一種井場(chǎng)無(wú)線式隨鉆參數(shù)測(cè)量裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及鉆井工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種井場(chǎng)無(wú)線式隨鉆參數(shù)測(cè)量裝置。該裝置的測(cè)量短節(jié)安裝在方鉆桿下端，測(cè)量短節(jié)包括測(cè)量短節(jié)本體，測(cè)量短節(jié)本體中部外壁上軸向開(kāi)有安裝槽Ⅰ和安裝槽Ⅱ，安裝槽Ⅰ和安裝槽Ⅱ之間通過(guò)過(guò)線槽Ⅱ相連通，安裝槽Ⅰ內(nèi)安裝有主控電路和溫度傳感器，主控電路和溫度傳感器相連接。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了能夠準(zhǔn)確測(cè)量井口處鉆桿的扭矩、軸向力以及鉆井液密度，并通過(guò)無(wú)線信號(hào)發(fā)射的方式與地面設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)井下風(fēng)險(xiǎn)和復(fù)雜情況的效果，同時(shí)，大幅提高了鉆井地面參數(shù)測(cè)量精度和頻率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種井場(chǎng)無(wú)線式隨鉆參數(shù)測(cè)量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
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[0001]本發(fā)明涉及鉆井工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種井場(chǎng)無(wú)線式隨鉆參數(shù)測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
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[0002]鉆井過(guò)程中，通過(guò)分析鉆柱受力情況可以預(yù)測(cè)鉆頭工況、井眼質(zhì)量和地層情況。目前測(cè)量井口處鉆柱的受力情況多采用過(guò)橋輪式、頂絲式和霍爾元件式三種方式來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)盤(pán)扭矩，進(jìn)而反算鉆柱所受的機(jī)械扭矩，測(cè)量?jī)x器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝困難，誤差很大；而電動(dòng)鉆機(jī)、萬(wàn)向軸驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的大量使用使轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，以往三種測(cè)量方式無(wú)法監(jiān)測(cè)到扭矩的變化。因而，直接測(cè)量井口處鉆柱的受力情況是最為真實(shí)準(zhǔn)確的，但存在著無(wú)合適測(cè)量方式和信號(hào)屏蔽等問(wèn)題。
[0003]鉆井過(guò)程中，如果鉆井液密度控制不當(dāng)，可能發(fā)生井塌、井漏或井噴等事故。目前測(cè)量鉆井液密度一般通過(guò)測(cè)量泥漿池不同液面高度的壓力來(lái)推算井內(nèi)鉆井液密度，然而泥漿罐內(nèi)的鉆井液長(zhǎng)期處于相對(duì)流動(dòng)性差的環(huán)境下，由于泥漿罐內(nèi)沉積物的沉淀或分散，會(huì)引起局部鉆井液密度的差異，而且泥漿罐長(zhǎng)期大面積處于露天條件下，所以雨雪天氣、陽(yáng)光暴曬也會(huì)對(duì)泥漿池內(nèi)鉆井液密度的測(cè)量結(jié)果造成影響。相對(duì)來(lái)說(shuō)，井口處密度更能反應(yīng)返出鉆井液的真實(shí)性能參數(shù)。
