用于隨鉆測量井下儀器的沖擊振動狀態(tài)的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種用于隨鉆測量井下儀器的沖擊振動狀態(tài)的系統(tǒng)，其包括安裝在鉆桿上的井下部分，井下部分具有殼體、安裝在殼體內(nèi)的密封筒體以及天線，在殼體和筒體之間形成鉆井液通道，在筒體內(nèi)設(shè)有線路基座，該線路基座包括沿縱向設(shè)置的至少兩個彼此間隔開的開口的安裝槽，在第一安裝槽內(nèi)設(shè)有測量電路，在第二安裝槽內(nèi)設(shè)有控制及發(fā)射電路，其中控制及發(fā)射電路在預(yù)設(shè)時間控制測量電路開始進行參數(shù)測量，并接收來自測量電路的測量結(jié)果且經(jīng)由天線傳輸。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)安全性高，測量點位置準(zhǔn)確，集成度高，裝配方便。
【專利說明】用于隨鉆測量井下儀器的沖擊振動狀態(tài)的系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油鉆井領(lǐng)域，特別涉及一種用于隨鉆測量井下儀器的沖擊振動狀態(tài)的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]井下儀器種類繁多，構(gòu)造精密。在進行鉆進作業(yè)的過程中會產(chǎn)生高強度的振動，從而對井下儀器產(chǎn)生沖擊載荷，有可能造成井下儀器工作效果不理想等后果，嚴(yán)重時甚至?xí)x器造成損壞。實時檢測井下儀器受到的沖擊的強度、方向和頻率以及其振動狀態(tài)可以準(zhǔn)確地判斷井下儀器的情況，在出現(xiàn)異常振動時及時進行控制，防止損害儀器。同時這對儀器工作性能的驗證以及對測量結(jié)果的校正分析具有參考作用。
[0003]同時，一些井下工具通過在井下產(chǎn)生連續(xù)沖擊載荷來完成工作(這些井下工具涉及但不限于鉆井沖擊器)，衡量這些工具工作性能的主要參數(shù)就是沖擊功和沖擊頻率。隨鉆實時檢測工具的沖擊頻率、沖擊功、沖擊末速度和位移等參數(shù)，對驗證工具在井下的真實工作性能、改進設(shè)計或提高工具工作的穩(wěn)定性等具有非常重要的意義。
[0004]目前的井下振動監(jiān)測主要是針對鉆頭和鉆柱系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動、扭矩和軸向振動的監(jiān)測，尚無針對井下儀器或工具在鉆進時受到的沖擊力以及沖擊頻率等沖擊情況的檢測。
[0005]專利文獻US7139218B2公開了一種用于測量鉆柱振動狀態(tài)的井下高速網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)沿鉆柱方向設(shè)置了多個測量節(jié)點，來測量鉆柱的振動狀態(tài)，各節(jié)點之間使用電纜有線連接，可將測量數(shù)據(jù)實時傳輸給地面系統(tǒng)，通過分析處理獲得振動狀態(tài)曲線。該網(wǎng)絡(luò)能夠在鉆進過程中實時獲得鉆柱的振動情況，但必須對鉆柱進行改造來加裝多個測量節(jié)點和埋設(shè)電纜，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用成本高，實際應(yīng)用難度較大。
[0006]專利文獻US7083006B2提出了一種和MWD配合使用的鉆柱振動狀態(tài)測量裝置，該振動測量裝置安裝在MWD下方，測量結(jié)果通過MWD隨鉆傳輸給地面系統(tǒng)。專利文獻EP728915A2提出一種通過監(jiān)測鉆頭振動狀態(tài)來對鉆頭進行改進優(yōu)化的方法，使用傳感器檢測鉆頭的至少一種工作狀態(tài)，并且通過現(xiàn)有的遙測系統(tǒng)(MWD/LWD等)將測量結(jié)果傳輸給地面。上述裝置和方法雖然實現(xiàn)了在鉆井過程中對井下鉆頭/鉆柱振動狀態(tài)的實時監(jiān)控，但測量工具必須結(jié)合MWD等遙測系統(tǒng)才能將數(shù)據(jù)發(fā)送給地面，使用時必須將測量工具和MWD同時下入井內(nèi)，使用不方便；同時在鉆進過程中井下短節(jié)接頭連接處容易發(fā)生變形和斷裂，使用短節(jié)數(shù)量多，降低了作業(yè)的安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提出了一種用于隨鉆測量井下儀器的沖擊振動狀態(tài)的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測井下儀器的沖擊振動狀態(tài)，且本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，同時作業(yè)的安全性較高。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可以用于在鉆進過程中對待測儀器、工具(涉及但不限于鉆頭、井下沖擊器)等的振動加速度、振動位移、轉(zhuǎn)動角速度、沖擊頻率等參數(shù)進行實時測量，分析待測儀器的工作狀態(tài)，及時預(yù)判井下復(fù)雜情況，有效地預(yù)防事故發(fā)生。
[0008]本發(fā)明提出了一種用于隨鉆測量井下儀器的沖擊振動狀態(tài)的系統(tǒng)，其包括安裝在鉆桿上的井下部分，井下部分具有殼體、安裝在殼體內(nèi)的密封筒體以及天線，在殼體和筒體之間形成鉆井液通道，其中，在筒體內(nèi)設(shè)有線路基座，線路基座包括沿縱向設(shè)置的至少兩個彼此間隔開的開口的安裝槽，在第一安裝槽內(nèi)設(shè)有測量電路，在第二安裝槽內(nèi)設(shè)有控制及發(fā)射電路，其中，控制及發(fā)射電路在預(yù)設(shè)時間控制測量電路開始進行參數(shù)測量，并接收來自測量電路的測量結(jié)果且經(jīng)由天線傳輸。
