随钻测井电缆液控锁紧装置的研制和应用

杨爱红

【摘 要】 介绍了研制随钻测井电缆液控锁紧装置代替对开式电缆悬挂压板的设计原理、结构组成和现场应用情况，经现场试验和使用证明，新研制的电缆液控锁紧装置能够防止电缆滑落，实现缩短操作时间，显著降低诱发井下复杂事故发生的可能性，减小劳动强度，延长测井电缆的使用寿命。

【关键词】 随钻测井 电缆液控锁紧装置 对开式电缆悬挂器 研制 应用

随钻跟踪测量设备是特殊工艺井井眼轨迹控制技术的基础，而随钻测井电缆能将近钻头井段的井眼轨迹参数传输到地面，为定向工程师提供直观、可靠的依据。因此随钻测井电缆尤显重要。而随钻跟踪测量施工的工艺要求当井下仪器串准确坐鍵后，为防止高速泥浆流将地面电缆过多地带入钻具水眼内堆积，造成测井电缆的先期损坏，操作人员必须爬到近30米的高空去安装对开式电缆悬挂器，其操作过程时间长，工作强度大、易发生高空坠落、落物伤人事件。为提高随钻测量施工的安全性和时效性，因此研制了测井电缆液控锁紧装置。

1 新研制测井电缆液控锁紧装置的结构和工作原理

电缆液控锁紧装置由压板液缸、定压板、移动压板、压板盒、扶正轮总成及支承座等组成。如（图1、2）。

压板液缸通过法兰与压板盒联成一体，内部有弹簧和活塞杆。液缸顶部有进油孔，它由手压泵通过一个三通接头，两根高压管线，同时向液控电缆锁紧装置和密封液缸提供液动力。动压板通过丝扣与悬挂液缸的活塞杆头部连接 。固定压板拉于活动压板的一侧 ，两块压板的中心各加工有一道半径为4mm，深度为3mm的黄铜圆弧槽，以实现对测井电缆的导向和限位。扶正轮总成由两组扶正轮、支承架和空心轴组成，它固定于压板盒和定压扳之上，其中心线与下部密封液缸中心线重合。扶正轮中间有园弧槽，它与下部密封液缸内的密封组件一起将电缆限制在相对于压板中心线偏差1mm的位置，确保电缆在装置的电缆通道内自动居中，且经扶正轮总成扶正、导向后自由、高速运移。支承座位于悬挂液缸、压板盒和定压板的下方。其下部与焊接在密封液缸上的锁紧圈通过丝扣联接。

当需要进行随钻跟踪测量施工时，将预填式高压旋转头与钻杆单根连接成“组装短节”。与测井电缆相连的井下仪器串已通过密封液压缸进入组装短节内，密封组件已安装在密封液压缸内，液控电缆锁紧装置己与液压缸连接好。此时，测井电缆已进入压板盒中心和两组扶正轮上的园弧槽中（压板盒的中心线和扶正轮总成的中心线重合）。当井下仪器串成功“座键”后，用手压泵打压，液压油通过密封液缸上的三通接头，一路流入密封液缸，压缩预填密封组件封锁电缆通道；同时，另一路流入悬挂液压缸，推动悬挂液压缸活塞和动压板向压板中心方向移动。将电缆压紧在定、动压板之间的黄铜圆弧槽内防止电缆滑落。当需要上提电缆时，先停止钻井泵运转，再松开手压泵锁紧手轮，液压油回流入手压泵内，悬挂液压缸弹簧自由伸展，弹簧力推动悬挂液压缸活塞和液动压板向液缸底部运动，电缆松开；此时，密封液缸内的电缆也处于敞开状态。按上述操作可实现对测井电缆的快速悬挂和松开，有效降低电缆损坏的可能性。

