一種隨鉆地層壓力測量儀器的制作方法

專利名稱：一種隨鉆地層壓力測量儀器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種壓力測量儀器，特別是關于一種應用于石油勘探開發領域的隨鉆地層壓力測量儀器(PWD)。
背景技術：
近年來，石油勘探開發已經從常規地質環境地層轉向非常規地質環境地層。由于非常規地質環境地層中存在著復雜的地質因素(高溫、高壓等)，因此，嚴重威脅著石油鉆井的安全。其中，地層壓力是最為重要的一個因素，但是如何準確、實時的獲得地層壓力數據是一個技術難點。常規的電纜地層測試雖然可以測量地層壓力，但是它最大的弊端就是測量的地層壓力數據不具有實時性，因此，在復雜地質環境中，不能有效地進行隨鉆地層壓力的實時監測，預防井下事故的發生，而采用隨鉆地層壓力測量儀隨時預報井下壓力情況是解決這一問題的有效途徑。因此，對隨鉆地層壓力測量裝置的研制，具有十分重要的意義。
發明內容針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種地層壓力測量準確，高效實時地獲取地層壓力值的隨鉆地層壓力測量儀器。為實現上述目的，本實用新型采取以下技術方案一種隨鉆地層壓力測量儀器，其特征在于它包括一內部設置有中心流道的外殼體，所述外殼體上依次設置有分流加壓機構、執行機構和油路換向機構，所述執行結構上設置有抽吸機構；所述分流加壓機構包括設置在所述外殼體內的分流筒，所述分流筒的入口端設置有一分流入口，所述分流入口連通所述中心流道、以及所述分流筒與所述外殼體之間設置的分流通道；所述分流筒內設置有中空的分流活塞，所述分流活塞與所述分流筒之間設置有彈簧；所述分流筒的出口端連接一中空的中心軸，所述中心軸與所述外殼體之間留有環空，且在所述中心軸上套設有一加壓活塞，所述加壓活塞的密封端的環空通過設置在所述分流筒上的分流出口連接分流通道，所述加壓活塞的活塞桿端的環空為高壓油路；所述執行機構包括一空心主軸，所述主軸外壁間隔設置有若干凸臺，所述主軸的一端通過正向上活塞連接中心軸，另一端設置在所述外殼體末端；所述主軸內部依次套設有外筒和內筒；所述主軸與所述外筒之間設置有一推出動力油路，所述推出動力油路的一端通過設置在所述主軸上的推出動力油口連通所述主軸起始端與所述外殼體之間的環空，所述推出動力油路的另一端連接設置在所述外殼體末端的所述油路換向機構；所述外筒與所述內筒之間設置有一流道，所述流道一端穿過所述正向上活塞連通所述高壓油路，另一端連接所述油路換向機構；所述油路換向機構連接電磁閥組，所述油路換向機構上設置有進油口、推出油口、推回油口和回油口 ；所述進油口與所述高壓油路連通；所述推出油口與所述推出動力油路連通；所述推回油口與設置在所述外殼體上的推回動力油路連通，所述推回動力油路的另一端連通所述主軸末端與所述外殼體之間的環空；所述回油口與設置在所述外殼體末端的油箱連通；所述抽吸機構包括間隔設置在所述主軸的所述凸臺上的一抽吸密封滑塊和兩反向固定支撐滑塊，所述抽吸密封滑塊上設置有一探頭，所述探頭輸出端通過一抽吸管線連接抽吸缸，所述抽吸缸另一端連接活塞缸；所述抽吸缸上設置有壓力數據采集系統；所述活塞缸內設置有活塞，所述活塞的密封端設置在所述活塞缸內，所述活塞的活塞桿端密封設置在所述抽吸缸內；所述活塞缸上設置有連通所述活塞的密封端與所述活塞缸之間空間的噴射油路，所述活塞缸上還設置有連通所述活塞的活塞桿端與所述活塞缸之間空間的抽吸驅動油路；所述噴射油路和抽吸驅動油路均通過電磁閥組連接一油箱。所述彈簧通過彈簧固定器固定在所述分流筒上。所述反向固定支撐滑塊為兩個，所述抽吸密封滑塊和各所述反向固定支撐滑塊均通過其中間的凹槽鑲合在所述主軸的其中兩個具有斜面的所述凸臺上，并通過滾動銷釘連接。