一種氣體鉆井用井斜測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是常規(guī)氣體鉆井中用以測量井斜及方位的一種氣體鉆井用井斜在線測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用有線傳輸與無線傳輸相配合的方式實現(xiàn)信號的精確、穩(wěn)定與簡便傳送。其技術(shù)方案是：系統(tǒng)由測量頭、電纜快速接頭、信號傳輸短節(jié)與地面設(shè)備組成。測量頭通過電纜下放至鉆頭上方，信號通過電纜上傳至井口的信號傳輸短節(jié)；電纜與電纜之間采用電纜快速接頭連接；信號傳輸短節(jié)安裝于水龍頭與方鉆桿之間。信號傳輸短節(jié)的內(nèi)芯殼體內(nèi)部安裝有信號處理電路板、電源和信號發(fā)射器。內(nèi)芯殼體下端安裝有電纜密封接頭；信號發(fā)射器通過導(dǎo)線與天線蓋板連接。地面設(shè)備通過信號接收機(jī)接受信號。該系統(tǒng)可實現(xiàn)隨鉆實時測量與傳輸，可用于氣體鉆井和欠平衡鉆井鉆進(jìn)中。
【專利說明】一種氣體鉆井用井斜測量系統(tǒng)
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及常規(guī)氣體鉆井中用以測量井斜及方位的一種氣體鉆井用井斜在線測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)隨鉆實時測量與傳輸，適用于氣體鉆井或欠平衡鉆井過程中對井斜的控制。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆井作業(yè)過程中，常用的井斜測量儀器主要利用泥漿脈沖向井口傳遞信號，或是將采集到的信號數(shù)據(jù)存儲在測量儀器內(nèi)部，待起鉆取出后再進(jìn)行讀取。以上兩種方法均存在缺陷，泥漿脈沖傳遞信號的效能，受泥漿介質(zhì)特性影響明顯并伴隨著較強(qiáng)的衰減特征，且包含著各種噪聲和干擾。此外，由于需要傳輸介質(zhì)，因此并不適用于氣體鉆井。存儲數(shù)據(jù)的方法雖可保證數(shù)據(jù)的完整性，但不能夠?qū)崿F(xiàn)地面對數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，無法及時判定井斜情況并做出相應(yīng)的調(diào)整措施。采用無線傳輸?shù)姆绞綄⑿盘枏木讉鬟f至井口，需要在鉆柱上加裝一系列的信號中繼站，其工作穩(wěn)定性受井下惡劣條件影響很大。
[0003]針對氣體鉆井的作業(yè)特點，在內(nèi)環(huán)空下入井斜測量儀器，采用有線傳輸?shù)姆绞綄⒕仔盘杺鬏斨辆?，再?jīng)無線傳輸?shù)姆绞絺鬏斨劣傻孛嬖O(shè)備。該系統(tǒng)可以有效解決井底實時測量信號不能有效傳輸至地面的問題，且地面?zhèn)鬏敳捎脽o線傳輸方式可減少井場電纜鋪設(shè)難度，降低井場線路的復(fù)雜性，且不需要改變動力水龍頭結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:為解決氣體鉆井過程中井斜測量信號不能夠?qū)崟r傳輸至地面而導(dǎo)致的對井斜控制不及時和調(diào)整措施實施滯后等問題，特提供一種氣體鉆井用井斜測量系統(tǒng)。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明解決此技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種氣體鉆井用井斜測量系統(tǒng)，由信號傳輸短節(jié)、電纜快速接頭、測量頭和與地面設(shè)備組成。