本發(fā)明涉及鉆壓扭矩測量，具體涉及一種近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置及其標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

1、隨著石油與天然氣行業(yè)的迅猛增長及勘探開發(fā)技術(shù)的持續(xù)深化，井下地質(zhì)構(gòu)造日益呈現(xiàn)出高度復(fù)雜化的趨勢。在此背景下，深井、高溫高壓井以及諸如大位移井、長水平段水平井等特種工藝井的鉆探作業(yè)日益增多，相應(yīng)地，井下事故與復(fù)雜作業(yè)狀況的發(fā)生率也顯著上升。當(dāng)前，鉆井作業(yè)中對于鉆壓參數(shù)的確定主要依賴于井內(nèi)鉆具總重量與大鉤懸重之間的差值進(jìn)行粗略估算，這種方法不僅精度有限，誤差較大，還常常導(dǎo)致對井下實際工況的誤判，進(jìn)而引發(fā)一系列相關(guān)問題。

2、雖然也有文獻(xiàn)記載了通過在近鉆頭處設(shè)置多個應(yīng)變片來測量近鉆頭處的鉆壓和扭矩，但由于近鉆頭處環(huán)境惡劣，容易對應(yīng)變片的檢測準(zhǔn)確度造成影響，同時，由于鉆井時鉆壓及扭矩通常較高且隨著鉆進(jìn)過程的推進(jìn)會發(fā)生劇烈變化，而現(xiàn)有的近鉆頭鉆壓及扭矩測量裝置采用直接通過應(yīng)變片測量鉆壓的方法，會使應(yīng)變片承受極大的壓力，從而相應(yīng)縮短應(yīng)變片的使用壽命，導(dǎo)致裝置容易損壞。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)不足，提出一種近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置及其標(biāo)定方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中近鉆頭處環(huán)境惡劣，容易對應(yīng)變片的檢測準(zhǔn)確度造成影響，以及應(yīng)變片承受極大的壓力，縮短應(yīng)變片的使用壽命，導(dǎo)致裝置容易損壞的技術(shù)問題。

2、為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置，包括：

4、殼體，所述殼體的一端用于與鉆頭連接；以及，

5、測量機構(gòu)，所述測量機構(gòu)包括下盤、上盤及若干沿所述下盤的周向均勻布置于所述下盤與所述上盤之間的測量組件，所述下盤及所述上盤分別固定于所述殼體內(nèi)，并均與所述殼體的軸線垂直，所述測量組件包括兩個相對于所述殼體的軸線傾斜設(shè)置的伸縮件，所述伸縮件包括筒體、軸桿及壓力測量件，所述筒體活動連接于所述上盤，所述筒體內(nèi)封裝有液體，所述軸桿的一端密封滑動連接于所述筒體內(nèi)，所述軸桿的另一端與所述下盤活動連接，兩個所述筒體對稱設(shè)置且對稱面經(jīng)過所述殼體的軸線，所述壓力測量件用于測量所述筒體內(nèi)封裝的液體的壓力。

6、在一些實施例中，所述殼體包括外套筒及內(nèi)管，所述內(nèi)管固定于所述外套筒的中心，所述下盤的中心開設(shè)有第一穿孔，所述上盤的中心開設(shè)有第二穿孔，所述內(nèi)管穿過所述第一穿孔及所述第二穿孔，并與所述內(nèi)管及所述外套筒均固定連接，所述下盤及所述上盤均與所述外套筒固定連接。

7、在一些實施例中，所述筒體經(jīng)由第一萬向節(jié)連接于所述上盤，所述軸桿的另一端經(jīng)由第二萬向節(jié)與所述下盤連接。

8、在一些實施例中，所述第一萬向節(jié)包括第一固定塊、第一轉(zhuǎn)動塊、第一橫向調(diào)節(jié)塊及第一縱向調(diào)節(jié)塊，所述第一固定塊固定于所述上盤，所述第一轉(zhuǎn)動塊轉(zhuǎn)動設(shè)置于所述第一固定塊，所述第一橫向調(diào)節(jié)塊與所述第一轉(zhuǎn)動塊鉸接，且所述第一橫向調(diào)節(jié)塊的轉(zhuǎn)動平面與所述第一轉(zhuǎn)動塊的轉(zhuǎn)動平面垂直，所述第一縱向調(diào)節(jié)塊鉸接于所述第一橫向調(diào)節(jié)塊，所述第一縱向調(diào)節(jié)塊的轉(zhuǎn)動平面與所述第一橫向調(diào)節(jié)塊的轉(zhuǎn)動平面及所述第一轉(zhuǎn)動塊的轉(zhuǎn)動平面均垂直，所述第一縱向調(diào)節(jié)塊固定于所述筒體。

