《石油天然氣鉆采設備近鉆頭地質導向鉆井系統》（征求意見稿）編制說明項目計劃號:20230217-T-469國家標準石油天然氣鉆采設備近鉆頭地質導向鉆井系統編制說明（征求意見稿）北京石油機械有限公司2024年1月III組要求相匹配，相關環境要求技術參數可以借鑒該組別數據。表2溫度環境要求調研情況匯總技術參數數據來源數值工作溫度GB/T25480儀器儀表運輸、貯存基本環境條件及試驗方法-20℃~+60℃GB/T6587電子測量儀器通用規范-20℃~+60℃SY/T6702-2019地層評價隨鉆測井系統技術條件-40℃~+80℃貯存溫度GB/T25480儀器儀表運輸、貯存基本環境條件及試驗方法-40℃~+55℃GB/T6587電子測量儀器通用規范-40℃~+70℃SY/T6702-2019地層評價隨鉆測井系統技術條件-40℃~+80℃表3振動試驗條件調研情況匯總技術參數數據來源數值振動加速度GB/T25480儀器儀表運輸、貯存基本環境條件及試驗方法29.4m/s2GB/T6587電子測量儀器通用規范/SY/T6702-2019地層評價隨鉆測井系統技術條件19.6m/s2頻率范圍SY/T6844微電阻率成像測井儀標準5Hz~150Hz~5HzGB/T6587電子測量儀器通用規范5Hz~55Hz~5HzSY/T6702-2019地層評價隨鉆測井系統技術條件5Hz~55Hz~5Hz掃頻速率GB/T25480儀器儀表運輸、貯存基本環境條件及試驗方法1oct/minGB/T6587電子測量儀器通用規范≤1oct/minSY/T6702-2019地層評價隨鉆測井系統技術條件≤1oct/min振動時間GB/T25480儀器儀表運輸、貯存基本環境條件及試驗方法≥30minGB/T6587電子測量儀器通用規范20minSY/T6702-2019地層評價隨鉆測井系統技術條件30min循環次數GB/T25480儀器儀表運輸、貯存基本環境條件及試驗方法≥3次GB/T6587電子測量儀器通用規范3次SY/T6702-2019地層評價隨鉆測井系統技術條件地面設備：3次表4沖擊試驗條件調研情況匯總技術參數數據來源數值沖擊加速度GB/T25480儀器儀表運輸、貯存基本環境條件及試驗方法980?m/s2GB/T6587電子測量儀器通用規范980?m/s2SY/T6702-2019地層評價隨鉆測井系統技術條件147?m/s2沖擊持續時間GB/T25480儀器儀表運輸、貯存基本環境條件及試驗方法11?ms±1?msGB/T6587電子測量儀器通用規范4?ms±1?msSY/T6702-2019地層評價隨鉆測井系統技術條件6?ms±1?ms沖擊次數GB/T25480儀器儀表運輸、貯存基本環境條件及試驗方法軸向1次GB/T6587電子測量儀器通用規范大于50次SY/T6702-2019地層評價隨鉆測井系統技術條件軸向、橫向各1次波形GB/T25480儀器儀表運輸、貯存基本環境條件及試驗方法半正弦波GB/T6587電子測量儀器通用規范SY/T6702-2019地層評價隨鉆測井系統技術條件6.1.3工業計算機工業計算機需運行應用程序，完成信號解碼、曲線顯示及伽馬、電阻率、工程參數等傳感器測試標定功能，因此其最低配置應滿足文中要求。6.1.4司鉆顯示器司鉆顯示器顯示井斜角、方位角、工具面角及深度等內容供司鉆鉆進過程中參考。圖3司鉆顯示器外觀圖6.1.5立管壓力傳感器立管壓力傳感器可以用來測量粘稠易堵介質的壓力從而實現立管內壓力變化的采集，將壓力變化信號傳輸至數據采集箱，通過數據采集箱的濾波和解碼，實現井下信號的采集工作。圖4立管壓力傳感器外觀圖根據李佳明出版的《最新鉆井工具技術手冊》第一篇第二章鉆機主要部件技術規范中，水龍頭高壓工作壓力為35MPa，這一參數決定了立管壓力傳感器測量范圍滿足此壓力即可。圖5水龍頭基本技術參數（注：圖片來源于《最新鉆井工具技術手冊》）6.1.6鉤載壓力傳感器鉤載壓力傳感器用來死繩壓力變化，將壓力變化信號傳輸至數據采集箱，通過數據采集箱的判斷，從而得到當前鉆井工況。根據李佳明出版的《最新鉆井工具技術手冊》第一篇第二章鉆機主要部件技術規范中最大快繩拉力為450kN，這一參數決定了鉤載壓力傳感器測量范圍滿足此壓力即可。圖6絞車基本技術參數（注：圖片來源于《最新鉆井工具技術手冊》）6.1.7絞車傳感器防爆型絞車傳感器安裝在絞車軸上，可以監測整個鉆進過程中絞車軸轉動所產生的角位移，通過計算就可以得到鉆進過程中大鉤的高度變化，從而得到當前的鉆井深度。防爆型絞車傳感器內部裝有檢測開關和一片鐵質的齒片，當齒片隨絞車軸轉動時，齒片會分別穿過兩只相位差為90的檢測開關的采樣通道，從而發出兩組相應的電脈沖信號，此信號送入儀器經識別處理后就可以得到相應的角位移方向和變化值。圖7絞車傳感器外觀圖根據GB/T25707-2010《液壓防爆提升機和提升絞車》，根據滾筒直徑、纏繞長度以及提升速度，計算可得出對應絞車最高轉速，1250r/min可滿足全部絞車需求。