其特征是:信號傳輸短節(jié)包括轉(zhuǎn)換短節(jié)、碟簧、定位套筒、內(nèi)芯導(dǎo)流帽、彈簧、內(nèi)芯殼體、天線密封塞、天線蓋板、信號發(fā)射器、密封墊圈、信號傳輸短節(jié)殼體、電源、信號處理電路板、電纜密封接頭、安裝螺母、螺栓、天線導(dǎo)管；轉(zhuǎn)換短節(jié)與信號傳輸短節(jié)殼體之間采用螺紋連接；定位套筒與轉(zhuǎn)換短節(jié)之間安裝碟簧；內(nèi)芯殼體上部周向均布三個翼板，信號傳輸短節(jié)殼體內(nèi)腔壁在與翼板對應(yīng)的位置開有三個翼板安裝槽；定位套筒在碟簧的作用下緊壓在內(nèi)芯殼體的翼板上，并通過信號傳輸短節(jié)殼體內(nèi)臺階對翼板實現(xiàn)限位。內(nèi)芯殼體上端安裝有內(nèi)芯導(dǎo)流帽，內(nèi)部安裝有信號處理電路板、電源與信號發(fā)射器。信號處理電路板由信號整理電路與A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成，信號整理電路將傳感器信號處理為標(biāo)準(zhǔn)信號，A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。信號發(fā)射器通過連接導(dǎo)線與天線蓋板連接；天線導(dǎo)管一端采用螺紋與內(nèi)芯殼體連接，另一端伸入天線密封塞內(nèi)孔并形成靜密封。天線密封塞采用螺紋連接的方式安裝在信號傳輸短節(jié)殼體上。天線蓋板通過螺栓安裝在信號傳輸短節(jié)殼體上；電纜密封接頭安裝在內(nèi)芯殼體下端，并通過安裝螺母實現(xiàn)與內(nèi)芯殼體的相對固定。具有鎧裝層的電纜連接在電纜密封接頭上。電纜快速接頭由插頭與插座組成。插頭包括插頭外殼、銅芯觸頭、防塵密封墊。插座包括定位卡球、插座外殼、插座內(nèi)芯、銅芯座、限位盤。電纜連接在插頭外殼上，并通過連接導(dǎo)線與銅芯觸頭連接。插頭外殼上安裝有防塵密封墊；插座內(nèi)芯上端周向均布4個用以安裝定位卡球的安裝孔；銅芯座安裝在插座內(nèi)芯內(nèi)腔底部，電纜安裝在插座內(nèi)芯的下端，通過連接導(dǎo)線與銅芯座連接；插座外殼與插座內(nèi)芯通過螺紋連接，并實現(xiàn)對定位卡球的限位；限位盤通過螺紋與插座內(nèi)芯連接，并實現(xiàn)對插座外殼的限位；測量頭由連接接頭、測量頭殼體、三軸加速度傳感器與配重塊組成。三軸加速度傳感器安裝在測量頭內(nèi)部；電纜連接在連接接頭上，通過連接導(dǎo)線與三軸加速度傳感器相連；配重塊安裝在測量頭殼體下部；地面設(shè)備由計算機(jī)和信號接收機(jī)組成。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果是:(1)該系統(tǒng)采用有線傳輸?shù)姆绞?，將井底測量信號傳遞至井口，提高了信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和時效性；(2)電纜采用電纜快速接頭實現(xiàn)分段式連接，在接單根時同時接入一段電纜，避免了再次起下全部電纜，提高了操作的簡便性；(3)電纜快速接頭采用銅芯觸頭與多根末端為半球形的銅芯座彈片接觸，保證了接觸的可靠性；(4)井口與地面設(shè)備采用無線方式傳輸信號，實現(xiàn)了信號傳輸?shù)目旖菪耘c方便性；(5)該系統(tǒng)各部件為相互獨立的單元，便于維護(hù)，且無需對現(xiàn)有設(shè)備做任何調(diào)整與改動，實施方式簡單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明一種氣體鉆井用井斜測量系統(tǒng)組成示意圖；
圖2是本發(fā)明一種氣體鉆井用井斜測量系統(tǒng)信號傳輸短節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是信號傳輸短節(jié)天線蓋板結(jié)構(gòu)B向視圖；
圖4是由橫剖面A-A得到的信號傳輸短節(jié)天線密封塞處的剖面示意圖；