[0009]在一個實施例中，線路基座還包括間隔開的開口的第三安裝槽，在其中設(shè)有脈沖變壓裝置，用來將來自控制及發(fā)射電路的信號合成為雙極性脈沖信號傳輸給天線。
[0010]在一個實施例中，脈沖變壓裝置采用雙匝并繞結(jié)構(gòu)，包括兩個繞制方式和方向完全一致的線圈。
[0011]在一個實施例中，測量電路和控制及發(fā)射電路分別通過螺釘機械地固定在第一安裝槽和第二安裝槽內(nèi)，再通過灌封膠進行灌封固定。
[0012]在一個實施例中，密封筒體的上端部設(shè)有上座鍵使其與殼體相連接，并且通過定位件固定在殼體內(nèi)，并且密封筒體還設(shè)置有扶正器，使得測量電路的測量點處于鉆柱的縱向中軸線上。
[0013]在一個實施例中，天線包括通過絕緣層與殼體隔離的位于殼體外側(cè)的環(huán)狀金屬帶以及殼體本體。
[0014]在一個實施例中，井下部分緊鄰于井下儀器設(shè)于其上方。
[0015]在一個實施例中，系統(tǒng)還包括地面處理平臺，地面處理平臺的信號線分別連接有井口防噴器和埋地電極，并通過測量二者之間的電壓差來接受井下的天線傳送的信號。
[0016]在一個實施例中，控制及發(fā)射電路還包括存儲器，通過存儲器將來自測量電路的信號進行存儲后再發(fā)送給天線，其中進行存儲時對信號進行時間標(biāo)記。
[0017]在一個實施例中，井下部分還包括電池組，用來給系統(tǒng)供電。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的隨鉆測量井下儀器的沖擊振動狀態(tài)的系統(tǒng)，不僅能夠通過天線的設(shè)計讓地面處理平臺實時掌控待測儀器的沖擊振動狀態(tài)，而且相比現(xiàn)有技術(shù)中需要與MWD結(jié)合使用的測量系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)作業(yè)安全性較高。
[0019]測量結(jié)果以電磁信號的形式實時發(fā)送到地面，用戶可以隨時查看井下待測儀器的沖擊振動情況。同時本發(fā)明還具有實時存儲功能，能夠在儀器出井后，將備份的測量結(jié)果回放，以防實時傳輸?shù)倪^程中出現(xiàn)錯誤或數(shù)據(jù)丟失。并且在存儲數(shù)據(jù)時進行時間標(biāo)記，以保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性和表征狀態(tài)的準(zhǔn)確性。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的井下部分是一個整體短節(jié)，兩端使用螺紋直接和鉆柱及待測工具、儀器短節(jié)連接，現(xiàn)場安裝拆卸方便，無需與MWD等信號傳輸工具配合使用即可實現(xiàn)全部功能。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的密封筒體(在實施例中為耐壓筒)通過上座鍵布置在殼體內(nèi)部，儀器取出、部件維修、電池更換等都非常方便，成本低廉，安全性高。同時線路基座、上座鍵、定位銷和扶正器的相互配合設(shè)置保證了測量電路位于鉆桿的縱向中軸線上，將測量誤差最小化。
【專利附圖】

【附圖說明】[0021]在下文中將基于僅為非限定性的實施例并參考附圖來對本發(fā)明進行更詳細(xì)的描述。其中:
[0022]圖1為安裝有根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的鉆井設(shè)備的示意圖；
[0023]圖2為根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的井下部分的示意圖；
[0024]圖3為描述根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的電路單元的框圖；
[0025]圖4為根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的電路單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5為根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的電路單元的坐標(biāo)圖。
[0027]在圖中，相同的構(gòu)件由相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示。附圖并未按照實際的比例繪制。【具體實施方式】
[0028]下面將參照附圖來詳細(xì)地介紹本發(fā)明。
[0029]在本說明書中，用語“上部、上端、上方”指沿鉆柱縱向遠(yuǎn)離地心的一側(cè)；用語“下部、下端、下方”指沿鉆柱縱向朝向地心的一側(cè)。
[0030]圖1顯示了安裝有根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的常規(guī)鉆井設(shè)備，包括井架1、鉆頭2、待測儀器3、鉆柱5等，由于上述結(jié)構(gòu)為常見的鉆井設(shè)備中的結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，附圖的標(biāo)示僅為了方便對本發(fā)明的理解，本說明書中將不會對其進行詳細(xì)的介紹。在圖1所示的實施例中，其中待測儀器3為根據(jù)本發(fā)明的用于隨鉆測量井下儀器的沖擊振動狀態(tài)的系統(tǒng)所要測量的對象。
