jù)采集并輸入計算機(jī)系統(tǒng)平臺進(jìn)行處理。所述步驟(d)中，通過計算機(jī)系統(tǒng)平臺完成分析、顯示、存儲及打印。本發(fā)明通過計算機(jī)系統(tǒng)平臺將通用測試硬件和軟件功能模塊結(jié)合起來，用戶可以通過友好的圖形界面來操作測試系統(tǒng)，完成對被測對象的采集、分析、判斷、顯示及數(shù)據(jù)存儲等。綜上所述，本發(fā)明的有益效果是:能達(dá)到高性能鉆頭試驗測試的要求，且能高效率、快捷、實(shí)時采集鉆頭的運(yùn)動及受力情況、提高測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，以及節(jié)約了測試成本。
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不僅限于此。實(shí)施例:如圖1所示，本發(fā)明涉及的用于測量鉆頭參數(shù)的系統(tǒng)，主要由與測控對象相連的傳感器、與傳感器相連的調(diào)理電路、與調(diào)理電路相連的數(shù)據(jù)采集卡、以及與數(shù)據(jù)采集卡相連的計算機(jī)系統(tǒng)平臺構(gòu)成。所述計算機(jī)系統(tǒng)平臺內(nèi)安裝有儀器軟件。所述數(shù)據(jù)采集卡設(shè)置在計算機(jī)系統(tǒng)平臺上。所述傳感器與調(diào)理電路通過數(shù)據(jù)線相連?；谏鲜鱿到y(tǒng)的測試方法，其特征在于，包括以下步驟:(a)首先，測量被測信號；(b)然后，進(jìn)行濾波及前級放大等預(yù)處理；(C)接著，完成數(shù)據(jù)采集并輸入計算機(jī)系統(tǒng)平臺進(jìn)行處理；(d)最后，完成分析、顯不、存儲及打印。所述步驟(a)中，通過傳感器測量被測信號。所述步驟(b)中，通過信號調(diào)理電路進(jìn)行濾波及前級放大等預(yù)處理。所述步驟(C)中，通過數(shù)據(jù)采集卡完成數(shù)據(jù)采集并輸入計算機(jī)系統(tǒng)平臺進(jìn)行處理。所述步驟(d)中，通過計算機(jī)系統(tǒng)平臺完成分析、顯示、存儲及打印。本發(fā)明通過計算機(jī)系統(tǒng)平臺將通用測試硬件和軟件功能模塊結(jié)合起來，用戶可以通過友好的圖形界面來操作測試系統(tǒng)，完成對被測對象的采集、分析、判斷、顯示及數(shù)據(jù)存儲等。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用于測量鉆頭參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于，主要由與測控對象相連的傳感器、與傳感器相連的調(diào)理電路、與調(diào)理電路相連的數(shù)據(jù)采集卡、以及與數(shù)據(jù)采集卡相連的計算機(jī)系統(tǒng)平臺構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量鉆頭參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于，所述計算機(jī)系統(tǒng)平臺內(nèi)安裝有儀器軟件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量鉆頭參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集卡設(shè)置在計算機(jī)系統(tǒng)平臺上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量鉆頭參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器與調(diào)理電路通過數(shù)據(jù)線相連。
5.基于上述系統(tǒng)的測試方法，其特征在于，包括以下步驟: (a)首先，測量被測信號； (b)然后，進(jìn)行濾波及前級放大等預(yù)處理； (C)接著，完成數(shù)據(jù)采集并輸入計算機(jī)系統(tǒng)平臺進(jìn)行處理； (d)最后，完成分析、顯示、存儲及打印。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測試方法，其特征在于，所述步驟(a)中，通過傳感器測量被測信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測試方法，其特征在于，所述步驟(b)中，通過信號調(diào)理電路進(jìn)行濾波及前級放大等預(yù)處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測試方法，其特征在于，所述步驟(c)中，通過數(shù)據(jù)采集卡完成數(shù)據(jù)采集并輸入計算機(jī)系統(tǒng)平臺進(jìn)行處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測試方法，其特征在于，所述步驟(d)中，通過計算機(jī)系統(tǒng)平臺完成分析、顯示、存儲及打印。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于測量鉆頭參數(shù)的系統(tǒng)。該用于測量鉆頭參數(shù)的系統(tǒng)主要由與測控對象相連的傳感器、與傳感器相連的調(diào)理電路、與調(diào)理電路相連的數(shù)據(jù)采集卡、以及與數(shù)據(jù)采集卡相連的計算機(jī)系統(tǒng)平臺構(gòu)成。本發(fā)明還公開了一種基于上述系統(tǒng)的測試方法。本發(fā)明能達(dá)到高性能鉆頭試驗測試的要求，且能高效率、快捷、實(shí)時采集鉆頭的運(yùn)動及受力情況、提高測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，以及節(jié)約了測試成本。
文檔編號G01D21/00GK103105191SQ20111037014
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者呂憲冬 申請人:呂憲冬