圖8液壓防爆提升機和提升絞車基本技術參數（注：圖片來源于GB/T25707-2010《液壓防爆提升機和提升絞車》）6.1.8數據采集箱數據采集箱將立管壓力、鉤載壓力及絞車傳感器信號調理變換后輸出到工業計算機，另外數據采集箱還將來自工業計算機的解碼數據發送到司鉆顯示器。圖9數據采集箱外觀圖6.1.9應用程序應用程序應包括信號采集解碼軟件和測試診斷軟件，信號采集解碼軟件應具有實時數據采集、處理、顯示及存儲功能，測試診斷軟件應具有儀器配置、刻度、測試、診斷功能。圖10信號采集解碼軟件界面6.2井下裝置6.2井下裝置系統井下裝置由測傳短節、螺桿馬達、收發短節、無線隨鉆測量系統組成。6.2.1安全要求（1）通過調研多家近鉆頭地質導向鉆井系統，電路系統供電所采用鋰電池，其安全要求應符合IEC60086-4原電池第4部分：鋰電池的安全要求（Primarybatteries-Part4：Safetyoflithiumbatteries）中的規定。鋰電池不同于傳統的使用水溶液電解質的原電池，因為他含有易燃物質。因此，在設計、生產、銷售、使用和處理鋰電池時認真考慮安全性是重要的。高功率鋰電池被用于近鉆頭地質導向鉆井系統，這類電池更換必須由專業人員進行更換。（2）近鉆頭地質導向鉆井系統井下裝置自身重量較大，人工無法搬運，在轉運及現場使用過程中需要借助機械吊裝設備完成，因此作業人員及吊裝設備的選用對于近鉆頭地質導向鉆井系統井下裝置的安全轉運至關重要。GB/T6067.1起重機械安全規程第1部分：總則對吊裝作業過程中的人員、設備作出了詳細規定。無線隨鉆測量儀無線隨鉆測量儀收發短節收發短節螺桿鉆具螺桿鉆具測傳測傳短節圖11井下裝置組成圖11井下裝置組成圖12GB/T6067.1起重機械安全規程第1部分：總則部分目錄表5鋰電池的安全要求涉及環節安全要求設計通過設計防止溫度異常升高超過制造商規定的臨界值；通過設計限制電流，從而控制電池的溫度升高；鋰電池應設計成能釋放電池內部過大的壓力或能排除在運輸、預期的使用和可合理預見的誤使用情況下的嚴重破裂。陳列和貯存電池應貯存在通風、干燥和涼爽的環境中。高溫或高濕有可能導致電池性能下降和/或電池表面腐蝕。電池箱堆疊的高度不可超過制造商規定的高度。假如太多的電池箱堆疊在一起，最下層箱中的電池有可能受損并導致電解質泄露。勿將電池陳列或貯存在陽光直射或遭受雨淋之處。當電池受潮時，電池的絕緣性能會降低，有可能發生電池自放電和腐蝕；高溫會導致電池性能下降。電池應保存在原包裝中。若拆開包裝將電池混在一起，電池有可能短路或損壞。處理不要拆解電池。鋰電池中的某些成分是易燃、有害的，會造成傷害、著火、破裂或爆炸。除可采用被認可的可控制的焚燒爐外，不能焚燒電池。鋰電池會劇烈燃燒。鋰電池在火中會爆炸。鋰電池燃燒后的產物是有毒的、有腐蝕性的。將回收的鋰電池存放在干凈、干燥的環境中，避免陽光直射，遠離極端熱源。污染和潮濕可能造成電池短路和發熱。發熱可能引起易燃氣體的泄露，從而導致著火、破裂或爆炸。不要將回收的電池和其他材料混放在一起。使用過的電池可能還有剩余的電荷。如果電池短路、非正常的充電或強制放電，所產生的熱量會點燃易燃的廢物，如油膩的破布、紙張或中頭，從而導致著火。保護電池的極端。應采用絕緣材料對電池極端進行保護，尤其對高電壓的電池。不保護極端會發生短路、非正常充電和強制放電。從而導致泄露、著火、破裂或爆炸。使用要正確選擇尺寸和類型最合適的電池作預期的使用。應保留隨電器具提供的信息資料，用作選擇電池的參考。更換電池時應同時更換一組電池中的所有電池。電池裝入點器具前，應清潔電池和電器具的接觸件。確保裝入電池時極性正確。立即從電器具中取出電能已耗盡的電池。6.2.2基本參數6.2.2.1技術參數推薦裝置外徑：根據目前市場上主流的近鉆頭產品將其井下裝置外徑劃分為4個系列，見本標準中表1。參考井眼尺寸：每個系列適用的井眼尺寸見文中規定。近鉆頭地質測量參數：因測傳短節空間受限，自然伽馬為井下裝置必測地質參數，電阻率可選擇配置。工程測量參數：井下裝置安裝有多種工程參數測量傳感器，可以測量井斜、工具面角、方位角、溫度等參數，用于井眼軌跡控制。近鉆頭測量參數零長：通過調研國內外主要近鉆頭地質導向鉆井系統近鉆頭測量參數測點與鉆頭螺紋端面的距離，調研結果見表5，確定本標準伽馬、電阻率地質參數測量傳感器設計安裝位置應距離鉆頭螺紋端面3.5米內。表6主要近鉆頭地質導向鉆井系統參數測點與鉆頭螺紋端面距離調研數據匯總（單位：m）制造商產品名稱產品規格鉆頭電阻率方位電阻率方位伽馬斯倫貝謝IPzig172mm——0.53哈利伯頓GABI172mm——3.35貝克休斯ZoneTrakG172mm——0.7中石油CGDS172mm1.162.532.7中石化SL6000NWD172mm2.5—3.3最高承受振動：井下裝置安裝于鉆頭上方，在鉆進過程中需要承受20g的振動。最高承受沖擊：在下鉆過程中，井下裝置會承受一定的沖擊。最長工作時間：通過調研國內外主要近鉆頭地質導向鉆井系統標稱的單次免維保廠家建議工作時間均為200小時。