CN204556209U - 一种随钻测井仪器复合振动测试平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种随钻测井仪器复合振动测试平台，属于石油钻井附属设备领域，包括二维振动平台、设置所述二维振动平台上用于夹持受测仪器的安装夹具、与所述二维振动平台中的振动源输出装置相连的激振功率伺服电路。本实用新型能够更真实地模拟井下随钻测井仪器承受的振动状态，采用本实用新型对随钻测井仪器进行模拟测试，能够更有效地防止有缺陷的仪器组件被用于现场作业，避免发生因仪器组件缺陷导致的起下钻的经济和时间损失，提高被测试仪器的现场使用可靠性，降低使用成本。
Description
技术领域
本实用新型属于石油钻井附属设备领域，具体涉及一种随钻测井仪器复合振动测试平台。
背景技术
随钻测量（Measurement While Drilling，MWD）即是在钻井过程中对钻井工程参数进行实时测量，如井斜、方位和工具面等的测量。随钻测井系统 (Logging While Drilling，LWD)是在MWD基础上发展起来的一种功能更齐全、结构更复杂的随钻测量系统。
随着我国油气开采难度日益增大，开始注重提高油气收率和油藏保护，因此也大量采用定向井、水平井、分支井及大位移井等技术。在钻井过程中，工程和地质人员希望随时了解地层参数，根据地层情况，调整井眼轨迹，使钻头准确钻达目的层，从而提高钻井效率，降低钻井成本，并最终提高采收率。现有的石油钻井过程中对MWD和LWD技术的应用越来越广泛，对随钻仪器的要求越来越高，需求也越来越大。
井下作业时的钻柱发生共振、钻具涡动、钻头磨损、钻柱与井壁摩擦特征、多种振动同时发生的耦合振动。当发生钻头遇卡、溜钻、顿钻等现象时，导致的振动最严重。当振幅烈度超过一定的限制值时对随钻测井仪器性能将产生不良影响，如导致传感器过载，影响测量结果甚至损坏精密传感器和仪器电子器件，形成大的经济损失，且环境温度对该振幅烈度限制值具有较大的影响。
因此，通过建立振动测试平台模拟井下随钻测井仪器承受振动后性能变化的情况，对于防止有缺陷的仪器组件被用于现场作业，避免发生因仪器组件缺陷导致的起下钻的经济和时间损失，提高被测试仪器的现场使用可靠性，降低使用成本具有重要意义。
然而，现有的随钻测井仪器在出厂前的震动测试中采用的模拟振动模式比较单一，不能在低转速下模拟仪器受到的震动，更不能模拟现场复合振动时仪器的受力状态，同时测试前的装配和测试中振动源的平衡点难一次操作妥当，且振动测试时的温度调节方式受限，影响测试结果和生产效率。
实用新型内容
本实用新型针对上述问题，提供了一种随钻测井仪器复合振动测试平台。
井下随钻测井仪器组件（以下简称WMD）受到钻柱振动主要包括轴向、侧向和扭转振动三种类型（如图1所示）。井下钻具在受到外界震击以后，发生的周期性、围绕中心位置来回的弹性运动，进行能量释放过程时产生的复合振动。
本实用新型旨在提供一种能够更真实地模拟井下随钻测井仪器承受的振动状态的随钻测井仪器复合振动测试平台。从而更有效地防止有缺陷的仪器组件被用于现场作业，避免发生因仪器组件缺陷导致的起下钻的经济和时间损失，提高被测试仪器的现场使用可靠性，降低使用成本。
本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：
一种随钻测井仪器复合振动测试平台，包括二维振动平台、设置所述二维振动平台上用于夹持受测仪器的安装夹具、与所述二维振动平台中的振动源输出装置相连的激振功率伺服电路。使用时，通过将被测试的仪器用快装夹具固定在振动平台上，然后通过激振功率伺服电路向振动源输出装置发出相应的控制信号带动二维振动平台进行相应的振动，通过激振功率伺服电路开启相应的激振模式后可实现正弦波定频振动、正弦波扫频振动、随机振动、冲击和碰幢测试等。
作为可选方式，所述二维振动平台中的振动源输出装置为高瞬态响应的音圈电机。利用高瞬态响应的音圈电机动子具有高频响、动作精度高的特点，可模拟推力9KN、加速度30G、位移0~20mm、负荷30Kg（全负载）、频率范围1~1000HZ的2维方向振动。
