气体钻井井下随钻测量系统的研究与设计

发布时间：2017-03-18 19:01

  本文关键词：气体钻井井下随钻测量系统的研究与设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：气体钻井是近年来发展比较迅速的一种欠平衡钻井方式,具有提高机械钻速和保护油气层等优点,为保障气体钻井安全,需要对井下各类钻井工程参数进行实时监测。但是,泥浆脉冲随钻测量需要以钻井液为动力,不适用于气体钻井,电磁波随钻测量则受地层介质影响较大,测量深度有限,且这项技术受到国外的严格封锁,现有产品的服务费用非常昂贵,因此急需开发一种适合于气体钻井的随钻测量系统。本文是在现有井斜、方位和温度等参数测量的基础上,研究钻压扭矩测量方法,增加钻压扭矩测量,并根据现有气体钻井工艺,研究基于钻柱内微波信号中继的无线随钻测量技术。本文首先进行转角法测试扭矩原理及方法研究,为近钻头扭矩测量提供了一种新的方案,根据应变法测试钻压扭矩的原理设计了应变片布片和组成电桥方式,并完成输出分析,阐述了钻压和扭矩测量桥路是如何消除各测量量之间的耦合影响；完成钻压扭矩测量短节的硬件设计,设计了钻压扭矩的信号调理放大电路等相关电路,并完成测量钻压扭矩的软件设计,建立了测量短节的仿真模型,利用ANSYS workbench14.5对其进行受力仿真计算,验证了其结构设计的合理性,并为钻压和扭矩测量提供理论依据；开展钻柱内微波传输特性研究,并进行测试实验,为提高信号传输距离提供理论依据,完成钻柱中微波数据中继传输方案设计,实现ZigBee单链网络组建,完成地面微波信号接收方案设计；设计和开发了一套上位机实时监测软件；通过实验室和现场测试实验,验证了理论研究的正确和微波中继传输方案的实用性和可行性,为系统的优化升级提供理论基础。经现场测试表明,所设计的气体钻井井下随钻测量系统可实现井下参数的实时监测,能够有效规避钻进过程中的安全风险,为气体钻井的安全高效施工提供了关键技术支持。
【关键词】：随钻测量 钻压扭矩测量 转角法 微波中继传输 实时监测
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE927;TP274
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 研究目的及意义8-9
• 1.2 电磁波随钻测量国内外研究现状9-11
• 1.2.1 国外研究现状9-10
• 1.2.2 国内研究现状10-11
• 1.3 课题来源及研究内容11
• 1.4 论文研究思路及创新点11-13
• 1.4.1 论文研究思路11-12
• 1.4.2 创新点12-13
• 第2章 钻压扭矩测量方法研究13-23
• 2.1 井下钻压和扭矩简介13-14
• 2.2 转角法测试扭矩原理及方法研究14-17
• 2.2.1 转角法测试扭矩原理14-16
• 2.2.2 转角法测试扭矩方法研究16-17
• 2.3 应变法测试钻压和扭矩原理及方法研究17-22
• 2.3.1 金属电阻应变片测量原理17-19
• 2.3.2 应变法测试钻压和扭矩方法研究19-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 钻压扭矩测量短节硬软件设计及有限元仿真23-37
• 3.1 钻压扭矩测量短节硬件总体设计23-24
• 3.2 钻压扭矩测量硬件电路设计24-28
• 3.2.1 信号调理放大电路设计24-26
• 3.2.2 供电电路设计26-27
• 3.2.3 数据存储电路设计27
• 3.2.4 微波通讯发射模块设计27-28
• 3.3 钻压扭矩测量软件设计28-31
• 3.4 钻压扭矩测量短节有限元仿真分析31-35
• 3.4.1 有限元方法及ANSYS workbench14.5简介31
• 3.4.2 钻压扭矩测量短节有限元仿真模型建立31-32
• 3.4.3 钻压和扭矩作用仿真结果及分析32-35
• 3.5 本章小结35-37
• 第4章 气体钻井微波随钻测量数据传输技术研究37-54
• 4.1 微波在理想圆波导中传输研究37-44
• 4.1.1 圆柱形波导37-39
• 4.1.2 钻柱中传输的波型39-40
• 4.1.3 微波在圆波导中传播距离40-42
• 4.1.4 钻柱中单模传输条件分析42-44
• 4.2 钻柱中微波传输特性测试44-48
• 4.2.1 模拟钻杆测试实验44-45
• 4.2.2 实验结果分析45-48
• 4.3 钻柱中微波随钻数据传输方案设计48-50
• 4.4 ZigBee组网研究50-52
• 4.5 地面微波信号接收方案设计52-53
• 4.5.1 钻具内微波信号导出52
• 4.5.2 地面信号传输与接收52-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第5章 气体钻井井下随钻测量上位机监测软件设计54-60
• 5.1 软件总体设计54-55
• 5.1.1 软件功能需求分析54
• 5.1.2 软件总体框架设计54-55
• 5.2 数据库设计与开发55-58
• 5.3 软件功能模块设计与开发58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第6章 测试实验60-72
• 6.1 实验室实验60-65
• 6.1.1 实验模型介绍60
• 6.1.2 应变法测试钻压和扭矩的实验室实验60-63
• 6.1.3 转角法测试扭矩的实验室实验63-65
• 6.2 钻压扭矩测量短节测试扭矩实验65-66
• 6.3 现场测试实验66-70
• 6.3.1 现场测试实验目的及内容66
• 6.3.2 元陆XX井微波随钻测量实验66-70
• 6.4 本章小结70-72
• 第7章 结论与展望72-74
• 7.1 结论72-73
• 7.2 展望73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-79
• 附录79-83
• 附录1 钻压扭矩测量电路图79-80
• 附录2 数据存储部分程序80-82
• 附录3 测量短节实物图82-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果83

