傳感器內裝式近鉆頭參數測量裝置的制作方法

本實用新型涉及鉆井參數測量裝置技術領域，是一種傳感器內裝式近鉆頭參數測量裝置。

背景技術：

在鉆井過程中出現卡鉆、斷鉆具、憋跳、鉆頭提前縮短壽命等復雜井況不可避免，目前，單純的依賴于地面綜合錄井來進行鉆井工況的監測，并通過地面推測分析來減少井下復雜情況的發生，但該效果并不明顯。目前缺少一種實時監測鉆井狀態的測量工具，通過該工具對井下工況的實時測量來進行井下工況的分析判斷以達到降低井下復雜井況發生的目的。

技術實現要素：

本實用新型提供了一種傳感器內裝式近鉆頭參數測量裝置，克服了上述現有技術之不足，其能有效解決現有監測井下工況過程中存在不能實時監測鉆井狀態的問題。

本實用新型的技術方案是通過以下措施來實現的：一種傳感器內裝式近鉆頭參數測量裝置，包括本體和外筒，外筒的下部內側與本體的中部外側密封固定安裝在一起，在本體的上端固定安裝有套裝在外筒內的流道轉換體，在流道轉換體上端密封固定安裝有套裝在外筒內的轉換接頭，在與外筒下端對應的本體外側設置有至少一個的測量凹槽，在測量凹槽內固定安裝有力學測量裝置，在測量凹槽上方的本體外側設置有環形凹槽，在環形凹槽內固定安裝有信號處理電路模塊，在本體上分別密封固定安裝有內壓傳感器和外壓傳感器，在本體上設置有與本體內側相通的內壓測量通道，內壓傳感器通過內壓測量通道測量鉆具內部壓力，在本體上設置有與外筒外側相通的外壓測量通道，外壓傳感器通過外壓測量通道測量環空壓力，力學測量裝置的信號輸出端與信號處理電路模塊的第一信號輸入端電連接，內壓傳感器的信號輸出端與信號處理電路模塊的第二信號輸入端電連接，外壓傳感器的信號輸出端與信號處理電路模塊的第三信號輸入端電連接，在流道轉換體的外部右側與外筒內側之間設置有與本體內部相通的空腔，在轉換接頭外側與外筒內側之間有間距，在流道轉換體內設置有與環形凹槽相通的第二過線通道，在第二過線通道上端內密封固定安裝有旋轉插頭。

下面是對上述實用新型技術方案的進一步優化或/和改進：

上述本體包括傳感器安裝短節和下本體，外筒的下部內側與下本體的上部外側密封固定安裝在一起，下本體的上端密封固定安裝有套裝在外筒內的傳感器安裝短節，流道轉換體固定安裝在傳感器安裝短節的上端，在與外筒下端對應的下本體外側設置有至少一個的測量凹槽，在測量凹槽與傳感器安裝短節之間的下本體外側設置有環形凹槽，在環形凹槽內固定安裝有信號處理電路模塊，在測量凹槽與環形凹槽之間的下本體上設置有均與測量凹槽與環形凹槽相通的第一過線通道，第一過線通道的數量與測量凹槽的數量相同，在傳感器安裝短節的下部外側沿圓周分別設置有相互隔離的連接凹槽、內安裝凹槽和外安裝凹槽，在內安裝凹槽內固定有能測量鉆具內部壓力的內壓傳感器，在外安裝凹槽內固定有能測量環空壓力的外壓傳感器，在環形凹槽與連接凹槽之間的本體上固定安裝有第一接線塞，在環形凹槽與內安裝凹槽之間的本體上固定安裝有第二接線塞，內壓傳感器與信號處理電路模塊之間的線纜通過第二接線塞連接，在環形凹槽與外安裝凹槽之間的下本體上固定安裝有第三接線塞，外壓傳感器與信號處理電路模塊之間的線纜通過第三接線塞連接，在傳感器安裝短節上部設置有使內安裝凹槽與下本體內側相通的內壓測量通道，在傳感器安裝短節上部設置有與外安裝凹槽相通的外壓測量通道，在外筒上設置有與外壓測量通道相通的外壓徑向通孔，在第二過線通道與連接凹槽之間的傳感器安裝短節上設置有與連接凹槽以及第二過線通道相通的走線通孔，在第二過線通道和走線通孔內密封固定安裝有連接接頭，信號處理電路模塊與連接接頭之間的線纜通過第一接線塞連接；或/和，力學測量裝置為應變片。