[0031]參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括井下部分4。
[0032]在一個優(yōu)選的實施例中，井下部分4安裝于鉆柱5和待測儀器3之間，井下部分4相鄰地位于待測儀器3上方。因為如果井下部分4安裝在待測儀器3下方，有可能會影響待測儀器3的工作性能:以井下沖擊器為例，它的沖錘需要不停沖擊鉆頭2才能起到加快鉆速的目的，井下部分4如果安裝在其下方，會使沖錘和鉆頭2間隔太遠(yuǎn)，沖擊力降低，影響工具性能，為避免該情況發(fā)生，優(yōu)選地將井下部分4安裝在待測儀器3上方。
[0033]圖2示意性顯示了井下部分4的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。井下部分4在外部具有殼體9作為井下部分4的外殼。在一個實施例中，殼體9米用與鉆柱5相同的材質(zhì)和內(nèi)外徑,這是為了方便加工，同時能夠保證殼體9的強度和抗腐蝕性能滿足井下環(huán)境中實際應(yīng)用的需求。在一個實施例中，殼體9的上下兩端布置有螺紋，通過螺紋，上端連接鉆柱5，下端連接待測儀器3。
[0034]在一個實施例中，殼體9的材質(zhì)選用4145H等加工鉆柱常用的原材料，內(nèi)外徑和配套使用的普通鉆柱相同，例如當(dāng)配合6寸2鉆柱使用時，殼體9的外徑為165_，內(nèi)徑為78mm0
[0035]殼體9的內(nèi)部布置有耐壓筒17。耐壓筒17的作用是隔絕外部高溫高壓環(huán)境對根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的井下部分4的其余部件的影響，防止鉆井液對井下部分4的其余部件進行沖蝕，從而損壞本系統(tǒng)。耐壓筒17設(shè)計為具有良好的抗壓、抗腐蝕和密封性。
[0036]殼體9的內(nèi)壁和耐壓筒17之間的環(huán)空部分作為鉆井液通道20，以保證在本系統(tǒng)進行作業(yè)的過程中鉆井液能夠正常循環(huán)。
[0037]在一個實施例中，耐壓筒17的材質(zhì)選用鈦合金、鈹青銅等高強度、耐腐蝕的材料。在一個實施例中，為了保證耐壓筒17的強度和鉆井液通道20內(nèi)的鉆井液過流面積足夠，可以選擇外徑為45mm,內(nèi)徑為35mm,此時耐壓筒強度為:
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種用于隨鉆測量井下儀器的沖擊振動狀態(tài)的系統(tǒng)，其包括安裝在鉆桿上的井下部分，所述井下部分具有殼體、安裝在殼體內(nèi)的密封筒體以及天線，在殼體和筒體之間形成鉆井液通道， 其特征在于，在所述筒 體內(nèi)設(shè)有線路基座，所述線路基座包括沿縱向設(shè)置的至少兩個彼此間隔開的開口的安裝槽，在第一安裝槽內(nèi)設(shè)有測量電路，在第二安裝槽內(nèi)設(shè)有控制及發(fā)射電路， 其中，所述控制及發(fā)射電路在預(yù)設(shè)時間控制所述測量電路開始進行參數(shù)測量，并接收來自所述測量電路的測量結(jié)果且經(jīng)由所述天線傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述線路基座還包括間隔開的開口的第三安裝槽，在其中設(shè)有脈沖變壓裝置，用來將來自所述控制及發(fā)射電路的信號合成為雙極性脈沖信號傳輸給所述天線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖變壓裝置采用雙匝并繞結(jié)構(gòu)，包括兩個繞制方式和方向完全一致的線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測量電路和所述控制及發(fā)射電路分別通過螺釘機械地固定在所述第一安裝槽和所述第二安裝槽內(nèi)，再通過灌封膠進行灌封固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述密封筒體的上端部設(shè)有上座鍵使其與所述殼體相連接，并且通過定位件固定在所述殼體內(nèi)，并且所述密封筒體還設(shè)置有扶正器，使得所述測量電路的測量點處于鉆柱的縱向中軸線上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述天線包括通過絕緣層與所述殼體隔離的位于所述殼體外側(cè)的環(huán)狀金屬帶以及殼體本體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述井下部分緊鄰于井下儀器設(shè)于其上方。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括地面處理平臺，所述地面處理平臺的信號線分別連接有井口防噴器和埋地電極，并通過測量二者之間的電壓差來接受井下的所述天線傳送的信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制及發(fā)射電路還包括存儲器，通過所述存儲器將來自所述測量電路的信號進行存儲后再發(fā)送給所述天線，其中進行存儲時對信號進行時間標(biāo)記。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述井下部分還包括電池組，用來給所述系統(tǒng)供電。
【文檔編號】E21B47/00GK103899293SQ201210575982
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26日
【發(fā)明者】陳曉暉, 楊春國, 牛新明, 宋朝暉, 高炳堂, 王立雙, 劉科滿, 孫連環(huán), 張輝 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院