Funkcinis apibrėžimas ir sistemos padėties nustatymas
Sukamojo vožtuvo purvo impulsų generatorius matavimo gręžimo metu (MWD) sistemoje yra pagrindinis slėgio bangos moduliavimo įrenginys, skirtas gręžinių duomenims įkelti. Pagrindinė jo funkcija yra perduoti skaitmeninius krypties parametrų kodus (pasvirimo kampas, azimuto kampas, įrankio paviršiaus kampas) ir formavimo parametrus (pvz., gama spindulių intensyvumą, savitumą), surinktus gręžinio įrankių stygos, moduliuojant gręžimo skysčio cirkuliacijos sistemos slėgio svyravimus. Šis įrenginys paverčia gręžimo skystį iš hidraulinės terpės į aukštyn nukreiptą duomenų laikmeną, leidžiančią realiuoju laiku-stebėti gręžimo inžinerinius parametrus ir formavimo informaciją.
Struktūra ir veikimo principas
Generatorius daugiausia sudarytas iš šių komponentų:
Statoriaus surinkimas:Pritvirtintas prie generatoriaus korpuso, pagamintas iš volframo -lydinio arba specialios keramikos ir suprojektuotas su konkrečių geometrinių formų srauto angų rinkiniu (pvz., stačiakampio ar ventiliatoriaus{3}}formos).
Rotoriaus surinkimas:Varomas gręžtiniu turbininiu varikliu arba nuolatinės srovės varikliu be šepetėlių, per pavaros veleną prijungtą prie tikslaus guolių mazgo, kurio paviršiuje yra daugybė srauto angų, atitinkančių statoriaus angas.
Valdymo modulis:Priima skaitmeninius signalus iš gręžinių matavimo grandinės ir tiksliai reguliuoja rotoriaus kampinį poslinkį arba sukimosi greitį per variklio valdymo algoritmus.
Slėgio korpusas: atlaiko gręžimo angos žiedo slėgį ir gręžimo skysčio dinaminį slėgį, viduje suformuodamas slėginę{0}}guolio kamerą.
Pagrindiniai darbo režimai
Remiantis moduliavimo principais, yra du pagrindiniai darbo režimai:
1. Neigiamo slėgio impulsų režimas
- Pradinė būsena:Rotoriaus srauto angos yra visiškai sulygiuotos su statoriaus srauto angomis, sumažinant gręžimo skysčio srauto pasipriešinimą.
- Signalo generavimas:Valdymo modulis verčia rotorių suktis tol, kol statoriaus srauto angos visiškai užsiblokuoja, todėl dalis gręžimo skysčio nukreipiama į aplinkkelio grandinę. Šis laikinas staigus srauto pasipriešinimo pokytis sukuria būdingą slėgio kritimą gręžimo skysčio kolonėlėje.
- Kodavimo metodas:Dvejetainis duomenų kodavimas pasiekiamas kontroliuojant slėgio kritimo generavimo laiką (impulso pločio moduliacija arba impulsų padėties moduliacija).
2. Nepertraukiamo slėgio bangos režimas
- Pastovios{0}}būsenos veikimas:Rotorius palaiko tolygų sukimąsi esant etaloniniam greičiui, kurį varo valdymo modulis.
- Signalo generavimas:Dėl periodinio rotoriaus ir statoriaus srauto angų išlygiavimo ir nesutapimo nuolat keičiasi gręžimo skysčio srauto skerspjūvio plotas,{0}}todėl stovo vamzdžio slėgis svyruoja apytiksliai sinusoidiniu būdu.
- Kodavimo metodas:Fazių poslinkio klavišų arba dažnio poslinkio raktų technologija pritaikyta duomenims perduoti keičiant slėgio bangos fazės kampą arba dažnį.
Techninės charakteristikos ir inžineriniai privalumai
Palyginti su stūmoklinio vožtuvo impulsų generatoriais, rotacinio vožtuvo konstrukcija turi šiuos techninius pranašumus:
Padidintas patikimumas:Sukamojo judesio režimas pašalina didelio{0}}dažnio grįžtamąją trintį ant ašinio vožtuvo stiebo sandarinimo paviršiaus ir sumažina sandariklio gedimo tikimybę. Judančių dalių įtempimo būsena yra labiau subalansuota, todėl pailgėja guolių sistemos tarnavimo laikas.
Optimizuotas duomenų perdavimo greitis:Nepertraukiamų bangų režimu galima pasiekti 3–16 bps perdavimo spartą, palaikydama išplėstų matavimo parametrų rinkinių ir ribotų formavimosi vaizdo duomenų perdavimo reikalavimus.
