隨鉆測量探管的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種隨鉆測量探管，其包括探管接頭、探管保護筒、電源模塊、控制模塊和測量短節(jié)；探管接頭設置于探管保護筒的一端，探管接頭接收外部電源供給；電源模塊、控制模塊和測量短節(jié)均固定在探管保護筒內部，電源模塊用來對外部電源實現(xiàn)電平轉換并向控制模塊和測量短節(jié)供電；測量短節(jié)內配置有用來測量地球重力場的三軸加表和測量地磁場的三軸磁通門；控制模塊與測量短節(jié)連接，用來采集測量短節(jié)測量得到的數(shù)據(jù)并計算出測量短節(jié)的工具面數(shù)據(jù)，然后對工具面數(shù)據(jù)進行編碼并通過探管接頭向外部發(fā)送出帶編碼數(shù)據(jù)的控制電平信號。本實用新型可以實現(xiàn)工具面的高精度測量與高速率傳輸，可以滿足井下定向動力鉆具工具面動態(tài)控制系統(tǒng)以及其他類似系統(tǒng)的測量要求。
【專利說明】隨鉆測量探管
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種隨鉆測量裝置，具體涉及一種能夠實現(xiàn)井下工具面的高精度測量和高速率傳輸?shù)碾S鉆測量探管，屬于石油勘探領域。
【背景技術】
[0002]目前，石油鉆井中普遍使用的MWD (Measure While Drilling，隨鉆測量)系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)井斜、方位以及鉆具工具面的測量。使用常規(guī)MWD系統(tǒng)的井下作業(yè)，工具面測量精度不高、傳輸速率較慢(常用的MWD系統(tǒng)工具面測量精度為±2.8°，傳輸速率為14秒更新一次)，在效率要求不高的情況下，也能夠滿足一般的控制要求，但難以符合動態(tài)實時控制要求。
[0003]井下定向動力鉆具工具面動態(tài)控制系統(tǒng)是一套鉆井作業(yè)自動控制系統(tǒng)。為了達到閉環(huán)自動控制的目的，該系統(tǒng)需要地面實現(xiàn)快速地獲取高精度的鉆具工具面，井下定向動力鉆具工具面動態(tài)控制系統(tǒng)所需要的工具面精度為±0.1°，工具面?zhèn)鬏斔俾室黠@優(yōu)于常規(guī)MWD系統(tǒng)。
[0004]由此可見，常用的MWD系統(tǒng)工具面測量精度無法達到井下定向動力鉆具工具面動態(tài)控制系統(tǒng)的要求。而為了提高井下工具面的測量精度，則工具面數(shù)據(jù)的傳輸長度必須增力口，但是會導致傳輸速率變慢，從而影響井下定向動力鉆具工具面動態(tài)控制系統(tǒng)的控制實時性。因此，井下定向動力鉆具工具面動態(tài)控制系統(tǒng)對井下工具面測量的精度和傳輸速率要求是常用的MWD系統(tǒng)無法滿足的。

【發(fā)明內容】

[0005]針對上述問題，本實用新型的目的是提供能夠實現(xiàn)井下工具面的高精度測量和高速率傳輸?shù)碾S鉆測量探管，可以滿足井下定向動力鉆具工具面動態(tài)控制系統(tǒng)對井下工具面的測量精度和傳輸速率要求。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下技術方案:一種隨鉆測量探管，其特征在于，該隨鉆測量探管包括探管接頭、探管保護筒、電源模塊、控制模塊和測量短節(jié)；所述探管接頭設置于所述探管保護筒的一端，所述探管接頭接收外部電源供給；所述電源模塊、控制模塊和測量短節(jié)均固定在所述探管保護筒內部，所述電源模塊用來對外部電源實現(xiàn)電平轉換并向所述控制模塊和測量短節(jié)供電；所述測量短節(jié)內配置有用來測量地球重力場的三軸加表和測量地磁場的三軸磁通門；所述控制模塊與所述測量短節(jié)連接，用來采集所述測量短節(jié)測量得到的數(shù)據(jù)并計算出所述測量短節(jié)的工具面數(shù)據(jù)，然后對所述工具面數(shù)據(jù)進行編碼并通過所述探管接頭向外部發(fā)送出帶編碼數(shù)據(jù)的控制電平信號。