2 主要部件的技术参数设计与强度分析

压板液缸为单作用弹簧复位液压缸，液压缸额定压力为25Mpa，液压缸内径为￠50mm。

2.1 缸筒壁厚计算

一当3.2≤ФAL÷δ≤16时，按中等壁厚计算，材料选用45号钢

由式

式中：Py=1.2P=30MPa Ψ=1 [σ]=120MPa；故缸筒壁厚取7mm是安全的。

2.2 缸底厚度计算

式中：d。为进油口直径，[σ]=120MPa；故取15mm是安全的。

2.3 缸头法兰厚度计算

式中：D。为法兰孔分度圆直径，D1为法兰根部直径。 故法兰厚度取10mm以上是安全的。

2.4 活塞杆计算

（1）活塞杆直径d1计算

；园整后取d1=22mm符合要求。

（2）与活塞配合处活塞杆直径d2计算

初选d2=15mm进行验算活塞与活塞杆肩部表面压应力，

因=；故d2取15mm符合要求。

2.5 活塞计算

材料选用45号钢，活塞厚度一般取活塞外径的0.6-1倍，故取35mm符合要求。

2.6 连接螺栓的强度计算

把螺栓做为整套装置的强度薄弱点，初选螺栓M10六颗均布，M12四颗均布两种方案进行验算。

（1）螺纹处的拉应力

由式σ=4KF/πd12Z得

M10螺栓：σ=195.5MPa；M12螺栓：σ=201.1MPa

（2）螺纹处的切应力

由式τ=KK1Fd。/0.2d13Z得

M10螺栓的τ=112.8MPa；M12螺栓的τ=115.3 MPa

（3）合应力

由得

M10螺栓：σn=276.4 MPa；M12螺栓σn=283.4MPa

因[σn]=σs/n=360/1.25=288MPa

故M10、M12两种螺栓皆符合设计要求，现选M12螺栓，四颗均布。

3 现场应用情况

在安2050井进行随钻测量作业中试验，该井井深2560米，悬挂电缆11次，否则测井电缆会大量进入钻具水眼内堆积、缠绕，影响测量数据传输，造成随钻测量作业中断、停止。若釆用对开式压板悬挂电缆，每次耗时12～20分钟。施工人员冒险爬到近30米的井架上进行安装压板11次；现釆用液控电缆锁紧装置悬挂电缆，电缆的密封与悬挂皆在地面采用液压控制，两步操作同步完成，其每次耗时3～4分钟，根除高空坠落及落物伤人等意外人身伤害事件，降低施工人员劳动强度，对测井电缆无损伤。

4 结语

（1）现场应用证明，使用液控电缆锁紧装质，可实现在地面对测井电缆的密封和悬挂同时完成，根除施工人员高空坠落及落物伤人等意外人身伤害事件，减少施工人员劳动强度。

（2）每次密封与悬挂测井电缆操作只需2～3分钟时间，节约生产时间，缩短井下钻具静止时间，显著降低诱发井下复杂情况发生的可能性。

（3）液控电缆锁紧装质的扶正轮使测井电缆自动居中，减少电缆在高速运移时与密封组件及外部设备间的相互磨损，有利于延长测井电缆的实际使用寿命。

参考文献：

[1]成大先.《机械设计手册》.化学工业出版社，2008-04版.

[2]朱新才.《液压传动与气压传动》.冶金工业出版社，2009.5

[3]纪武瑜.《石油机械基础》.石油工业出版社，2010.8.01.endprint

【摘 要】 介绍了研制随钻测井电缆液控锁紧装置代替对开式电缆悬挂压板的设计原理、结构组成和现场应用情况，经现场试验和使用证明，新研制的电缆液控锁紧装置能够防止电缆滑落，实现缩短操作时间，显著降低诱发井下复杂事故发生的可能性，减小劳动强度，延长测井电缆的使用寿命。

【关键词】 随钻测井 电缆液控锁紧装置 对开式电缆悬挂器 研制 应用

随钻跟踪测量设备是特殊工艺井井眼轨迹控制技术的基础，而随钻测井电缆能将近钻头井段的井眼轨迹参数传输到地面，为定向工程师提供直观、可靠的依据。因此随钻测井电缆尤显重要。而随钻跟踪测量施工的工艺要求当井下仪器串准确坐鍵后，为防止高速泥浆流将地面电缆过多地带入钻具水眼内堆积，造成测井电缆的先期损坏，操作人员必须爬到近30米的高空去安装对开式电缆悬挂器，其操作过程时间长，工作强度大、易发生高空坠落、落物伤人事件。为提高随钻测量施工的安全性和时效性，因此研制了测井电缆液控锁紧装置。