表7主要近鉆頭地質導向鉆井系統產品廠家建議工作時間調研數據匯總制造商產品名稱產品規格單次免維保廠家建議工作時間（小時）斯倫貝謝IPzig172mm200哈利伯頓GABI172mm200貝克休斯ZoneTrakG172mm200中石油CGDS172mm350中石化SL6000NWD172mm2006.2.2.2環境參數系統井下裝置工作于高溫高壓環境，隨著井深增加，其工作環境的溫度壓力也隨之增加。井下環境溫度按照地溫梯度3℃/100米進行計算。井下環境壓力依據液體壓強公式：p=ρgH式中：p—鉆井液壓力，單位為MPa；ρ—鉆井液密度，單位為g/cm3；g—重力加速度，單位為N/g；H—井眼垂深，單位為m。表8井下裝置工作環境參數與垂直井深匹配關系環境溫度（℃）環境壓力（MPa）70100140175200-20～125＜4500m4500m4500m4500m4500m-20～150-＜6500m6500m6500m6500m-20～175--＜9000m9000m9000m-20～200＜11000m＜13000m6.2.3主承載部件測傳短節本體、收發短節本體、無線隨鉆測量儀無磁鉆鋌是井下裝置的主要承載部件，為各類傳感器，電路提供容納空間。6.2.3.1材料文中規定了主承載部件材料的力學性能要求、化學成分、晶粒度、相對磁導率，其確定依據如下：力學性能要求：參考石油行業標準SY/T5144-2013《鉆鋌》確定主承載部件力學性能要求，根據磁性能要求選用合金鋼的種類，根據產品規格尺寸選用符合要求的材料，選用材料的各項力學性能要求見文中規定。有磁合金鋼材料參考SY/T5144-2013《鉆鋌》5.4要求提出的A型B型鉆鋌機械性能。無磁合金鋼材料力學性能要求參考SY/T5144-2013《鉆鋌》5.4要求提出的C型鉆鋌機械性能指標。圖13鉆鋌機械性能（注：表格來源于SY/T5144-2013《鉆鋌》5.4）材料化學成分：參考行業標準SY/T5144-2013《鉆鋌》中5.3.1關于材料化學成分的規定，分別在含硫和含磷量2個方面給出了要求。圖14鉆鋌材料化學成分規定（注：圖片來源于SY/T5144-2013《鉆鋌》5.3.1）晶粒度：晶粒度關系到材料的塑性和開裂脆性等重要性能，行業標準SY/T5144-2013《鉆鋌》中5.3.2規定鉆鋌材料晶粒度應不超過6級，可以有效保證材料在正常應力范圍內降低開裂傾向度。圖15鉆鋌材料化學晶粒度規定（注：圖片來源于SY/T5144-2013《鉆鋌》5.3.2）材料晶粒度的評級標準執行GB/T6394中的規定，可按比較法、面積法、截點發進行。通常使用與相應標準系列評級圖相同的放大倍數，直接進行對比。通過有代表性的晶粒組織圖像或顯微照片與圖中相應“表2”的系列評級圖或標準評級圖復制透明軟片比較，選取與檢測圖像最接近的標準評級圖級別數或晶粒直徑，記錄評定結果。圖16晶粒度評級確定依據（注：上圖中表格來源于GB/T6394）磁導率：相對磁導率要求是為了滿足井下裝置配備有磁通門的測斜電路對弱磁環境的需求。相對磁導率要求是為了滿足井下裝置配備有磁通門的測斜電路對弱磁環境的需求，該項指標制定依據是參考行業標準SY/T5144-2013《鉆鋌》5.5要求。圖17鉆鋌材料磁性能要求（注：圖片來源于SY/T5144-2013《鉆鋌》5.5）6.2.3.2無損檢測無損檢測是發現材料缺陷的有效途徑，磁性材料因為有磁性可以借助磁粉檢測表面裂紋缺陷，超聲波可以檢測材料內部缺陷；無磁材料因為沒有磁性無法進行磁粉檢測，只能通過滲透檢測材料表面裂紋缺陷，超聲波檢測可以檢測材料內部缺陷。行業標準NB/T47013中規定了應用上述三項無損檢測方法的部件材料的質量分級要求，詳細內容見圖18-20。圖18超聲波檢測質量分級標準（注：圖中表格來源于NB/T47013）圖19磁粉檢測質量分級標準（注：圖中表格來源于NB/T47013）圖20滲透檢測質量分級標準（注：圖中表格來源于NB/T47013）6.2.4螺紋井下裝置下端連接鉆頭，上端連接鉆桿，依據裝置外徑選擇螺紋形式。參照GB/T22512.2—2008《石油天然氣工業旋轉鉆井設備第2部分：旋轉臺肩式螺紋連接的加工與測量》確定測傳短節、收發短節、鉆鋌及上、下接頭螺紋加工要求。圖21螺紋形狀與尺寸要求（注：圖片來源于GB/T22512.2—2008）圖22螺紋錐度公差要求（注：圖片來源于GB/T22512.2—2008）井下裝置內部各個短節因產品結構設計具體情況不同，可選擇非推薦螺紋。對于可磷化的材料應采用磷酸鋅或磷酸錳進行防粘扣處理，根據SY/T5711-2016《鉆具螺紋鍍銅和磷化技術條件》確定磷化層厚度約為5μm-20μm。，圖23螺紋磷化層厚度要求（注：圖片來源于SY/T5711-2016）對于不銹鋼材料應采用噴丸表面強化進行耐磨處理，噴丸覆蓋率達到或超過100%是綜合參考GB/T23576-2009拋噴丸設備通用技術條件，JB/T11552-2013拋噴丸強化技術條件，JB/T10174-2008鋼鐵零件強化噴丸的質量檢驗方法。