井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型為一種井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置，包括一中空的測(cè)量短節(jié)和一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，測(cè)量短節(jié)的內(nèi)部同軸密封固定有通訊活塞環(huán)，通訊活塞環(huán)的上方設(shè)置有電路結(jié)構(gòu)單元；測(cè)量短節(jié)的外側(cè)壁設(shè)置有多個(gè)外側(cè)能密封的應(yīng)變室，各應(yīng)變室的內(nèi)部設(shè)置有第一應(yīng)變片和的第二應(yīng)變片，各第一應(yīng)變片構(gòu)成第一惠斯通應(yīng)變電橋，各第二應(yīng)變片構(gòu)成第二惠斯通應(yīng)變電橋，二者均與電路結(jié)構(gòu)單元電連接；測(cè)量短節(jié)的外側(cè)壁上還設(shè)置與電路結(jié)構(gòu)單元電連接的第一壓力傳感器；通訊活塞環(huán)的下方設(shè)置有與電路結(jié)構(gòu)單元電連接的第二壓力傳感器，電路結(jié)構(gòu)單元還電連接有加速度傳感器和溫度傳感器。該裝置能準(zhǔn)確地測(cè)量近鉆頭處的多項(xiàng)工程參數(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且使用壽命長(zhǎng)，便于廣泛應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及油、氣田開(kāi)發(fā)鉆井過(guò)程中的井下近鉆頭處的工程參數(shù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油勘探開(kāi)發(fā)工業(yè)的不斷發(fā)展，深井、超深井、多分支井、大位移水平井等復(fù)雜井所占的比例逐年增加，這些復(fù)雜井對(duì)鉆井作業(yè)提出了很多新的挑戰(zhàn)。其中，井下近鉆頭處工程參數(shù)的測(cè)量和監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)急需發(fā)展的技術(shù)。近鉆頭的工程參數(shù)主要包括:鉆壓、扭矩、振動(dòng)(縱向振動(dòng)、橫向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng))、鉆柱內(nèi)壓力、環(huán)空壓力和環(huán)空溫度等。在油、氣鉆井作業(yè)過(guò)程中，近鉆頭處的工程參數(shù)是影響鉆井作業(yè)安全和鉆井效率的重要因素。通過(guò)測(cè)量近鉆頭處的鉆壓可以監(jiān)測(cè)鉆頭獲得的實(shí)際破巖能量的大小;通過(guò)測(cè)量近鉆頭處鉆具的扭矩和振動(dòng)強(qiáng)度可以反映鉆柱的疲勞損害程度;通過(guò)壓力測(cè)量值的變化趨勢(shì)可以預(yù)測(cè)井眼的清潔程度和泥漿攜巖性能的好壞;通過(guò)溫度測(cè)量值的變化可以反映地層溫度梯度的變化和鉆井系統(tǒng)溫度場(chǎng)的變化。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下近鉆頭處的工程參數(shù)，可以獲得大量的有用信息，對(duì)于預(yù)防鉆井復(fù)雜工況及鉆井事故的發(fā)生具有重要的工程意義。近年來(lái)隨著鉆探井深的增加和鉆探環(huán)境的惡化，特別是諸如超深井、大位移水平井、多分支井技術(shù)的出現(xiàn)，各種卡鉆、掉牙輪(牙齒)、跳鉆、鉆頭嚴(yán)重磨損、鉆具疲勞損壞等鉆井事故時(shí)有發(fā)生，對(duì)鉆井安全和鉆井效率帶來(lái)了很大的影響，嚴(yán)重影響了鉆井作業(yè)效率，增加了鉆井作業(yè)成本。
[0003]目前我國(guó)鉆井現(xiàn)場(chǎng)獲取工程參數(shù)的方法基于地面綜合錄井系統(tǒng)，通過(guò)綜合錄井系統(tǒng)中的鉆井工程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)獲得鉆井工程參數(shù)。由于鉆井作業(yè)是一項(xiàng)“不可見(jiàn)”的地下工程，鉆柱和井壁、地層之間相互作用復(fù)雜，受到多種載荷(軸向拉力及壓力、扭矩、彎曲力矩、離心力、外擠壓力、摩阻等)的作用，而且在不同的工作狀態(tài)下，不同部位的鉆柱受力情況也不盡相同。但是綜合錄井系統(tǒng)獲得的是地面或近井口處的參數(shù)，由于上述因素的影響，參數(shù)的地面測(cè)量值往往與參數(shù)的井下實(shí)際值存在一定的偏差，在大位移水平井中這種偏差甚至?xí)艽?，從而使得工程參?shù)的地面測(cè)量值并不能反映真實(shí)的井下?tīng)顟B(tài)。多年來(lái)，國(guó)內(nèi)的測(cè)量?jī)x器開(kāi)發(fā)多集中在與油氣儲(chǔ)量相關(guān)的地質(zhì)參數(shù)(地層電阻率、孔隙度、伽馬)和與井眼軌跡控制相關(guān)的幾何參數(shù)(井斜、方位角、工具面角)的測(cè)量與控制，而與鉆井安全、鉆井效率相關(guān)的工程參數(shù)的測(cè)量技術(shù)研究相對(duì)較少。
