專(zhuān)利名稱(chēng)：一種井下振動(dòng)測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油鉆井技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及油井井下鉆頭、鉆柱，是一種井下鉆
頭、鉆柱振動(dòng)參數(shù)自動(dòng)采集、存儲(chǔ)的專(zhuān)用儀器。
背景技術(shù)：
鉆頭和鉆柱是鉆井施工中關(guān)鍵的井下工具。在鉆井過(guò)程中，鉆頭、鉆柱在井下經(jīng)常 受到多種激勵(lì)作用而發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象，獲取鉆頭和鉆柱的工作參數(shù)對(duì)提高鉆井質(zhì)量、延長(zhǎng)鉆 頭和鉆柱的使用壽命具有非常重要的意義。 目前，在我國(guó)鉆井整體技術(shù)水平大幅提高和井下測(cè)量技術(shù)迅速發(fā)展。但是，鉆頭的 很多工作參數(shù)都是使用地面儀器測(cè)量的，由于井下情況復(fù)雜，參數(shù)在呈蛇行空間曲線的井 眼中經(jīng)過(guò)幾百及數(shù)千米傳輸，測(cè)量到的數(shù)據(jù)與井下真實(shí)情況有較大的誤差。我們還無(wú)法直 接獲取鉆頭的真實(shí)工作參數(shù)。測(cè)量鉆井工程井下的參數(shù)顯得十分困難。國(guó)內(nèi)的井下振動(dòng)測(cè) 量技術(shù)與國(guó)外相比還有相當(dāng)大的差距，沒(méi)有實(shí)用的井下振動(dòng)測(cè)量?jī)x。不能有效地對(duì)鉆井參 數(shù)進(jìn)行控制，將導(dǎo)致能量不能有效地通過(guò)鉆頭施加到井底進(jìn)行破巖，而降低機(jī)械鉆速，并且 可能損害鉆頭和鉆具，誘發(fā)井下事故。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種井下振動(dòng)測(cè)量?jī)x，采用在接頭本體上固定三軸加 速度傳感器和微處理器等，能采集鉆頭和鉆柱受力振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)分析掌握鉆頭受力與鉆 井參數(shù)、鉆井質(zhì)量、鉆井速度之間的關(guān)系，調(diào)整鉆井參數(shù)，達(dá)到提高鉆井速度、安全鉆進(jìn)的目 的。 本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是井下振動(dòng)測(cè)量?jī)x，主要由儀器筒和接頭本體組成， 接頭本體為圓柱體形，有中心孔，兩端有連接螺紋，能連接在鉆鋌和鉆頭之間。其特征在于 接頭本體外壁上有軸向固定槽，固定槽內(nèi)固定有儀器筒。在固定槽上采用螺釘固定有蓋板， 蓋板能密封并使儀器筒和儀器筒內(nèi)的儀器不受損傷。在儀器筒內(nèi)固定有電子測(cè)量系統(tǒng)，電 子測(cè)量系統(tǒng)包括三軸加速度傳感器、信號(hào)調(diào)整模塊、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、時(shí)鐘 控制模塊、微處理器、測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)接口 、電源和電源轉(zhuǎn)換模塊。三軸加速度傳感器 通過(guò)信號(hào)線依次連接信號(hào)調(diào)整模塊、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接 微處理器；微處理器連接有測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、時(shí)鐘控制模塊和數(shù)據(jù)接口。在儀器筒有電源， 電源由電源線連接三軸加速度傳感器。電源通過(guò)電源線還連接有電源轉(zhuǎn)換模塊。電源轉(zhuǎn)換 模塊連接信號(hào)調(diào)整模塊、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、時(shí)鐘控制模塊、測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、 微處理器和數(shù)據(jù)接口 ，電源為電子測(cè)量系統(tǒng)提供電能。
所述的三軸加速度傳感器的型號(hào)是13510型，市場(chǎng)有產(chǎn)品銷(xiāo)售。 所述的電源是27.3伏直流鋰電池組。 所述的微處理器的型號(hào)是STC12C2052型。 井下振動(dòng)測(cè)量?jī)x的工作原理井下振動(dòng)測(cè)量?jī)x采用存儲(chǔ)式測(cè)量，在井下測(cè)量到振動(dòng)信號(hào)后進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。為了測(cè)量鉆具在井下各個(gè)方向的振動(dòng)，系統(tǒng)選擇三軸加速度傳 感器。