圖24螺紋噴丸技術要求確定依據（注：圖片來源于GB/T23576-2009、JB/T11552-2013、JB/T10174-2008）6.2.5密封井下裝置工作于鉆井液及地層流體環境中，因此需要設計合適的密封結構防止外部液體滲入裝置內部，密封件材料的選擇依據參考GB/T3452.5-2022液壓氣動用O形橡膠密封圈第5部分：彈性體材料規范，文件中4.1規定了O形橡膠密封圈常用彈性體材料的代號、硬度級別、使用溫度和適用液體，用戶根據使用的工作參數（如溫度、壓力、適用液體）來確定O型圈材料。圖25密封件材料要求確定依據（注：圖中表格來源于GB/T3452.5-2022）6.2.6電子電路6.2.6.1電子元器件系統電路部分所用元器件采購具體要求按照GB/T35010.1半導體芯片產品第1部分：采購和使用要求中的規定執行。系統井下裝置工作環境為高溫環境，因此在電路設計時選用的元器件的耐溫特性應符合相應溫度要求。6.2.6.2印制板印制板制造的要求、質量評定程序參照GB/T16261；印制板組裝的要求參照GB/T19247。6.2.6.3電路電路供電是系統正常工作的重要前提，通過調研各類隨鉆行業的產品，調研結果見表9，對電源電壓大小及容量在文中作出要求。電路應根據需要改變參數設置，并具有文中所述的信息顯示或提示功能。系統實現與其他設備通訊需要設置電路接口與輸出。根據系統功能實現的設計要求，確定電路數據存儲的采樣間隔及連續存儲時間。表9主要近鉆頭地質導向鉆井系統電路供電電壓參數調研匯總制造商產品名稱產品規格測傳短節（V）接收短節（V）中石油CGDS172mm14.47.2澤天盛海GS-ABT172mm3622六合偉業XZNBS172mm2828中石化SL6000NWD172mm21.614.46.2.7測傳短節測傳短節應具備三項功能：近鉆頭地質參數測量功能；方位特性測量功能；近鉆頭數據跨螺桿鉆具馬達傳輸功能。近鉆頭地質參數測量功能近鉆頭測傳短節需要具備測量近鉆頭方位伽馬測量功能，按照設計與實際需求選擇增加近鉆頭方位電阻率和鉆頭電阻率測量功能。在自然界中，幾乎所有的伽馬射線輻射輻射都是由放射性元素K-40、鈾族和釷族的放射性元素放射出來。鈾族和釷族的放射性元素發射出多種能量的伽馬射線，因此，到達探測器的自然伽馬射線表現為幾乎是連續的能量譜。因在沉積巖過程中天然放射性元素運移規律不同，故造成不同類型的巖石中天然放射性物質含量的差異。伽馬測量是利用伽馬射線與地層作用的光電效應、康普頓效應、電子對效應等原理來測量探頭附近地層中的自然伽馬射線，它是一種無源裝置，能夠較好地區分地層巖性。通過調研國內外主要近鉆頭地質導向鉆井系統伽馬參數測量范圍及精度，調研結果見表10，確定本標準伽馬地質參數測量范圍及精度如正文所述。表10主要近鉆頭地質導向鉆井系統近鉆頭伽馬參數調研匯總制造商產品名稱產品規格伽馬范圍（API）精度（API）中海油NBIG172mm0-500±2中油測井-172mm0-1000±5%或±4中石油CGDS172mm0-500±5%或±4中石化SL6000NWD172mm0-1000±5%澤天盛海GS-ABT172mm0-500±2%奧瑞拓-172mm0-250-組成地層的巖石是一種多孔隙混合介質，孔隙中含有油、氣、水等多相流體。表征地層的電磁特性參數主要有三個：電阻率ρ（或電導率）、介電常數ε、磁導率μ。在油氣儲層中，反映油氣含量的電學參數為電阻率，反映水含量的電學參數為介電常數和電阻率。決定地層巖石電阻率大小的因素主要有：巖石的組織結構，巖石孔隙內地層水中鹽類的化學成分、濃度、溫度、巖石孔隙度，巖石的含油飽和度。因此通過測量地層電阻率參數，可以估計出油氣儲集層的含油（水）飽和度和孔隙度，從而估計油氣儲量。通過調研各類巖石電阻率參數，調研結果見圖26，確定本標準所述系統電阻率測量范圍。圖26主要巖石及礦物電阻率通過調研國內外主要近鉆頭地質導向鉆井系統電阻率測量精度并結合現場實際情況，調研結果見表11，確定本標準電阻率參數測量精度。表11主要近鉆頭地質導向鉆井系統近鉆頭電阻率參數調研匯總制造商產品名稱近鉆頭電阻率，Ω.m測量精度貝克休斯ZoneTrakG0.1-30005%中石油CGDS0.2-20008%中石化SL6000NWD0.2-20005%WRT（WellResolutiontechnology）GEOTracker0.2-20005%方位特性測量功能國內外主流近鉆頭地質導向鉆井系統均具備地質參數方位測量功能，可識別鉆頭與儲層相對位置，從而優化調整井眼軌跡。近鉆頭地質導向鉆井系統存在滑動鉆進及旋轉鉆進兩種工況，所以其所測量的近鉆頭地質參數應至少在滑動鉆進或旋轉鉆進其中一種工況條件下具有方位特性。通過調研各家產品，當該功能適用于旋轉鉆進工況時，適用的轉速應不低于100r/min。表12主要近鉆頭地質導向鉆井系統近鉆頭方位伽馬參數調研匯總制造商產品名稱產品規格方位測量功能適用轉速，r/min奧瑞拓—172mm有110~240達坦T-Tracker172mm有0~200中石油CGDS172mm有70~200科萊天地iNBS172mm有0~360六合偉業XZNBS172mm有20~450方位特性測量功能適用轉速的制定依據是頂驅額定轉速。