圖5是本發(fā)明一種氣體鉆井用井斜測量系統(tǒng)電纜快速接頭結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是由橫剖面C-C得到的電纜快速接頭定位卡球處的剖面示意圖；
圖7是本發(fā)明一種氣體鉆井用井斜測量系統(tǒng)測量頭結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8是本發(fā)明一種氣體鉆井用井斜測量系統(tǒng)地面設(shè)備示意圖。
[0008]圖中:1轉(zhuǎn)換短節(jié)；2碟簧；3定位套筒；4內(nèi)芯導(dǎo)流帽；5彈簧；6內(nèi)芯殼體；7天線密封塞；8天線蓋板；9信號發(fā)射器；10密封墊圈；11信號傳輸短節(jié)殼體；12電源；13信號處理電路板；14電纜密封接頭；15安裝螺母；16電纜；17螺栓；18天線導(dǎo)管；19插頭外殼；20銅芯觸頭；21防塵密封墊；22定位卡球；23插座外殼；24插座內(nèi)芯；25銅芯座；26限位盤；27連接接頭；28三軸加速度傳感器；29測量頭殼體；30配重塊；31計算機(jī)；32信號接收機(jī)。
【具體實施方式】
[0009]由圖1，本發(fā)明一種氣體鉆井用井斜測量系統(tǒng)，由信號傳輸短節(jié)、電纜快速接頭、測量頭與地面設(shè)備組成。其特征是:信號傳輸短節(jié)包括轉(zhuǎn)換短節(jié)(I)、碟簧(2)、定位套筒(3)、內(nèi)芯導(dǎo)流帽(4)、彈簧(5)、內(nèi)芯殼體(6)、天線密封塞(7)、天線蓋板(8)、信號發(fā)射器(9)、密封墊圈(10)、信號傳輸短節(jié)殼體(11)、電源(12)、信號處理電路板(13)、電纜密封接頭
(14)、安裝螺母(15)、螺栓(17)、天線導(dǎo)管(18);轉(zhuǎn)換短節(jié)(I)與信號傳輸短節(jié)殼體(11)之間采用螺紋連接；定位套筒(3)與轉(zhuǎn)換短節(jié)(I)之間安裝碟簧(2);內(nèi)芯殼體(6)上部周向均布三個翼板，信號傳輸短節(jié)殼體(11)內(nèi)腔壁在與翼板對應(yīng)的位置開有三個翼板安裝槽；定位套筒(3 )在碟簧(2 )的作用下緊壓在內(nèi)芯殼體(6 )的翼板上，并通過信號傳輸短節(jié)殼體
(11)內(nèi)臺階對翼板實現(xiàn)限位。內(nèi)芯殼體(6 )上端安裝有內(nèi)芯導(dǎo)流帽(4 )，內(nèi)部安裝有信號處理電路板(13)、電源(12)與信號發(fā)射器(9)。信號處理電路板(13)由信號整理電路與A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成，信號整理電路將傳感器信號處理為標(biāo)準(zhǔn)信號，A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。信號發(fā)射器(9)通過連接導(dǎo)線與天線蓋板(8)連接；天線導(dǎo)管(18) —端采用螺紋與內(nèi)芯殼體(6)連接，另一端伸入天線密封塞(7)內(nèi)孔并形成靜密封。天線密封塞(7)采用螺紋連接的方式安裝在信號傳輸短節(jié)殼體(11)上。天線蓋板(8)通過螺栓(17)安裝在信號傳輸短節(jié)殼體(11)上；電纜密封接頭(14 )安裝在內(nèi)芯殼體(6 )下端，并通過安裝螺母(15)實現(xiàn)與內(nèi)芯殼體(6)的相對固定。具有鎧裝層的電纜(16)連接在電纜密封接頭(14)上。電纜快速接頭由插頭與插座組成。插頭包括插頭外殼(19)、銅芯觸頭(20)、防塵密封墊(21)。插座包括定位卡球(22)、插座外殼(23)、插座內(nèi)芯(24)、銅芯座(25)、限位盤(26)。電纜(16)連接在插頭外殼(19)上，并通過連接導(dǎo)線與銅芯觸頭(20)連接。插頭外殼(19)上安裝有防塵密封墊(21);插座內(nèi)芯(24)上端周向均布4個用以安裝定位卡球