三軸加速度傳感器測(cè)量鉆井時(shí)的三維振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)信號(hào)線進(jìn)入信號(hào)調(diào)整模塊進(jìn)行 預(yù)處理，再進(jìn)入多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇某路或幾路信號(hào)分別進(jìn)入模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)入微處理器進(jìn)行相關(guān)的數(shù)字信號(hào)處理，處理完的結(jié)果將 會(huì)存入數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊。完成鉆頭振動(dòng)信號(hào)測(cè)量，振動(dòng)測(cè)量?jī)x回收后，微處理器通過(guò)數(shù)據(jù)接口 電路和上位機(jī)相連，把存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)上，時(shí)鐘控制模塊對(duì)微處理器的啟動(dòng)進(jìn)行 控制，電源及其轉(zhuǎn)換模塊為其它模塊提供電能。 本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型井下振動(dòng)測(cè)量?jī)x，安裝在鉆頭和鉆鋌之間下 入井內(nèi)，在鉆井施工過(guò)程中，能進(jìn)行鉆頭、鉆柱振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量和存儲(chǔ)，為鉆井科技人員摸 清井下工具的振動(dòng)狀態(tài)提供了可靠的依據(jù)；利用掌握的信號(hào)能預(yù)測(cè)底部鉆具組合的工作動(dòng) 態(tài)，對(duì)避免井底振動(dòng)帶來(lái)的危害具有重要意義；還指導(dǎo)鉆井參數(shù)合理選擇，減少鉆頭、鉆柱 和麗D等工具早期磨損或沖擊失效，實(shí)現(xiàn)了安全快速鉆井，滿(mǎn)足鉆井施工的需要。

圖1是本實(shí)用新型井下振動(dòng)測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)剖面示意圖。 圖2是井下振動(dòng)測(cè)量?jī)x電子測(cè)量系統(tǒng)示意圖。 圖中，l.接頭本體，2.儀器筒，3.固定槽，4.蓋板，5.三軸加速度傳感器，6.信號(hào) 調(diào)整模塊，7.多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，8.模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，9.時(shí)鐘控制模塊，IO.電源，ll.電源轉(zhuǎn)換 模塊，12.測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，13.微處理器，14.數(shù)據(jù)接口，15.上位機(jī)。
具體實(shí)施方式實(shí)施例1 :以一個(gè)井下振動(dòng)測(cè)量?jī)x為例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 參閱圖1。本實(shí)用新型井下振動(dòng)測(cè)量?jī)x，主要由儀器筒2和接頭本體l組成，接頭 本體1為圓柱體形，外徑203. 2毫米，長(zhǎng)度100毫米，有中心孔，兩端有API連接螺紋。接頭 本體1外壁上有一個(gè)軸向固定槽3，固定槽3的底部為圓弧形，深度52毫米，寬度39毫米。 長(zhǎng)度680毫米。固定槽3內(nèi)固定有一個(gè)儀器筒2。在固定槽3上采用兩排螺釘固定有一個(gè) 蓋板4。蓋板4與接頭本體1之間有密封墊，能密封并使儀器筒2和儀器筒2內(nèi)的儀器不受 損傷。 參閱圖2。在儀器筒2內(nèi)固定有電子測(cè)量系統(tǒng)。三軸加速度傳感器5的型號(hào)是 13510。電子測(cè)量系統(tǒng)包括三軸加速度傳感器5、信號(hào)調(diào)整模塊6、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)7、模/數(shù) 轉(zhuǎn)換模塊8、時(shí)鐘控制模塊9、微處理器13、測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器12、數(shù)據(jù)接口 14、電源10和電 源轉(zhuǎn)換模塊ll。微處理器13的型號(hào)是STC12C2052。三軸加速度傳感器5通過(guò)信號(hào)線依次 連接信號(hào)調(diào)整模塊6、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)7和模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊8，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊8連接微處理 器13 ;微處理器13連接有測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器12、時(shí)鐘控制模塊9和數(shù)據(jù)接口 14。在儀器筒2 有電源10，電源10是27.3伏直流蓄電池。電源10由電源線連接三軸加速度傳感器5。電 源10通過(guò)電源線還連接有電源轉(zhuǎn)換模塊11。電源轉(zhuǎn)換模塊11連接信號(hào)調(diào)整模塊6、多路 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)7、模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊8、時(shí)鐘控制模塊9、測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器12、微處理器13和數(shù)據(jù)接 口 14，電源10為電子測(cè)量系統(tǒng)提供電能。