本實用新型由于采取以上技術方案，其具有以下優點1、本實用新型測量儀器可以自身集成連接于鉆柱上，在鉆井過程中隨鉆柱一起下入井底，省去了常規電纜地層壓力測量進行起下鉆、儀器下井的操作，因此，節約了鉆井時間、避免了常規測試儀器下井困難的潛在風險、降低了鉆井成本。2、本實用新型測量儀器由于安裝在近鉆頭位置，在鉆頭鉆開地層后，可以短時間內測量地層壓力，避免了鉆井液長時間浸泡地層，造成地層信息的失真，因此，地層壓力測量數據更準確，能夠更真實地反映地層信息。3、本實用新型設置了分流加壓機構，通過中心流道里的泥漿與分流活塞的相互作用，來控制PWD裝置的執行機構動力的開啟與關閉，而且分流活塞上安裝了一個高強度的彈簧，通過彈簧確定了啟動泥漿的排量，因此，本實用新型執行機構動力的啟動與關閉容易實現。4、本實用新型加壓活塞的加壓功能是通過加壓活塞向前移動，減小高壓油路的體積實現的，另外，由于加壓活塞具有上端面和下端面存在較大的面積比的特點，所以它具有放大壓力的作用，能使得加壓油缸中的壓力提高更易實現。5、本實用新型由于設置了油路換向機構，主軸的正向運動動力和反向運動動力可以由油路換向機構來調節，因此，本實用新型可以通過一個動力源同時提供兩種動力，簡化了儀器的結構。6、本實用新型在主軸上沿周向等間隔設置有三個滑塊(一個探頭滑塊、兩個支撐滑塊)，三個滑塊可在主軸的向前運動下，沿著主軸的斜面推出頂靠在井壁上，且相互支撐，進而可使探頭貼附井壁，更加穩固；本實用新型的三個滑塊可以通過主軸的向后運動縮回，進而帶動探頭縮回；因此，本實用新型能夠有效控制探頭的伸出和縮回。7、本實用新型的抽吸機構可以通過電磁閥組調節油路泵油速率和泵油量，進而對地層流體的抽吸速率、抽吸體積進行調節，因此，可以適應不同滲透率地層的需要，使得測試抽吸過程更加科學合理，并且在測試結束后，可以排出先前的內部抽吸流體，為下一次抽吸作好準備。8、本實用新型的抽吸機構是針對井下抽吸動作而設計的，體積小(外徑 < 30cm，長度< 430cm)，因此，能夠有效利用地層壓力測量裝置的可用空間。本實用新型不僅能夠承受井下高溫、高壓、強震動等復雜情況，而且能夠準確實時的獲取井下地層壓力， 利用地層壓力數據，工作人員能及時識別井下復雜的地質因素，繼而調整鉆井參數，有效防止鉆井期間發生井漏、井塌、溢流、井噴等復雜情況，因此，可廣泛用于鉆井過程中。

圖1是本實用新型結構示意圖[0009]圖2是本實用新型分流加壓機構的平面示意圖圖3是本實用新型分流加壓機構與執行機構連接示意圖圖4是本實用新型執行機構和油路換向機構示意圖圖5是圖4的A-A剖視示意圖圖6是本實用新型抽吸機構示意圖
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。如圖1所示，本實用新型包括一裝置外殼體1，外殼體1內設置有一中心流道2。外殼體1上依次設置有分流加壓機構3、執行機構4和油路換向機構5。執行機構4上設置有抽吸機構6。如圖2所示，分流加壓機構3包括設置在外殼體1內的分流筒31，分流筒31與外殼體1之間設置有分流通道32，分流筒31的入口端設置有一連通分流通道32和中心流道 2的分流入口 33。分流筒31內設置有中空的分流活塞34，分流活塞34與分流筒31之間設置有彈簧35，彈簧35通過彈簧固定器36固定在分流筒31上。分流筒31的出口端設置有中空的中心軸37，中心軸37與外殼體1之間留有環空，且在中心軸37上套設有加壓活塞 38，加壓活塞38的密封端環空通過設置在分流筒31上的分流出口 39連接分流通道32，加壓活塞38的活塞桿端的環空連通高壓油路7。分流加壓機構3通過控制泥漿排量進行啟動和關閉控制，其具體工作原理為正常鉆井時間，鉆井液從中心流道2通過，當要進行地層壓力測量時，加大泥漿排量，推動分流活塞34向前推進，壓縮彈簧35，露出分流筒31上的分流入口 33，泥漿部分進入分流通道 32，通過分流通道32和分流出口 39流入加壓活塞38的密封端的環空，推動加壓活塞38向前移動，使高壓油路7的體積減小，從而增大油壓。