GBT-石油天然气钻采设备 近钻头地质导向钻井系统编制说明

《石油天然气钻采设备近钻头地质导向钻井系统》（征求意见稿）编制说明项目计划号:20230217-T-469国家标准石油天然气钻采设备近钻头地质导向钻井系统编制说明（征求意见稿）北京石油机械有限公司2024年1月III组要求相匹配，相关环境要求技术参数可以借鉴该组别数据。表2温度环境要求调研情况汇总技术参数数据来源数值工作温度GB/T25480仪器仪表运输、贮存基本环境条件及试验方法-20℃~+60℃GB/T6587电子测量仪器通用规范-20℃~+60℃SY/T6702-2019地层评价随钻测井系统技术条件-40℃~+80℃贮存温度GB/T25480仪器仪表运输、贮存基本环境条件及试验方法-40℃~+55℃GB/T6587电子测量仪器通用规范-40℃~+70℃SY/T6702-2019地层评价随钻测井系统技术条件-40℃~+80℃表3振动试验条件调研情况汇总技术参数数据来源数值振动加速度GB/T25480仪器仪表运输、贮存基本环境条件及试验方法29.4m/s2GB/T6587电子测量仪器通用规范/SY/T6702-2019地层评价随钻测井系统技术条件19.6m/s2频率范围SY/T6844微电阻率成像测井仪标准5Hz~150Hz~5HzGB/T6587电子测量仪器通用规范5Hz~55Hz~5HzSY/T6702-2019地层评价随钻测井系统技术条件5Hz~55Hz~5Hz扫频速率GB/T25480仪器仪表运输、贮存基本环境条件及试验方法1oct/minGB/T6587电子测量仪器通用规范≤1oct/minSY/T6702-2019地层评价随钻测井系统技术条件≤1oct/min振动时间GB/T25480仪器仪表运输、贮存基本环境条件及试验方法≥30minGB/T6587电子测量仪器通用规范20minSY/T6702-2019地层评价随钻测井系统技术条件30min循环次数GB/T25480仪器仪表运输、贮存基本环境条件及试验方法≥3次GB/T6587电子测量仪器通用规范3次SY/T6702-2019地层评价随钻测井系统技术条件地面设备：3次表4冲击试验条件调研情况汇总技术参数数据来源数值冲击加速度GB/T25480仪器仪表运输、贮存基本环境条件及试验方法980 m/s2GB/T6587电子测量仪器通用规范980 m/s2SY/T6702-2019地层评价随钻测井系统技术条件147 m/s2冲击持续时间GB/T25480仪器仪表运输、贮存基本环境条件及试验方法11 ms±1 msGB/T6587电子测量仪器通用规范4 ms±1 msSY/T6702-2019地层评价随钻测井系统技术条件6 ms±1 ms冲击次数GB/T25480仪器仪表运输、贮存基本环境条件及试验方法轴向1次GB/T6587电子测量仪器通用规范大于50次SY/T6702-2019地层评价随钻测井系统技术条件轴向、横向各1次波形GB/T25480仪器仪表运输、贮存基本环境条件及试验方法半正弦波GB/T6587电子测量仪器通用规范SY/T6702-2019地层评价随钻测井系统技术条件6.1.3工业计算机工业计算机需运行应用程序，完成信号解码、曲线显示及伽马、电阻率、工程参数等传感器测试标定功能，因此其最低配置应满足文中要求。6.1.4司钻显示器司钻显示器显示井斜角、方位角、工具面角及深度等内容供司钻钻进过程中参考。图3司钻显示器外观图6.1.5立管压力传感器立管压力传感器可以用来测量粘稠易堵介质的压力从而实现立管内压力变化的采集，将压力变化信号传输至数据采集箱，通过数据采集箱的滤波和解码，实现井下信号的采集工作。图4立管压力传感器外观图根据李佳明出版的《最新钻井工具技术手册》第一篇第二章钻机主要部件技术规范中，水龙头高压工作压力为35MPa，这一参数决定了立管压力传感器测量范围满足此压力即可。图5水龙头基本技术参数（注：图片来源于《最新钻井工具技术手册》）6.1.6钩载压力传感器钩载压力传感器用来死绳压力变化，将压力变化信号传输至数据采集箱，通过数据采集箱的判断，从而得到当前钻井工况。根据李佳明出版的《最新钻井工具技术手册》第一篇第二章钻机主要部件技术规范中最大快绳拉力为450kN，这一参数决定了钩载压力传感器测量范围满足此压力即可。图6绞车基本技术参数（注：图片来源于《最新钻井工具技术手册》）6.1.7绞车传感器防爆型绞车传感器安装在绞车轴上，可以监测整个钻进过程中绞车轴转动所产生的角位移，通过计算就可以得到钻进过程中大钩的高度变化，从而得到当前的钻井深度。防爆型绞车传感器内部装有检测开关和一片铁质的齿片，当齿片随绞车轴转动时，齿片会分别穿过两只相位差为90的检测开关的采样通道，从而发出两组相应的电脉冲信号，此信号送入仪器经识别处理后就可以得到相应的角位移方向和变化值。图7绞车传感器外观图根据GB/T25707-2010《液压防爆提升机和提升绞车》，根据滚筒直径、缠绕长度以及提升速度，计算可得出对应绞车最高转速，1250r/min可满足全部绞车需求。