[0004]由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐，提出一種井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置，用于測(cè)量鉆井作業(yè)過(guò)程中近鉆頭處鉆具的工程參數(shù)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置，該裝置能夠準(zhǔn)確地測(cè)量近鉆頭處的多項(xiàng)工程參數(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且使用壽命長(zhǎng)，便于廣泛應(yīng)用。
[0006]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置，所述井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置包括一中空的測(cè)量短節(jié)和一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述測(cè)量短節(jié)的內(nèi)部同軸密封固定有通訊活塞環(huán)，所述通訊活塞環(huán)上設(shè)有軸向貫通流道，所述通訊活塞環(huán)的上方設(shè)置有電路結(jié)構(gòu)單元;所述測(cè)量短節(jié)的外側(cè)壁同一高度位置上周向均勻設(shè)置有多個(gè)外側(cè)能密封的應(yīng)變室，各所述應(yīng)變室的內(nèi)部設(shè)置有用于測(cè)量鉆壓的第一應(yīng)變片和用于測(cè)量扭矩的第二應(yīng)變片，各所述應(yīng)變室之間相互連通，各所述第一應(yīng)變片通過(guò)導(dǎo)線連接構(gòu)成第一惠斯通應(yīng)變電橋，各所述第二應(yīng)變片通過(guò)導(dǎo)線連接構(gòu)成第二惠斯通應(yīng)變電橋，所述第一惠斯通應(yīng)變電橋、所述第二惠斯通應(yīng)變電橋均與所述電路結(jié)構(gòu)單元電連接;所述測(cè)量短節(jié)的外側(cè)壁上還設(shè)置與所述電路結(jié)構(gòu)單元電連接的第一壓力傳感器;所述通訊活塞環(huán)的下方設(shè)置有與所述電路結(jié)構(gòu)單元電連接的第二壓力傳感器，所述電路結(jié)構(gòu)單元還電連接有加速度傳感器和溫度傳感器;所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于處理所述電路結(jié)構(gòu)單元接收的參數(shù)數(shù)據(jù)。
[0007]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述測(cè)量短節(jié)的外側(cè)壁上設(shè)置有外側(cè)能密封、內(nèi)側(cè)能與所述通訊活塞環(huán)連通的導(dǎo)線連接槽，所述導(dǎo)線連接槽的一端與各所述應(yīng)變室連通，所述導(dǎo)線連接槽的另一端與設(shè)置所述第一壓力傳感器的外壓取壓孔連通，所述導(dǎo)線連接槽的槽底設(shè)置有導(dǎo)線容置槽道。
[0008]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述導(dǎo)線連接槽為方形，所述導(dǎo)線連接槽的外側(cè)通過(guò)一方形蓋板密封。
[0009]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述導(dǎo)線連接槽的槽底與所述通訊活塞環(huán)之間設(shè)置有用于導(dǎo)線通過(guò)的第一連通孔，所述導(dǎo)線連接槽的一端與各所述應(yīng)變室之間設(shè)置有用于導(dǎo)線通過(guò)的第二連通孔。
[0010]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，各所述應(yīng)變室為圓形槽，所述第一應(yīng)變片設(shè)置在所述圓形槽的側(cè)壁上，所述第二應(yīng)變片設(shè)置在所述圓形槽的槽底;所述圓形槽的外側(cè)通過(guò)一圓蓋板密封。