[0007]在一個優(yōu)選的實施例中，所述電源模塊能夠接收直流供電和三相交流供電。
[0008]在一個優(yōu)選的實施例中，所述三軸加表為三個敏感方向互相垂直的加速度傳感器，且其測量精度為1%。6，其中G為9.8m/s2。
[0009]在一個優(yōu)選的實施例中，所述三軸磁通門采用測量精度為0.1 μ T的高精度磁通門。
[0010]本實用新型由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點:1、本實用新型的測量短節(jié)集成了測量精度為1%。G的高精度加表和測量精度為0.1 μ T的高精度磁通門，通過該高精度加表和高精度磁通門計算重力工具面及磁工具面時，可以保證±0.1°的工具面測量精度。2、本實用新型的控制模塊在對工具面數(shù)據(jù)進行編碼時采用新型編碼方式，從而可以在保證工具面測量精度的同時，保證工具面的傳輸速率。3、電源模塊可以接收直流供電和三相交流供電，使隨鉆測量探管可以適用于各種不同的井下工作條件。由此可見，本實用新型可以實現(xiàn)工具面的高精度測量與高速率傳輸，可以滿足井下定向動力鉆具工具面動態(tài)控制系統(tǒng)以及其他類似系統(tǒng)的測量要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型隨鉆測量探管的結構示意圖；
[0012]圖2為本實用新型隨鉆測量探管的一種編碼區(qū)間劃分；
[0013]圖3為本實用新型隨鉆測量探管的一種數(shù)據(jù)序列格式。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
[0015]圖1顯示了本實用新型的隨鉆測量探管100，該隨鉆測量探管100包括探管接頭
1、探管保護筒2、電源模塊3、控制模塊4和測量短節(jié)5。探管接頭I設置于探管保護筒2的一端，該探管接頭I是隨鉆測量探管100與外部信號連接的接口，隨鉆測量探管100通過探管接頭I接收外部電源供給。探管保護筒2為耐高壓的無磁金屬筒，用來容納和保護內部的電源模塊3、控制模塊4和測量短節(jié)5。電源模塊3、控制模塊4和測量短節(jié)5均固定在探管保護筒2內部，其中電源模塊3用來接收外部電源供給并實現(xiàn)電平轉換，以向控制模塊4和測量短節(jié)5供電。測量短節(jié)5內配置有三軸加表和三軸磁通門(圖中未示出)，分別用來測量地球重力場及地磁場，并將測量得到的數(shù)據(jù)轉換為直流電平。控制模塊4與測量短節(jié)5連接，用來采集測量短節(jié)5輸出的直流電平并計算。得到測量短節(jié)5的工具面數(shù)據(jù)，然后對工具面數(shù)據(jù)進行編碼并通過探管接頭I向外部發(fā)送出帶編碼數(shù)據(jù)的控制電平信號。
[0016]在一個優(yōu)選的實施例中，電源模塊3可以接收直流供電和三相交流供電，使隨鉆測量探管100可以適用于各種不同的井下工作條件。
[0017]在一個優(yōu)選的實施例中，三軸加表是指三個敏感方向互相垂直的加速度傳感器，其可以采用測量精度為為9.8m/s2)的高精度加表，通過該高精度加表計算重力工具面時，可以保證±0.1°的工具面測量精度。
[0018]在一個優(yōu)選的實施例中，三軸磁通門可以采用測量精度為0.1μ T的高精度磁通門，通過該高精度磁通門計算磁工具面時，可以保證±0.1°的工具面測量精度。
[0019]在保證了工具面測量精度的同時，為了保證工具面的傳輸速率，本實用新型的控制模塊4在對工具面數(shù)據(jù)進行編碼時采用以下編碼方式:
[0020]I)將工具面數(shù)據(jù)上傳整合到一個數(shù)據(jù)序列中。
[0021]2)在數(shù)據(jù)序列前加入一個工具面狀態(tài)數(shù)據(jù)，此工具面狀態(tài)數(shù)據(jù)包括工具面的類型標志位和工具面所處區(qū)間標志位。[0022]其中，工具面類型標志位占用I個bit，用來說明工具面類型:重力工具面或磁性工具面。