图8液压防爆提升机和提升绞车基本技术参数（注：图片来源于GB/T25707-2010《液压防爆提升机和提升绞车》）6.1.8数据采集箱数据采集箱将立管压力、钩载压力及绞车传感器信号调理变换后输出到工业计算机，另外数据采集箱还将来自工业计算机的解码数据发送到司钻显示器。图9数据采集箱外观图6.1.9应用程序应用程序应包括信号采集解码软件和测试诊断软件，信号采集解码软件应具有实时数据采集、处理、显示及存储功能，测试诊断软件应具有仪器配置、刻度、测试、诊断功能。图10信号采集解码软件界面6.2井下装置6.2井下装置系统井下装置由测传短节、螺杆马达、收发短节、无线随钻测量系统组成。6.2.1安全要求（1）通过调研多家近钻头地质导向钻井系统，电路系统供电所采用锂电池，其安全要求应符合IEC60086-4原电池第4部分：锂电池的安全要求（Primarybatteries-Part4：Safetyoflithiumbatteries）中的规定。锂电池不同于传统的使用水溶液电解质的原电池，因为他含有易燃物质。因此，在设计、生产、销售、使用和处理锂电池时认真考虑安全性是重要的。高功率锂电池被用于近钻头地质导向钻井系统，这类电池更换必须由专业人员进行更换。（2）近钻头地质导向钻井系统井下装置自身重量较大，人工无法搬运，在转运及现场使用过程中需要借助机械吊装设备完成，因此作业人员及吊装设备的选用对于近钻头地质导向钻井系统井下装置的安全转运至关重要。GB/T6067.1起重机械安全规程第1部分：总则对吊装作业过程中的人员、设备作出了详细规定。无线随钻测量仪无线随钻测量仪收发短节收发短节螺杆钻具螺杆钻具测传测传短节图11井下装置组成图11井下装置组成图12GB/T6067.1起重机械安全规程第1部分：总则部分目录表5锂电池的安全要求涉及环节安全要求设计通过设计防止温度异常升高超过制造商规定的临界值；通过设计限制电流，从而控制电池的温度升高；锂电池应设计成能释放电池内部过大的压力或能排除在运输、预期的使用和可合理预见的误使用情况下的严重破裂。陈列和贮存电池应贮存在通风、干燥和凉爽的环境中。高温或高湿有可能导致电池性能下降和/或电池表面腐蚀。电池箱堆叠的高度不可超过制造商规定的高度。假如太多的电池箱堆叠在一起，最下层箱中的电池有可能受损并导致电解质泄露。勿将电池陈列或贮存在阳光直射或遭受雨淋之处。当电池受潮时，电池的绝缘性能会降低，有可能发生电池自放电和腐蚀；高温会导致电池性能下降。电池应保存在原包装中。若拆开包装将电池混在一起，电池有可能短路或损坏。处理不要拆解电池。锂电池中的某些成分是易燃、有害的，会造成伤害、着火、破裂或爆炸。除可采用被认可的可控制的焚烧炉外，不能焚烧电池。锂电池会剧烈燃烧。锂电池在火中会爆炸。锂电池燃烧后的产物是有毒的、有腐蚀性的。将回收的锂电池存放在干净、干燥的环境中，避免阳光直射，远离极端热源。污染和潮湿可能造成电池短路和发热。发热可能引起易燃气体的泄露，从而导致着火、破裂或爆炸。不要将回收的电池和其他材料混放在一起。使用过的电池可能还有剩余的电荷。如果电池短路、非正常的充电或强制放电，所产生的热量会点燃易燃的废物，如油腻的破布、纸张或中头，从而导致着火。保护电池的极端。应采用绝缘材料对电池极端进行保护，尤其对高电压的电池。不保护极端会发生短路、非正常充电和强制放电。从而导致泄露、着火、破裂或爆炸。使用要正确选择尺寸和类型最合适的电池作预期的使用。应保留随电器具提供的信息资料，用作选择电池的参考。更换电池时应同时更换一组电池中的所有电池。电池装入点器具前，应清洁电池和电器具的接触件。确保装入电池时极性正确。立即从电器具中取出电能已耗尽的电池。6.2.2基本参数6.2.2.1技术参数推荐装置外径：根据目前市场上主流的近钻头产品将其井下装置外径划分为4个系列，见本标准中表1。参考井眼尺寸：每个系列适用的井眼尺寸见文中规定。近钻头地质测量参数：因测传短节空间受限，自然伽马为井下装置必测地质参数，电阻率可选择配置。工程测量参数：井下装置安装有多种工程参数测量传感器，可以测量井斜、工具面角、方位角、温度等参数，用于井眼轨迹控制。近钻头测量参数零长：通过调研国内外主要近钻头地质导向钻井系统近钻头测量参数测点与钻头螺纹端面的距离，调研结果见表5，确定本标准伽马、电阻率地质参数测量传感器设计安装位置应距离钻头螺纹端面3.5米内。表6主要近钻头地质导向钻井系统参数测点与钻头螺纹端面距离调研数据汇总（单位：m）制造商产品名称产品规格钻头电阻率方位电阻率方位伽马斯伦贝谢IPzig172mm——0.53哈利伯顿GABI172mm——3.35贝克休斯ZoneTrakG172mm——0.7中石油CGDS172mm1.162.532.7中石化SL6000NWD172mm2.5—3.3最高承受振动：井下装置安装于钻头上方，在钻进过程中需要承受20g的振动。最高承受冲击：在下钻过程中，井下装置会承受一定的冲击。最长工作时间：通过调研国内外主要近钻头地质导向钻井系统标称的单次免维保厂家建议工作时间均为200小时。