示蹤器、包括該示蹤器的鉆井設(shè)備及使用方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種示蹤器，屬于石油鉆井領(lǐng)域。該示蹤器包括：球形封裝支架；固定于支架的用于測(cè)量外界壓力的壓力傳感器；固定于支架內(nèi)部的電路板，在電路板上設(shè)有溫度傳感器和數(shù)據(jù)處理元件；固定于支架的通訊接口，其中，壓力傳感器和溫度傳感器的測(cè)量結(jié)果傳輸給數(shù)據(jù)處理元件，數(shù)據(jù)處理元件將所獲取的結(jié)果存儲(chǔ)并通過通訊接口傳輸出去。本發(fā)明還提出了一種包括該示蹤器的鉆井設(shè)備，其中示蹤器能夠在鉆柱內(nèi)的流體通道內(nèi)隨鉆井液運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過鉆頭的水眼和環(huán)空之后與鉆井液一同返回地面。本發(fā)明還提出了通過該鉆井設(shè)備對(duì)井眼進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法。根據(jù)本發(fā)明的示蹤器、設(shè)備和方法可以實(shí)時(shí)對(duì)整個(gè)井筒進(jìn)行參數(shù)采集，彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
【專利說明】示蹤器、包括該示蹤器的鉆井設(shè)備及使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種示蹤器，屬于石油鉆井領(lǐng)域。本發(fā)明還涉及一種包括該示蹤器的鉆井設(shè)備以及使用該鉆井設(shè)備的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]溫度和壓力是鉆井工程中的兩項(xiàng)重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。根據(jù)溫度數(shù)據(jù)可以了解井筒中的溫度隨深度增加的梯度，可以在一定程度上反映鉆井液流體特性和井壁穩(wěn)定性的變化情況。壓力數(shù)據(jù)可以為優(yōu)化鉆井液密度和循環(huán)當(dāng)量、選擇最佳套管下入深度、提高鉆井效率、識(shí)別油氣層、降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和鉆井成本提供依據(jù)。對(duì)整個(gè)井筒的溫度、壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，建立隨鉆測(cè)量的溫度、壓力剖面對(duì)鉆井工程的提速提效和安全鉆井有著重要的意義。
[0003]近年來，隨鉆測(cè)量技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注。研發(fā)出了一些隨鉆地層壓力測(cè)量儀器，這些儀器在靠近鉆頭的井底組合鉆具中安裝溫度、壓力傳感器，在鉆頭附近測(cè)得地層溫度、壓力，不需要中斷正常鉆井工作就能把信息傳至地面。這些儀器可以實(shí)時(shí)提供地層溫度、壓力數(shù)據(jù)，使鉆井工藝得到優(yōu)化，還可以早期檢測(cè)到高溫、高壓地層，確定地層溫度、壓力梯度和流體界面，實(shí)時(shí)調(diào)整鉆井液密度，使鉆井作業(yè)、下套管和完井作業(yè)得到優(yōu)化。
[0004]然而，現(xiàn)有技術(shù)中的隨鉆測(cè)量儀(MWD、LWD、PWD等)，測(cè)量參數(shù)多以地層特性參數(shù)為主，而且當(dāng)前的參數(shù)測(cè)量多以鉆頭附近為主，是對(duì)井筒頂點(diǎn)的測(cè)量，對(duì)整個(gè)井筒的參數(shù)變化缺少一個(gè)立體的全過程測(cè)量。隨著井深的不斷增加和鉆井液密度的變化，對(duì)全井筒的立體監(jiān)測(cè)變得尤其重要。目前，在現(xiàn)有技術(shù)中還沒有一種針對(duì)全井筒的參數(shù)的隨鉆實(shí)時(shí)測(cè)量方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)井筒的溫度、壓力隨鉆測(cè)量的示蹤器，該示蹤器可以快速檢測(cè)全井筒的溫度、壓力參數(shù)，包括鉆頭位置附近的參數(shù)。