测井电缆张紧装置文献综述

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1、中国石油大学（华东）毕业设计（论文）测井电缆张紧装置伺服系统设计学生姓名:周忍学 号：08041532专业班级:机自08-5指导教师：张金中2012年3月16日第1前言11 1国内外现状11 2研究的11 3研究意义1第 2 章 电缆张紧装置伺服系统分析介绍221电缆受力分析222张紧装置介绍223伺服系统分析22.3.1 伺 服 系 统 发 展 概况32.3.2 制动力矩的调节控论7参考文献9第1章前言1.1国内外张紧装置伺服系统的现状测井是通过绝缘电缆将井下仪器或电极系，下放到钻孔中进行各种地球 物理测，量并随钻孔深度进行模拟的图形显示或数字记录，最后通过数据处 理和解释，达到解决各种地质

2、问题的LI的的测量方法。在钻到设讣井深深度 后都必须进行测井，乂称完井电测，以获得各种石油地质及工程技术资料， 作为完井和开发油田的原始资料。深度是测井资料中的一项重要数据。但山于LI就使用的数控测井仪深度 系统仍存在不少问题，使得实际测井中常产生深度误差。原因是多方面的， 诸如电缆与测量轮之间因吻合不好而产生打滑，使得深度测量出现一次性误 差；测量轮的周长山于磨损等原因发生变化，从而引起深度测量累积性误差; 山于井下仪器遇卡和电缆跳动等原因，使测量轮来回转动引起测量误差；电 缆在井内受自重、浮力、摩擦力、泥浆压力及温度变化等因素影响，导致电 缆拉伸引起测量误差。传统测井电缆的深度标定是采用标

3、准井法完成的。标 准井内下有套管，首先，对套管进行深度标定，每一套管接箍都有一个标准 深度，形成标准深度的套管井。在此基础上，把测井电缆下放到井内，以每 小时2500至3000米的速度上提电缆进行磁定位深度测井，在测井的同时， 在地面上对运动的测井电缆每隔25米注上一个磁记号，并连续将整盘电缆 全部注磁完毕，即完成一套电缆的深度标定。传统测井电缆的深度标定方法 需要建一口标准井，而标定过程复杂、费时。传统测井电缆深度记号标定装置安装示意图如下U1.2张紧装置伺服系统研究目的传统测井电缆的深度标定方法复朵、费时。为了克服用标准井标定测井 电缆的缺点采用滚筒模拟标准井对电缆进行标定。用滚筒模拟标准

4、井在地面 标定测井电缆时，必须使电缆保持在标准井中对应深度的张力。电缆张力只 能施加于滚筒，不能直接施加于电缆，张力的变化还必须随电缆的长度变化 而变化。因此，需要研制一套模拟电缆在标准井中山于自重所产生的张力的 装置及其调节控制系统。1.3张紧装置伺服系统研究意义测井电缆是测井获取地层信息过程中重要的配套设备，在测井过程中起 到地面控制系统与井下仪器之间的信号传输及下放、提升井下仪器和标示所 测地层信息深度位置的作用。电缆通常是不能承受很大拉力的，所以张紧装 置是电缆传送中不可缺少的重要组成部分，它的主要性能是：1.保证足够的 张紧力以及驱动装置依靠摩擦力传动所必须传递的摩擦牵引力，防止电缆

5、打 滑。2.补偿塑性变形与过渡工况时电缆伸长量的变化。山于负载变化会引起 电缆长度发生变化，张紧力有变小趋势，需要张紧装置来维持电缆传送正常 运行所需的最小张紧力。测井电缆机械抗拉强度一般为50801,在测井 过程中，由于电缆上提速度较快，当井下仪器遇卡时，电缆张力突然变大, 操作人员往往来不及采取措施，电缆就被瞬间拉断，造成仪器掉入井中和电 缆报废事故。这不但妨碍了安全生产，同时会带来严重经济损失。为此我们 需要设计一伺服系统来控制张紧装置从而达到保护电缆的口的。第2章 电缆张紧装置伺服系统分析介绍2. 1电缆受力分析电缆自重、下井仪器的重量及英在泥浆中的浮力（1）电缆自重 设单位长度电缆的