表7主要近钻头地质导向钻井系统产品厂家建议工作时间调研数据汇总制造商产品名称产品规格单次免维保厂家建议工作时间（小时）斯伦贝谢IPzig172mm200哈利伯顿GABI172mm200贝克休斯ZoneTrakG172mm200中石油CGDS172mm350中石化SL6000NWD172mm2006.2.2.2环境参数系统井下装置工作于高温高压环境，随着井深增加，其工作环境的温度压力也随之增加。井下环境温度按照地温梯度3℃/100米进行计算。井下环境压力依据液体压强公式：p=ρgH式中：p—钻井液压力，单位为MPa；ρ—钻井液密度，单位为g/cm3；g—重力加速度，单位为N/g；H—井眼垂深，单位为m。表8井下装置工作环境参数与垂直井深匹配关系环境温度（℃）环境压力（MPa）70100140175200-20～125＜4500m4500m4500m4500m4500m-20～150-＜6500m6500m6500m6500m-20～175--＜9000m9000m9000m-20～200＜11000m＜13000m6.2.3主承载部件测传短节本体、收发短节本体、无线随钻测量仪无磁钻铤是井下装置的主要承载部件，为各类传感器，电路提供容纳空间。6.2.3.1材料文中规定了主承载部件材料的力学性能要求、化学成分、晶粒度、相对磁导率，其确定依据如下：力学性能要求：参考石油行业标准SY/T5144-2013《钻铤》确定主承载部件力学性能要求，根据磁性能要求选用合金钢的种类，根据产品规格尺寸选用符合要求的材料，选用材料的各项力学性能要求见文中规定。有磁合金钢材料参考SY/T5144-2013《钻铤》5.4要求提出的A型B型钻铤机械性能。无磁合金钢材料力学性能要求参考SY/T5144-2013《钻铤》5.4要求提出的C型钻铤机械性能指标。图13钻铤机械性能（注：表格来源于SY/T5144-2013《钻铤》5.4）材料化学成分：参考行业标准SY/T5144-2013《钻铤》中5.3.1关于材料化学成分的规定，分别在含硫和含磷量2个方面给出了要求。图14钻铤材料化学成分规定（注：图片来源于SY/T5144-2013《钻铤》5.3.1）晶粒度：晶粒度关系到材料的塑性和开裂脆性等重要性能，行业标准SY/T5144-2013《钻铤》中5.3.2规定钻铤材料晶粒度应不超过6级，可以有效保证材料在正常应力范围内降低开裂倾向度。图15钻铤材料化学晶粒度规定（注：图片来源于SY/T5144-2013《钻铤》5.3.2）材料晶粒度的评级标准执行GB/T6394中的规定，可按比较法、面积法、截点发进行。通常使用与相应标准系列评级图相同的放大倍数，直接进行对比。通过有代表性的晶粒组织图像或显微照片与图中相应“表2”的系列评级图或标准评级图复制透明软片比较，选取与检测图像最接近的标准评级图级别数或晶粒直径，记录评定结果。图16晶粒度评级确定依据（注：上图中表格来源于GB/T6394）磁导率：相对磁导率要求是为了满足井下装置配备有磁通门的测斜电路对弱磁环境的需求。相对磁导率要求是为了满足井下装置配备有磁通门的测斜电路对弱磁环境的需求，该项指标制定依据是参考行业标准SY/T5144-2013《钻铤》5.5要求。图17钻铤材料磁性能要求（注：图片来源于SY/T5144-2013《钻铤》5.5）6.2.3.2无损检测无损检测是发现材料缺陷的有效途径，磁性材料因为有磁性可以借助磁粉检测表面裂纹缺陷，超声波可以检测材料内部缺陷；无磁材料因为没有磁性无法进行磁粉检测，只能通过渗透检测材料表面裂纹缺陷，超声波检测可以检测材料内部缺陷。行业标准NB/T47013中规定了应用上述三项无损检测方法的部件材料的质量分级要求，详细内容见图18-20。图18超声波检测质量分级标准（注：图中表格来源于NB/T47013）图19磁粉检测质量分级标准（注：图中表格来源于NB/T47013）图20渗透检测质量分级标准（注：图中表格来源于NB/T47013）6.2.4螺纹井下装置下端连接钻头，上端连接钻杆，依据装置外径选择螺纹形式。参照GB/T22512.2—2008《石油天然气工业旋转钻井设备第2部分：旋转台肩式螺纹连接的加工与测量》确定测传短节、收发短节、钻铤及上、下接头螺纹加工要求。图21螺纹形状与尺寸要求（注：图片来源于GB/T22512.2—2008）图22螺纹锥度公差要求（注：图片来源于GB/T22512.2—2008）井下装置内部各个短节因产品结构设计具体情况不同，可选择非推荐螺纹。对于可磷化的材料应采用磷酸锌或磷酸锰进行防粘扣处理，根据SY/T5711-2016《钻具螺纹镀铜和磷化技术条件》确定磷化层厚度约为5μm-20μm。，图23螺纹磷化层厚度要求（注：图片来源于SY/T5711-2016）对于不锈钢材料应采用喷丸表面强化进行耐磨处理，喷丸覆盖率达到或超过100%是综合参考GB/T23576-2009抛喷丸设备通用技术条件，JB/T11552-2013抛喷丸强化技术条件，JB/T10174-2008钢铁零件强化喷丸的质量检验方法。