而且根據(jù)本發(fā)明的示蹤器設(shè)計(jì)靈巧簡便，成本低廉，使用方便，針對(duì)全井筒進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，有效地彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0006]本發(fā)明提出了一種示蹤器，包括:球形封裝支架；固定于支架的用于測(cè)量外界壓力的壓力傳感器；固定于支架內(nèi)部的電路板，在電路板上設(shè)有溫度傳感器和數(shù)據(jù)處理元件；固定于支架的通訊接口，其中，壓力傳感器和溫度傳感器的測(cè)量結(jié)果傳輸給數(shù)據(jù)處理元件，數(shù)據(jù)處理元件將所獲取的結(jié)果存儲(chǔ)并通過通訊接口傳輸出去。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，支架包括第一半球體和第二半球體，壓力傳感器置于第一半球體中，通訊接口置于第二半球體中。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，第一半球體和第二半球體之間通過螺紋連接，在連接處采用氟橡膠或硅橡膠密封。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，第一半球體具有通道，壓力傳感器置于通道中，壓力傳感器的引線通過通道連接到電路板。[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，支架內(nèi)部充填有硅油。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，還包括晶體振蕩器作為時(shí)鐘源，數(shù)據(jù)處理元件通過晶體振蕩器計(jì)時(shí)并對(duì)所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，第二半球體還具有用于保護(hù)通訊接口的插針帽。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，壓力傳感器與支架之間和插針帽與支架之間通過氟橡膠或硅橡膠密封，電路板和支架之間通過絕緣片隔離。
[0014]本發(fā)明還提出了一種包括該示蹤器的鉆井設(shè)備，其中示蹤器能夠在鉆柱內(nèi)的流體通道內(nèi)隨鉆井液運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過鉆頭的水眼和環(huán)空之后與鉆井液一同返回地面，其中，示蹤器在運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)井眼的數(shù)據(jù)。
[0015]本發(fā)明還提出了一種通過該設(shè)備進(jìn)行井下參數(shù)測(cè)量的方法，包括:第一步:將示蹤器送入到鉆柱內(nèi)的流體通道；第二步:示蹤器隨鉆井液在鉆柱內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)，并從鉆頭的水眼出來進(jìn)入環(huán)空，示蹤器在運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)井眼的數(shù)據(jù)，最后隨鉆井液一起返回地面；第三步:打撈示蹤器，并把示蹤器所采集到的數(shù)據(jù)下載到信息處理裝置。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的示蹤器具有球形的外形設(shè)計(jì)，并將各個(gè)測(cè)量所需的模塊合理有效地整合到球形封裝支架內(nèi)部的不同位置，大大提高了測(cè)量裝置的集成度。同時(shí)，根據(jù)幾何學(xué)原理，球形設(shè)計(jì)使其節(jié)省材料，并且有利于將其在鉆井液中流動(dòng)所受的阻力最小化。根據(jù)本發(fā)明的配備有該示蹤器的鉆井設(shè)備以及根據(jù)本發(fā)明的方法可以有效地實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)井筒的參數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]在下文中將基于僅為非限定性的實(shí)施例并參考附圖來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中:
[0018]圖1示意性顯示了配備了根據(jù)本發(fā)明的示蹤器的鉆井設(shè)備；
[0019]圖2示意性顯示了根據(jù)本發(fā)明的示蹤器的框圖；
[0020]圖3為根據(jù)本發(fā)明的示蹤器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]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(shí)際的比例繪制?！揪唧w實(shí)施方式】