9、在一些實施例中，所述上盤上開設(shè)有第一容納槽，所述第一固定塊固定于所述第一容納槽內(nèi)。

10、在一些實施例中，所述第二萬向節(jié)包括第二固定塊、第二轉(zhuǎn)動塊、第二橫向調(diào)節(jié)塊及第二縱向調(diào)節(jié)塊，所述第二固定塊固定于所述下盤，所述第二轉(zhuǎn)動塊轉(zhuǎn)動設(shè)置于所述第二固定塊，所述第二橫向調(diào)節(jié)塊與所述第二轉(zhuǎn)動塊鉸接，且所述第二橫向調(diào)節(jié)塊的轉(zhuǎn)動平面與所述第二轉(zhuǎn)動塊的轉(zhuǎn)動平面垂直，所述第二縱向調(diào)節(jié)塊鉸接于所述第二橫向調(diào)節(jié)塊，所述第二縱向調(diào)節(jié)塊的轉(zhuǎn)動平面與所述第二橫向調(diào)節(jié)塊的轉(zhuǎn)動平面及所述第二轉(zhuǎn)動塊的轉(zhuǎn)動平面均垂直，所述第二縱向調(diào)節(jié)塊固定于所述軸桿的另一端。

11、在一些實施例中，所述下盤上開設(shè)有第二容納槽，所述第二固定塊固定于所述第二容納槽內(nèi)。

12、在一些實施例中，所述筒體的內(nèi)側(cè)壁上開設(shè)有測量槽，所述壓力測量件安裝于所述測量槽內(nèi)。

13、在一些實施例中，所述上盤上設(shè)置有數(shù)據(jù)接口，所述數(shù)據(jù)接口與各個所述壓力測量件均電連接，所述上盤上還可拆卸安裝有蓋板，所述蓋板用于蓋合于所述數(shù)據(jù)接口。

14、本發(fā)明還提供了一種近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置的標(biāo)定方法，包括：

15、s1、提供一種鉆壓標(biāo)定裝置，所述鉆壓標(biāo)定裝置包括底座、立柱、頂板、壓力機、墊板、壓塊及應(yīng)力計，所述立柱固定于所述底座，所述頂板固定于所述立柱的上端，所述壓力機的固定端固定于所述頂板，所述墊板固定于所述底座上；

16、s2、提供所述的近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置；

17、s3、將壓力機的輸出軸與近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置的殼體的上端固定連接，將近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置的殼體的下端與壓塊固定連接，將應(yīng)力計固定于所述壓塊的下端面，通過壓力機帶動殼體下移，使應(yīng)力計與墊板接觸，通過應(yīng)力計測量得到鉆壓，同時通過各個壓力測量件測量各個筒體內(nèi)封裝的液體的壓力，從而得到應(yīng)力計測量得到鉆壓與各個壓力測量件測得的壓力的平均值之間的關(guān)系，從而對近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置進(jìn)行鉆壓標(biāo)定；

18、s4、提供一種扭矩標(biāo)定裝置，所述扭矩標(biāo)定裝置包括標(biāo)定電機及扭矩測量器，所述標(biāo)定電機的固定端固定于所述頂板，所述扭矩測量器的固定端固定于所述墊板上；

19、s5、將標(biāo)定電機的輸出軸與近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置的殼體的上端固定連接，將近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置的殼體的下端與扭矩測量器的檢測端固定連接，啟動標(biāo)定電機，通過扭矩測量器測量得到扭矩，同時通過各個壓力測量件測量各個筒體內(nèi)封裝的液體的壓力，求取每個測量組件的兩個壓力測量件的壓力差值，得到每個測量組件的兩個壓力測量件的壓力差值與扭矩測量器測量得到扭矩的關(guān)系，從而對近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置進(jìn)行扭矩標(biāo)定。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置的有益效果是：將殼體與鉆頭連接，從而使鉆頭受到的鉆壓及扭矩轉(zhuǎn)化為殼體的輕微收縮或扭曲，將下盤與上盤固定安裝于殼體內(nèi)，從而當(dāng)殼體發(fā)生輕微收縮或扭曲時，下盤與上盤之間的距離或方位會發(fā)生變化，通過設(shè)置伸縮件于下盤與上盤之間，可以檢測下盤與上盤之間距離變化時壓力的變化，通過設(shè)置兩個相對于所述殼體的軸線傾斜的伸縮件，從而使殼體發(fā)生輕微扭曲時，兩個伸縮件的伸縮幅度會不同，從而兩個伸縮件內(nèi)封裝的液體的壓力會存在壓力差，從而根據(jù)該壓力差可以得到鉆頭受到的扭矩。本發(fā)明將鉆頭受到的鉆壓及扭矩轉(zhuǎn)化為殼體的輕微收縮或扭曲，再通過測量機構(gòu)測量殼體的輕微收縮或扭曲，從而避免了直接測量鉆頭的鉆壓導(dǎo)致的應(yīng)變片易損壞以及測量環(huán)境惡劣導(dǎo)致測量結(jié)果準(zhǔn)確度低的問題，由于測量機構(gòu)封裝于殼體內(nèi)，其具有穩(wěn)定的測量環(huán)境，可以大大延長裝置的使用壽命。