图24螺纹喷丸技术要求确定依据（注：图片来源于GB/T23576-2009、JB/T11552-2013、JB/T10174-2008）6.2.5密封井下装置工作于钻井液及地层流体环境中，因此需要设计合适的密封结构防止外部液体渗入装置内部，密封件材料的选择依据参考GB/T3452.5-2022液压气动用O形橡胶密封圈第5部分：弹性体材料规范，文件中4.1规定了O形橡胶密封圈常用弹性体材料的代号、硬度级别、使用温度和适用液体，用户根据使用的工作参数（如温度、压力、适用液体）来确定O型圈材料。图25密封件材料要求确定依据（注：图中表格来源于GB/T3452.5-2022）6.2.6电子电路6.2.6.1电子元器件系统电路部分所用元器件采购具体要求按照GB/T35010.1半导体芯片产品第1部分：采购和使用要求中的规定执行。系统井下装置工作环境为高温环境，因此在电路设计时选用的元器件的耐温特性应符合相应温度要求。6.2.6.2印制板印制板制造的要求、质量评定程序参照GB/T16261；印制板组装的要求参照GB/T19247。6.2.6.3电路电路供电是系统正常工作的重要前提，通过调研各类随钻行业的产品，调研结果见表9，对电源电压大小及容量在文中作出要求。电路应根据需要改变参数设置，并具有文中所述的信息显示或提示功能。系统实现与其他设备通讯需要设置电路接口与输出。根据系统功能实现的设计要求，确定电路数据存储的采样间隔及连续存储时间。表9主要近钻头地质导向钻井系统电路供电电压参数调研汇总制造商产品名称产品规格测传短节（V）接收短节（V）中石油CGDS172mm14.47.2泽天盛海GS-ABT172mm3622六合伟业XZNBS172mm2828中石化SL6000NWD172mm21.614.46.2.7测传短节测传短节应具备三项功能：近钻头地质参数测量功能；方位特性测量功能；近钻头数据跨螺杆钻具马达传输功能。近钻头地质参数测量功能近钻头测传短节需要具备测量近钻头方位伽马测量功能，按照设计与实际需求选择增加近钻头方位电阻率和钻头电阻率测量功能。在自然界中，几乎所有的伽马射线辐射辐射都是由放射性元素K-40、铀族和钍族的放射性元素放射出来。铀族和钍族的放射性元素发射出多种能量的伽马射线，因此，到达探测器的自然伽马射线表现为几乎是连续的能量谱。因在沉积岩过程中天然放射性元素运移规律不同，故造成不同类型的岩石中天然放射性物质含量的差异。伽马测量是利用伽马射线与地层作用的光电效应、康普顿效应、电子对效应等原理来测量探头附近地层中的自然伽马射线，它是一种无源装置，能够较好地区分地层岩性。通过调研国内外主要近钻头地质导向钻井系统伽马参数测量范围及精度，调研结果见表10，确定本标准伽马地质参数测量范围及精度如正文所述。表10主要近钻头地质导向钻井系统近钻头伽马参数调研汇总制造商产品名称产品规格伽马范围（API）精度（API）中海油NBIG172mm0-500±2中油测井-172mm0-1000±5%或±4中石油CGDS172mm0-500±5%或±4中石化SL6000NWD172mm0-1000±5%泽天盛海GS-ABT172mm0-500±2%奥瑞拓-172mm0-250-组成地层的岩石是一种多孔隙混合介质，孔隙中含有油、气、水等多相流体。表征地层的电磁特性参数主要有三个：电阻率ρ（或电导率）、介电常数ε、磁导率μ。在油气储层中，反映油气含量的电学参数为电阻率，反映水含量的电学参数为介电常数和电阻率。决定地层岩石电阻率大小的因素主要有：岩石的组织结构，岩石孔隙内地层水中盐类的化学成分、浓度、温度、岩石孔隙度，岩石的含油饱和度。因此通过测量地层电阻率参数，可以估计出油气储集层的含油（水）饱和度和孔隙度，从而估计油气储量。通过调研各类岩石电阻率参数，调研结果见图26，确定本标准所述系统电阻率测量范围。图26主要岩石及矿物电阻率通过调研国内外主要近钻头地质导向钻井系统电阻率测量精度并结合现场实际情况，调研结果见表11，确定本标准电阻率参数测量精度。表11主要近钻头地质导向钻井系统近钻头电阻率参数调研汇总制造商产品名称近钻头电阻率，Ω.m测量精度贝克休斯ZoneTrakG0.1-30005%中石油CGDS0.2-20008%中石化SL6000NWD0.2-20005%WRT（WellResolutiontechnology）GEOTracker0.2-20005%方位特性测量功能国内外主流近钻头地质导向钻井系统均具备地质参数方位测量功能，可识别钻头与储层相对位置，从而优化调整井眼轨迹。近钻头地质导向钻井系统存在滑动钻进及旋转钻进两种工况，所以其所测量的近钻头地质参数应至少在滑动钻进或旋转钻进其中一种工况条件下具有方位特性。通过调研各家产品，当该功能适用于旋转钻进工况时，适用的转速应不低于100r/min。表12主要近钻头地质导向钻井系统近钻头方位伽马参数调研汇总制造商产品名称产品规格方位测量功能适用转速，r/min奥瑞拓—172mm有110~240达坦T-Tracker172mm有0~200中石油CGDS172mm有70~200科莱天地iNBS172mm有0~360六合伟业XZNBS172mm有20~450方位特性测量功能适用转速的制定依据是顶驱额定转速。