[0022]下面將參照附圖來詳細(xì)地介紹本發(fā)明。
[0023]首先參照?qǐng)D1，圖1顯示了配備有根據(jù)本發(fā)明的示蹤器11的鉆井設(shè)備。圖2和圖3進(jìn)一步詳細(xì)描述了示蹤器11。
[0024]首先參照?qǐng)D3，圖3顯示了示蹤器11的結(jié)構(gòu)。
[0025]示蹤器11為球形結(jié)構(gòu)，其具有球形的封裝支架27 (圖3中未標(biāo)出)，用來支撐和固定示蹤器11的其余部件。封裝支架27的材料可以為不銹鋼。該球形封裝支架27包括兩部分，即上半球31和下半球32。上半球31和下半球32之間通過螺紋連接，連接處可以采用氟橡膠或者硅橡膠圈密封。球內(nèi)部可充填硅油，以保證球內(nèi)和球外壓力平衡，提高封裝支架27的抗壓強(qiáng)度。
[0026]在圖3所示的實(shí)施例中，上半球31的頂部開有例如圓柱形凹槽的支撐基座，凹槽內(nèi)放置壓力傳感器22，其承壓面直接與外界接觸，用于采集井筒的壓力數(shù)據(jù)。壓力傳感器22與支撐基座之間的縫隙采用氟橡膠或者硅橡膠密封。
[0027]壓力傳感器22可以為柱形，總直徑小至3.2mm。壓力傳感器22可以是微型壓阻式壓力傳感器，該傳感器具有高量程、高精度、高頻響應(yīng)(例如400KHz)的特點(diǎn)，輸出mV級(jí)電壓，適用于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量。
[0028]上半球31內(nèi)設(shè)置有電路板35。下半球32內(nèi)設(shè)置有電路板36。電路板的方向可以設(shè)置為與壓力傳感器22的縱向方向垂直。上半球31與電路板35之間通過絕緣片38隔離，下半球32與電路板36之間通過絕緣片39隔離。電路板和示蹤器11的封裝支架27之間可以用膠黏劑固定在一起。
[0029]再次參照?qǐng)D3，壓力傳感器22的支撐基座的底部連接有通孔34，即圓柱形的支撐基座和通孔34整體連通成一個(gè)通道。通孔34為柱形通孔，其縱向方向可以與壓力傳感器22的縱向方向一致。壓力傳感器22的引線通過通孔34連接到內(nèi)部，與電路板35和36(下面將詳細(xì)介紹)相連，用于信息的傳輸。
[0030]參照?qǐng)D2的框圖。電路板35上設(shè)置有信號(hào)調(diào)理電路，電路板36上設(shè)置有單片機(jī)21和溫度傳感器23。
[0031]溫度傳感器23用于采集井筒的溫度數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，溫度傳感器23還可以具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器和I2C接口。溫度傳感器23可以為數(shù)字溫度傳感器，該傳感器封裝尺寸小(5mmX 3mm)，功耗低(μ A量級(jí))，測(cè)量精度高(例如0.5°C )。
[0032]單片機(jī)21用來構(gòu)成數(shù)據(jù)處理單元。數(shù)據(jù)處理單元用來接收溫度傳感器和壓力傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)所收到的溫度和壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)數(shù)據(jù)相應(yīng)地打上時(shí)間標(biāo)簽，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0033]單片機(jī)21可以為MSP430系列單片機(jī)21，該單片機(jī)是一種極低功耗處理器，擁有16位精簡指令集(RISC) CPU、16位寄存器組、連續(xù)發(fā)生器，可以提供極大的代碼效率，具有5種節(jié)能模式,可以在不到Iys時(shí)間里從待機(jī)模式喚醒,其封裝尺寸小(6.5mmX6.5mm)。在活動(dòng)模式、工作電壓為2.2V的情況下，工作電流為230 μ A ;在待機(jī)模式下，工作電流為
0.5μ A ;在關(guān)閉模式下(RAM保持)，工作電流為0.ΙμΑ。
[0034]結(jié)合圖3，在下半球32的底部設(shè)置有作為通訊接口的插針接口 37和用于保護(hù)插針接口 37的插針帽301。單片機(jī)21把記錄的或者存儲(chǔ)的壓力、溫度數(shù)據(jù)，打上時(shí)間標(biāo)簽后通過插針接口 37傳輸給上位機(jī)，或者接收來自上位機(jī)的指令。插針帽301與下半球32之間通過氟橡膠圈或者硅橡膠圈密封。插針接口 37可以為串行通訊接口。