技術(shù)特征：

1.一種近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置，其特征在于，所述殼體包括外套筒及內(nèi)管，所述內(nèi)管固定于所述外套筒的中心，所述下盤的中心開設(shè)有第一穿孔，所述上盤的中心開設(shè)有第二穿孔，所述內(nèi)管穿過所述第一穿孔及所述第二穿孔，并與所述內(nèi)管及所述外套筒均固定連接，所述下盤及所述上盤均與所述外套筒固定連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置，其特征在于，所述筒體經(jīng)由第一萬向節(jié)連接于所述上盤，所述軸桿的另一端經(jīng)由第二萬向節(jié)與所述下盤連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置，其特征在于，所述第一萬向節(jié)包括第一固定塊、第一轉(zhuǎn)動塊、第一橫向調(diào)節(jié)塊及第一縱向調(diào)節(jié)塊，所述第一固定塊固定于所述上盤，所述第一轉(zhuǎn)動塊轉(zhuǎn)動設(shè)置于所述第一固定塊，所述第一橫向調(diào)節(jié)塊與所述第一轉(zhuǎn)動塊鉸接，且所述第一橫向調(diào)節(jié)塊的轉(zhuǎn)動平面與所述第一轉(zhuǎn)動塊的轉(zhuǎn)動平面垂直，所述第一縱向調(diào)節(jié)塊鉸接于所述第一橫向調(diào)節(jié)塊，所述第一縱向調(diào)節(jié)塊的轉(zhuǎn)動平面與所述第一橫向調(diào)節(jié)塊的轉(zhuǎn)動平面及所述第一轉(zhuǎn)動塊的轉(zhuǎn)動平面均垂直，所述第一縱向調(diào)節(jié)塊固定于所述筒體。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置，其特征在于，所述上盤上開設(shè)有第一容納槽，所述第一固定塊固定于所述第一容納槽內(nèi)。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置，其特征在于，所述第二萬向節(jié)包括第二固定塊、第二轉(zhuǎn)動塊、第二橫向調(diào)節(jié)塊及第二縱向調(diào)節(jié)塊，所述第二固定塊固定于所述下盤，所述第二轉(zhuǎn)動塊轉(zhuǎn)動設(shè)置于所述第二固定塊，所述第二橫向調(diào)節(jié)塊與所述第二轉(zhuǎn)動塊鉸接，且所述第二橫向調(diào)節(jié)塊的轉(zhuǎn)動平面與所述第二轉(zhuǎn)動塊的轉(zhuǎn)動平面垂直，所述第二縱向調(diào)節(jié)塊鉸接于所述第二橫向調(diào)節(jié)塊，所述第二縱向調(diào)節(jié)塊的轉(zhuǎn)動平面與所述第二橫向調(diào)節(jié)塊的轉(zhuǎn)動平面及所述第二轉(zhuǎn)動塊的轉(zhuǎn)動平面均垂直，所述第二縱向調(diào)節(jié)塊固定于所述軸桿的另一端。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置，其特征在于，所述下盤上開設(shè)有第二容納槽，所述第二固定塊固定于所述第二容納槽內(nèi)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置，其特征在于，所述筒體的內(nèi)側(cè)壁上開設(shè)有測量槽，所述壓力測量件安裝于所述測量槽內(nèi)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置，其特征在于，所述上盤上設(shè)置有數(shù)據(jù)接口，所述數(shù)據(jù)接口與各個所述壓力測量件均電連接，所述上盤上還可拆卸安裝有蓋板，所述蓋板用于蓋合于所述數(shù)據(jù)接口。

10.一種近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置的標(biāo)定方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種近鉆頭鉆壓扭矩測量裝置及其標(biāo)定方法，裝置包括殼體及測量機構(gòu)，殼體的一端用于與鉆頭連接；測量機構(gòu)包括下盤、上盤及若干沿下盤的周向均勻布置于下盤與上盤之間的測量組件，下盤及上盤分別固定于殼體內(nèi)，并均與殼體的軸線垂直，測量組件包括兩個相對于殼體的軸線傾斜設(shè)置的伸縮件，伸縮件包括筒體、軸桿及壓力測量件。本發(fā)明的有益效果是：將鉆頭受到的鉆壓及扭矩轉(zhuǎn)化為殼體的輕微收縮或扭曲，再通過測量機構(gòu)測量殼體的輕微收縮或扭曲，從而避免了直接測量鉆頭的鉆壓導(dǎo)致的應(yīng)變片易損壞以及測量環(huán)境惡劣導(dǎo)致測量結(jié)果準(zhǔn)確度低的問題，由于測量機構(gòu)封裝于殼體內(nèi)，其具有穩(wěn)定的測量環(huán)境，可以大大延長裝置的使用壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：嚴(yán)梁柱,劉清友,朱海燕,袁天,何歆如
受保護的技術(shù)使用者：成都理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30