图27顶驱额定转速数据（注：图中表格来源于GB/T31049-2022）近钻头数据跨螺杆钻具马达传输为实时获取近钻头测传短节采集到的地质参数通过MWD系统传输到地面，近钻头地质导向系统应具备测传短节和接收短节跨越螺杆钻具实时通信的功能，按近钻头数据跨螺杆钻具马达的传输方式，可分为无线式和有线式。通过开展系统无线短传通道基础研究试验，验证了采用电磁感应的方法在钻铤和地层中建立无线短传通道技术方案是可行的，在短距离10米定长的范围内可有效地传输信号。图28无线短传通道基础研究试验模型及试验结果（注：图片来源于《井下控制工程学导论》第7章7.4节）通过调研各家产品与实际需求，无线式近钻头无线通讯距离不低于10m，通讯速率不低于10bit/s，误码率不高于5%。有线式受环境影响较小且物理连接，因此通讯速率不低于100bit/s，误码率不高于1%。同时考虑到系统整体传输速率由最慢的MWD（1bit/s）决定，跨螺杆钻具马达传输速率高于MWD一个数量级（10bit/s）即可。表13主要近钻头地质导向钻井系统近钻头数据跨螺杆钻具马达传输参数调研汇总制造商产品名称产品规格传输距离传输方式传输速率误码率中石油CGDS172mm15m无线50bps5%科莱天地iNBS172mm24m无线20bps5%六合伟业XZNBS172mm20m无线50bps5%奥瑞拓—172mm8m有线100bps≤1%6.2.8螺杆钻具6.2.8.1橡胶材料参考SY/T5383-2010附录B螺杆钻具关于定子内衬弹性体的性能要求，确定橡胶材料性能定子内衬弹性体与金属壁粘合的90°剥离强度不低于12kN/m。图29螺杆钻具定子橡胶材料物理性能要求-1（注：图片来源于SY/T5383-2010）参考GB/T7760-2003硫化橡胶或热塑性橡胶与硬质板材粘合强度的测定90°剥离法确定橡胶材料在粘合界面破坏后，金属附件的附胶率为100%。图30螺杆钻具定子橡胶材料物理性能要求-2（注：图片来源于GB/T7760-2003）6.2.8.2理论造斜率下图中表格为国内两家主要螺杆钻具生产厂家造斜率数据。图中数据均由国内外工程上广泛使用的“三点定圆法”计算得出。近钻头地质导向钻井系统导向功能由螺杆钻具实现，其导向能力通过理论造斜率（°/30m）指标表示。目前近钻头地质导向钻井系统主要分为螺杆集成式和独立短节式，导向功能作为系统重要的一项功能，因此需要注明近钻头地质导向钻井系统井下仪器理论造斜能力。下图中表格为国内两家主要螺杆钻具生产厂家造斜率数据。图中数据均由国内外工程上广泛使用的“三点定圆法”计算得出。图31某厂家螺杆造斜率计算软件界面图32某厂家螺杆造斜率数据图33北石螺杆造斜率计算结果6.2.9收发短节收发短节接收测传短节发送的数据并通过通讯接口将数据发送至无线随钻测量仪。收发短节依据近钻头数据跨螺杆钻具马达传输方式不同，分为无线式和有线式，相关技术要求确定的依据与测传短节相同。6.2.10无线随钻测量仪无线随钻测量仪安装有工程参数测量传感器、脉冲发生器，可以测量井斜角、方位角、高边工具面角等工程参数，并通过无线传输方式将数据传输到地面。（1）定向功能无线随钻测量仪的定向传感器可测量并记录实时的井斜、方位和工具面等信息，可以让定向工程师了解钻柱实时姿态并完成定向作业。通过调研国内外主要无线随钻测斜仪定向参数及测量精度确定本标准定向参数，调研结果见表14。表14主要无线随钻测量仪定向参数调研汇总制造商泽天盛海中石油恒泰万博六合伟业产品名称GET-BMWDCGDSHT-MWD-650无线随钻测斜仪产品规格172mm172mm172mm172mm井斜范围0～180°0～180°0～180°0～180°精度±0.1°±0.15°±0.1°±0.1°方位范围0～360°0°～360°0～360°0～360°精度±1.0°±2.0°（井斜0°～3°或177°～180°），±1.5°（井斜3°～6°或174°～177°），±1.0°（井斜6°～174°时）±1.0°±1.0°工具面范围0～360°0°～360°—0～360°精度±1.0°±3.0°（井斜0°～3°或177°～180°），±2.5°（井斜3°～6°或174°～177°），±1.5°（井斜6°～174°）—±0.5°（2）信号传输功能钻井过程中将检测到的工程参数进行无线传输，利用钻柱中的泥浆脉冲将测量数据传输到地面。根据正脉冲无线随钻测量原理，仪器整体传输速率通常要求不低于1bit/s，结合现场实际生产需求，误码率通常要求不高于1%。表15主要近钻头地质导向钻井系统无线随钻测量仪传输参数调研汇总制造商产品名称产品规格传输速率误码率中油测井智能导向172mm≥1bit/s1%渤海钻探VDS172mm≥1bit/s1%中石油工程院CGDS172mm≥1bit/s1%恒泰万博HT-MWD-650172mm1bit1%7.试验方法7.1地面信号处理装置7.1.1安全要求验证地面信号处理装置各组成部件绝缘性及防爆等级是否符合标准规定。