1 新研制测井电缆液控锁紧装置的结构和工作原理

电缆液控锁紧装置由压板液缸、定压板、移动压板、压板盒、扶正轮总成及支承座等组成。如（图1、2）。

压板液缸通过法兰与压板盒联成一体，内部有弹簧和活塞杆。液缸顶部有进油孔，它由手压泵通过一个三通接头，两根高压管线，同时向液控电缆锁紧装置和密封液缸提供液动力。动压板通过丝扣与悬挂液缸的活塞杆头部连接 。固定压板拉于活动压板的一侧 ，两块压板的中心各加工有一道半径为4mm，深度为3mm的黄铜圆弧槽，以实现对测井电缆的导向和限位。扶正轮总成由两组扶正轮、支承架和空心轴组成，它固定于压板盒和定压扳之上，其中心线与下部密封液缸中心线重合。扶正轮中间有园弧槽，它与下部密封液缸内的密封组件一起将电缆限制在相对于压板中心线偏差1mm的位置，确保电缆在装置的电缆通道内自动居中，且经扶正轮总成扶正、导向后自由、高速运移。支承座位于悬挂液缸、压板盒和定压板的下方。其下部与焊接在密封液缸上的锁紧圈通过丝扣联接。

当需要进行随钻跟踪测量施工时，将预填式高压旋转头与钻杆单根连接成“组装短节”。与测井电缆相连的井下仪器串已通过密封液压缸进入组装短节内，密封组件已安装在密封液压缸内，液控电缆锁紧装置己与液压缸连接好。此时，测井电缆已进入压板盒中心和两组扶正轮上的园弧槽中（压板盒的中心线和扶正轮总成的中心线重合）。当井下仪器串成功“座键”后，用手压泵打压，液压油通过密封液缸上的三通接头，一路流入密封液缸，压缩预填密封组件封锁电缆通道；同时，另一路流入悬挂液压缸，推动悬挂液压缸活塞和动压板向压板中心方向移动。将电缆压紧在定、动压板之间的黄铜圆弧槽内防止电缆滑落。当需要上提电缆时，先停止钻井泵运转，再松开手压泵锁紧手轮，液压油回流入手压泵内，悬挂液压缸弹簧自由伸展，弹簧力推动悬挂液压缸活塞和液动压板向液缸底部运动，电缆松开；此时，密封液缸内的电缆也处于敞开状态。按上述操作可实现对测井电缆的快速悬挂和松开，有效降低电缆损坏的可能性。

2 主要部件的技术参数设计与强度分析

压板液缸为单作用弹簧复位液压缸，液压缸额定压力为25Mpa，液压缸内径为￠50mm。

2.1 缸筒壁厚计算

一当3.2≤ФAL÷δ≤16时，按中等壁厚计算，材料选用45号钢

由式

式中：Py=1.2P=30MPa Ψ=1 [σ]=120MPa；故缸筒壁厚取7mm是安全的。

2.2 缸底厚度计算

式中：d。为进油口直径，[σ]=120MPa；故取15mm是安全的。

2.3 缸头法兰厚度计算

式中：D。为法兰孔分度圆直径，D1为法兰根部直径。 故法兰厚度取10mm以上是安全的。

2.4 活塞杆计算

（1）活塞杆直径d1计算

；园整后取d1=22mm符合要求。

（2）与活塞配合处活塞杆直径d2计算

初选d2=15mm进行验算活塞与活塞杆肩部表面压应力，

因=；故d2取15mm符合要求。

2.5 活塞计算

材料选用45号钢，活塞厚度一般取活塞外径的0.6-1倍，故取35mm符合要求。

2.6 连接螺栓的强度计算

把螺栓做为整套装置的强度薄弱点，初选螺栓M10六颗均布，M12四颗均布两种方案进行验算。

（1）螺纹处的拉应力

由式σ=4KF/πd12Z得

M10螺栓：σ=195.5MPa；M12螺栓：σ=201.1MPa

（2）螺纹处的切应力

由式τ=KK1Fd。/0.2d13Z得

M10螺栓的τ=112.8MPa；M12螺栓的τ=115.3 MPa

（3）合应力

由得

M10螺栓：σn=276.4 MPa；M12螺栓σn=283.4MPa

因[σn]=σs/n=360/1.25=288MPa

故M10、M12两种螺栓皆符合设计要求，现选M12螺栓，四颗均布。

3 现场应用情况

在安2050井进行随钻测量作业中试验，该井井深2560米，悬挂电缆11次，否则测井电缆会大量进入钻具水眼内堆积、缠绕，影响测量数据传输，造成随钻测量作业中断、停止。若釆用对开式压板悬挂电缆，每次耗时12～20分钟。施工人员冒险爬到近30米的井架上进行安装压板11次；现釆用液控电缆锁紧装置悬挂电缆，电缆的密封与悬挂皆在地面采用液压控制，两步操作同步完成，其每次耗时3～4分钟，根除高空坠落及落物伤人等意外人身伤害事件，降低施工人员劳动强度，对测井电缆无损伤。