[0004]鉆井液流量和鉆機(jī)大鉤高度也是鉆井作業(yè)時(shí)的兩項(xiàng)重要的工程參數(shù)，目前測(cè)量泥漿栗的鉆井液排量一般通過(guò)安裝于泥漿栗上的傳感器對(duì)栗沖進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而換算得到鉆井液排量，該測(cè)量方式的精確度受到栗效率的影響，并且油污和金屬肩也可能影響傳感器感應(yīng)面的測(cè)量可靠性;測(cè)量鉆機(jī)大鉤高度一般通過(guò)安裝于絞車(chē)上的傳感器測(cè)量絞車(chē)的轉(zhuǎn)速后進(jìn)行一系列數(shù)據(jù)標(biāo)定，進(jìn)而換算得到大鉤高度的變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種井場(chǎng)無(wú)線式隨鉆參數(shù)測(cè)量裝置，該裝置實(shí)現(xiàn)了能夠準(zhǔn)確測(cè)量井口處鉆桿的扭矩、軸向力以及鉆井液密度，并通過(guò)無(wú)線信號(hào)發(fā)射的方式與地面設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)井下風(fēng)險(xiǎn)和復(fù)雜情況的效果，同時(shí)，大幅提高了鉆井地面參數(shù)測(cè)量精度和頻率?？朔爽F(xiàn)有儀器無(wú)法直接準(zhǔn)確測(cè)量井口處鉆具扭矩和鉆井液密度，鉆井液流量和鉆機(jī)大鉤高度測(cè)量不準(zhǔn)確的不足。
[0006]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種井場(chǎng)無(wú)線式隨鉆參數(shù)測(cè)量裝置，包括測(cè)量短節(jié)、位移信號(hào)收發(fā)裝置和復(fù)合流量測(cè)量裝置;測(cè)量短節(jié)安裝在方鉆桿下端，測(cè)量短節(jié)包括測(cè)量短節(jié)本體，測(cè)量短節(jié)本體中部外壁上軸向開(kāi)有安裝槽I和安裝槽Π，安裝槽I和安裝槽Π之間通過(guò)過(guò)線槽Π相連通，安裝槽I內(nèi)安裝有主控電路和溫度傳感器，主控電路和溫度傳感器相連接，安裝槽Π內(nèi)安裝有電源，主控電路通過(guò)設(shè)置在過(guò)線槽Π內(nèi)的導(dǎo)線與電源相連接，測(cè)量短節(jié)本體下部外壁上設(shè)有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽內(nèi)周向布置有應(yīng)變片組，環(huán)形凹槽與安裝槽I之間通過(guò)過(guò)線槽I相連通，應(yīng)變片組通過(guò)設(shè)置在過(guò)線槽I內(nèi)的導(dǎo)線與主控電路相連接，密封套筒通過(guò)套筒螺紋連接在測(cè)量短節(jié)本體外側(cè)并通過(guò)套筒密封圈進(jìn)行密封，密封套筒密封住安裝槽1、安裝槽Π和環(huán)形凹槽，測(cè)量短節(jié)本體上端外壁上開(kāi)有預(yù)留槽I和預(yù)留槽Π，測(cè)量短節(jié)本體下端外壁上開(kāi)有預(yù)留槽m，預(yù)留槽π和預(yù)留槽m內(nèi)分別安裝有上部壓力傳感器和下部壓力傳感器，預(yù)留槽I內(nèi)安裝有無(wú)線信號(hào)收發(fā)單元并通過(guò)非屏蔽密封蓋板密封，預(yù)留槽I和預(yù)留槽π之間通過(guò)過(guò)線孔m相連通，預(yù)留槽π通過(guò)過(guò)線孔I與安裝槽I相連通，預(yù)留槽m通過(guò)過(guò)線孔π與環(huán)形凹槽相連通，上部壓力傳感器和下部壓力傳感器分別通過(guò)導(dǎo)線與主控電路相連接，主控電路通過(guò)導(dǎo)線與無(wú)線信號(hào)收發(fā)單元相連接;位移信號(hào)收發(fā)裝置安裝在鉆機(jī)大鉤上，復(fù)合流量測(cè)量裝置連接在鉆井液入口的高壓管線上，地面信號(hào)收發(fā)裝置置于地面，地面信號(hào)收發(fā)裝置內(nèi)置位移測(cè)量單元，位移信號(hào)收發(fā)裝置能夠接收和發(fā)送位移測(cè)量單元發(fā)射的無(wú)線信號(hào)，地面信號(hào)收發(fā)裝置能夠接收復(fù)合流量測(cè)量裝置和無(wú)線信號(hào)收發(fā)單元發(fā)送的信號(hào)，地面信號(hào)收發(fā)裝置能夠?qū)⑿盘?hào)經(jīng)過(guò)處理整合后發(fā)送到參數(shù)監(jiān)控終端。