新型MWD 脉冲发生器高温测试与充油装置

宋长河

(中石油长城钻探钻井技术服务公司 辽宁 盘锦)

0 引 言

脉冲发生器作为MWD(无线随钻测斜仪)必不可少的一部分，负责井下仪器脉冲信号的产生，各种类型的脉冲发生器均需要对机械运动工作腔充油，从而起到润滑、平衡压力的作用。在井下高温高压环境下，硅油的体积变化率较小，但空气的体积变化非常明显，如果充油效果不理想，腔体内残留空气过多，遇热膨胀后将严重损害脉冲发生器，整个脉冲发生器将无法正常工作，导致信号传输不畅，也就直接影响到井下仪器串的正常使用，所以在使用前模拟井下高温高压环境来检测脉冲发生器的质量是否合格是很有必要的。

1 以往的脉冲发生器充油方法与装置

1.1 浸泡式充油［1］

如图1 所示，将油杯中注入一定量的硅油(足够将脉冲发生器完全浸泡)，置入脉冲发生器，盖上密封套，密封套顶部与真空泵相连。启动真空泵开始充油，脉冲发生器内的空气在负压条件下，体积膨胀，浮到油杯上部排除，而相对较重的硅油，同时进入脉冲发生器。残留在充油腔内零件微小缝隙中的空气，需要反复敲打、震动脉冲发生器，使之脱离粘液表面张力的束缚，上浮，排出。该充油方法效率很低，一根脉冲发生器充油完成，一般需要一周左右的时间，且因微小气泡难以排出，充油效果不理想。

图1 浸泡式充油装置示意图

1.2 移动脉冲发生器式充油［2］

如图2 所示，充油过程中，用真空泵产生负压使空气膨胀上升排出充油腔，使硅油下沉充入充油腔。在空气上升硅油下沉的过程中，空气与硅油相遇并混合。

此方法需要真空泵的功率大，极限真空度高，负压与液体的接触面积大，但在细长的充油管中，负压与液体的接触面非常小，管内与腔内空气受到粘液表面张力的束缚，要从液体中排出很困难，需要的时间也长。

这种充油方法效率较低，一根脉冲发生器完成充油过程，一般需要5 天的时间。在此期间需要不断地上举脉冲发生器，为了加速气体上升速度，还需经常敲打、振动脉冲发生器，容易使脉冲发生器的零件松动失效。

图2 移动脉冲发生器式充油装置示意图

1.3 循环式充油［3］

如图3 所示，先对脉冲发生器充油腔体和油杯进行抽真空除气，除气后关闭真空泵阀，打开进油阀和循环泵开始充油，当油进入回油管时打开回油阀，使油不停地循环。由于系统内为负压状态，在油循环的过程中，系统内的空气不断释放到油杯上部的空间内，循环一段时间后需打开真空泵阀将油杯上部空间内的气体排出，然后再使油循环，如此反复。

图3 循环式充油装置示意图

在这种方法中，由于首先对充油腔体和油杯进行抽真空除气，避免充油过程中油与气混台，在油循环过程中又把残余的气体慢慢排出，除气率很高，充油效果比较好。

2 新型高温测试与充油装置

新型高温测试与充油装置又称作大功率加热循环分离式充油机，如图4 所示。充油之前先打开真空泵、电热丝、循环泵，将充油机预热。连接脉冲发生器两端的快速密封接头，上端快速密封接头连接真空泵接口，充油机内部系统及脉冲发生器同时抽真空至负压，脉冲发生器下端快速密封接头连接送油阀端口，缓缓打开送油阀，硅油进入脉冲发生器充油腔内，至硅油充满脉冲发生器充油腔体时，拔下真空泵接口处的快速密封接头，将其连接回油阀端口，循环4 h ～5 h，充油完成。

图4 大功率加热循环分离式充油装置示意图

最终完成的大功率加热循环分离式充油机完全满足了设计需要，实现了加热充油、循环充油、分离充油的三大特点。该充油机比其他充油机移动性能好，采用无密封循环泵，循环速度快，油杯内采用旋压式微粒过滤器，方便更换，并能在充油过程中快速分离空气、水和微粒污染物。其独有的加热器可降低油粘度和气体溶解度，更大限度地去除溶解于油中的空气。在充油前将脉冲发生器抽真空，避免了油进入脉冲发生器时与空气相接触，能够通过一个端口抽真空并加油，或者通过两个端口循环，并且能完全通过泵送或抽真空完成加油。

3 新型充油装置的技术创新点

(1)该装置实现了加热循环分离式的充油模式，充油机充油时间短，并可以边抽真空边循环，使脉冲发生器充油饱满且不含气泡。

在油温升高的过程中，该装置可降低硅油粘度和气体溶解度，加强硅油的流动性，更大限度地排除油中混有的及溶解的空气，脉冲发生器充油的饱满度大幅提升，充油速度快、效果好。

(2)该装置同时具备了脉冲发生器高温检测、拉力检测和充油保养三项主要功能。

该装置除了充油部分功能之外还可以在模拟井底高温环境的条件下对脉冲发生器进行拉力检测，分辨出在地面环境中测试正常，而进入井底却不能正常工作的脉冲发生器。首先进行常温状态下脉冲发生器的拉力测试，拉力值大于9 kg 的为合格;然后进行高温状态下的拉力检测，能够满足拉力值大于5 kg 的脉冲发生器在装置中可直接进行充油保养。不能通过检测的脉冲发生器则需要更换内部配件，经再次检测符合指标后才能投入现场使用。该装置一机三用，能最大程度提高工作效率，一个人也能进行操作。

4 结束语

本文在总结以往的三种充油方法与装置的基础上，结合脉冲发生器现场的使用情况，大胆进行了革新，经过反复试验，设计制造了新型MWD 脉冲发生器高温测试与充油装置(大功率加热循环分离式充油机)。该装置集脉冲发生器高温检测、拉力检测和充油保养三项主要功能于一体，操作简单易上手，充油速度快、效果好。经统计，该技术在苏里格气田区块推广使用后，由于脉冲发生器损毁或工作异常导致的井下仪器无信号事故由2012 年的100 余次，降至2013 年的20 余次，由于脉冲发生器导致的井下故障率降低了80%，直接经济损失减少了近1 200 万元。事实证明，该装置可靠性强，性能稳定，对MWD 脉冲发生器的维护保养、检测维修等起到了至关重要的保障作用。

研制新型的脉冲发生器充油装置主要目的是提高脉冲发生器的充油效率及减少充油腔内残余空气。然而，没有一种充油装置能够绝对地清除残余空气［4］。建议在地面充油时，能模拟脉冲发生器在井下的工作环境，对硅油进行加热、搅拌和对脉冲发生器本身进行模拟震动测试，这样，充油效果将得到进一步的改善。在未来的发展方向上，仍将是进一步提高改进，将充油效率提高到更高的层次，将油腔内的残余空气含量降到更低的程度。

［1］张威威，景锁吉. MWD 脉冲发生器充油方法比较分析［J］. 录井工程，2007，18(3)

［2］王群力. QDT MWD 脉冲发生器充油问题的理论探析［J］.石油仪器，2002，16(5)

［3］张 俊. QDT MWD 脉冲发生器充油机的应用现状与发展趋势［J］. 石油仪器，2011，25(2)

［4］王群力，刘匡晓，徐永伟，等. QDT MWD 脉冲发生器充油新工艺［J］. 石油仪器，2004，18(4)