[0011]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述通訊活塞環(huán)的內(nèi)部穿設(shè)有一保護(hù)套管，所述保護(hù)套管的底部設(shè)置有內(nèi)壓取壓孔，所述內(nèi)壓取壓孔中設(shè)置所述第二壓力傳感器，所述保護(hù)套管的下部設(shè)有第二壓力傳感器導(dǎo)線通過(guò)孔，所述保護(hù)套管內(nèi)部上方設(shè)置所述電路結(jié)構(gòu)單元。
[0012]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述電路結(jié)構(gòu)單元包括自下而上依次連接設(shè)置的電子電路單元、電池與電路連接器、電池單元。
[0013]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述電池與電路連接器中設(shè)置有傳感器安裝倉(cāng)，所述加速度傳感器和所述溫度傳感器安裝于所述傳感器安裝倉(cāng)內(nèi)。
[0014]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述軸向貫通流道為單肋骨結(jié)構(gòu)。
[0015]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述測(cè)量短節(jié)內(nèi)部設(shè)置有第一臺(tái)階部，所述通訊活塞環(huán)與所述第一臺(tái)階部之間設(shè)置有導(dǎo)流保護(hù)套，所述測(cè)量短節(jié)的側(cè)壁上設(shè)置有貫通的定位孔，所述通訊活塞環(huán)的側(cè)壁上設(shè)置有與所述定位孔對(duì)應(yīng)的定位槽，所述定位孔、所述定位槽中穿設(shè)有用于固定所述通訊活塞環(huán)的定位銷(xiāo)。
[0016]由上所述，本實(shí)用新型的井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置，能夠準(zhǔn)確測(cè)量近鉆頭處的鉆壓、扭矩、鉆柱內(nèi)壓力、環(huán)空壓力、軸向振動(dòng)、橫向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和溫度共計(jì)八項(xiàng)井下參數(shù)，且測(cè)量裝置的輸出與被測(cè)參數(shù)之間呈線性關(guān)系，對(duì)于全面了解近鉆頭處鉆具的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有重要意義;該裝置將鉆壓測(cè)量橋路的第一應(yīng)變片粘貼在應(yīng)變室的側(cè)壁上，而將扭矩測(cè)量橋路的第二應(yīng)變片粘貼在應(yīng)變室的底面上，減小了應(yīng)變片對(duì)應(yīng)變室的空間要求，提高了測(cè)量短節(jié)的整體強(qiáng)度，同時(shí)應(yīng)變片對(duì)軸向的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)更加敏感，提高了鉆壓和扭矩的測(cè)量精度;該裝置的測(cè)量短節(jié)密封性、抗沖擊性和耐磨性好，安全可靠，保護(hù)套管的應(yīng)用大大減小了流體流通時(shí)對(duì)通訊活塞環(huán)和測(cè)量短節(jié)的沖蝕效應(yīng)，使得裝置壽命顯著提高，大大降低了作業(yè)成本，同時(shí)，電池單元的使用壽命長(zhǎng)，采用最高采樣頻率時(shí)電池單元可以無(wú)故障供電200小時(shí)，采樣頻率越低則壽命越長(zhǎng)，避免了因?yàn)楣╇姴蛔愣桀~外起鉆的不足，節(jié)省了作業(yè)費(fèi)用；該裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易損部件更換方便;該裝置所測(cè)參數(shù)的采樣頻率可調(diào)，在該裝置入井之前可以根據(jù)鉆井作業(yè)的復(fù)雜情況和實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)控，同時(shí)該裝置可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的需要安裝在近鉆頭鉆具的特定位置，也可以同時(shí)利用多個(gè)該裝置安裝在近鉆頭鉆具的不同位置，實(shí)現(xiàn)鉆井過(guò)程中工程參數(shù)的全井監(jiān)測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]以下附圖僅旨在于對(duì)本實(shí)用新型做示意性說(shuō)明和解釋?zhuān)⒉幌薅ū緦?shí)用新型的范圍。其中:
[0018]圖1:為本實(shí)用新型井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2:為圖1中I處放大圖。
[0020]圖3:為圖1中A-A剖視圖。
[0021]圖中:100、井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置；1、測(cè)量短節(jié)；11、應(yīng)變室；110、圓形槽；
111、第一應(yīng)變片；112、第二應(yīng)變片；113、圓蓋板；12、導(dǎo)線連接槽；121、第一連通孔；122、第二連通孔；123、方形蓋板;13、外壓取壓孔;14、第一臺(tái)階部；15、導(dǎo)流保護(hù)套；16、定位孔;17、定位銷(xiāo);2、通訊活塞環(huán);20、第一O形密封圈；21、保護(hù)套管;211、內(nèi)壓取壓孔;212、第二壓力傳感器導(dǎo)線通過(guò)孔;22、定位槽;23、軸向貫通流道;24、插座;3、第一壓力傳感器;4、第二壓力傳感器;5、電路結(jié)構(gòu)單元;51、電子電路單元;52、電池與電路連接器;521、傳感器安裝倉(cāng)；53、電池單元;6、加速度傳感器;7、溫度傳感器;9、連接鉆鋌。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照【附圖說(shuō)明】本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】。
[0023]如圖1所示，本實(shí)用新型提供的井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置100，包括一中空的測(cè)量短節(jié)I和一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，在本實(shí)施方式中，測(cè)量短節(jié)I由無(wú)磁鉆鋌加工而成，測(cè)量短節(jié)I的上方與連接鉆鋌9密封連接;測(cè)量短節(jié)I的內(nèi)部同軸密封固定有通訊活塞環(huán)2，在本實(shí)施方式中，通訊活塞環(huán)2的外壁與測(cè)量短節(jié)I的內(nèi)壁之間設(shè)置有第一O形密封圈20，以實(shí)現(xiàn)通訊活塞環(huán)2與測(cè)量短節(jié)I之間的密封。通訊活塞環(huán)2上設(shè)有軸向貫通流道23，如圖3所示，軸向貫通流道23為單肋骨結(jié)構(gòu)，在不減小流體流通面積的前提下改善流體在通訊活塞環(huán)2處的流型，變徑處全部采用流線型結(jié)構(gòu)，減小流體對(duì)機(jī)械部件的沖蝕效應(yīng)，使得井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置100的壽命大大提高。通訊活塞環(huán)2的上方設(shè)置有電路結(jié)構(gòu)單元5，測(cè)量短節(jié)I的外側(cè)壁同一高度位置上周向均勻設(shè)置有多個(gè)外側(cè)能密封的應(yīng)變室11，在本實(shí)施方式中，應(yīng)變室11的數(shù)量為3個(gè)，各應(yīng)變室11的內(nèi)部設(shè)置有用于測(cè)量鉆壓的第一應(yīng)變片111和用于測(cè)量扭矩的第二應(yīng)變片112，各應(yīng)變室11之間相互連通，各第一應(yīng)變片111通過(guò)導(dǎo)線連接構(gòu)成第一惠斯通應(yīng)變電橋(現(xiàn)有技術(shù)，圖中未示出)，各第二應(yīng)變片112通過(guò)導(dǎo)線連接構(gòu)成第二惠斯通應(yīng)變電橋(現(xiàn)有技術(shù)，圖中未示出)，第一惠斯通應(yīng)變電橋、第二惠斯通應(yīng)變電橋均與電路結(jié)構(gòu)單元5電連接(在本實(shí)施方式中，電連接方式為導(dǎo)線連接)，根據(jù)井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置100的載荷性質(zhì)和工作條件，選用惠斯通應(yīng)變電橋?qū)崿F(xiàn)對(duì)鉆壓和扭矩的測(cè)量，通過(guò)在測(cè)量短節(jié)I的應(yīng)變室11內(nèi)粘貼應(yīng)變片，組成應(yīng)變電橋。在軸向力、扭轉(zhuǎn)力及鉆柱內(nèi)、外壓差的作用下，測(cè)量短節(jié)I會(huì)產(chǎn)生微小形變，由于應(yīng)變片是粘貼在測(cè)量短節(jié)I上，測(cè)量短節(jié)I的形變同時(shí)會(huì)引起應(yīng)變片的形變，而應(yīng)變片的形變則會(huì)引起相應(yīng)電橋的橋臂電阻值發(fā)生改變，最后導(dǎo)致應(yīng)變電路的輸出電壓或電流產(chǎn)生改變。