當測量工作結束時，鉆井液流量恢復正常，流體對分流活塞34的推力減小，分流活塞34在彈簧35的回復力推動下復位，擋住分流入口 33，隔絕了高壓泥漿壓力向加壓活塞38密封端環空的傳遞，加壓活塞38逐步復位，高壓油路7中的壓力逐漸減小，恢復正常值。如圖3、圖4所示，執行機構4包括一空心主軸41，主軸41的外壁間隔設置有若干凸臺42，主軸41的一端通過正向上活塞43連接中心軸37，另一端設置在外殼體1的末端。 主軸41內部依次設置有外筒44和內筒45，中心流道2穿過內筒45。主軸41與外筒44之間設置有一推出動力油路46，推出動力油路46的一端通過設置在主軸41上的推出動力油口 47連通主軸41的起始端第一個凸臺42與外殼體1之間的環空，推出動力油路46的另一端連接設置在外殼體1末端的油路換向機構5。外筒44與內筒45之間設置有一流道，流道一端穿過正向上活塞43連通高壓油路7，另一端連接油路換向機構5。如圖4所示，油路換向機構5設置在執行機構4下方，油路換向機構5內設置有標準的液壓換向閥，油路換向機構5連接電磁閥組8，電磁閥組8采用標準器件，其用于控制油路換向機構5的油路換向。油路換向機構5上設置有進油口 51、推出油口 52、推回油口 53 和回油口 54。進油口 51與高壓油路7連通；推出油口 52與推出動力油路46連通；推回油口 53與設置在外殼體1末端的推回動力油路55連通，推回動力油路55的另一端連通主軸 41末端與外殼體1之間的環空；回油口 M與設置在外殼體1末端的油箱56連通。油箱56起到執行機構4進行動作過程中協調用油的作用。油路換向機構5是專門針對井下條件設計，具有體積小(長度< 300mm，外徑=85mm)，適應井下高溫、高壓(70MPa，125°C )的特點。如圖4、圖5所示，抽吸機構6連接電磁閥組9，電磁閥組9采用標準器件，其用于控制抽吸機構6的整個抽吸動作。抽吸機構6包括間隔設置在主軸41上的三個滑塊，每一滑塊均通過其中間的凹槽鑲合在主軸41的其中兩個具有斜面的凸臺42上，并通過滾動銷釘60連接；其中一個滑塊為抽吸密封滑塊61，另外兩個滑塊為反向固定支撐滑塊62。抽吸密封滑塊61上設置有一探頭63，探頭63的輸入端用于抽吸地層流體進行壓力測試，探頭 63的輸出端通過一抽吸管線64連接抽吸機構6中的抽吸缸65。如圖6所示，抽吸缸65連接活塞缸66。抽吸缸65上設置有壓力數據采集系統67。活塞缸66內設置有活塞68，活塞68的密封端設置在活塞缸66內，活塞68的活塞桿端密封設置在抽吸缸65內。活塞缸 66上設置有連通活塞68的密封端與活塞缸66之間空間的噴射油路69，活塞缸66上還設置有一條連通活塞68的活塞桿端與活塞缸66之間空間的抽吸驅動油路70。噴射油路69 和抽吸驅動油路70的輸入端均通過電磁閥組9連接油箱10。抽吸機構6是針對井下抽吸動作而設計的，體積小(外徑< 30cm，長度< 430cm)， 因此，能夠有效利用地層壓力測量裝置的可用空間。執行機構4和油路換向機構5相配合能夠實現抽吸機構6中各滑塊的推出和復位，從而能夠實現探頭63的伸出和縮回，其工作原理為通過電磁閥組8對油路換向機構5進行控制，使油路換向機構5輸出的高壓油進入推出動力油路46，通過推出動力油路46和主軸41上靠近正向上活塞43的推出動力油口 47到達主軸41的第一個凸臺42與外殼體1之間，高壓油推動主軸41向前運動，使外殼體 1上的抽吸密封滑塊61和兩個反向固定支撐滑塊62沿凸臺42的斜面向上運動，最終向外伸出，頂靠在井壁上，滑塊推出后的頂靠力可以達到5t。