(22)的安裝孔；銅芯座(25)安裝在插座內(nèi)芯(24)內(nèi)腔底部，電纜(16)安裝在插座內(nèi)芯(24)的下端，通過連接導(dǎo)線與銅芯座(25)實現(xiàn)連接；插座外殼(23)與插座內(nèi)芯(24)通過螺紋連接，并實現(xiàn)對定位卡球(22)的限位；限位盤(26)通過螺紋與插座內(nèi)芯(24)連接，并實現(xiàn)對插座外殼(23)的限位；測量頭由連接接頭(27)、測量頭殼體(29)、三軸加速度傳感器(28)與配重塊(30)組成。三軸加速度傳感器(28)安裝在測量頭內(nèi)部；電纜(16)連接在連接接頭(27)上，通過連接導(dǎo)線與三軸加速度傳感器(28)相連；配重塊(30)安裝在測量頭殼體
(29)下部；地面設(shè)備由計算機(jī)(31)和信號接收機(jī)(32)組成。
[0010]系統(tǒng)安裝時，將信號傳輸短節(jié)安裝在水龍頭與方鉆桿之間，電纜(16)與電纜(16)之間采用電纜快速接頭連接，并在電纜(16)最下端接入測量頭。根據(jù)井深調(diào)整所需電纜
(16)長度，使得測量頭下放至鉆頭上方。地面設(shè)備安裝在信號傳輸距離范圍內(nèi)的辦公用房內(nèi)。接單根時，旋開方鉆桿后并小幅上提至露出第一節(jié)電纜快速接頭，脫開此電纜快速接頭，保持脫開接頭以下部分的電纜繼續(xù)留在井內(nèi)。方鉆桿新接鉆桿時，同時新接入一段電纜
(16)。連接新接電纜(16)與井口電纜(16)后再連接新接鉆桿與井口鉆桿，實現(xiàn)不起出全部井下電纜(16)便可新接入鉆桿與電纜(16)。系統(tǒng)工作時，測量頭內(nèi)部的三軸加速度傳感器
(28)所獲得的信號通過電纜(16)向上傳輸至方鉆桿上端的信號傳輸短節(jié)，信號傳輸短節(jié)內(nèi)部的信號處理電路板(13)對信號進(jìn)行處理。信號處理電路板(13)中的信號整理電路對信號進(jìn)行過濾和放大，將其處理為標(biāo)準(zhǔn)信號，再經(jīng)A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。數(shù)字信號再通過信號發(fā)射器(9)，采用無線傳輸?shù)姆绞絺鬏斨恋孛嬖O(shè)備。信號接收機(jī)(32)將接收到的數(shù)字信號通過通信接口傳輸?shù)接嬎銠C(jī)(31)上，進(jìn)行后續(xù)顯示、存儲和計算處理。系統(tǒng)采用24V直流電源(12)為三軸加速度傳感器(28)、信號處理電路板(13)和信號發(fā)射器(9)供電。
【權(quán)利要求】
1.一種氣體鉆井用井斜測量系統(tǒng)，由信號傳輸短節(jié)、電纜快速接頭、測量頭與地面設(shè)備組成；其特征是:信號傳輸短節(jié)包括轉(zhuǎn)換短節(jié)(I)、碟簧(2)、定位套筒(3)、內(nèi)芯導(dǎo)流帽(4)、彈簧(5)、內(nèi)芯殼體(6)、天線密封塞(7)、天線蓋板(8)、信號發(fā)射器(9)、密封墊圈(10)、信號傳輸短節(jié)殼體(11 )、電源(12)、信號處理電路板(13)、電纜密封接頭(14)、安裝螺母(15)、螺栓(17)、天線導(dǎo)管(18);轉(zhuǎn)換短節(jié)(I)與信號傳輸短節(jié)殼體(11)之間采用螺紋連接；定位套筒(3)與轉(zhuǎn)換短節(jié)(I)之間安裝碟簧(2);內(nèi)芯殼體(6)上部周向均布三個翼板，信號傳輸短節(jié)殼體(11)內(nèi)腔壁在與翼板對應(yīng)的位置開有三個翼板安裝槽；定位套筒(3)在碟簧(2)的作用下緊壓在內(nèi)芯殼體(6)的翼板上，并通過信號傳輸短節(jié)殼體(11)內(nèi)臺階對翼板實現(xiàn)限位；內(nèi)芯殼體(6)上端安裝有內(nèi)芯導(dǎo)流帽(4)，內(nèi)部安裝有信號處理電路板(13)、電源(12)與信號發(fā)射器(9);信號處理電路板(13)由信號整理電路與A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成，信號整理電路將傳感器信號處理為標(biāo)準(zhǔn)信號，A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；信號發(fā)射器(9)通過連接導(dǎo)線與天線蓋板(8)連接；天線導(dǎo)管(18)—端采用螺紋與內(nèi)芯殼體(6 )連接，另一端伸入天線密封塞(7 )內(nèi)孔并形成靜密封；天線密封塞(7 )采用螺紋連接的方式安裝在信號傳輸短節(jié)殼體(11)上；天線蓋板(8)通過螺栓(17)安裝在信號傳輸短節(jié)殼體(11)上；電纜密封接頭(14 )安裝在內(nèi)芯殼體(6 )下端，并通過安裝螺母(15)實現(xiàn)與內(nèi)芯殼體(6)的相對固定；具有鎧裝層的電纜(16)連接在電纜密封接頭(14)上；電纜快速接頭由插頭與插座組成；插頭包括插頭外殼(19)、銅芯觸頭(20)、防塵密封墊(21)；插座包括定位卡球(22 )、插座外殼(23 )、插座內(nèi)芯(24 )、銅芯座(25 )、限位盤(26 );電纜(16)連接在插頭外殼(19)上，并通過連接導(dǎo)線與銅芯觸頭(20)連接；插頭外殼(19)上安裝有防塵密封墊(21);插座內(nèi)芯(24)上端周向均布4個用以安裝定位卡球(22)的安裝孔；銅芯座(25)安裝在插座內(nèi)芯(24)內(nèi)腔底部，電纜(16)安裝在插座內(nèi)芯(24)的下端，通過連接導(dǎo)線與銅芯座(25)實現(xiàn)連接；插座外殼(23)與插座內(nèi)芯(24)通過螺紋連接，并實現(xiàn)對定位卡球(22)的限位；限位盤(26)通過螺紋與插座內(nèi)芯(24)連接，并實現(xiàn)對插座外殼(23)的限位；測量頭由連接接頭(27)、測量頭殼體(29)、三軸加速度傳感器(28)與配重塊(30)組成；三軸加速度傳感器(28)安裝在測量頭內(nèi)部；電纜(16)連接在連接接頭(27)上，通過連接導(dǎo)線與三軸加速度傳感器(28)相連；配重塊(30)安裝在測量頭殼體(29)下部；地面設(shè)備由計算機(jī)(31)和信號接收機(jī)(32)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體鉆井用井斜測量系統(tǒng)，其特征是:電纜快速接頭銅芯觸頭(20)頂端開設(shè)有環(huán)形槽，與銅芯座(25)半球形彈片接觸，形成通路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體鉆井用井斜測量系統(tǒng)，其特征是:電纜快速接頭插頭外殼(19)上部柱頭開有與定位卡球(22)相配合的安裝環(huán)形槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體鉆井用井斜測量系統(tǒng)，其特征是:定位卡球(22)安裝在電纜快速接頭插座內(nèi)芯(24)上端的安裝孔內(nèi)；插座外殼(23)實現(xiàn)對定位卡球(22)的限位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體鉆井用井斜測量系統(tǒng)，其特征是:電纜快速接頭處于連接狀態(tài)時，定位卡球(22)在插座外殼(23)的限位作用下，伸入插頭外殼(19)上部柱頭的環(huán)形槽內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體鉆井用井斜測量系統(tǒng)，其特征是:測量頭由分段連接的電纜(16)下放至鉆頭上方；分段電纜(16)之間采用電纜快速接頭實現(xiàn)連接。
【文檔編號】E21B47/022GK103556988SQ201310557393
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】祝效華, 敬俊 申請人:西南石油大學(xué)