在一定的范圍內(nèi)，應(yīng)變電橋的電阻變化與測(cè)量短節(jié)I的應(yīng)變成比例關(guān)系，根據(jù)測(cè)得的電壓變化，可以得出測(cè)量短節(jié)I上測(cè)量點(diǎn)的應(yīng)變值，然后根據(jù)材料力學(xué)的廣義胡克定律，就可以計(jì)算出被測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài);測(cè)量短節(jié)I的外側(cè)壁上還設(shè)置與電路結(jié)構(gòu)單元5電連接(在本實(shí)施方式中，電連接方式為導(dǎo)線連接)的第一壓力傳感器3，第一壓力傳感器3用于測(cè)量環(huán)空壓力信號(hào)的變化;通訊活塞環(huán)2的下方設(shè)置有與電路結(jié)構(gòu)單元5電連接(在本實(shí)施方式中，電連接方式為導(dǎo)線連接)的第二壓力傳感器4，第二壓力傳感器4用于測(cè)量管內(nèi)壓力信號(hào)的變化；電路結(jié)構(gòu)單元5還電連接有加速度傳感器6和溫度傳感器7，井下鉆柱在作業(yè)過(guò)程中一直處于不間斷振動(dòng)的狀態(tài)，振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量通過(guò)加速度傳感器6實(shí)現(xiàn)，在本實(shí)施方式中，加速度傳感器6為三軸加速度傳感器，用于測(cè)量軸向振動(dòng)、橫向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的振動(dòng)強(qiáng)度，溫度傳感器7用于測(cè)量管內(nèi)溫度;數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于處理電路結(jié)構(gòu)單元5接收的參數(shù)數(shù)據(jù)。
[0024]本實(shí)用新型的井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置，能夠準(zhǔn)確測(cè)量近鉆頭處的鉆壓、扭矩、鉆柱內(nèi)壓力、環(huán)空壓力、軸向振動(dòng)、橫向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和溫度共計(jì)八項(xiàng)井下參數(shù)，且測(cè)量裝置的輸出與被測(cè)參數(shù)之間呈線性關(guān)系，對(duì)于全面了解近鉆頭處鉆具的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有重要意義。
[0025]如圖1所示，進(jìn)一步，測(cè)量短節(jié)I的外側(cè)壁上設(shè)置有外側(cè)能密封、內(nèi)側(cè)能與通訊活塞環(huán)2連通的導(dǎo)線連接槽12，導(dǎo)線連接槽12的一端與各應(yīng)變室11連通，導(dǎo)線連接槽12的另一端與設(shè)置第一壓力傳感器3的外壓取壓孔13連通，導(dǎo)線連接槽12的槽底設(shè)置有導(dǎo)線容置槽道(圖中未示出)。在本實(shí)施方式中，導(dǎo)線連接槽12的槽底與通訊活塞環(huán)2之間設(shè)置有用于導(dǎo)線通過(guò)的第一連通孔121，導(dǎo)線連接槽12的一端與各應(yīng)變室11之間設(shè)置有用于導(dǎo)線通過(guò)的第二連通孔122。第一惠斯通應(yīng)變電橋、第二惠斯通應(yīng)變電橋與電路結(jié)構(gòu)單元5連接的導(dǎo)線在導(dǎo)線連接槽12中進(jìn)行連接，第一壓力傳感器3與通訊活塞環(huán)2連接的導(dǎo)線也在導(dǎo)線連接槽12中進(jìn)行連接，各導(dǎo)線連接后置于導(dǎo)線容置槽道中，并且于外側(cè)密封導(dǎo)線連接槽12，確保電連接安全可靠。
[0026]進(jìn)一步，如圖1所示，導(dǎo)線連接槽12為方形，導(dǎo)線連接槽12的外側(cè)通過(guò)一方形蓋板123密封。方形蓋板123通過(guò)螺釘與測(cè)量短節(jié)I連接，方形蓋板123將第二 O型密封圈(圖中未示出)緊緊壓持在導(dǎo)線連接槽12內(nèi)，實(shí)現(xiàn)封隔密封電路的目的，同時(shí)，由于方形蓋板123外側(cè)面受到環(huán)空壓力的壓持，密封方式安全可靠。