[0035]示蹤器11還包括拆卸槽302，在靠近上半球31的頂部設(shè)置有2個(gè)對(duì)稱的拆卸槽302，在靠近下半球32的底部也設(shè)置有2個(gè)對(duì)稱的拆卸槽302，方便示蹤器11的各個(gè)部件的組裝和拆卸。
[0036]示蹤器11還包括晶體振蕩器25，其布置在電路板36。晶體振蕩器25用來作為時(shí)鐘源，單片機(jī)通過其計(jì)時(shí)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記。
[0037]示蹤器11還包括電池26。電池26可以是紐扣電池。
[0038]在一個(gè)實(shí)施例中，在示蹤器11中，壓力傳感器22輸出接口與MSP430單片機(jī)的Pl.0管腳相連，溫度傳感器23的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線分別與MSP430單片機(jī)的Pl.6和Pl.7管腳相連，串行通訊接口輸出端選用MSP430單片機(jī)的Pl.2管腳，輸入端選用MSP430單片機(jī)的Pl.1管腳。晶體振蕩器采用無源晶振，晶振頻率為32.768ΚΗΖ，工作電源采用紐扣電池供電。
[0039]在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的示蹤器11采用高溫動(dòng)態(tài)微型壓力傳感器檢測(cè)井筒壓力值，采用微型溫度傳感器檢測(cè)井筒溫度值，采用耐高溫低功耗處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用不銹鋼材料對(duì)電路和元器件進(jìn)行抗溫、抗壓封裝，采用有線傳輸方式下載數(shù)據(jù)。示蹤器外觀是球形，總直徑小于20mm。
[0040]示蹤器11可以快速采集全井筒的溫度和壓力數(shù)據(jù)，具體地講，示蹤器11通過泵送裝置注入井筒中，隨鉆井液在鉆桿內(nèi)的流體通道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過鉆頭水眼進(jìn)入環(huán)空，最后返回地面，在這一循環(huán)過程中，示蹤器連續(xù)采集井筒的溫度和壓力數(shù)據(jù)。
[0041]本發(fā)明還提出了一種包括根據(jù)本發(fā)明的示蹤器11的鉆井設(shè)備。
[0042]如圖1所示，常規(guī)鉆井設(shè)備通常包括地面井架12和鉆盤13，鉆盤13帶動(dòng)鉆柱14高速旋轉(zhuǎn)，鉆柱14帶動(dòng)鉆頭15高速旋轉(zhuǎn)，在地層內(nèi)鉆鑿一個(gè)井眼17，井眼17鉆入地下不同的地質(zhì)構(gòu)造層。鉆柱14內(nèi)部包括一個(gè)縱向流體通道16，流體通道16的出口與鉆頭15的水眼連通，鉆柱和井壁之間形成一個(gè)環(huán)形空間18。以上本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，在此不作詳述。而根據(jù)本發(fā)明的鉆井設(shè)備，則為在常規(guī)鉆井設(shè)備中包括了根據(jù)本發(fā)明的示蹤器11。示蹤器11首先泵入到鉆柱內(nèi)的流體通道16，隨后示蹤器11隨鉆井液在鉆柱內(nèi)向下運(yùn)移，并從鉆頭15的水眼出來，進(jìn)入環(huán)空18，示蹤器11在運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)井眼的溫度和壓力數(shù)據(jù)，最后示蹤器11隨鉆井液一起返回地面。
[0043]本發(fā)明還提出了應(yīng)用包括根據(jù)本發(fā)明的示蹤器11的鉆井設(shè)備的方法。具體地為:
[0044]首先通過泵送裝置將根據(jù)本發(fā)明的示蹤器11泵入到鉆柱內(nèi)的流體通道16 ；
[0045]示蹤器11隨鉆井液在鉆柱內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)，并從鉆頭15的水眼出來，進(jìn)入環(huán)空18，示蹤器11在運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)井眼的溫度和壓力數(shù)據(jù)，最后示蹤器11隨鉆井液一起返回地面；
[0046]在地面上把示蹤器11打撈出來，并把示蹤器11采集到的數(shù)據(jù)下載到例如PC機(jī)19的信息處理裝置。PC機(jī)19可以快速處理和顯示溫度和壓力數(shù)據(jù)，可供鉆井工程師預(yù)測(cè)鉆井狀況。
[0047]每年國內(nèi)各大油田都不同程度地發(fā)生井涌、井漏等鉆井工程事故，而這些事故與井筒工程參數(shù)的變化密切相關(guān)。