圖27頂驅額定轉速數據（注：圖中表格來源于GB/T31049-2022）近鉆頭數據跨螺桿鉆具馬達傳輸為實時獲取近鉆頭測傳短節采集到的地質參數通過MWD系統傳輸到地面，近鉆頭地質導向系統應具備測傳短節和接收短節跨越螺桿鉆具實時通信的功能，按近鉆頭數據跨螺桿鉆具馬達的傳輸方式，可分為無線式和有線式。通過開展系統無線短傳通道基礎研究試驗，驗證了采用電磁感應的方法在鉆鋌和地層中建立無線短傳通道技術方案是可行的，在短距離10米定長的范圍內可有效地傳輸信號。圖28無線短傳通道基礎研究試驗模型及試驗結果（注：圖片來源于《井下控制工程學導論》第7章7.4節）通過調研各家產品與實際需求，無線式近鉆頭無線通訊距離不低于10m，通訊速率不低于10bit/s，誤碼率不高于5%。有線式受環境影響較小且物理連接，因此通訊速率不低于100bit/s，誤碼率不高于1%。同時考慮到系統整體傳輸速率由最慢的MWD（1bit/s）決定，跨螺桿鉆具馬達傳輸速率高于MWD一個數量級（10bit/s）即可。表13主要近鉆頭地質導向鉆井系統近鉆頭數據跨螺桿鉆具馬達傳輸參數調研匯總制造商產品名稱產品規格傳輸距離傳輸方式傳輸速率誤碼率中石油CGDS172mm15m無線50bps5%科萊天地iNBS172mm24m無線20bps5%六合偉業XZNBS172mm20m無線50bps5%奧瑞拓—172mm8m有線100bps≤1%6.2.8螺桿鉆具6.2.8.1橡膠材料參考SY/T5383-2010附錄B螺桿鉆具關于定子內襯彈性體的性能要求，確定橡膠材料性能定子內襯彈性體與金屬壁粘合的90°剝離強度不低于12kN/m。圖29螺桿鉆具定子橡膠材料物理性能要求-1（注：圖片來源于SY/T5383-2010）參考GB/T7760-2003硫化橡膠或熱塑性橡膠與硬質板材粘合強度的測定90°剝離法確定橡膠材料在粘合界面破壞后，金屬附件的附膠率為100%。圖30螺桿鉆具定子橡膠材料物理性能要求-2（注：圖片來源于GB/T7760-2003）6.2.8.2理論造斜率下圖中表格為國內兩家主要螺桿鉆具生產廠家造斜率數據。圖中數據均由國內外工程上廣泛使用的“三點定圓法”計算得出。近鉆頭地質導向鉆井系統導向功能由螺桿鉆具實現，其導向能力通過理論造斜率（°/30m）指標表示。目前近鉆頭地質導向鉆井系統主要分為螺桿集成式和獨立短節式，導向功能作為系統重要的一項功能，因此需要注明近鉆頭地質導向鉆井系統井下儀器理論造斜能力。下圖中表格為國內兩家主要螺桿鉆具生產廠家造斜率數據。圖中數據均由國內外工程上廣泛使用的“三點定圓法”計算得出。圖31某廠家螺桿造斜率計算軟件界面圖32某廠家螺桿造斜率數據圖33北石螺桿造斜率計算結果6.2.9收發短節收發短節接收測傳短節發送的數據并通過通訊接口將數據發送至無線隨鉆測量儀。收發短節依據近鉆頭數據跨螺桿鉆具馬達傳輸方式不同，分為無線式和有線式，相關技術要求確定的依據與測傳短節相同。6.2.10無線隨鉆測量儀無線隨鉆測量儀安裝有工程參數測量傳感器、脈沖發生器，可以測量井斜角、方位角、高邊工具面角等工程參數，并通過無線傳輸方式將數據傳輸到地面。（1）定向功能無線隨鉆測量儀的定向傳感器可測量并記錄實時的井斜、方位和工具面等信息，可以讓定向工程師了解鉆柱實時姿態并完成定向作業。通過調研國內外主要無線隨鉆測斜儀定向參數及測量精度確定本標準定向參數，調研結果見表14。表14主要無線隨鉆測量儀定向參數調研匯總制造商澤天盛海中石油恒泰萬博六合偉業產品名稱GET-BMWDCGDSHT-MWD-650無線隨鉆測斜儀產品規格172mm172mm172mm172mm井斜范圍0～180°0～180°0～180°0～180°精度±0.1°±0.15°±0.1°±0.1°方位范圍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°時）±1.0°±1.0°工具面范圍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）信號傳輸功能鉆井過程中將檢測到的工程參數進行無線傳輸，利用鉆柱中的泥漿脈沖將測量數據傳輸到地面。根據正脈沖無線隨鉆測量原理，儀器整體傳輸速率通常要求不低于1bit/s，結合現場實際生產需求，誤碼率通常要求不高于1%。表15主要近鉆頭地質導向鉆井系統無線隨鉆測量儀傳輸參數調研匯總制造商產品名稱產品規格傳輸速率誤碼率中油測井智能導向172mm≥1bit/s1%渤海鉆探VDS172mm≥1bit/s1%中石油工程院CGDS172mm≥1bit/s1%恒泰萬博HT-MWD-650172mm1bit1%7.試驗方法7.1地面信號處理裝置7.1.1安全要求驗證地面信號處理裝置各組成部件絕緣性及防爆等級是否符合標準規定。7.1.2環境要求通過工作溫度、貯存溫度、振動、沖擊試驗試驗驗證地面信號處理裝置各組成部件在工作、運輸等過程中對環境的適應能力。