4 结语

（1）现场应用证明，使用液控电缆锁紧装质，可实现在地面对测井电缆的密封和悬挂同时完成，根除施工人员高空坠落及落物伤人等意外人身伤害事件，减少施工人员劳动强度。

（2）每次密封与悬挂测井电缆操作只需2～3分钟时间，节约生产时间，缩短井下钻具静止时间，显著降低诱发井下复杂情况发生的可能性。

（3）液控电缆锁紧装质的扶正轮使测井电缆自动居中，减少电缆在高速运移时与密封组件及外部设备间的相互磨损，有利于延长测井电缆的实际使用寿命。

参考文献：

[1]成大先.《机械设计手册》.化学工业出版社，2008-04版.

[2]朱新才.《液压传动与气压传动》.冶金工业出版社，2009.5

[3]纪武瑜.《石油机械基础》.石油工业出版社，2010.8.01.endprint

【摘 要】 介绍了研制随钻测井电缆液控锁紧装置代替对开式电缆悬挂压板的设计原理、结构组成和现场应用情况，经现场试验和使用证明，新研制的电缆液控锁紧装置能够防止电缆滑落，实现缩短操作时间，显著降低诱发井下复杂事故发生的可能性，减小劳动强度，延长测井电缆的使用寿命。

【关键词】 随钻测井 电缆液控锁紧装置 对开式电缆悬挂器 研制 应用

随钻跟踪测量设备是特殊工艺井井眼轨迹控制技术的基础，而随钻测井电缆能将近钻头井段的井眼轨迹参数传输到地面，为定向工程师提供直观、可靠的依据。因此随钻测井电缆尤显重要。而随钻跟踪测量施工的工艺要求当井下仪器串准确坐鍵后，为防止高速泥浆流将地面电缆过多地带入钻具水眼内堆积，造成测井电缆的先期损坏，操作人员必须爬到近30米的高空去安装对开式电缆悬挂器，其操作过程时间长，工作强度大、易发生高空坠落、落物伤人事件。为提高随钻测量施工的安全性和时效性，因此研制了测井电缆液控锁紧装置。

1 新研制测井电缆液控锁紧装置的结构和工作原理

电缆液控锁紧装置由压板液缸、定压板、移动压板、压板盒、扶正轮总成及支承座等组成。如（图1、2）。

压板液缸通过法兰与压板盒联成一体，内部有弹簧和活塞杆。液缸顶部有进油孔，它由手压泵通过一个三通接头，两根高压管线，同时向液控电缆锁紧装置和密封液缸提供液动力。动压板通过丝扣与悬挂液缸的活塞杆头部连接 。固定压板拉于活动压板的一侧 ，两块压板的中心各加工有一道半径为4mm，深度为3mm的黄铜圆弧槽，以实现对测井电缆的导向和限位。扶正轮总成由两组扶正轮、支承架和空心轴组成，它固定于压板盒和定压扳之上，其中心线与下部密封液缸中心线重合。扶正轮中间有园弧槽，它与下部密封液缸内的密封组件一起将电缆限制在相对于压板中心线偏差1mm的位置，确保电缆在装置的电缆通道内自动居中，且经扶正轮总成扶正、导向后自由、高速运移。支承座位于悬挂液缸、压板盒和定压板的下方。其下部与焊接在密封液缸上的锁紧圈通过丝扣联接。