權(quán)利要求一種井下振動(dòng)測(cè)量?jī)x，主要由儀器筒(2)和接頭本體(1)組成，接頭本體(1)為圓柱體形，有中心孔，兩端有連接螺紋，其特征在于接頭本體(1)外壁上有軸向固定槽(3)，固定槽(3)內(nèi)固定有儀器筒(2)，在固定槽(3)上采用螺釘固定有蓋板(4)，在儀器筒(2)內(nèi)固定有電子測(cè)量系統(tǒng)，電子測(cè)量系統(tǒng)包括三軸加速度傳感器(5)、信號(hào)調(diào)整模塊(6)、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(7)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(8)、時(shí)鐘控制模塊(9)、微處理器(13)、測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(12)、數(shù)據(jù)接口(14)、電源(10)和電源轉(zhuǎn)換模塊(11)，三軸加速度傳感器(5)通過(guò)信號(hào)線依次連接信號(hào)調(diào)整模塊(6)、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(7)和模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(8)，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(8)連接微處理器(13)；微處理器(13)連接有測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(12)、時(shí)鐘控制模塊(9)和數(shù)據(jù)接口(14)，在儀器筒(2)有電源(10)，電源(10)由電源線連接三軸加速度傳感器(5)，電源(10)通過(guò)電源線還連接有電源轉(zhuǎn)換模塊(11)，電源轉(zhuǎn)換模塊(11)連接信號(hào)調(diào)整模塊(6)、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(7)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(8)、時(shí)鐘控制模塊(9)、測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(12)、微處理器(13)和數(shù)據(jù)接口(14)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下振動(dòng)測(cè)量?jī)x，其特征是所述的三軸加速度傳感器(5)的型號(hào)是13510。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下振動(dòng)測(cè)量?jī)x，其特征是所述的電源(10)是27. 3伏直流鋰電池組。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的井下振動(dòng)測(cè)量?jī)x，其特征是所述的微處理器(13)的型號(hào)是STC12C2052。
專(zhuān)利摘要井下振動(dòng)測(cè)量?jī)x，應(yīng)用于石油鉆井的鉆頭、鉆柱振動(dòng)參數(shù)自動(dòng)采集。特征是接頭本體外壁上軸向固定槽內(nèi)固定有儀器筒。在儀器筒內(nèi)有電子測(cè)量系統(tǒng)。三軸加速度傳感器通過(guò)信號(hào)線依次連接信號(hào)調(diào)整模塊、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接微處理器；微處理器連接有測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、時(shí)鐘控制模塊和數(shù)據(jù)接口。在儀器筒有電源，電源由電源線連接三軸加速度傳感器。電源通過(guò)電源線還連接有電源轉(zhuǎn)換模塊。效果是安裝在鉆頭和鉆鋌之間下入井內(nèi)，在鉆井施工過(guò)程中，能進(jìn)行鉆頭、鉆柱振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量和存儲(chǔ)，為摸清井下工具的振動(dòng)狀態(tài)提供了可靠的依據(jù)；指導(dǎo)鉆井參數(shù)選擇，減少鉆頭、鉆柱和MWD磨損，實(shí)現(xiàn)安全快速鉆井。
文檔編號(hào)G01H11/06GK201486545SQ2009201752
公開(kāi)日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月2日
發(fā)明者劉偉, 周英操, 王瑛, 翟小強(qiáng), 趙慶, 郭慶豐 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司;中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院