[0027]進(jìn)一步，如圖1、圖2所示，各應(yīng)變室11為圓形槽110，第一應(yīng)變片111設(shè)置在圓形槽110的側(cè)壁上，第二應(yīng)變片112設(shè)置在圓形槽110的槽底；圓形槽110的外側(cè)通過(guò)一圓蓋板113密封。測(cè)量鉆壓的第一應(yīng)變片111設(shè)置在應(yīng)變室的側(cè)壁上(在本實(shí)施方式中，第一應(yīng)變片111通過(guò)特定的工裝及工藝粘貼在應(yīng)變室的側(cè)壁上)，對(duì)軸向應(yīng)力和應(yīng)變更加敏感，從而提高測(cè)量精度;測(cè)量扭矩的第二應(yīng)變片112設(shè)置在應(yīng)變室的底面上(在本實(shí)施方式中，第二應(yīng)變片112通過(guò)特定的工裝及工藝粘貼在應(yīng)變室的底面上)，用于測(cè)量扭轉(zhuǎn)力的大小。圓蓋板113與應(yīng)變室11通過(guò)螺紋連接，并且在圓蓋板113與應(yīng)變室11側(cè)壁之間設(shè)置有用于密封的第三O型密封圈(圖中未示出)，應(yīng)變室11側(cè)壁上位于圓蓋板113的外側(cè)還設(shè)置有用于放置圓蓋板113退扣脫落的孔用彈性擋圈(圖中未示出)。
[0028]進(jìn)一步，如圖1所示，通訊活塞環(huán)2的內(nèi)部穿設(shè)有一保護(hù)套管21，在本實(shí)施方式中，保護(hù)套管21與通訊活塞環(huán)2—體成型，保護(hù)套管21的底部設(shè)置有內(nèi)壓取壓孔211，內(nèi)壓取壓孔211中設(shè)置上述第二壓力傳感器4，保護(hù)套管21的下部設(shè)有第二壓力傳感器導(dǎo)線通過(guò)孔212，以實(shí)現(xiàn)第二壓力傳感器4與電路結(jié)構(gòu)單元5的連接，保護(hù)套管21內(nèi)部上方設(shè)置所述電路結(jié)構(gòu)單元5。
[0029]進(jìn)一步，如圖1所示，電路結(jié)構(gòu)單元5包括自下而上依次連接設(shè)置的電子電路單元51、電池與電路連接器52、電池單元53。
[0030]在本實(shí)施方式中，如圖1所示，通訊活塞環(huán)2上設(shè)置有插座24，插座24上設(shè)有多個(gè)插孔(圖中未示出)，插孔下方分別電連接有與第一惠斯通應(yīng)變電橋、第二惠斯通應(yīng)變電橋、第一壓力傳感器3、第二壓力傳感器4連接的導(dǎo)線，電子電路單元51的底部設(shè)有多插針插頭(圖中未示出)，多插針插頭與插座24上的插孔電連接，從而實(shí)現(xiàn)電子電路單元51與第一惠斯通應(yīng)變電橋、第二惠斯通應(yīng)變電橋、第一壓力傳感器3、第二壓力傳感器4的電連接并將其參數(shù)信號(hào)傳遞給電子電路單元51，加速度傳感器6、溫度傳感器7與電子電路單元51電連接，將軸向振動(dòng)、橫向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的振動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)信號(hào)和溫度參數(shù)信號(hào)傳遞給電子電路單元51，電子電路單元51對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行濾波、放大處理，該信號(hào)通過(guò)隨鉆測(cè)量系統(tǒng)(MffD)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)(圖中未示出，在本實(shí)施方式中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)置在地面，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)線、通訊機(jī)和裝有多參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)軟件的計(jì)算機(jī)，電子電路單元51通過(guò)數(shù)據(jù)線將接收到的信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理)，或者電子電路單元51中設(shè)置存儲(chǔ)芯片(圖中未示出)，接收的信號(hào)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)芯片中，待鉆井作業(yè)結(jié)束起鉆后進(jìn)行數(shù)據(jù)回收，利用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析作業(yè)過(guò)程中測(cè)量工程參數(shù)的變化。電池單元53通過(guò)電池與電路連接器52與電子電路單元51連接，對(duì)其提供工作電壓。電池單元53可以無(wú)故障供電200小時(shí)以上。電池與電路連接器52上設(shè)置傳感器安裝倉(cāng)521，用于安裝加速度傳感器6和溫度傳感器7，該安裝方式穩(wěn)定可靠，能夠持續(xù)測(cè)量鉆柱的振動(dòng)和管內(nèi)溫度，測(cè)量參數(shù)的采樣頻率可調(diào)。