6、重量为巴电缆长度为厶，则电 缆的自重锋“为F叱仏（2-1）（2）电缆在泥浆中的浮力电缆在井内处于泥浆之中，受到泥浆的浮力作用，其浮力你等于电缆所排泥浆的重量，即（2-2） 式中，Q.为泥浆的单位体积重量；A为电缆的截面积。（3）仪器重量电缆终端悬挂着的井下仪器在泥浆中的重量化”为心讥- 0S（2-3）式中，F咖为仪器在空气中的重量，S为仪器的体积。电缆在井内移动时所受的阻力（1）泥浆粘附力这种粘附力由周围泥浆粒子之间的抗剪切强度产生，可表示为F, = （Dr-2Dtr/V）L = fcdL（2-4）式中，加号表示电缆上提，减号表示电缆下放；D为电缆直径；r为泥浆中 的动态剪切强度；为泥浆的塑性

7、粘度，它取决于泥浆的性质；V为电缆在 井内的移动速度；d为单位长度电缆所受到的泥浆粘附力。（2）附加摩擦力 电缆在井内移动时可能与井壁接触，由此将产生 附加摩擦力耳和它与电缆在井壁上的摩擦系数K?.、井眼的倾斜角及电缆 的重量等参数成正比，并与电缆在井内的移动速度有关。实际上，在井内各 段电缆的摩擦系数是不同的，取决于该段井壁的状况，如岩石的性质、泥饼 的厚度以及不同井斜状态下电缆在井壁上所受的压力变化等，因此难以用简 单的式子表示。通常可以通过实际测试和统计找出其与这些因素之间的关 系。巧和耳d均为电缆在井内移动时受到的阻力，对电缆所产生的负荷为 Fd=FeFmd=fdL(2-5)式中，为单

8、位长度电缆所受的阻力。同理，下井仪器在井内移动时也受到泥浆粘附力行“和来自井壁的摩擦 力代“。对电缆产生的负荷为Fsd = Fg + Fma根据上述分析可知，测井时电缆在井口所受到的拉力为Tca = Fca-Fm + Fd + Fxm + Fsd = (Wea +fd)L-F，+ Fxm +(2-6)山上述知，悬挂在空气中并考虑来自泥浆和井壁的阻力、泥浆的浮力等因素, 在井下作用于电缆上的实际平均张力为厶(心 + 力)- % + Fsm + Fsd(2-7)比较是(2-6)和式(2-7),可得厂 J(心+力)(2-8)2. 2张紧装置介绍实现电缆山自重所产生张力的模拟，采用连续制动的原理。能够

9、实现这 一功能的技术有：水制动、电磁涡流制动和气控盘式制动。在此选用伊顿 WCB辅助制动器。伊顿辅助制动力矩是在圧缩空气作用下，压紧盘组件压紧动摩擦盘所产主的 摩擦力而形成的。其制动转矩为：Te= Po Pp Mr(2-9)Pr式中，必为盘式制动在A压力下的制动扭矩；6为盘刹气缸内的压力；M 为a为0.55 MPa时产生的扭矩；A为压力损失。由公式(2-9)可以看出，WCB辅助制动制动力矩与制动轴的转速无关，仅 与制动气缸的气压有关，且呈线性关系。易于实现制动力矩的调节与控制。 伊顿辅助制动在制动状态下，摩擦盘长时间摩擦产主大量热量必须山冷却水 腔中的冷却水流带走。如果冷却不充分，将严重影响制