作为可选方式，在上述随钻测井仪器复合振动测试平台中，还包括能够带动受测仪器做扭转振动的扭转振动源输出装置。进一步的，所述转振动源输出装置为滚动电机。当需要模拟钻具复合振动时，启动滚动电机带动被测试仪器旋转，与2维方向的振动配合实现井下复杂振动状态模拟测试。进一步的，所述滚动电机与电机控制器相连。
为简化振动平台架构，提高设备可靠性和制作成本，所述二维振动平台可以采用单电机激振，通过设置振源矢量位置来分配力的方向，获得2维2象限的震源。
作为可选方式，在上述随钻测井仪器复合振动测试平台中，还包括振动状态反馈控制系统。所述振动状态反馈控制系统通过实时采集系统的振动状态并与设计的振动状态进行比较得到反馈信号，然后通过激振功率伺服电路输出反馈控制信号来调整振动源输出装置的工作状态，从而获得理想的振动状态。
作为可选方式，所述振动状态反馈控制系统主要由加速度传感器以及振动信号处理和激振模式发生设备组成，所述振动信号处理和激振模式发生设备通过电路与振动源输出装置向连通。作为可选方式，所述振动信号处理和激振模式发生设备还可以同时与电机控制器相连，以便向所述电机控制器输出控制信号。进一步的，所述振动状态反馈控制系统还包括实时振动信息存储和输出设备（如显示器、打印机等）。该复合振动测试平台工作时，分别由电源供给组件提供低压大功率稳定电源、功率伺服电路组件输出功率脉冲到振动平台驱动振动电机组件，平台的振动状态由安装在振动平台的加速度传感器感知并传送到振动信号发生控制器组件（振动信号处理和激振模式发生设备），该反馈信号被用于控制输出信号的状态，同时也通过计算后由显示器输出实时的振动信息，处理、储存和打印该信息可为事后数据分析提供便利。
作为可选方式，在上述随钻测井仪器复合振动测试平台中，还包括自动控制系统，所述自动控制系统采用受控数字波形信号发生器，产生给定参数范围的脉冲信号，并与反馈的振动信号共同处理后，经数模转换电路（DAC）转换成伺服电路的模拟输入信号，该信号经伺服电路调理并经功率激励后输出至振动电机。加速度传感器将检测到振动的位移和速度信号传送至信号反馈电路，经模数转换（ADC）成12比特的数字信号便于下一步信号条理并补偿响应其误差，与波形发生器产生的信号进行计算，补偿振动电机的响应迟滞特性误差和干扰抖动，精确控制振动平台的振幅、频率、加速度、时长和推力的闭环控制 。系统显示屏可采用工业人机界面配可编程控制器和变频器，控制和显示整个系统的输入输出参数、历史数据和滚动电机转速控制、角度控制等。
作为可选方式，所述加速度传感器安装在所述二维振动平台上或安装在受测仪器表面。
作为可选方式，在上述随钻测井仪器复合振动测试平台中，还包括温度控制组件。通过温度控制组件还可以同时模拟井下随钻测井仪器的环境温度。
作为可选方式，所述温度控制组件包括保温套和冷\热介质循环系统。所述冷\热介质可以是空气。
作为可选方式，所述保温套为双层抛光金属套管夹层抽真空保温套。通过该温度控制组件可以模拟随钻测井仪器在大井深的高温振动环境，使用时，将被测试仪器的受热部分套于金属套管中间，受控的热（低温）空气循环于被测试仪器外筒和保温管内壁之间，温度分布更加均匀，其温控范围在-30至175摄氏度间温度误差小于正负1摄氏度，循环的冷热空气出入口温差不大于3.5摄氏度（恒温状态），升降温的斜率在0.5~25摄氏度/每分钟可调。整个加温组件实现轻量化和小型化的同时温度控制方便准确，控温方式更加灵活。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本实用新型的有益效果：