[0031]進(jìn)一步，如圖1所示，測(cè)量短節(jié)I內(nèi)部設(shè)置有第一臺(tái)階部14，通訊活塞環(huán)2與第一臺(tái)階部14之間設(shè)置有導(dǎo)流保護(hù)套15，測(cè)量短節(jié)I的側(cè)壁上設(shè)置有貫通的定位孔16，通訊活塞環(huán)2側(cè)壁上設(shè)置有與定位孔16對(duì)應(yīng)的定位槽22，定位孔16、定位槽22中穿設(shè)有用于固定通訊活塞環(huán)2的定位銷(xiāo)17。為了防止流體進(jìn)入，定位銷(xiāo)17與定位孔16之間設(shè)有密封用第四O型密封圈(圖中未示出)。
[0032]由上所述，本實(shí)用新型的井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置，能夠準(zhǔn)確測(cè)量近鉆頭處的鉆壓、扭矩、鉆柱內(nèi)壓力、環(huán)空壓力、軸向振動(dòng)、橫向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和溫度共計(jì)八項(xiàng)井下參數(shù)，且測(cè)量裝置的輸出與被測(cè)參數(shù)之間呈線性關(guān)系，對(duì)于全面了解近鉆頭處鉆具的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有重要意義;該裝置將鉆壓測(cè)量橋路的第一應(yīng)變片粘貼在應(yīng)變室的側(cè)壁上，而將扭矩測(cè)量橋路的第二應(yīng)變片粘貼在應(yīng)變室的底面上，減小了應(yīng)變片對(duì)應(yīng)變室的空間要求，提高了測(cè)量短節(jié)的整體強(qiáng)度，同時(shí)應(yīng)變片對(duì)軸向的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)更加敏感，提高了鉆壓和扭矩的測(cè)量精度;該裝置的測(cè)量短節(jié)密封性、抗沖擊性和耐磨性好，安全可靠，保護(hù)套管的應(yīng)用大大減小了流體流通時(shí)對(duì)通訊活塞環(huán)和測(cè)量短節(jié)的沖蝕效應(yīng)，使得裝置壽命顯著提高，大大降低了作業(yè)成本，同時(shí)，電池單元的使用壽命長(zhǎng)，采用最高采樣頻率時(shí)電池單元可以無(wú)故障供電200小時(shí)，采樣頻率越低則壽命越長(zhǎng)，避免了因?yàn)楣╇姴蛔愣桀~外起鉆的不足，節(jié)省了作業(yè)費(fèi)用；該裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易損部件更換方便;該裝置所測(cè)參數(shù)的采樣頻率可調(diào)，在該裝置入井之前可以根據(jù)鉆井作業(yè)的復(fù)雜情況和實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)控，同時(shí)該裝置可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的需要安裝在近鉆頭鉆具的特定位置，也可以同時(shí)利用多個(gè)該裝置安裝在近鉆頭鉆具的不同位置，實(shí)現(xiàn)鉆井過(guò)程中工程參數(shù)的全井監(jiān)測(cè)。
[0033]以上所述僅為本實(shí)用新型示意性的【具體實(shí)施方式】，并非用以限定本實(shí)用新型的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置包括一中空的測(cè)量短節(jié)和一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述測(cè)量短節(jié)的內(nèi)部同軸密封固定有通訊活塞環(huán)，所述通訊活塞環(huán)上設(shè)有軸向貫通流道，所述通訊活塞環(huán)的上方設(shè)置有電路結(jié)構(gòu)單元;所述測(cè)量短節(jié)的外側(cè)壁同一高度位置上周向均勻設(shè)置有多個(gè)外側(cè)能密封的應(yīng)變室，各所述應(yīng)變室的內(nèi)部設(shè)置有用于測(cè)量鉆壓的第一應(yīng)變片和用于測(cè)量扭矩的第二應(yīng)變片，各所述應(yīng)變室之間相互連通，各所述第一應(yīng)變片通過(guò)導(dǎo)線連接構(gòu)成第一惠斯通應(yīng)變電橋，各所述第二應(yīng)變片通過(guò)導(dǎo)線連接構(gòu)成第二惠斯通應(yīng)變電橋，所述第一惠斯通應(yīng)變電橋、所述第二惠斯通應(yīng)變電橋均與所述電路結(jié)構(gòu)單元電連接;所述測(cè)量短節(jié)的外側(cè)壁上還設(shè)置與所述電路結(jié)構(gòu)單元電連接的第一壓力傳感器;所述通訊活塞環(huán)的下方設(shè)置有與所述電路結(jié)構(gòu)單元電連接的第二壓力傳感器，所述電路結(jié)構(gòu)單元還電連接有加速度傳感器和溫度傳感器;所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于處理所述電路結(jié)構(gòu)單元接收的參數(shù)數(shù)據(jù)。