[发明专利]石油钻井钻压扭矩随钻测量仪器的刻度装置及方法

权利要求书

1.石油钻井钻压扭矩随钻测量仪器的刻度装置，该装置包括：扭矩发生器(1)、支撑架(2)、固定式夹紧装置(3)、钻压发生器(4)、底座(5)、液压控制模块(6)、计算机测控模块(7)、工业平板电脑(8)、数据采集卡(9)/(10)、测量短节(11)、标准钻压表(12)、标准扭矩表(13)、液压操作手柄(14)、液压保持器(15)、液动调节阀(16)、电气操作按钮(17)、液压泵(18)、压力传感器(19)/(20)/(21)、连接器(22)、移动式夹紧装置(23)、测量短节接头(24)，其特征是：从底座(5)的一端开始依次安装扭矩发生器(1)、固定式夹紧装置(3)、移动式夹紧装置(23)、钻压发生器(4)，底座(5)上安装有导轨，钻压发生器(4)和移动式夹紧装置(23)安装在导轨上，在固定式夹紧装置(3)和移动式夹紧装置(23)之间通过连接器(22)固定刻度短节，刻度短节的设计为对称结构。

2.根据权利要求1所述的石油钻井钻压扭矩随钻测量仪器的刻度装置，其特征是：固定式夹紧装置(3)、移动式夹紧装置(23)与连接器(22)配合使刻度短节悬浮于夹紧装置中；连接器接头(22)是四方接头或六方接头。

3.根据权利要求1所述的石油钻井钻压扭矩随钻测量仪器的刻度装置，其特征是：刻度短节的对称结构是两个标准钻压表(12)、两个标准扭矩表(13)的组合形式，或者是只有两个标准钻压表(12)或者只有两个标准扭矩表(13)的形式。

4.石油钻井钻压扭矩随钻测量仪器的刻度方法，其特征是：计算机测控模块(7)与液压控制模块(6)配合，分别使钻压值或者扭矩值从小到大或者从大到小按一定的步长变化，实现钻压扭矩两个参数的单独刻度；或者保持一个参数的输出值恒定，使另一个参数作步进增减变化，实现两个参数的联合刻度。

5.根据权利要求4所述的石油钻井钻压扭矩随钻测量仪器的刻度方法，其特征是：钻压扭矩的联合刻度方法包括：刻度操作步骤和数据处理方法两部分。

刻度操作步骤如下：

(1).连接标准钻压表(12)、标准扭矩表(13)与测量短节(11)，组成刻度短节；

(2).利用刻度装置的固定式夹紧装置(3)与移动式夹紧装置(23)将刻度短节夹紧于刻度装置中；

(3).利用刻度装置的计算机采集模块采集并记录刻度短节输出信号、标准钻压表(12)、标准扭矩表(13)输出信号，作为刻度装置的零点信号；

(4).在计算机测控模块(7)的控制下，保持钻压输出值不变，按照某一刻度步长输出扭矩值，如：取刻度短节测量范围的10％作为刻度步长，作用于刻度短节；

(5).采集记录刻度短节输出信号、标准钻压表(12)、标准扭矩表(13)输出信号，作为刻度信号；

(6).判断扭矩值是否达到刻度短节的测量上限，如果不是，转向(4)循环操作；如果是，转向下一步；

(7).判断钻压值是否达到刻度短节的测量上限，如果不是，将扭矩值置为零，按照某一步长增加钻压输出值，转向(4)循环操作；如果是，一个完整的刻度过程结束。

数据处理方法如下：

刻度装置的刻度方程为式(1)、测量短节的测量方程为式(6)，通过地面刻度过程确定与式(1)等效的式(3)中的权系数矩阵A，用于实际的测量过程中的钻压扭矩值的解算。

Y1i=k11P1i+k12P2i+k13T1i+k14T2i+y10Y2i=k21P1i+k22P2i+k23T1i+k24T2i+y20---(1)]]>

i＝1，2，…，n

其中：n为刻度次数；Y_1i、Y_2i为测量短节的输出信号；k₁₁～k₁₄、k₂₁～k₂₄为影响因素的权系数；P₁、P₂为标准钻压表的输出信号；T₁、T₂为标准扭矩表的输出信号；y₁₀、y₂₀为测量短节输出的零点信号。令：

Y=Y11Y21Y12Y22......Y1nY2nn×2,]]>X=k11k21k12k22k13k23k14k244×2,]]>A=P11P21T11T21P12P22T12T22........P1nP2nT1nT2nn×4,]]>B=y10Y20y10y20......y10y20n×2---(2)]]>

式(1)等效为式(3)

Y＝AX+B                            (3)

由式(3)解得：

X＝(A^TA)^-1(A^TY-A^TB)                (4)

测量短节的测量方程为：

[y₁ y₂]＝[P₁ P₂ T₁ T₂]X            (5)

实际测量值的解算结果为：

PT=k11+k2k13+k14k21+k22k23+k24-1y1y2=Ky1y2---(6)]]>