通過電磁閥組8對油路換向機構5進行控制，使油路換向機構5輸出的高壓油進入推回動力油路陽，通過推回動力油路陽流入外殼體1末端與主軸41的凸臺42之間，高壓油推動主軸41向后運動，使抽吸密封滑塊61和兩個反向固定支撐滑塊62沿凸臺42的斜面復位，達到回縮探頭63的目的。抽吸機構6的抽吸動作與噴射動作是通過改變活塞缸66左右兩側的油量和油壓， 驅使活塞68運動來實現的，電磁閥組9對抽吸速率和抽吸量進行控制。當需要進行地層壓力測試時，抽吸密封滑塊61上的探頭63緊抵地層，通過抽吸驅動油路70向活塞68的活塞桿端與活塞缸66之間注入高壓油，迫使活塞68向活塞68密封端運動，進而驅動抽吸缸65 內的抽吸管線64通過探頭63進行地層流體抽吸，完成抽吸動作，同時通過壓力數據采集系統67實時記錄抽吸缸65中的壓力數值；待地層壓力測試結束時，由噴射油路69向活塞68 的密封端與活塞缸66之間注入高壓油，迫使活塞68向抽吸缸65方向運動，通過探頭63排出抽吸管線64和抽吸缸65中的液體，完成噴射動作。本實用新型測量儀器用于測量壓力的操作方法包括以下步驟1)本實用新型測量儀器安裝在鉆柱上、近鉆頭位置，在鉆井過程中隨鉆柱一起下入井底，正常鉆井時，鉆井液體從中心流道2通過；2)當需要進行地層壓力測量時，增加鉆井液排量，鉆井液推動分流活塞34向前運動，敞開分流入口 33，鉆井液部分進入分流通道32，通過分流通道32和分流出口 39流入加
6壓活塞38的密封端的環空，推動加壓活塞38向前運動，使高壓油路7的體積減小，從而增大油壓；3)高壓油路7里的高壓油進入油路換向機構5，通過電磁閥組8控制油路換向機構5使高壓油向推出動力油路46流去，通過推出動力油路46和主軸41上靠近正向上活塞 43的推出動力油口 47到達主軸41與外殼體1之間，高壓油推動主軸41向前運動，使得固定支撐滑塊62、抽吸密封滑塊61向外推出，頂靠在井壁上；4)啟動抽吸機構6，電磁閥組9控制高壓油通過抽吸驅動油路70注入到活塞68 的活塞桿端與活塞缸66之間，推動活塞68向活塞68密封端運動，進而驅動抽吸缸65內的抽吸管線64通過探頭63進行地層流體抽吸，完成抽吸動作，同時通過壓力數據采集系統67 實時記錄抽吸缸65中的壓力數值；5)當整個測試程序結束后，電磁閥組9控制高壓油通過噴射油路69向活塞68的密封端與活塞缸66之間注入高壓油，使得活塞68向抽吸缸65方向運動，通過探頭63排出抽吸管線64和抽吸缸65中的地層液體；6)電磁閥組8控制油路換向機構5改變高壓油的流向，使得高壓油向推回動力油路55流去，通過推回動力油路55流入外殼體1末端與主軸41的凸臺42之間，高壓油推動主軸41反方向運動復位，使得固定支撐滑塊62、抽吸密封滑塊61縮回，達到回縮探頭63的目的；7)減小鉆井液的排量到正常值，鉆井液對分流活塞34的推力減小，分流活塞34在彈簧35的回復力推動下復位，擋住分流入口 33，關閉分流通道32，隔絕了高壓泥漿壓力向加壓活塞38的傳遞，加壓活塞38逐漸復位，高壓油路7中的壓力減小，恢復正常值；8)整個系統恢復原始狀態，繼續鉆井。本實用新型測量儀器的性能指標為①外殼體1的外徑178mm，適用216mm井眼，長度小于9m ；②最高耐壓70MPa ；溫度0°C 125°C ；③最大允許振動200m/S2 ；工作鉆壓0 250kN，扭矩0 IOkN m ；④每次測量時間5 15分鐘，抽汲量0. 5 50ml ；⑤地層壓力測量范圍0 70MPa ；⑥隨鉆地層壓力測量解釋值與實際壓力的相對誤差低于10%。上述各實施例僅用于說明本實用新型，其中各部件的結構、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本實用新型技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本實用新型的保護范圍之外。