工作溫度、貯存溫度、振動、沖擊試驗條件分別參考GB/T6587-2012中5.9.1.2、5.9.3.2、5.9.4.2部分內容。7.1.3工業計算機工業計算機隨機資料中包含各項技術參數，檢查各項參數應符合標準最低配置。7.1.4司鉆顯示器按照技術要求檢查司鉆顯示器基本外觀及參數，確保設備符合現場使用條件。通過將司鉆顯示器與計算機和無線隨鉆測量儀相連，可以模擬井下環境從而達到驗證設備是否工作正常的基本條件。司鉆顯示器通常需要實時顯示井斜角、方位角、工具面角、深度及圖形等信息供司鉆參考，因此測試期間設備需要顯示上述信息驗證功能。7.1.5立管壓力傳感器立管壓力傳感器需要按照設備使用基本要求連接進行測試，結合實際情況以及立管壓力傳感器輸出為4~20mA模擬信號，因此選用全量程且包含上下限的6個試驗點，輸出信號可以用萬用表測量直流電流。根據GB/T15478-2015《壓力傳感器性能試驗方法》內容，立管壓力傳感器實驗方法參考原文如下。圖34立管壓力傳感器試驗方法制定依據（注：圖片來源于GB/T15478-2015）7.1.6鉤載壓力傳感器鉤載壓力傳感器需要按照設備使用基本要求連接進行測試，結合實際情況以及鉤載壓力傳感器輸出為4~20mA模擬信號，因此選用全量程且包含上下限的6個試驗點，輸出信號可以用萬用表測量直流電流。。因傳感器測量原理相同，鉤載傳感器參考標準如7.1.5立管壓力傳感器。7.1.7絞車傳感器絞車傳感器需要按照設備使用基本要求連接進行測試，結合實際情況以及絞車傳感器輸出為AB相電壓信號，因此選用全量程且包含上下限的6個試驗點，輸出信號可以通過示波器測量轉動頻率進而得出轉速，結果應滿足技術要求。檢查其隨機資料確認輸出信號類型是否為NUMER。根據SY∕T6679.1-2014《綜合錄井儀校準方法第1部分：傳感器》內容制定絞車傳感器試驗方法。圖35絞車傳感器試驗方法制定依據（注：圖片來源于SY∕T6679.1-2014）7.1.8數據采集箱測試數據采集箱與各傳感器及工業計算機通訊是否正常。7.1.9應用程序應用程序應包括信號采集解碼軟件和測試診斷軟件，信號采集解碼軟件應具有實時數據采集、處理、顯示及存儲功能，測試診斷軟件應具有儀器配置、刻度、測試、診斷功能，應按照軟件功能進行檢測。7.2井下裝置7.2.1安全要求（1）井下裝置所用鋰電池的隨機資料中應包含合IEC60086-4中規定的信息。（2）檢查井下裝置吊裝中涉及的人員和設備是否符合GB/T6067.1起重機械安全規程第1部分：總則中的規定。7.2.2基本參數7.2.2.1技術參數試驗本部分對井下裝置近鉆頭地質參數零長測量方法，振動和沖擊試驗的試驗條件、最長工作時間的驗證方法作出了詳細的規定。7.2.2.2環境參數試驗溫度和壓力是井下裝置工作環境的主要參數，井下裝置電路系統應在溫度上下限范圍內正常工作，井下裝置機械結構應在高壓環境下具有良好的密封性及耐壓能力，本部分規定了低溫、高溫、壓力試驗的試驗條件，詳細試驗方法參見GB/T6587。7.2.3主承載部件7.2.3.1材料試驗主承載部件材料力學性能試驗方法見下表：表16主承載部件材料力學性能試驗方法試驗名稱試驗方法驗證指標拉伸試驗GB/T228.1抗拉強度屈服強度斷后伸長率沖擊試驗GB/T229沖擊功率硬度試驗GB/T231.1布適硬度材料化學成分測試試驗方法見下表：表17主承載部件材料化學成分測試試驗方法測試項目試驗方法磷含量GB/T223.3《鋼鐵及合金化學分析方法二安替比林甲烷磷鉬酸重量法測定磷量》硫含量GB/T223.72-2008《鋼鐵及合金硫含量的測定重量法》硫含量GB/T4336《碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發射光譜分析方法（常規法）》按GB/T6394-2017《金屬平均晶粒度測定方法》中的方法進行晶粒度分析。表18主承載部件材料晶粒度測定方法測定方法要求適用情況比較法通過標準評級圖評定具有等軸晶粒度的再結晶材料面積法通過計數給定面積網格內的晶粒數截點法通過計數給定長度的測量線段（或網格）與晶粒邊界相交截數來測定晶粒度非均勻等軸晶粒度按GB/T35690-2017《弱磁材料相對磁導率的測量方法》中的方法進行相對磁導率測量。表19主承載部件材料相對磁導率的測量方法測量方法測量范圍適用情況施加磁場強度螺線管法1.003-2.0弱磁材料5kA/m-100kA/m磁矩法1.003-1.2質量標準量具7.2.3.2無損檢測無損檢測試驗方法如下表。