宋長(zhǎng)河

(中石油長(zhǎng)城鉆探鉆井技術(shù)服務(wù)公司 遼寧 盤(pán)錦)

0 引 言

脈沖發(fā)生器作為MWD(無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀)必不可少的一部分，負(fù)責(zé)井下儀器脈沖信號(hào)的產(chǎn)生，各種類型的脈沖發(fā)生器均需要對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)工作腔充油，從而起到潤(rùn)滑、平衡壓力的作用。在井下高溫高壓環(huán)境下，硅油的體積變化率較小，但空氣的體積變化非常明顯，如果充油效果不理想，腔體內(nèi)殘留空氣過(guò)多，遇熱膨脹后將嚴(yán)重?fù)p害脈沖發(fā)生器，整個(gè)脈沖發(fā)生器將無(wú)法正常工作，導(dǎo)致信號(hào)傳輸不暢，也就直接影響到井下儀器串的正常使用，所以在使用前模擬井下高溫高壓環(huán)境來(lái)檢測(cè)脈沖發(fā)生器的質(zhì)量是否合格是很有必要的。

1 以往的脈沖發(fā)生器充油方法與裝置

1.1 浸泡式充油［1］

如圖1 所示，將油杯中注入一定量的硅油(足夠?qū)⒚}沖發(fā)生器完全浸泡)，置入脈沖發(fā)生器，蓋上密封套，密封套頂部與真空泵相連。啟動(dòng)真空泵開(kāi)始充油，脈沖發(fā)生器內(nèi)的空氣在負(fù)壓條件下，體積膨脹，浮到油杯上部排除，而相對(duì)較重的硅油，同時(shí)進(jìn)入脈沖發(fā)生器。殘留在充油腔內(nèi)零件微小縫隙中的空氣，需要反復(fù)敲打、震動(dòng)脈沖發(fā)生器，使之脫離粘液表面張力的束縛，上浮，排出。該充油方法效率很低，一根脈沖發(fā)生器充油完成，一般需要一周左右的時(shí)間，且因微小氣泡難以排出，充油效果不理想。

圖1 浸泡式充油裝置示意圖

1.2 移動(dòng)脈沖發(fā)生器式充油［2］

如圖2 所示，充油過(guò)程中，用真空泵產(chǎn)生負(fù)壓使空氣膨脹上升排出充油腔，使硅油下沉充入充油腔。在空氣上升硅油下沉的過(guò)程中，空氣與硅油相遇并混合。

此方法需要真空泵的功率大，極限真空度高，負(fù)壓與液體的接觸面積大，但在細(xì)長(zhǎng)的充油管中，負(fù)壓與液體的接觸面非常小，管內(nèi)與腔內(nèi)空氣受到粘液表面張力的束縛，要從液體中排出很困難，需要的時(shí)間也長(zhǎng)。

這種充油方法效率較低，一根脈沖發(fā)生器完成充油過(guò)程，一般需要5 天的時(shí)間。在此期間需要不斷地上舉脈沖發(fā)生器，為了加速氣體上升速度，還需經(jīng)常敲打、振動(dòng)脈沖發(fā)生器，容易使脈沖發(fā)生器的零件松動(dòng)失效。

圖2 移動(dòng)脈沖發(fā)生器式充油裝置示意圖

1.3 循環(huán)式充油［3］

如圖3 所示，先對(duì)脈沖發(fā)生器充油腔體和油杯進(jìn)行抽真空除氣，除氣后關(guān)閉真空泵閥，打開(kāi)進(jìn)油閥和循環(huán)泵開(kāi)始充油，當(dāng)油進(jìn)入回油管時(shí)打開(kāi)回油閥，使油不停地循環(huán)。由于系統(tǒng)內(nèi)為負(fù)壓狀態(tài)，在油循環(huán)的過(guò)程中，系統(tǒng)內(nèi)的空氣不斷釋放到油杯上部的空間內(nèi)，循環(huán)一段時(shí)間后需打開(kāi)真空泵閥將油杯上部空間內(nèi)的氣體排出，然后再使油循環(huán)，如此反復(fù)。

圖3 循環(huán)式充油裝置示意圖

在這種方法中，由于首先對(duì)充油腔體和油杯進(jìn)行抽真空除氣，避免充油過(guò)程中油與氣混臺(tái)，在油循環(huán)過(guò)程中又把殘余的氣體慢慢排出，除氣率很高，充油效果比較好。

2 新型高溫測(cè)試與充油裝置

新型高溫測(cè)試與充油裝置又稱作大功率加熱循環(huán)分離式充油機(jī)，如圖4 所示。充油之前先打開(kāi)真空泵、電熱絲、循環(huán)泵，將充油機(jī)預(yù)熱。連接脈沖發(fā)生器兩端的快速密封接頭，上端快速密封接頭連接真空泵接口，充油機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)及脈沖發(fā)生器同時(shí)抽真空至負(fù)壓，脈沖發(fā)生器下端快速密封接頭連接送油閥端口，緩緩打開(kāi)送油閥，硅油進(jìn)入脈沖發(fā)生器充油腔內(nèi)，至硅油充滿脈沖發(fā)生器充油腔體時(shí)，拔下真空泵接口處的快速密封接頭，將其連接回油閥端口，循環(huán)4 h ～5 h，充油完成。