本实用新型所述随钻测井仪器复合振动测试平台能模拟井下复合振动情况，测试过程更接近真实的井下随钻测井仪器承受的振动状态。解决了MWD仪器抗震测试的一大难题，避免发生因仪器组件缺陷导致的起下钻的经济和时间损失，提高被测试仪器的现场使用可靠性，降低了钻采成本。还可以模拟不同温度（如高温状态下）复合振动情况。该复合震动测试平台几乎适用于所有MWD定向仪器组件测试的需求，测试模拟项目丰富并可手动编程设置。该复合震动测试平台操作简单，一般的钻井仪表工人经初步培训即可正常使用。该复合震动测试平台机构轻便，功能设计巧妙实用，适合各种井场和仪器维护基地使用。该复合震动测试平台能源消耗少，在井场的现场或维护生产基地使用成本效益高。该复合震动测试平台更换不同台面夹具后，可适应更多种类的物件测试，提高了设备的通用性和设备的利用率，有效的降低了生产成本。
附图说明
图1为井下随钻测井仪器组件受到钻柱振动类型的示意图；
图2为实施例1中所述的一种随钻测井仪器复合振动测试平台的示意图；
图3为实施例1中所述的一种温度控制组件的示意图；
附图标记：1为二维振动平台、2为安装夹具、3为激振功率伺服电路、4为被测试的仪器、5为滚动电机、6为电机控制器、7为加速度传感器、8为振动信号处理和激振模式发生设备、9为保温套、10为电源供给组件、11为冷\热介质循环系统。
具体实施方式
以下通过实施例对本实用新型进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本实用新型进行进一步说明，但不能理解为对本实用新型保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本实用新型的内容对本实用新型作出一些非本质性的改进和调整。
实施例1：
如图2所示，一种随钻测井仪器复合振动测试平台，包括二维振动平台1、设置所述二维振动平台上用于夹持受测仪器的安装夹具2、与所述二维振动平台中的振动源输出装置相连的激振功率伺服电路3。使用时，通过将被测试的仪器4用快装夹具固定在振动平台上，然后通过激振功率伺服电路向振动源输出装置发出相应的控制信号带动二维振动平台进行相应的振动，通过激振功率伺服电路开启相应的激振模式后可实现正弦波定频振动、正弦波扫频振动、随机振动、冲击和碰幢测试等。
作为可选方式，所述二维振动平台中的振动源输出装置为高瞬态响应的音圈电机。利用高瞬态响应的音圈电机动子具有高频响、动作精度高的特点，可模拟推力9KN、加速度30G、位移0~20mm、负荷30Kg（全负载）、频率范围1~1000HZ的2维方向振动。
作为可选方式，在上述随钻测井仪器复合振动测试平台中，还包括能够带动受测仪器做扭转振动的扭转振动源输出装置。进一步的，所述转振动源输出装置为滚动电机5。当需要模拟钻具复合振动时，启动滚动电机带动被测试仪器旋转，与二维方向的振动配合实现井下复杂振动状态模拟测试。进一步的，所述滚动电机与电机控制器6相连。
为简化振动平台架构，提高设备可靠性和制作成本，所述二维振动平台可以采用单电机激振，通过设置振源矢量位置来分配力的方向，获得二维二象限的震源。
作为可选方式，在上述随钻测井仪器复合振动测试平台中，还包括振动状态反馈控制系统。所述振动状态反馈控制系统通过实时采集系统的振动状态并与设计的振动状态进行比较得到反馈信号，然后通过激振功率伺服电路输出反馈控制信号来调整振动源输出装置的工作状态，从而获得理想的振动状态。
作为可选方式，所述振动状态反馈控制系统主要由加速度传感器7以及振动信号处理和激振模式发生设备8组成，所述振动信号处理和激振模式发生设备通过电路与振动源输出装置向连通。作为可选方式，所述振动信号处理和激振模式发生设备还可以同时与电机控制器相连，以便向所述电机控制器输出控制信号。进一步的，所述振动状态反馈控制系统还包括实时振动信息存储和输出设备（如显示器、打印机等）。该复合振动测试平台工作时，分别由电源供给组件10提供低压大功率稳定电源、功率伺服电路组件输出功率脉冲到振动平台驱动振动电机组件，平台的振动状态由安装在振动平台的加速度传感器感知并传送到振动信号发生控制器组件（振动信号处理和激振模式发生设备），该反馈信号被用于控制输出信号的状态，同时也通过计算后由显示器输出实时的振动信息，处理、储存和打印该信息可为事后数据分析提供便利。