表20主承載部件材料無損檢測試驗方法檢測方法執行標準條目超聲波檢測NB/T47013.3-2015《承壓設備無損檢測第3部分：超聲檢測》8.2磁粉檢測NB/T47013.4-2015《承壓設備無損檢測第4部分：磁粉檢測》5滲透檢測NB/T47013.5-2015《承壓設備無損檢測第5部分：滲透檢測》67.2.4螺紋（1）井下裝置對外連接螺紋檢驗螺紋各項檢驗項目的具體檢驗方法引用標準及具體條目見表21表21對外連接螺紋檢驗方法檢驗項目執行標準條目條目內容緊密距GB/T22512.2-2008《石油天然氣工業旋轉鉆井設備第2部分：旋轉臺肩式螺紋連接的加工與測量》8.2圖36螺距8.4圖37牙型高度8.6圖37圖36螺紋緊密距測量方法（注：圖片來源于GB/T22512.2）圖37螺紋螺距和牙型高度測量方法（注：圖片來源于GB/T22512.2）（2）井下裝置內部連接螺紋檢驗組成井下裝置的各個短節連接螺紋可采用螺紋緊固膠防松，按照GB/T24956規定方法計算螺紋上緊力矩。圖38內部連接螺紋上緊扭矩公式（注：公式來源于GB/T24956）7.2.5密封試驗靜水壓力試驗檢測密封方法參考GB/T40073-2021《潛水器金屬耐壓殼外壓強度試驗方法》，對密封艙體施加不小于0.3MPa的靜水壓，保壓15min，泄壓后檢查密封艙內是否有液體滲入；圖39密封試驗試驗方法制定依據（注：圖片來源于GB/T40073-2021）按GB/T3452.5.5-2022《液壓氣動用O形橡膠密封圈第5部分：彈性體材料規范》中規定的方法進行各類橡膠密封件材料的耐溫和耐酸堿性能試驗，試驗方法及指標見圖40；密封材料的種類根據井下裝置工作溫度等級按本標準中表8檢驗。7.2.6電子電路7.2.6.1元器件外購元器件數據包信息應包含信息來源、數據版本和數據交換格式，在規定的條件下，額定工作電壓下的芯片直流功耗和電流予以說明。按照產品規范，芯片工作的溫度范圍予以說明，溫度范圍應與井下裝置實際工作環境溫度相匹配。7.2.6.2印制板印制板隨機資料應包好GB/T16261《印制板總規范》中規定的采購文件內容及檢驗項目，具體規定見表22、表23。7.2.6.3電路通過本部分電路測試，驗證電路系統供電功能、設置及顯示功能、接口與輸出功能、數據存儲功能是否正常工作。圖40各類橡膠密封件材料性能試驗方法（注：圖中表格來源于GB/T3452.5.5-2022）圖40各類橡膠密封件材料性能試驗方法（續）（注：圖中表格來源于GB/T3452.5.5-2022）表22印制板采購文件內容條目具體內容采購文件顧客名稱，地址和所屬國別，引用的相關分規范和所加工的印制板類型基材類型、厚度、銅箔厚度，鍍層和涂層的類型和厚度（適用時）,應用等級要求,標識要求顧客要求的與本規范和分規范的規定不同的內容或條件。顧客要求的，但相應分規范中沒有規定的詳細試驗項目、試驗條件、試驗頻度等。質量一致性檢驗所使用的試樣和圖形。交付的要求（適用時）。印制板分規范材料說明；標志要求；鍍層和涂覆層的類型和厚度；各檢驗項目的不同應用等級要求。質量一致性檢驗項目、所使用的試樣及圖形、試驗方法、試驗條件、試驗頻度等。交付的要求。材料按本標準提供的印制板所使用的材料應符合相關材料規范和印制板采購文件的規定。在滿足印刷版性能要求條件下，應最大程度采用可重復利用，可回收或環保型材料，以有助于清潔生產和降低整個產品生命周期的成本。設計印制板以及相應測試圖形應符合相關設計規范和印制板布設總圖的規定。標識承制方名稱或商標,批識別代碼或日期代碼,產品認證標識（或通過認證）表23印制板檢驗項目檢驗項目具體檢驗內容外觀檢驗外觀質量；鍍覆孔；導電圖形；永久聚合物涂層的外觀尺寸檢驗孔徑和孔位置度；印制板外形尺寸；印制板厚度；外層環寬，導線寬度、間距、厚度。結構完整性顯微剖切后的鍍覆孔檢驗；內層環寬；鍍層完整性；孔導電圖形的重合度（對于內層檢驗為破壞性）物理性能檢驗可焊性；弓曲和扭曲；剝離強度；附著力化學性能檢驗耐溶劑性；清潔度電性能連通性、絕緣性；特性阻抗；介質耐電壓；絕緣電阻環境性能熱應力；溫度沖擊；耐濕和絕緣電阻；振動試驗。7.2.7測傳短節測傳短節應具備地質參數測量、方位特性測量和跨螺桿鉆具馬達傳輸功能，（1）近鉆頭地質參數測量參考SY/T6702《石油核測井儀刻度規范》試驗要求，對近鉆頭伽馬測量試驗要求規定如正文所述，通過試驗完成伽馬測量范圍、測量誤差和穩定性三項指標的測量。圖41近鉆頭伽馬測量試驗要求制定依據（注：圖片源于SY/T6702）近鉆頭電阻率測量測試方法依據《井下控制工程學導論》第7章7.2節“近鉆頭電阻率測量數學模型的驗證”。按照下圖連接地層模擬器，地層模擬器主要由電阻組成。調整電阻阻值可模擬出不同阻值的地層電阻，可同時測量方位電阻率和鉆頭電阻率。根據電阻率測量范圍及電阻率低電阻測量精度要求高的特點，設定正文阻值，逐一測量后驗證試驗結果。圖42近鉆頭電阻率測量試驗要求制定依據（注：圖片源于《井下控制工程學導論》第7章7.2節）（2）方位特性測量功能滑動鉆進條件下，按照測量實際需求應驗證完整圓周方位測量精度。因此艙體固定后分別轉動固定角度，在指定時間內應可以實時分辨方位角變化，方可滿足此條件下分區能力。復合鉆進條件下區分方位需要在高速旋轉條件下驗證方位測量特性，為滿足這一條件，分別設置高、低伽馬源（便于操作和實現），儀器在靜止和高速旋轉條件下測量上下伽馬值，達到目標轉速后儀器應可分辨伽馬分區，伽馬測量主要測試方法可參考地質參數測量功能。