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明能夠準(zhǔn)確測(cè)量井口處鉆桿的扭矩、軸向力以及鉆井液密度，并通過(guò)無(wú)線信號(hào)發(fā)射的方式與地面設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)井下風(fēng)險(xiǎn)和復(fù)雜情況的效果，同時(shí)，大幅提高了鉆井地面參數(shù)測(cè)量精度和頻率。
【附圖說(shuō)明】
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[0008]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0009]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為測(cè)量短節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011 ]圖3為上部壓力傳感器和無(wú)線信號(hào)收發(fā)單元的示意圖。
[0012]圖4為測(cè)量短節(jié)本體的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0013]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，一種井場(chǎng)無(wú)線式隨鉆參數(shù)測(cè)量裝置，包括測(cè)量短節(jié)1、位移信號(hào)收發(fā)裝置3和復(fù)合流量測(cè)量裝置4;測(cè)量短節(jié)I安裝在方鉆桿2下端，測(cè)量短節(jié)I包括測(cè)量短節(jié)本體9，測(cè)量短節(jié)本體9中部外壁上軸向開(kāi)有安裝槽I和安裝槽Π，安裝槽I和安裝槽Π之間通過(guò)過(guò)線槽Π 24相連通，安裝槽I內(nèi)安裝有主控電路15和溫度傳感器16，主控電路15和溫度傳感器16相連接，安裝槽Π內(nèi)安裝有電源25，主控電路15通過(guò)設(shè)置在過(guò)線槽Π 24內(nèi)的導(dǎo)線與電源25相連接，測(cè)量短節(jié)本體9下部外壁上設(shè)有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽內(nèi)周向布置有應(yīng)變片組18，應(yīng)變片組18采用兩組應(yīng)變片橋式電路，分別用于測(cè)量測(cè)量短節(jié)本體9所受軸向力和扭矩，環(huán)形凹槽與安裝槽I之間通過(guò)過(guò)線槽117相連通，應(yīng)變片組18通過(guò)設(shè)置在過(guò)線槽I17內(nèi)的導(dǎo)線與主控電路15相連接，密封套筒14通過(guò)套筒螺紋13連接在測(cè)量短節(jié)本體9外側(cè)并通過(guò)套筒密封圈12進(jìn)行密封，密封套筒14密封住安裝槽1、安裝槽Π和環(huán)形凹槽，測(cè)量短節(jié)本體9上端外壁上開(kāi)有預(yù)留槽I和預(yù)留槽Π，測(cè)量短節(jié)本體9下端外壁上開(kāi)有預(yù)留槽m，預(yù)留槽π和預(yù)留槽m內(nèi)分別安裝有上部壓力傳感器10和下部壓力傳感器20，預(yù)留槽I內(nèi)安裝有無(wú)線信號(hào)收發(fā)單元22并通過(guò)非屏蔽密封蓋板23密封，非屏蔽密封蓋板23采用非屏蔽材料，用以保證無(wú)線信號(hào)不被屏蔽，預(yù)留槽I和預(yù)留槽Π之間通過(guò)過(guò)線孔ΙΠ21相連通，預(yù)留槽π通過(guò)過(guò)線孔111與安裝槽I相連通，預(yù)留槽m通過(guò)過(guò)線孔π 19與環(huán)形凹槽相連通，上部壓力傳感器10通過(guò)穿過(guò)過(guò)線孔Ill的導(dǎo)線與主控電路15相連接，下部壓力傳感器20通過(guò)穿過(guò)過(guò)線孔Π 