7.1.2环境要求通过工作温度、贮存温度、振动、冲击试验试验验证地面信号处理装置各组成部件在工作、运输等过程中对环境的适应能力。工作温度、贮存温度、振动、冲击试验条件分别参考GB/T6587-2012中5.9.1.2、5.9.3.2、5.9.4.2部分内容。7.1.3工业计算机工业计算机随机资料中包含各项技术参数，检查各项参数应符合标准最低配置。7.1.4司钻显示器按照技术要求检查司钻显示器基本外观及参数，确保设备符合现场使用条件。通过将司钻显示器与计算机和无线随钻测量仪相连，可以模拟井下环境从而达到验证设备是否工作正常的基本条件。司钻显示器通常需要实时显示井斜角、方位角、工具面角、深度及图形等信息供司钻参考，因此测试期间设备需要显示上述信息验证功能。7.1.5立管压力传感器立管压力传感器需要按照设备使用基本要求连接进行测试，结合实际情况以及立管压力传感器输出为4~20mA模拟信号，因此选用全量程且包含上下限的6个试验点，输出信号可以用万用表测量直流电流。根据GB/T15478-2015《压力传感器性能试验方法》内容，立管压力传感器实验方法参考原文如下。图34立管压力传感器试验方法制定依据（注：图片来源于GB/T15478-2015）7.1.6钩载压力传感器钩载压力传感器需要按照设备使用基本要求连接进行测试，结合实际情况以及钩载压力传感器输出为4~20mA模拟信号，因此选用全量程且包含上下限的6个试验点，输出信号可以用万用表测量直流电流。。因传感器测量原理相同，钩载传感器参考标准如7.1.5立管压力传感器。7.1.7绞车传感器绞车传感器需要按照设备使用基本要求连接进行测试，结合实际情况以及绞车传感器输出为AB相电压信号，因此选用全量程且包含上下限的6个试验点，输出信号可以通过示波器测量转动频率进而得出转速，结果应满足技术要求。检查其随机资料确认输出信号类型是否为NUMER。根据SY∕T6679.1-2014《综合录井仪校准方法第1部分：传感器》内容制定绞车传感器试验方法。图35绞车传感器试验方法制定依据（注：图片来源于SY∕T6679.1-2014）7.1.8数据采集箱测试数据采集箱与各传感器及工业计算机通讯是否正常。7.1.9应用程序应用程序应包括信号采集解码软件和测试诊断软件，信号采集解码软件应具有实时数据采集、处理、显示及存储功能，测试诊断软件应具有仪器配置、刻度、测试、诊断功能，应按照软件功能进行检测。7.2井下装置7.2.1安全要求（1）井下装置所用锂电池的随机资料中应包含合IEC60086-4中规定的信息。（2）检查井下装置吊装中涉及的人员和设备是否符合GB/T6067.1起重机械安全规程第1部分：总则中的规定。7.2.2基本参数7.2.2.1技术参数试验本部分对井下装置近钻头地质参数零长测量方法，振动和冲击试验的试验条件、最长工作时间的验证方法作出了详细的规定。7.2.2.2环境参数试验温度和压力是井下装置工作环境的主要参数，井下装置电路系统应在温度上下限范围内正常工作，井下装置机械结构应在高压环境下具有良好的密封性及耐压能力，本部分规定了低温、高温、压力试验的试验条件，详细试验方法参见GB/T6587。7.2.3主承载部件7.2.3.1材料试验主承载部件材料力学性能试验方法见下表：表16主承载部件材料力学性能试验方法试验名称试验方法验证指标拉伸试验GB/T228.1抗拉强度屈服强度断后伸长率冲击试验GB/T229冲击功率硬度试验GB/T231.1布适硬度材料化学成分测试试验方法见下表：表17主承载部件材料化学成分测试试验方法测试项目试验方法磷含量GB/T223.3《钢铁及合金化学分析方法二安替比林甲烷磷钼酸重量法测定磷量》硫含量GB/T223.72-2008《钢铁及合金硫含量的测定重量法》硫含量GB/T4336《碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法（常规法）》按GB/T6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》中的方法进行晶粒度分析。表18主承载部件材料晶粒度测定方法测定方法要求适用情况比较法通过标准评级图评定具有等轴晶粒度的再结晶材料面积法通过计数给定面积网格内的晶粒数截点法通过计数给定长度的测量线段（或网格）与晶粒边界相交截数来测定晶粒度非均匀等轴晶粒度按GB/T35690-2017《弱磁材料相对磁导率的测量方法》中的方法进行相对磁导率测量。表19主承载部件材料相对磁导率的测量方法测量方法测量范围适用情况施加磁场强度螺线管法1.003-2.0弱磁材料5kA/m-100kA/m磁矩法1.003-1.2质量标准量具7.2.3.2无损检测无损检测试验方法如下表。