Patobulinta signalo kokybė:Sukurta slėgio banga pasižymi aiškiomis spektrinėmis charakteristikomis, palengvina paviršiaus sistemos triukšmo slopinimą naudojant skaitmeninį filtravimą (pvz., Kalmano filtrą, bangelių transformaciją) ir pagerina signalo -ir -triukšmo santykį.
Sustiprintas skysčių prisitaikymas:Sumažintas jautrumas kietųjų fazių dalelių dydžio pasiskirstymui gręžimo skystyje, išlaikant stabilų veikimą bentonito -, alyvos- ir sintetiniuose{2}} gręžimo skysčiuose.
Pagrindiniai techniniai iššūkiai ir atsakomosios priemonės
Pagrindiniai techniniai iššūkiai, su kuriais susiduria įrenginys eksploatuojant gręžinius, ir atitinkami sprendimai yra šie:
Aukštos temperatūros ir aukšto slėgio sąlygos:Reikalingi aukštos-temperatūros varikliai (izoliacijos klasė H ir aukštesnė), aukštos-temperatūros elektroniniai komponentai ir šilumos valdymo sistemos.
Abrazyvinė terpė:Rotoriaus ir statoriaus paviršiai turi būti apdorojami terminiu volframo karbido purškimu arba fiziniu garų nusodinimu, o srauto angų kraštai turi turėti erozijai atsparų{0}} geometrinį dizainą.
Dinaminio sandarinimo reikalavimai:Pagrindinis velenas turi kombinuotą kelių{0}}pakopų labirinto ir metalinio silfono sandariklio schemą, kartu su slėgio kompensavimo sistema, kad būtų subalansuotas slėgio skirtumas sandarinimo kameros viduje ir išorėje.
Vibracinė aplinka:Baigtinių elementų analizė naudojama siekiant optimizuoti natūralų konstrukcijos dažnį ir išvengti susiejimo su gręžimo virvės vibracijos režimu. Pagrindinės plokštės yra apdorojamos ir montuojamos naudojant vibracijos mažinimo priemones.
Techninės plėtros tendencijos
Dabartinė technologijų plėtra orientuota į šias kryptis:
Geresnis prisitaikymas prie ekstremalių darbo sąlygų (maksimali darbinė temperatūra > 175 laipsniai, darbinis slėgis > 140 MPa)
Kuriama adaptyvi moduliavimo technologija, skirta automatiškai optimizuoti signalo parametrus pagal gręžimo skysčio charakteristikas ir siurblio sąlygas
Integruoti giluminio duomenų apdorojimo ir glaudinimo algoritmai, siekiant pagerinti efektyvaus duomenų įkėlimo efektyvumą
Didelio{0}}greičio perdavimo protokolų, pagrįstų kelių-dažnių moduliavimu ir ortogonaliu kodavimu, tyrinėjimas
Naujos kartos MWD sukamojo vožtuvo purvo impulsų generatoriams kaip pavyzdį naudojame ZTMWD{0}}XT, kurį nepriklausomai sukūrė ZITN. ZTMWD-XT yra didelio-našumo MWD sistema, specialiai sukurta itin-aukštos temperatūros ir aukšto slėgio (HTHP) aplinkai, galinti stabiliai veikti iki 200 laipsnių temperatūroje. Jo besisukantis vožtuvo purvo impulsų generatorius generuoja slėgio impulsų signalus didindamas ir mažindamas slėgį grąžto stygoje ir gali nukirpti prarastas cirkuliacines medžiagas, kurios sukimosi metu gali užstrigti pulsatorių. Pulseris susideda iš vožtuvų grupės, mechaninių komponentų, judesio valdymo komponentų ir centralizatoriaus. Impulsų generatoriaus variklio pavaros grandinėje taikomas iš metalo supakuotas aukštos temperatūros MCM grandinės procesas, kuris, palyginti su įprastu PCB procesu, žymiai padidina grandinės tarnavimo laiką ir padidina vibracijos atsparumą.
Sukamojo vožtuvo purvo impulsų generatoriaus, kaip pagrindinio aukštyn nukreipto MWD sistemos ryšio kanalo, techninis veikimas tiesiogiai veikia{0}}matavimo duomenų našumą ir vientisumą realiuoju laiku. Šio įrenginio projektavimas ir gamyba apima kryžminį-skysčių dinamikos, medžiagų mokslo, tiksliųjų mašinų ir valdymo inžinerijos taikymą, o tai atspindi technologinę integraciją naftos gręžimo gręžinių instrumentų srityje. Gręžimo inžinerijai plėtojant itin-giliųjų gręžinių, išplėstinio-siekimo šulinių ir pažangaus gręžimo, yra nuolat atnaujinami impulsų generatorių perdavimo spartos, patikimumo ir darbo sąlygų pritaikymo techniniai reikalavimai.