19、過(guò)線槽117的導(dǎo)線與主控電路15相連接，主控電路15通過(guò)穿過(guò)過(guò)線孔111、過(guò)線孔ΙΠ21的導(dǎo)線與無(wú)線信號(hào)收發(fā)單元22相連接;位移信號(hào)收發(fā)裝置3安裝在鉆機(jī)大鉤上，復(fù)合流量測(cè)量裝置4連接在鉆井液入口的高壓管線5上，高壓管線5與泥漿栗6相連接，地面信號(hào)收發(fā)裝置7置于地面，地面信號(hào)收發(fā)裝置7內(nèi)置位移測(cè)量單元，位移信號(hào)收發(fā)裝置3能夠接收和發(fā)送位移測(cè)量單元發(fā)射的無(wú)線信號(hào)，地面信號(hào)收發(fā)裝置7能夠接收復(fù)合流量測(cè)量裝置4和無(wú)線信號(hào)收發(fā)單元22發(fā)送的信號(hào)，地面信號(hào)收發(fā)裝置7能夠?qū)⑿盘?hào)經(jīng)過(guò)處理整合后發(fā)送到參數(shù)監(jiān)控終端8。
[0014]整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中需測(cè)量的參數(shù)包括鉆井液流量、鉆機(jī)大鉤高度、井口鉆井液密度、井口處鉆具扭矩與軸向力。測(cè)量鉆機(jī)大鉤高度參數(shù)時(shí)，地面信號(hào)收發(fā)裝置7內(nèi)的位移測(cè)量單元發(fā)出無(wú)線信號(hào)，無(wú)線信號(hào)遇到位移信號(hào)收發(fā)裝置3后，信號(hào)返回，進(jìn)而計(jì)算得到鉆機(jī)大鉤的高度變化;測(cè)量鉆井液流量時(shí)，將復(fù)合流量測(cè)量裝置4測(cè)量得到的流量信號(hào)傳輸?shù)降孛嫘盘?hào)收發(fā)裝置7內(nèi)。信號(hào)經(jīng)過(guò)處理整合后，發(fā)送到參數(shù)監(jiān)控終端8進(jìn)行顯示和讀取。
[0015]測(cè)量井口處鉆桿受力情況和鉆井液密度的方式如下:測(cè)量短節(jié)I使用前設(shè)置主控電路15的數(shù)據(jù)采樣頻率，正常鉆進(jìn)時(shí)，測(cè)量短節(jié)I隨方鉆桿2—起轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆井動(dòng)力通過(guò)測(cè)量短節(jié)I傳遞到井下鉆具;應(yīng)變片組18采用兩組應(yīng)變片橋式電路，分別用于測(cè)量測(cè)量短節(jié)本體9所受軸向力和扭矩，測(cè)量信號(hào)直接通過(guò)電線傳給主控電路15進(jìn)行信號(hào)處理;溫度傳感器16測(cè)量測(cè)量短節(jié)本體9的溫度用以補(bǔ)償應(yīng)變片溫度特性的變化，溫度測(cè)量信號(hào)直接傳給主控電路15進(jìn)行信息整合處理，進(jìn)而完成鉆桿受力情況的測(cè)量;鉆井過(guò)程中，井口位置處返出鉆井液為紊流或?qū)恿鳎鄬?duì)靜止。此時(shí)，上部壓力傳感器10和下部壓力傳感器20將測(cè)量的壓力信號(hào)傳輸給主控電路15進(jìn)行信號(hào)整合處理，計(jì)算得到由井下返出的鉆井液密度參數(shù)。主控電路15將所有處理過(guò)的電信號(hào)傳遞至無(wú)線信號(hào)收發(fā)單元22，無(wú)線信號(hào)收發(fā)單元22將電信號(hào)透過(guò)非屏蔽密封蓋板23傳輸?shù)降孛嫘盘?hào)收發(fā)裝置7，電源25連接主控電路15，進(jìn)而為測(cè)量裝置內(nèi)所有耗電元件提供能量;地面信號(hào)收發(fā)裝置7將所有收集到的鉆桿扭矩、軸力信號(hào)、鉆井液密度信號(hào)、鉆機(jī)大鉤高度信號(hào)和鉆井液流量信號(hào)進(jìn)行整合處理，統(tǒng)一發(fā)送到參數(shù)監(jiān)控終端8，顯示為可讀取的數(shù)據(jù)變化曲線，供地面作業(yè)人員觀察。