（3）近鉆頭數據跨螺桿鉆具馬達傳輸近鉆頭無線傳輸功能測量根據技術指標要求，將儀器放置在指定位置，為驗證傳輸速率并確保結果可靠避免偶然因素，應發送不少于50組數驗證傳輸結果，通過統計成果接收數據計算可得誤碼率，通過發射波形可計算得到傳輸速率。有線跨馬達傳輸功能驗證主要測試方案與無線相同，因有線傳輸儀器已經完成整機組裝，因此測試時應整體測試，傳輸速率和誤碼率驗證方法與無線相同。通過調研國內主要近鉆頭儀器跨螺桿鉆具馬達試驗方法，調研結果見表24，確定本標準試驗方法。表24主要近鉆頭地質導向鉆井系統近鉆頭數據跨螺桿鉆具馬達傳輸試驗方法調研匯總制造商產品名稱產品規格傳輸方式跨螺桿通信試驗方法中石油CGDS172mm無線發射接收聯調測試科萊天地iNBS172mm無線發射接收聯調測試六合偉業XZNBS172mm無線發射接收聯調測試奧瑞拓—172mm有線發射接收聯調測試7.2.8螺桿鉆具蘇義腦編著的《螺桿鉆具研究及應用》第三篇第二章介紹了多種預測導向鉆具造斜能力的方法，本標準選用工程應用中常用的三點定圓法。圖43螺桿鉆具理論造斜率計算公式（注：公式來源于《螺桿鉆具研究及應用》第三篇第二章）7.2.9收發短節收發短節接收測傳短節發送的數據并通過通訊接口將數據發送至無線隨鉆測量儀。收發短節依據近鉆頭數據跨螺桿鉆具馬達傳輸方式不同，分為無線式和有線式，相關測試要求確定的依據與測傳短節相同。7.2.10無線隨鉆測量儀定向功能試驗期間因傳感器容易受到外界磁場干擾，因此要求試驗環境半徑10m范圍內無鐵、磁物質。通過調研國內主要無線隨鉆測斜儀定向功能試驗方法，調研結果見表25，確定本標準定向功能試驗方法。表25主要無線隨鉆測量儀定向參數試驗方法調研匯總制造商產品名稱產品規格無線隨鉆測量儀定向功能試驗方法澤天盛海GET-BMWD172mm試驗臺試驗中石油CGDS172mm試驗臺試驗恒泰萬博HT-MWD-650172mm試驗臺試驗六合偉業無線隨鉆測斜儀172mm試驗臺試驗信號傳輸功能測試應將無線隨鉆測量儀整機固定在水循環試驗臺上，滿足儀器工作條件，通過脈沖寬度及時間可得到傳輸速率，試驗期間應發送不少于200組脈沖，通過統計正確解碼數量，計算可得傳輸誤碼率。表26信號傳輸功能測試調研匯總制造商產品名稱產品規格無線隨鉆測量儀試驗方法中油測井智能導向172mm水循環試驗渤海鉆探VDS172mm水循環試驗中石油工程院CGDS172mm水循環試驗恒泰萬博HT-MWD-650172mm水循環試驗8.檢驗參見正文內容。9.標志參見正文內容。10.附錄參見正文內容PAGE31/54主要試驗（或驗證）的分析、綜述報告、技術經濟論證和預期經濟效果本文規定了石油天然氣鉆采設備近鉆頭地質導向鉆井系統的主要部件的設計、制造和試驗的要求,在近鉆頭地質導向鉆井系統研發生產過程中，制造商進行了大量試驗驗證各項技術要求是否符合標準。（一）主要試驗（或驗證）的分析1.地面信號處理裝置工業計算機、司鉆顯示器、立管壓力傳感器、鉤載壓力傳感器、絞車傳感器為采購部件，供應商在產品出廠前會進行各項試驗驗證其性能是否符合標準。作為近鉆頭地質導向鉆井系統的制造商，應對各個外購部件進行驗收試驗，相關參數應符合本標準中相應條款的要求。數據采集箱、應用程序為自研開發的組成部件，近鉆頭地質導向鉆井系統制造商對其進行驗收試驗，驗證其可以正常工作。部分組件的測試報告見下圖44-圖46所示。立管壓力傳感器圖44立管壓力傳感器測試試驗報告鉤載壓力傳感器圖45鉤載傳感器測試數據表絞車傳感器圖46絞車傳感器測試數據表井下裝置井下裝置由四大部件組成，每個部件由多個零件組成，且包含多個傳感器及電路，本標準第7章7.2部分對系統井下裝置基本參數驗證方法、主承載部件材料試驗及其無損檢測、螺紋檢驗、密封試驗、電子電路試驗、四大部件的相關功能試驗方法進行了詳細說明?；緟翟囼灈_擊試驗下圖為沖擊試驗臺試驗設備及相關試驗記錄。圖47沖擊試驗臺試驗設備及相關試驗記錄溫度試驗下圖為全尺寸井下裝置高溫試驗設備及試驗記錄。圖48井下裝置高溫試驗裝置及試驗記錄振動試驗下圖為井下裝置振動試驗試驗設備及試驗記錄。圖49振動試驗裝置及試驗記錄主承載部件試驗材料力學特性試驗下圖為材料力學特性測試分析報告。圖50材料力學特性測試分析報告材料成分試驗下圖為材料成分分析測試報告。圖51材料化學成分分析測試報告材料晶粒度試驗下圖為艙體材料晶粒度試驗分析測試報告。圖52艙體材料晶粒度試驗分析測試報告無損檢測下圖分別為超聲波探傷報告、磁粉探傷報告及試樣、滲透探傷報告及試樣圖53-1超聲波探傷檢測報告圖圖53-2磁粉探傷檢測報告及試樣圖53-3滲透探傷檢測報告及試樣 圖53艙體材料無損檢測報告測傳短節功能試驗1）地質參數測量功能試驗參考行業標準SY/T6582《石油核測井儀刻度規范》中關于自然伽馬測井儀的規定，分別在測量范圍、測量誤差和穩定性3個方面給出了要求。這三方面要是對近鉆頭地質導向的地質參數測量提出了基本需求。從標準立項至今，共計進行了50次近鉆頭伽馬測量測量試驗，驗證伽馬計數率、誤差和穩定性。圖5