[0023]工具面所處區(qū)間標志位占用i(i = 1,2,3,…)個bit，用來說明工具面所在編碼區(qū)間。編碼區(qū)間通過將360°工具面按角度等分為2i個固定的區(qū)間得到。在本實施例中，將360°工具面劃分為8個編碼區(qū)間(如圖2所示)，則000為第一編碼區(qū)間0-45°，001為第二編碼區(qū)間45-90°，以此類推。
[0024]3)在工具面狀態(tài)數(shù)據(jù)之后，編碼若干個工具面編碼數(shù)據(jù)。
[0025]其中，數(shù)據(jù)序列的各個工具面編碼數(shù)據(jù)均按照以下公式來編碼:
[0026]N= ( α - β ) *2η/ θ，
[0027]式中，α為工具面數(shù)據(jù)；β為編碼區(qū)間基準值，編碼區(qū)間基準值為編碼區(qū)間的最小工具面值，例如第一編碼區(qū)間000的基準值為0° ;η為工具面數(shù)據(jù)位數(shù)；Θ為編碼區(qū)間所包含的角度。
[0028]由于在劃分編碼區(qū)間后，工具面在編碼區(qū)間內的編碼范圍變小，因此精度可以提高。在本實施例中，將360°工具面劃分8個編碼區(qū)間，工具面在45°的編碼區(qū)間內編碼，數(shù)據(jù)序列包括I個工具面狀態(tài)數(shù)據(jù)和3個工具面編碼數(shù)據(jù)(如圖3所示)，因此工具面數(shù)據(jù)位數(shù)為9位，即可以保證±0.1°的編碼精度。例如工具面25.2°的編碼計算如下:
[0029](25.2_0)*29/45 = 28 7,
[0030]即工具面 25.2°的編碼就是287。
[0031]本實用新型在采用上述編碼方式后，隨鉆測量探管100可以保證在工具面的傳輸速率基本不變的條件下實現(xiàn)工具面的高精度測量。
[0032]上述各實施例僅用于說明本實用新型，其中各部件的結構、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本實用新型技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本實用新型的保護范圍之外。
【權利要求】
1.一種隨鉆測量探管，其特征在于，該隨鉆測量探管包括探管接頭、探管保護筒、電源模塊、控制模塊和測量短節(jié)； 所述探管接頭設置于所述探管保護筒的一端，所述探管接頭接收外部電源供給；所述電源模塊、控制模塊和測量短節(jié)均固定在所述探管保護筒內部，所述電源模塊用來對外部電源實現(xiàn)電平轉換并向所述控制模塊和測量短節(jié)供電； 所述測量短節(jié)內配置有用來測量地球重力場的三軸加表和測量地磁場的三軸磁通門； 所述控制模塊與所述測量短節(jié)連接，用來采集所述測量短節(jié)測量得到的數(shù)據(jù)并計算出所述測量短節(jié)的工具面數(shù)據(jù)，然后對所述工具面數(shù)據(jù)進行編碼并通過所述探管接頭向外部發(fā)送出帶編碼數(shù)據(jù)的控制電平信號。
2.如權利要求1所述的隨鉆測量探管，其特征在于，所述電源模塊能夠接收直流供電和三相交流供電。
3.如權利要求1或2所述的隨鉆測量探管，其特征在于，所述三軸加表為三個敏感方向互相垂直的加速度傳感器，且其測量精度為1%。G，其中G為9.8m/s2。
4.如權利要求2所述的隨鉆測量探管，其特征在于，所述三軸加表為三個敏感方向互相垂直的加速度傳感器，且其測量精度為1%。G，其中G為9.8m/s2。
5.如權利要求1或2或4所述的隨鉆測量探管，其特征在于，所述三軸磁通門采用測量精度為0.1 μ T的高精度磁通門。
【文檔編號】E21B47/00GK203476312SQ201320391759
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年7月3日 優(yōu)先權日:2013年7月3日
【發(fā)明者】何保生, 石俊峰, 李漢興, 馮澤東, 陳紅新, 卜綱, 李峰飛, 潘光瑋, 武廣璦 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油研究總院, 中天啟明石油技術有限公司