作为可选方式，在上述随钻测井仪器复合振动测试平台中，还包括自动控制系统，所述自动控制系统采用受控数字波形信号发生器，产生给定参数范围的脉冲信号，并与反馈的振动信号共同处理后，经数模转换电路（DAC）转换成伺服电路的模拟输入信号，该信号经伺服电路调理并经功率激励后输出至振动电机。加速度传感器将检测到振动的位移和速度信号传送至信号反馈电路，经模数转换（ADC）成12比特的数字信号便于下一步信号条理并补偿响应其误差，与波形发生器产生的信号进行计算，补偿振动电机的响应迟滞特性误差和干扰抖动，精确控制振动平台的振幅、频率、加速度、时长和推力的闭环控制 。系统显示屏可采用工业人机界面配可编程控制器和变频器，控制和显示整个系统的输入输出参数、历史数据和滚动电机转速控制、角度控制等。
作为可选方式，所述加速度传感器安装在所述二维振动平台上或安装在受测仪器表面。
作为可选方式，在上述随钻测井仪器复合振动测试平台中，还包括温度控制组件。通过温度控制组件还可以同时模拟井下随钻测井仪器的环境温度。
作为可选方式，所述温度控制组件包括保温套9和冷\热介质循环系统11（如图3所示）。所述冷\热介质可以是空气。
作为可选方式，所述保温套为双层抛光金属套管夹层抽真空保温套。通过该温度控制组件可以模拟随钻测井仪器在大井深的高温振动环境，使用时，将被测试仪器的受热部分套于金属套管中间，受控的热（低温）空气循环于被测试仪器外筒和保温管内壁之间，温度分布更加均匀，其温控范围在-30至175摄氏度间温度误差小于正负1摄氏度，循环的冷热空气出入口温差不大于3.5摄氏度（恒温状态），升降温的斜率在0.5~25摄氏度/每分钟可调。整个加温组件实现轻量化和小型化的同时温度控制方便准确，控温方式更加灵活。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，对本实用新型而言仅是说明性的，而非限制性的；本领域普通技术人员理解，在本实用新型所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效变更，但都将落入本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种随钻测井仪器复合振动测试平台，其特征在于，包括二维振动平台、设置所述二维振动平台上用于夹持受测仪器的安装夹具、与所述二维振动平台中的振动源输出装置相连的激振功率伺服电路。
2.根据权利要求1所述的随钻测井仪器复合振动测试平台，其特征在于，所述二维振动平台中的振动源输出装置为高瞬态响应的音圈电机。
3.根据权利要求1所述的随钻测井仪器复合振动测试平台，其特征在于，还包括能够带动受测仪器做扭转振动的扭转振动源输出装置。
4.根据权利要求1所述的随钻测井仪器复合振动测试平台，其特征在于，还包括振动状态反馈控制系统。
5.根据权利要求4所述的随钻测井仪器复合振动测试平台，其特征在于，所述振动状态反馈控制系统主要由加速度传感器以及振动信号处理和激振模式发生设备组成，所述振动信号处理和激振模式发生设备通过电路与振动源输出装置向连通。
6.根据权利要求5所述的随钻测井仪器复合振动测试平台，其特征在于，所述加速度传感器安装在所述二维振动平台上或安装在受测仪器表面。
7.根据权利要求1所述的随钻测井仪器复合振动测试平台，其特征在于，还包括温度控制组件。
8.根据权利要求7所述的随钻测井仪器复合振动测试平台，其特征在于，所述温度控制组件包括保温套和冷\热介质循环系统。
9.根据权利要求8所述的随钻测井仪器复合振动测试平台，其特征在于，所述保温套为双层抛光金属套管夹层抽真空保温套。
10.根据权利要求1所述的随钻测井仪器复合振动测试平台，其特征在于，所述二维振动平台采用单电机激振，通过设置振源矢量位置来分配力的方向，获得2维2象限的震源。
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