10、动性能。因此，伊顿 制动配套和使用的关键是制动必须能够得到充分冷却。伊顿WCB辅助制动是国内引进的美国技术，已经很好的解决了摩擦盘和摩擦 片的寿命问题。在石油钻机上的应用结果表明，其寿命达到三年，而且制动 力矩稳定。伊顿WCB辅助制动是气控制动最典型的代表，伊顿制动具有低速制动性能 好，结构紧凑、体积小、质量轻等特点。同时，气动控制方式安全性高，适 用于易燃易爆的工作环境。WCB制动器负荷试验曲线图2. 3伺服系统分析伺服系统(Servomechanism: servo-system )：实现输出变量精确地跟 随或复现输入变量的控制系统。包含功率放大和反馈，使得输出变量的值 紧密地响应输入量值

11、的一种自动控制系统。伺服系统(servomechanism)是 是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入LI标(或给定值) 的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进 行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制的非 常灵活方便。伺服系统是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。 乂称随动系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是 机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统。其作用是使输出的机械位移 （或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。一个现代伺服系统的设计包含了机械设讣、电机控制、电力电子、伺服 控制、运动控制、程序

12、设计、网络通讯协议、噪声抑制、实际应用等技术与 经验，其核心技术在于整合微电子与电力电子技术实现伺服控制技术。2. 3. 1伺服系统发展概况伺服系统是自动控制系统中的一类。它是伴随电的应用而发展起来的， 最早出现于本世纪初。1934年第一次提出来伺服机构（Servomechanism）这 个词，随着自动控制理论的发展，到本世纪中期，伺服系统的理论与实践均 趋于成熟，并得到广泛应用。近儿十年来在新技术革命的推动下，特别是伴 随着微电子技术和汁算机技术的飞速进步，伺服技术更是如虎添翼突飞猛 进。伺服系统方块图从系统组成元件的性质看，有电气伺服系统，它的全部元器件山电器元件组成；有全部山液压元件组成

13、的液压伺服系统；有不少两者相结合的电气-液压伺服系统、电气-气动伺服系统，从控制方式看，伺服系统不包括单纯 的开环控制，还有闭环控制系统，开环-闭环控制系统。伺服系统按所用驱动元件的类型可分为机电伺服系统、液压伺服系统和 气动伺服系统。最基本的伺服系统包括伺服执行元件（电机、液压缸等）、 反馈元件和伺服驱动器，但是要让这个系统运转起来还需要一个上位机构， PLC,专门的运动控制卡，工控机+PCI卡，以便于给伺服驱动器发送指令。从控制方式看，伺服系统不包括单纯的开环控制，还有闭环控制系统, 开环一闭环控制系统伺服系统基本控制方式举例2. 3. 2制动力矩的调节控制a.制动力矩的调节采用电控气动闸

14、阀调节制动汽缸的气压实现。b.制动力矩的控制电控气动压力调节阀的调节动作以电缆长度信号为触发，通过计算机程序控第3章结论测井电缆在测井施工中占有重要地位，其不仅负责输送各种下井仪器， 承受仪器重量及自身负荷，还是下井仪器和地面设备相互联系的信息通道。 测井电缆机械抗拉强度一般为50-80KN,在测井过程中，曲于电缆上提速 度较快，当井下仪器遇卡时，电缆张力突然变大，操作人员往往来不及采取 措施，电缆就被瞬间拉断，造成仪器掉入井中和电缆报废事故。这不但妨碍 了安全生产，同时会带来严重经济损失。而张紧装置对电缆的正常功能的发 挥起至关重要的作用。同时电缆的张力只能用讣算机来实现控制，对于测井 电缆张紧装置伺服系统设计，可能的控制方法就是随电缆的深度变化来进行 控制。釆用伺服系统控制，可以防止电缆受力过大造成电缆损坏，对提高测 井时效，保证测井原始资料质量及降低测井成本有着重要的意义。参考文献1 2003, 3 (5)： 8-9.2 1994,16:37-39.3 2005, 20 (3)： 786-7954 2008,16:58-645 1999. 1-452010,10:232-233