表20主承载部件材料无损检测试验方法检测方法执行标准条目超声波检测NB/T47013.3-2015《承压设备无损检测第3部分：超声检测》8.2磁粉检测NB/T47013.4-2015《承压设备无损检测第4部分：磁粉检测》5渗透检测NB/T47013.5-2015《承压设备无损检测第5部分：渗透检测》67.2.4螺纹（1）井下装置对外连接螺纹检验螺纹各项检验项目的具体检验方法引用标准及具体条目见表21表21对外连接螺纹检验方法检验项目执行标准条目条目内容紧密距GB/T22512.2-2008《石油天然气工业旋转钻井设备第2部分：旋转台肩式螺纹连接的加工与测量》8.2图36螺距8.4图37牙型高度8.6图37图36螺纹紧密距测量方法（注：图片来源于GB/T22512.2）图37螺纹螺距和牙型高度测量方法（注：图片来源于GB/T22512.2）（2）井下装置内部连接螺纹检验组成井下装置的各个短节连接螺纹可采用螺纹紧固胶防松，按照GB/T24956规定方法计算螺纹上紧力矩。图38内部连接螺纹上紧扭矩公式（注：公式来源于GB/T24956）7.2.5密封试验静水压力试验检测密封方法参考GB/T40073-2021《潜水器金属耐压壳外压强度试验方法》，对密封舱体施加不小于0.3MPa的静水压，保压15min，泄压后检查密封舱内是否有液体渗入；图39密封试验试验方法制定依据（注：图片来源于GB/T40073-2021）按GB/T3452.5.5-2022《液压气动用O形橡胶密封圈第5部分：弹性体材料规范》中规定的方法进行各类橡胶密封件材料的耐温和耐酸碱性能试验，试验方法及指标见图40；密封材料的种类根据井下装置工作温度等级按本标准中表8检验。7.2.6电子电路7.2.6.1元器件外购元器件数据包信息应包含信息来源、数据版本和数据交换格式，在规定的条件下，额定工作电压下的芯片直流功耗和电流予以说明。按照产品规范，芯片工作的温度范围予以说明，温度范围应与井下装置实际工作环境温度相匹配。7.2.6.2印制板印制板随机资料应包好GB/T16261《印制板总规范》中规定的采购文件内容及检验项目，具体规定见表22、表23。7.2.6.3电路通过本部分电路测试，验证电路系统供电功能、设置及显示功能、接口与输出功能、数据存储功能是否正常工作。图40各类橡胶密封件材料性能试验方法（注：图中表格来源于GB/T3452.5.5-2022）图40各类橡胶密封件材料性能试验方法（续）（注：图中表格来源于GB/T3452.5.5-2022）表22印制板采购文件内容条目具体内容采购文件顾客名称，地址和所属国别，引用的相关分规范和所加工的印制板类型基材类型、厚度、铜箔厚度，镀层和涂层的类型和厚度（适用时）,应用等级要求,标识要求顾客要求的与本规范和分规范的规定不同的内容或条件。顾客要求的，但相应分规范中没有规定的详细试验项目、试验条件、试验频度等。质量一致性检验所使用的试样和图形。交付的要求（适用时）。印制板分规范材料说明；标志要求；镀层和涂覆层的类型和厚度；各检验项目的不同应用等级要求。质量一致性检验项目、所使用的试样及图形、试验方法、试验条件、试验频度等。交付的要求。材料按本标准提供的印制板所使用的材料应符合相关材料规范和印制板采购文件的规定。在满足印刷版性能要求条件下，应最大程度采用可重复利用，可回收或环保型材料，以有助于清洁生产和降低整个产品生命周期的成本。设计印制板以及相应测试图形应符合相关设计规范和印制板布设总图的规定。标识承制方名称或商标,批识别代码或日期代码,产品认证标识（或通过认证）表23印制板检验项目检验项目具体检验内容外观检验外观质量；镀覆孔；导电图形；永久聚合物涂层的外观尺寸检验孔径和孔位置度；印制板外形尺寸；印制板厚度；外层环宽，导线宽度、间距、厚度。结构完整性显微剖切后的镀覆孔检验；内层环宽；镀层完整性；孔导电图形的重合度（对于内层检验为破坏性）物理性能检验可焊性；弓曲和扭曲；剥离强度；附着力化学性能检验耐溶剂性；清洁度电性能连通性、绝缘性；特性阻抗；介质耐电压；绝缘电阻环境性能热应力；温度冲击；耐湿和绝缘电阻；振动试验。7.2.7测传短节测传短节应具备地质参数测量、方位特性测量和跨螺杆钻具马达传输功能，（1）近钻头地质参数测量参考SY/T6702《石油核测井仪刻度规范》试验要求，对近钻头伽马测量试验要求规定如正文所述，通过试验完成伽马测量范围、测量误差和稳定性三项指标的测量。图41近钻头伽马测量试验要求制定依据（注：图片源于SY/T6702）近钻头电阻率测量测试方法依据《井下控制工程学导论》第7章7.2节“近钻头电阻率测量数学模型的验证”。按照下图连接地层模拟器，地层模拟器主要由电阻组成。调整电阻阻值可模拟出不同阻值的地层电阻，可同时测量方位电阻率和钻头电阻率。根据电阻率测量范围及电阻率低电阻测量精度要求高的特点，设定正文阻值，逐一测量后验证试验结果。图42近钻头电阻率测量试验要求制定依据（注：图片源于《井下控制工程学导论》第7章7.2节）（2）方位特性测量功能滑动钻进条件下，按照测量实际需求应验证完整圆周方位测量精度。因此舱体固定后分别转动固定角度，在指定时间内应可以实时分辨方位角变化，方可满足此条件下分区能力。复合钻进条件下区分方位需要在高速旋转条件下验证方位测量特性，为满足这一条件，分别设置高、低伽马源（便于操作和实现），仪器在静止和高速旋转条件下测量上下伽马值，达到目标转速后仪器应可分辨伽马分区，伽马测量主要测试方法可参考地质参数测量功能。