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈爱民;;浅谈气体钻井工艺技术流程与设计[J];黑龙江科技信息;2009年36期

2 窦金永;宋瑞宏;;国内外气体钻井发展历程及现状[J];西部探矿工程;2010年12期

3 窦金永;韩玉安;;国内气体钻井设备现状[J];西部探矿工程;2010年12期

4 韩福彬;刘永贵;王蔚;;大庆深层气体钻井复杂事故影响因素与对策分析[J];石油钻采工艺;2010年04期

5 刘博伟;孟英峰;李皋;魏纳;刘金龙;汪传磊;;气体钻井环空携水能力研究[J];科学技术与工程;2013年07期

6 唐贵,雷桐,舒秋贵,孟英峰;气体钻井井筒与地层流动耦合分析[J];石油钻采工艺;2005年04期

7 杨智光,赵德云,刘永贵,陆凤德,安明玉;大庆外围深层实施气体钻井的可行性分析[J];探矿工程(岩土钻掘工程);2005年09期

8 董耀文;陈次昌;黄小兵;;气体钻井冲蚀磨损试验中试验砂的配制研究[J];内蒙古石油化工;2008年20期

9 朱礼平;卫亚明;冯靓;刘绘新;李永杰;;随钻监测技术在气体钻井中的应用[J];海洋石油;2008年04期

10 王延民;李皋;李永杰;黎强;郑茂桃;;气体钻井排砂管线优化设计[J];天然气勘探与开发;2008年04期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 彭烨;;PDC钻头在气体钻井中的应用调研与展望[A];黑鲁石油学会钻井新技术研讨会论文集[C];2008年

2 黄小兵;熊建新;陈次昌;;气体钻井钻具冲蚀磨损试验装置[A];2008年石油装备学术年会暨庆祝中国石油大学建校55周年学术研讨会论文集[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者　周泽山 通讯员　贺晓;气体钻井引领油气钻井新潮流[N];中国石油报;2006年

2 王明伟邋首席记者 高淑华;气体钻井设备进入油区试验[N];盘锦日报;2008年

3 黎昌华　王波;川西气体钻井研究项目顺利通过中国石化鉴定[N];中国石化报;2009年

4 通讯员 李江辉 梁子波 王树江;胜利西部新区哈山3井气体钻井提速提效成功[N];科技日报;2012年

5 记者 谷学涛　通讯员 尚立 邓斌;川庆钻探气体钻井装上安全“透视眼”[N];中国石油报;2012年

6 刘泓波邋通讯员 唐油川;听钻井人讲述气体钻井[N];中国石油报;2007年

7 周泽山;气体钻井提速保储层效能显著[N];中国石油报;2007年

8 王明伟;气体钻井设备在辽河油区展开试验[N];中国石油报;2008年

9 通讯员 李江辉　梁子波 曹强;胜利油田首口产层气体钻井成功[N];科技日报;2011年

10 记者 谷学涛 通讯员 邓斌 董仕明;川庆钻探连续循环气体钻井系统试验成功[N];中国石油报;2012年

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 张书瑞;大庆油田气体钻井关键技术研究[D];东北石油大学;2011年

2 姚建林;气体钻井环空流场分析及岩屑对管柱的冲蚀特性研究[D];上海大学;2011年

3 舒小波;气体钻井地层出水及仿生处理技术研究[D];西南石油大学;2014年

4 谢关宝;气体钻井适应性测井评价方法研究[D];中国石油大学（华东）;2013年

5 刘佳洁;深层致密砂岩储层气体钻井地层—井筒耦合全瞬态流动规律研究[D];西南石油大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 杨春雷;辽河油田潜山地层气体钻井工艺及现场试验[D];东北石油大学;2015年

2 陈明;基于ZigBee的气体钻井地层出水模拟监测系统的设计与实现[D];西南交通大学;2016年

3 王涌博;气体钻井在吉林油田深层气藏中的应用研究[D];长江大学;2016年

4 张柳;辽河大民屯潜山地层气体钻井雾化钻液技术研究[D];东北石油大学;2016年

5 徐小祥;气体钻井井下随钻测量系统的研究与设计[D];西南石油大学;2016年

6 孙爱生;气体钻井井筒岩屑重复破碎及运移机理[D];西南石油大学;2016年

7 罗整;气体钻井岩屑对钻具和井口设备冲蚀的数值仿真与实验研究[D];西南石油大学;2016年

8 巴彬;气体钻井中下部钻具冲蚀失效研究[D];西南石油大学;2016年

9 符攀;气体钻井钻杆完井基础理论研究[D];西南石油大学;2015年

10 陶丽杰;气体钻井流动参数计算[D];大庆石油学院;2008年

  本文关键词：气体钻井井下随钻测量系统的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：254851