2.如權(quán)利要求1所述的井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述測(cè)量短節(jié)的外側(cè)壁上設(shè)置有外側(cè)能密封、內(nèi)側(cè)能與所述通訊活塞環(huán)連通的導(dǎo)線連接槽，所述導(dǎo)線連接槽的一端與各所述應(yīng)變室連通，所述導(dǎo)線連接槽的另一端與設(shè)置所述第一壓力傳感器的外壓取壓孔連通，所述導(dǎo)線連接槽的槽底設(shè)置有導(dǎo)線容置槽道。3.如權(quán)利要求2所述的井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述導(dǎo)線連接槽為方形，所述導(dǎo)線連接槽的外側(cè)通過(guò)一方形蓋板密封。4.如權(quán)利要求2所述的井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述導(dǎo)線連接槽的槽底與所述通訊活塞環(huán)之間設(shè)置有用于導(dǎo)線通過(guò)的第一連通孔，所述導(dǎo)線連接槽的一端與各所述應(yīng)變室之間設(shè)置有用于導(dǎo)線通過(guò)的第二連通孔。5.如權(quán)利要求1所述的井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:各所述應(yīng)變室為圓形槽，所述第一應(yīng)變片設(shè)置在所述圓形槽的側(cè)壁上，所述第二應(yīng)變片設(shè)置在所述圓形槽的槽底;所述圓形槽的外側(cè)通過(guò)一圓蓋板密封。6.如權(quán)利要求1所述的井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述通訊活塞環(huán)的內(nèi)部穿設(shè)有一保護(hù)套管，所述保護(hù)套管的底部設(shè)置有內(nèi)壓取壓孔，所述內(nèi)壓取壓孔中設(shè)置所述第二壓力傳感器，所述保護(hù)套管的下部設(shè)有第二壓力傳感器導(dǎo)線通過(guò)孔，所述保護(hù)套管內(nèi)部上方設(shè)置所述電路結(jié)構(gòu)單元。7.如權(quán)利要求6所述的井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述電路結(jié)構(gòu)單元包括自下而上依次連接設(shè)置的電子電路單元、電池與電路連接器、電池單元。8.如權(quán)利要求7所述的井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述電池與電路連接器中設(shè)置有傳感器安裝倉(cāng)，所述加速度傳感器和所述溫度傳感器安裝于所述傳感器安裝倉(cāng)內(nèi)。9.如權(quán)利要求1所述的井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述軸向貫通流道為單肋骨結(jié)構(gòu)。10.如權(quán)利要求1所述的井下近鉆頭多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述測(cè)量短節(jié)內(nèi)部設(shè)置有第一臺(tái)階部，所述通訊活塞環(huán)與所述第一臺(tái)階部之間設(shè)置有導(dǎo)流保護(hù)套，所述測(cè)量短節(jié)的側(cè)壁上設(shè)置有貫通的定位孔，所述通訊活塞環(huán)的側(cè)壁上設(shè)置有與所述定位孔對(duì)應(yīng)的定位槽，所述定位孔、所述定位槽中穿設(shè)有用于固定所述通訊活塞環(huán)的定位銷(xiāo)。
【文檔編號(hào)】E21B44/00GK205605197SQ201620280519
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月6日
【發(fā)明人】徐小峰, 李軍, 劉永輝, 姜海龍, 張濤, 冀月英, 張金凱, 秦博, 宋巍, 張洪啟, 宋永杰, 陳 勝, 郭雪麗, 廖超, 楊宏偉
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油大學(xué)(北京), 中國(guó)石油天然氣股份有限公司, 北京信息科技大學(xué)