[0016]可以理解的是，以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述，僅用于說(shuō)明本發(fā)明而并非受限于本發(fā)明實(shí)施例所描述的技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換，以達(dá)到相同的技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種井場(chǎng)無(wú)線式隨鉆參數(shù)測(cè)量裝置，包括測(cè)量短節(jié)(I)、位移信號(hào)收發(fā)裝置(3)和復(fù)合流量測(cè)量裝置(4);其特征在于:測(cè)量短節(jié)(I)安裝在方鉆桿(2)下端，測(cè)量短節(jié)(I)包括測(cè)量短節(jié)本體(9)，測(cè)量短節(jié)本體(9)中部外壁上軸向開(kāi)有安裝槽I和安裝槽Π，安裝槽I和安裝槽Π之間通過(guò)過(guò)線槽Π (24)相連通，安裝槽I內(nèi)安裝有主控電路(15)和溫度傳感器(16)，主控電路(15)和溫度傳感器(16)相連接，安裝槽Π內(nèi)安裝有電源(25)，主控電路(15)通過(guò)設(shè)置在過(guò)線槽Π (24)內(nèi)的導(dǎo)線與電源(25)相連接，測(cè)量短節(jié)本體(9)下部外壁上設(shè)有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽內(nèi)周向布置有應(yīng)變片組(18)，環(huán)形凹槽與安裝槽I之間通過(guò)過(guò)線槽1(17)相連通，應(yīng)變片組(18)通過(guò)設(shè)置在過(guò)線槽1(17)內(nèi)的導(dǎo)線與主控電路(15)相連接，密封套筒(14)通過(guò)套筒螺紋(13)連接在測(cè)量短節(jié)本體(9)外側(cè)并通過(guò)套筒密封圈(12)進(jìn)行密封，密封套筒(14)密封住安裝槽1、安裝槽Π和環(huán)形凹槽，測(cè)量短節(jié)本體(9)上端外壁上開(kāi)有預(yù)留槽I和預(yù)留槽π，測(cè)量短節(jié)本體(9)下端外壁上開(kāi)有預(yù)留槽m，預(yù)留槽π和預(yù)留槽m內(nèi)分別安裝有上部壓力傳感器(10)和下部壓力傳感器(20)，預(yù)留槽I內(nèi)安裝有無(wú)線信號(hào)收發(fā)單元(22)并通過(guò)非屏蔽密封蓋板(23)密封，預(yù)留槽I和預(yù)留槽Π之間通過(guò)過(guò)線孔ΙΠ(21)相連通，預(yù)留槽π通過(guò)過(guò)線孔1(11)與安裝槽I相連通，預(yù)留槽m通過(guò)過(guò)線孔π (19)與環(huán)形凹槽相連通，上部壓力傳感器(10)和下部壓力傳感器(20)分別通過(guò)導(dǎo)線與主控電路(15)相連接，主控電路(15)通過(guò)導(dǎo)線與無(wú)線信號(hào)收發(fā)單元(22)相連接;位移信號(hào)收發(fā)裝置(3)安裝在鉆機(jī)大鉤上，復(fù)合流量測(cè)量裝置(4)連接在鉆井液入口的高壓管線(5)上，地面信號(hào)收發(fā)裝置(7)置于地面，地面信號(hào)收發(fā)裝置(7)內(nèi)置位移測(cè)量單元，位移信號(hào)收發(fā)裝置(3)能夠接收和發(fā)送位移測(cè)量單元發(fā)射的無(wú)線信號(hào)，地面信號(hào)收發(fā)裝置(7)能夠接收復(fù)合流量測(cè)量裝置(4)和無(wú)線信號(hào)收發(fā)單元(22)發(fā)送的信號(hào)，地面信號(hào)收發(fā)裝置(7)能夠?qū)⑿盘?hào)經(jīng)過(guò)處理整合后發(fā)送到參數(shù)監(jiān)控終端(8)。
【文檔編號(hào)】E21B47/13GK106014392SQ201610545821
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月12日
【發(fā)明人】高遠(yuǎn)文, 余雷, 夏泊洢, 李永釗, 匡濤, 周超, 佟長(zhǎng)海, 王月紅, 劉懷亮, 張青, 王勤, 羅栩栩, 羅達(dá), 姚凱樂(lè), 苗哲瑋, 張生龍, 游炎平, 郭譯濃
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司