（3）近钻头数据跨螺杆钻具马达传输近钻头无线传输功能测量根据技术指标要求，将仪器放置在指定位置，为验证传输速率并确保结果可靠避免偶然因素，应发送不少于50组数验证传输结果，通过统计成果接收数据计算可得误码率，通过发射波形可计算得到传输速率。有线跨马达传输功能验证主要测试方案与无线相同，因有线传输仪器已经完成整机组装，因此测试时应整体测试，传输速率和误码率验证方法与无线相同。通过调研国内主要近钻头仪器跨螺杆钻具马达试验方法，调研结果见表24，确定本标准试验方法。表24主要近钻头地质导向钻井系统近钻头数据跨螺杆钻具马达传输试验方法调研汇总制造商产品名称产品规格传输方式跨螺杆通信试验方法中石油CGDS172mm无线发射接收联调测试科莱天地iNBS172mm无线发射接收联调测试六合伟业XZNBS172mm无线发射接收联调测试奥瑞拓—172mm有线发射接收联调测试7.2.8螺杆钻具苏义脑编著的《螺杆钻具研究及应用》第三篇第二章介绍了多种预测导向钻具造斜能力的方法，本标准选用工程应用中常用的三点定圆法。图43螺杆钻具理论造斜率计算公式（注：公式来源于《螺杆钻具研究及应用》第三篇第二章）7.2.9收发短节收发短节接收测传短节发送的数据并通过通讯接口将数据发送至无线随钻测量仪。收发短节依据近钻头数据跨螺杆钻具马达传输方式不同，分为无线式和有线式，相关测试要求确定的依据与测传短节相同。7.2.10无线随钻测量仪定向功能试验期间因传感器容易受到外界磁场干扰，因此要求试验环境半径10m范围内无铁、磁物质。通过调研国内主要无线随钻测斜仪定向功能试验方法，调研结果见表25，确定本标准定向功能试验方法。表25主要无线随钻测量仪定向参数试验方法调研汇总制造商产品名称产品规格无线随钻测量仪定向功能试验方法泽天盛海GET-BMWD172mm试验台试验中石油CGDS172mm试验台试验恒泰万博HT-MWD-650172mm试验台试验六合伟业无线随钻测斜仪172mm试验台试验信号传输功能测试应将无线随钻测量仪整机固定在水循环试验台上，满足仪器工作条件，通过脉冲宽度及时间可得到传输速率，试验期间应发送不少于200组脉冲，通过统计正确解码数量，计算可得传输误码率。表26信号传输功能测试调研汇总制造商产品名称产品规格无线随钻测量仪试验方法中油测井智能导向172mm水循环试验渤海钻探VDS172mm水循环试验中石油工程院CGDS172mm水循环试验恒泰万博HT-MWD-650172mm水循环试验8.检验参见正文内容。9.标志参见正文内容。10.附录参见正文内容PAGE31/54主要试验（或验证）的分析、综述报告、技术经济论证和预期经济效果本文规定了石油天然气钻采设备近钻头地质导向钻井系统的主要部件的设计、制造和试验的要求,在近钻头地质导向钻井系统研发生产过程中，制造商进行了大量试验验证各项技术要求是否符合标准。（一）主要试验（或验证）的分析1.地面信号处理装置工业计算机、司钻显示器、立管压力传感器、钩载压力传感器、绞车传感器为采购部件，供应商在产品出厂前会进行各项试验验证其性能是否符合标准。作为近钻头地质导向钻井系统的制造商，应对各个外购部件进行验收试验，相关参数应符合本标准中相应条款的要求。数据采集箱、应用程序为自研开发的组成部件，近钻头地质导向钻井系统制造商对其进行验收试验，验证其可以正常工作。部分组件的测试报告见下图44-图46所示。立管压力传感器图44立管压力传感器测试试验报告钩载压力传感器图45钩载传感器测试数据表绞车传感器图46绞车传感器测试数据表井下装置井下装置由四大部件组成，每个部件由多个零件组成，且包含多个传感器及电路，本标准第7章7.2部分对系统井下装置基本参数验证方法、主承载部件材料试验及其无损检测、螺纹检验、密封试验、电子电路试验、四大部件的相关功能试验方法进行了详细说明。基本参数试验冲击试验下图为冲击试验台试验设备及相关试验记录。图47冲击试验台试验设备及相关试验记录温度试验下图为全尺寸井下装置高温试验设备及试验记录。图48井下装置高温试验装置及试验记录振动试验下图为井下装置振动试验试验设备及试验记录。图49振动试验装置及试验记录主承载部件试验材料力学特性试验下图为材料力学特性测试分析报告。图50材料力学特性测试分析报告材料成分试验下图为材料成分分析测试报告。图51材料化学成分分析测试报告材料晶粒度试验下图为舱体材料晶粒度试验分析测试报告。图52舱体材料晶粒度试验分析测试报告无损检测下图分别为超声波探伤报告、磁粉探伤报告及试样、渗透探伤报告及试样图53-1超声波探伤检测报告图图53-2磁粉探伤检测报告及试样图53-3渗透探伤检测报告及试样 图53舱体材料无损检测报告测传短节功能试验1）地质参数测量功能试验参考行业标准SY/T6582《石油核测井仪刻度规范》中关于自然伽马测井仪的规定，分别在测量范围、测量误差和稳定性3个方面给出了要求。这三方面要是对近钻头地质导向的地质参数测量提出了基本需求。从标准立项至今，共计进行了50次近钻头伽马测量测量试验，验证伽马计数率、误差和稳定性。图5