[0048]微型示蹤器可以快速檢測(cè)鉆井過程中的井筒溫度和壓力參數(shù)，為及時(shí)了解井壁穩(wěn)定性、井涌井漏提供技術(shù)支持，從而可以有效地防止鉆井事故的發(fā)生。同時(shí)，微型示蹤器可以對(duì)非常規(guī)鉆井液的溫度和壓力變化進(jìn)行監(jiān)控，以及對(duì)油藏動(dòng)態(tài)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0049]雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1.一種示蹤器，包括: 球形封裝支架； 固定于所述支架的用于測(cè)量外界壓力的壓力傳感器； 固定于所述支架內(nèi)部的電路板，在所述電路板上設(shè)有溫度傳感器和數(shù)據(jù)處理元件； 固定于所述支架的通訊接口， 其中，所述壓力傳感器和溫度傳感器的測(cè)量結(jié)果傳輸給所述數(shù)據(jù)處理元件，所述數(shù)據(jù)處理元件將所獲取的結(jié)果存儲(chǔ)并通過所述通訊接口傳輸出去。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的示蹤器，其特征在于，所述支架包括第一半球體和第二半球體，所述壓力傳感器置于第一半球體中，所述通訊接口置于第二半球體中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的示蹤器，其特征在于，所述第一半球體和第二半球體之間通過螺紋連接，在連接處采用氟橡膠或硅橡膠密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的示蹤器，其特征在于，所述第一半球體具有通道，所述壓力傳感器置于所述通道中，所述壓力傳感器的引線通過所述通道連接到所述電路板。
5.根據(jù)權(quán)利要求2到4中任一項(xiàng)所述的示蹤器，其特征在于，所述支架內(nèi)部充填有硅油。
6.根據(jù)權(quán)利要求2到5中任一項(xiàng)所述的示蹤器，其特征在于，還包括晶體振蕩器作為時(shí)鐘源，所述數(shù)據(jù)處理元件通過所述晶體振蕩器計(jì)時(shí)并對(duì)所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記。
7.根據(jù)權(quán)利要求2到6中任一項(xiàng)所述的示蹤器，其特征在于，所述第二半球體還具有用于保護(hù)所述通訊接口的插針帽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的示蹤器，其特征在于，所述壓力傳感器與所述支架之間和所述插針帽與所述支架之間通過氟橡膠或硅橡膠密封，所述電路板和所述支架之間通過絕緣片隔離。
9.包括根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的示蹤器的鉆井設(shè)備，其特征在于，所述示蹤器能夠在鉆柱內(nèi)的流體通道內(nèi)隨鉆井液運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過鉆頭的水眼和環(huán)空之后與鉆井液一同返回地面，其中，所述示蹤器在運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)井眼的數(shù)據(jù)。
10.通過根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備進(jìn)行井下參數(shù)測(cè)量的方法，包括: 第一步:將所述示蹤器送入到鉆柱內(nèi)的流體通道； 第二步:所述示蹤器隨鉆井液在鉆柱內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)，并從鉆頭的水眼出來進(jìn)入環(huán)空，所述示蹤器在運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)井眼的數(shù)據(jù)，最后隨鉆井液一起返回地面； 第三步:打撈示蹤器，并把所述示蹤器所采集到的數(shù)據(jù)下載到信息處理裝置。
【文檔編號(hào)】E21B47/06GK103939089SQ201310017050
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月17日
【發(fā)明者】朱祖揚(yáng), 李光泉, 陸黃生, 張衛(wèi), 倪衛(wèi)寧, 李三國, 楊明清, 李繼博 申請(qǐng)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