圖4 大功率加熱循環(huán)分離式充油裝置示意圖

最終完成的大功率加熱循環(huán)分離式充油機(jī)完全滿足了設(shè)計(jì)需要，實(shí)現(xiàn)了加熱充油、循環(huán)充油、分離充油的三大特點(diǎn)。該充油機(jī)比其他充油機(jī)移動(dòng)性能好，采用無(wú)密封循環(huán)泵，循環(huán)速度快，油杯內(nèi)采用旋壓式微粒過(guò)濾器，方便更換，并能在充油過(guò)程中快速分離空氣、水和微粒污染物。其獨(dú)有的加熱器可降低油粘度和氣體溶解度，更大限度地去除溶解于油中的空氣。在充油前將脈沖發(fā)生器抽真空，避免了油進(jìn)入脈沖發(fā)生器時(shí)與空氣相接觸，能夠通過(guò)一個(gè)端口抽真空并加油，或者通過(guò)兩個(gè)端口循環(huán)，并且能完全通過(guò)泵送或抽真空完成加油。

3 新型充油裝置的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

(1)該裝置實(shí)現(xiàn)了加熱循環(huán)分離式的充油模式，充油機(jī)充油時(shí)間短，并可以邊抽真空邊循環(huán)，使脈沖發(fā)生器充油飽滿且不含氣泡。

在油溫升高的過(guò)程中，該裝置可降低硅油粘度和氣體溶解度，加強(qiáng)硅油的流動(dòng)性，更大限度地排除油中混有的及溶解的空氣，脈沖發(fā)生器充油的飽滿度大幅提升，充油速度快、效果好。

(2)該裝置同時(shí)具備了脈沖發(fā)生器高溫檢測(cè)、拉力檢測(cè)和充油保養(yǎng)三項(xiàng)主要功能。

該裝置除了充油部分功能之外還可以在模擬井底高溫環(huán)境的條件下對(duì)脈沖發(fā)生器進(jìn)行拉力檢測(cè)，分辨出在地面環(huán)境中測(cè)試正常，而進(jìn)入井底卻不能正常工作的脈沖發(fā)生器。首先進(jìn)行常溫狀態(tài)下脈沖發(fā)生器的拉力測(cè)試，拉力值大于9 kg 的為合格;然后進(jìn)行高溫狀態(tài)下的拉力檢測(cè)，能夠滿足拉力值大于5 kg 的脈沖發(fā)生器在裝置中可直接進(jìn)行充油保養(yǎng)。不能通過(guò)檢測(cè)的脈沖發(fā)生器則需要更換內(nèi)部配件，經(jīng)再次檢測(cè)符合指標(biāo)后才能投入現(xiàn)場(chǎng)使用。該裝置一機(jī)三用，能最大程度提高工作效率，一個(gè)人也能進(jìn)行操作。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文在總結(jié)以往的三種充油方法與裝置的基礎(chǔ)上，結(jié)合脈沖發(fā)生器現(xiàn)場(chǎng)的使用情況，大膽進(jìn)行了革新，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)制造了新型MWD 脈沖發(fā)生器高溫測(cè)試與充油裝置(大功率加熱循環(huán)分離式充油機(jī))。該裝置集脈沖發(fā)生器高溫檢測(cè)、拉力檢測(cè)和充油保養(yǎng)三項(xiàng)主要功能于一體，操作簡(jiǎn)單易上手，充油速度快、效果好。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該技術(shù)在蘇里格氣田區(qū)塊推廣使用后，由于脈沖發(fā)生器損毀或工作異常導(dǎo)致的井下儀器無(wú)信號(hào)事故由2012 年的100 余次，降至2013 年的20 余次，由于脈沖發(fā)生器導(dǎo)致的井下故障率降低了80%，直接經(jīng)濟(jì)損失減少了近1 200 萬(wàn)元。事實(shí)證明，該裝置可靠性強(qiáng)，性能穩(wěn)定，對(duì)MWD 脈沖發(fā)生器的維護(hù)保養(yǎng)、檢測(cè)維修等起到了至關(guān)重要的保障作用。

研制新型的脈沖發(fā)生器充油裝置主要目的是提高脈沖發(fā)生器的充油效率及減少充油腔內(nèi)殘余空氣。然而，沒(méi)有一種充油裝置能夠絕對(duì)地清除殘余空氣［4］。建議在地面充油時(shí)，能模擬脈沖發(fā)生器在井下的工作環(huán)境，對(duì)硅油進(jìn)行加熱、攪拌和對(duì)脈沖發(fā)生器本身進(jìn)行模擬震動(dòng)測(cè)試，這樣，充油效果將得到進(jìn)一步的改善。在未來(lái)的發(fā)展方向上，仍將是進(jìn)一步提高改進(jìn)，將充油效率提高到更高的層次，將油腔內(nèi)的殘余空氣含量降到更低的程度。

［1］張威威，景鎖吉. MWD 脈沖發(fā)生器充油方法比較分析［J］. 錄井工程，2007，18(3)

［2］王群力. QDT MWD 脈沖發(fā)生器充油問(wèn)題的理論探析［J］.石油儀器，2002，16(5)

［3］張 俊. QDT MWD 脈沖發(fā)生器充油機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］. 石油儀器，2011，25(2)

［4］王群力，劉匡曉，徐永偉，等. QDT MWD 脈沖發(fā)生器充油新工藝［J］. 石油儀器，2004，18(4)