当需要进行随钻跟踪测量施工时，将预填式高压旋转头与钻杆单根连接成“组装短节”。与测井电缆相连的井下仪器串已通过密封液压缸进入组装短节内，密封组件已安装在密封液压缸内，液控电缆锁紧装置己与液压缸连接好。此时，测井电缆已进入压板盒中心和两组扶正轮上的园弧槽中（压板盒的中心线和扶正轮总成的中心线重合）。当井下仪器串成功“座键”后，用手压泵打压，液压油通过密封液缸上的三通接头，一路流入密封液缸，压缩预填密封组件封锁电缆通道；同时，另一路流入悬挂液压缸，推动悬挂液压缸活塞和动压板向压板中心方向移动。将电缆压紧在定、动压板之间的黄铜圆弧槽内防止电缆滑落。当需要上提电缆时，先停止钻井泵运转，再松开手压泵锁紧手轮，液压油回流入手压泵内，悬挂液压缸弹簧自由伸展，弹簧力推动悬挂液压缸活塞和液动压板向液缸底部运动，电缆松开；此时，密封液缸内的电缆也处于敞开状态。按上述操作可实现对测井电缆的快速悬挂和松开，有效降低电缆损坏的可能性。

2 主要部件的技术参数设计与强度分析

压板液缸为单作用弹簧复位液压缸，液压缸额定压力为25Mpa，液压缸内径为￠50mm。

2.1 缸筒壁厚计算

一当3.2≤ФAL÷δ≤16时，按中等壁厚计算，材料选用45号钢

由式

式中：Py=1.2P=30MPa Ψ=1 [σ]=120MPa；故缸筒壁厚取7mm是安全的。

2.2 缸底厚度计算

式中：d。为进油口直径，[σ]=120MPa；故取15mm是安全的。

2.3 缸头法兰厚度计算

式中：D。为法兰孔分度圆直径，D1为法兰根部直径。 故法兰厚度取10mm以上是安全的。

2.4 活塞杆计算

（1）活塞杆直径d1计算

；园整后取d1=22mm符合要求。

（2）与活塞配合处活塞杆直径d2计算

初选d2=15mm进行验算活塞与活塞杆肩部表面压应力，

因=；故d2取15mm符合要求。

2.5 活塞计算

材料选用45号钢，活塞厚度一般取活塞外径的0.6-1倍，故取35mm符合要求。

2.6 连接螺栓的强度计算

把螺栓做为整套装置的强度薄弱点，初选螺栓M10六颗均布，M12四颗均布两种方案进行验算。

（1）螺纹处的拉应力

由式σ=4KF/πd12Z得

M10螺栓：σ=195.5MPa；M12螺栓：σ=201.1MPa

（2）螺纹处的切应力

由式τ=KK1Fd。/0.2d13Z得

M10螺栓的τ=112.8MPa；M12螺栓的τ=115.3 MPa

（3）合应力

由得

M10螺栓：σn=276.4 MPa；M12螺栓σn=283.4MPa

因[σn]=σs/n=360/1.25=288MPa

故M10、M12两种螺栓皆符合设计要求，现选M12螺栓，四颗均布。

3 现场应用情况

在安2050井进行随钻测量作业中试验，该井井深2560米，悬挂电缆11次，否则测井电缆会大量进入钻具水眼内堆积、缠绕，影响测量数据传输，造成随钻测量作业中断、停止。若釆用对开式压板悬挂电缆，每次耗时12～20分钟。施工人员冒险爬到近30米的井架上进行安装压板11次；现釆用液控电缆锁紧装置悬挂电缆，电缆的密封与悬挂皆在地面采用液压控制，两步操作同步完成，其每次耗时3～4分钟，根除高空坠落及落物伤人等意外人身伤害事件，降低施工人员劳动强度，对测井电缆无损伤。

4 结语

（1）现场应用证明，使用液控电缆锁紧装质，可实现在地面对测井电缆的密封和悬挂同时完成，根除施工人员高空坠落及落物伤人等意外人身伤害事件，减少施工人员劳动强度。

（2）每次密封与悬挂测井电缆操作只需2～3分钟时间，节约生产时间，缩短井下钻具静止时间，显著降低诱发井下复杂情况发生的可能性。

（3）液控电缆锁紧装质的扶正轮使测井电缆自动居中，减少电缆在高速运移时与密封组件及外部设备间的相互磨损，有利于延长测井电缆的实际使用寿命。

参考文献：

[1]成大先.《机械设计手册》.化学工业出版社，2008-04版.

[2]朱新才.《液压传动与气压传动》.冶金工业出版社，2009.5

[3]纪武瑜.《石油机械基础》.石油工业出版社，2010.8.01.endprint