權利要求1.一種隨鉆地層壓力測量儀器，其特征在于它包括一內部設置有中心流道的外殼體，所述外殼體上依次設置有分流加壓機構、執行機構和油路換向機構，所述執行結構上設置有抽吸機構；所述分流加壓機構包括設置在所述外殼體內的分流筒，所述分流筒的入口端設置有一分流入口，所述分流入口連通所述中心流道、以及所述分流筒與所述外殼體之間設置的分流通道；所述分流筒內設置有中空的分流活塞，所述分流活塞與所述分流筒之間設置有彈簧；所述分流筒的出口端連接一中空的中心軸，所述中心軸與所述外殼體之間留有環空，且在所述中心軸上套設有一加壓活塞，所述加壓活塞的密封端的環空通過設置在所述分流筒上的分流出口連接分流通道，所述加壓活塞的活塞桿端的環空為高壓油路；所述執行機構包括一空心主軸，所述主軸外壁間隔設置有若干凸臺，所述主軸的一端通過正向上活塞連接中心軸，另一端設置在所述外殼體末端；所述主軸內部依次套設有外筒和內筒；所述主軸與所述外筒之間設置有一推出動力油路，所述推出動力油路的一端通過設置在所述主軸上的推出動力油口連通所述主軸起始端與所述外殼體之間的環空，所述推出動力油路的另一端連接設置在所述外殼體末端的所述油路換向機構；所述外筒與所述內筒之間設置有一流道，所述流道一端穿過所述正向上活塞連通所述高壓油路，另一端連接所述油路換向機構；所述油路換向機構連接電磁閥組，所述油路換向機構上設置有進油口、推出油口、推回油口和回油口 ；所述進油口與所述高壓油路連通；所述推出油口與所述推出動力油路連通；所述推回油口與設置在所述外殼體上的推回動力油路連通，所述推回動力油路的另一端連通所述主軸末端與所述外殼體之間的環空；所述回油口與設置在所述外殼體末端的油箱連通；所述抽吸機構包括間隔設置在所述主軸的所述凸臺上的一抽吸密封滑塊和兩反向固定支撐滑塊，所述抽吸密封滑塊上設置有一探頭，所述探頭輸出端通過一抽吸管線連接抽吸缸，所述抽吸缸另一端連接活塞缸；所述抽吸缸上設置有壓力數據采集系統；所述活塞缸內設置有活塞，所述活塞的密封端設置在所述活塞缸內，所述活塞的活塞桿端密封設置在所述抽吸缸內；所述活塞缸上設置有連通所述活塞的密封端與所述活塞缸之間空間的噴射油路，所述活塞缸上還設置有連通所述活塞的活塞桿端與所述活塞缸之間空間的抽吸驅動油路；所述噴射油路和抽吸驅動油路均通過電磁閥組連接一油箱。
2.如權利要求1所述的一種隨鉆地層壓力測量儀器，其特征在于所述彈簧通過彈簧固定器固定在所述分流筒上。
3.如權利要求1或2所述的一種隨鉆地層壓力測量儀器，其特征在于所述反向固定支撐滑塊為兩個，所述抽吸密封滑塊和各所述反向固定支撐滑塊均通過其中間的凹槽鑲合在所述主軸的其中兩個具有斜面的所述凸臺上，并通過滾動銷釘連接。
專利摘要本實用新型涉及一種隨鉆地層壓力測量儀器，其特征在于它包括一內部設置有中心流道的外殼體，所述外殼體上依次設置有分流加壓機構、執行機構和油路換向機構，所述執行結構上設置有抽吸機構；分流加壓機構利用中心流道里的泥漿與分流活塞的作用力來控制執行結構的開啟和閉合；執行機構和油路換向機構相配合能夠實現抽吸機構中各滑塊的推出和復位，從而能夠實現探頭的伸出和縮回，通過抽吸機構中的抽吸缸和活塞桿進行抽吸底層流體進行測量。本實用新型能夠準確實時的獲取井下地層壓力，利用地層壓力數據，工作人員能及時識別井下復雜的地質因素，繼而調整鉆井參數，有效防止鉆井期間發生井漏、井塌、溢流、井噴等復雜情況，因此，可廣泛用于鉆井過程中。
文檔編號E21B49/00GK201982083SQ20112000123
公開日2011年9月21日 申請日期2011年1月5日 優先權日2011年1月5日
發明者劉健, 夏宏泉, 姜偉, 朱榮東, 胡澤, 蔣世全, 許亮斌, 鄭華林, 陳平, 韓雄, 黃萬志 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油研究中心, 西南石油大學