上述信號處理電路模塊包括電路板，在電路板上固定有磁通門、三軸加速度傳感器、溫敏元件、濾波放大電路模塊、數據處理發送電路模塊和電源模塊，電源模塊的電源輸出端分別與磁通門、三軸加速度傳感器、溫敏元件、濾波放大電路模塊、數據處理發送電路模塊、力學測量裝置、內壓傳感器和外壓傳感器的電源輸入端電連接，力學測量裝置的信號輸出端與濾波放大電路模塊的第一信號輸入端電連接，內壓傳感器的信號輸出端與濾波放大電路模塊的第二信號輸入端電連接，外壓傳感器的信號輸出端與濾波放大電路模塊的第三信號輸入端電連接,磁通門的信號輸出端與濾波放大電路模塊的第四信號輸入端電連接，三軸加速度傳感器的信號輸出端與濾波放大電路模塊的第五信號輸入端電連接，溫敏元件的信號輸出端與濾波放大電路模塊的第六信號輸入端電連接，濾波放大電路模塊的信號輸出端與數據處理發送電路模塊的信號輸入端電連接。

上述第一過線通道包括軸向長孔以及與軸向長孔相通的連接徑向通孔，軸向長孔設置在下本體上，軸向長孔與環形凹槽相通，連接徑向通孔設置在測量凹槽與軸向長孔之間，在軸向長孔的下端密封固定安裝有螺堵，在連接徑向通孔內密封固定安裝有多芯密封塞，力學測量裝置與信號處理電路模塊之間的線纜通過多芯密封塞連接。

上述下本體的上端內側與傳感器安裝短節的下部外側密封安裝在一起，下本體的上端與傳感器安裝短節通過至少一個的連接螺栓固定安裝在一起；或/和，傳感器安裝短節的上部與流道轉換體的下部通過至少一個的緊固螺栓固定安裝在一起；或/和，第二過線通道的上端呈上寬下窄的臺階狀，旋轉插頭密封固定安裝在臺階狀的第二過線通道內，在旋轉插頭上部內通過緊釘固定安裝有壓蓋環，壓蓋環的底端與旋轉插頭頂端頂緊在一起。

上述與連接凹槽內外對應的外筒上設置有與連接凹槽相通的測試徑向通孔，在測試徑向通孔內自內而外固定安裝有密封堵頭和固定塞；或/和，第一接線塞為多芯密封塞；或/和，第二接線塞為多芯密封塞；或/和，第三接線塞為多芯密封塞；或/和，在測量凹槽下方的外筒內側與下本體外側之間固定安裝有至少一道的密封圈，在環形凹槽與測量凹槽之間的外筒內側與本體外側之間固定安裝有至少一道的密封圈，在連接凹槽與環形凹槽之間的外筒內側與下本體外側之間固定安裝有至少一道的密封圈，在連接凹槽上方的外筒內側與傳感器安裝短節外側之間固定安裝有至少一道的密封圈，在流道轉換體的下端外側與外筒內側之間固定安裝有至少一道的密封圈，在流道轉換體的上部外側與轉換接頭的下部內側之間固定安裝有至少一道的密封圈；或/和，外筒的下部內側與下本體的上部外側通過螺紋固定安裝在一起，流道轉換體的上部外側與轉換接頭的下部內側通過螺紋安裝在一起；或/和，在外筒的上部設置有內螺紋或外螺紋，在下本體的下部設置有內螺紋或外螺紋。

本實用新型所述的傳感器內裝式近鉆頭參數測量裝置能夠對井下工況進行實時監控，通過該實時監控數據對井下工況進行分析判斷，以調整相應的鉆井鉆進參數，從而減少卡鉆、斷鉆具、憋跳、鉆頭提前縮短壽命等復雜井況的發生。

附圖說明

圖1為本實用新型最佳實施例的主視剖視結構示意圖。

圖2為附圖1中A-A向的剖視結構示意圖。

圖3為附圖1中B-B向的剖視結構示意圖。

圖4為附圖1中C-C向的剖視結構示意圖。

圖5為附圖1中D-D向的剖視結構示意圖。

圖6為附圖1中E-E向的剖視結構示意圖。

圖7為附圖1中F-F向的剖視結構示意圖。

圖8為附圖4中G-G向的剖視結構示意圖。

圖9為附圖4中H-H向的剖視結構示意圖。

圖10為本實用新型的電路框圖。

附圖中的編碼分別為：1為下本體，2為外筒，3為傳感器安裝短節，4為流道轉換體，5為轉換接頭，6為測量凹槽，7為力學測量裝置，8為環形凹槽，9為密封堵頭，10為連接凹槽，11為內安裝凹槽，12為外安裝凹槽，13為內壓傳感器，14為外壓傳感器，15為第一接線塞，16為第二接線塞，17為第三接線塞，18為內壓測量通道，19為外壓測量通道，20為外壓徑向通孔，21為第二過線通道，22為旋轉插頭，23為走線通孔，24為連接接頭，25為空腔，26為軸向長孔，27為連接徑向通孔，28為螺堵，29為多芯密封塞，30為連接螺栓，31為緊固螺栓，32為壓蓋環，33為固定塞，34為密封圈。

具體實施方式

本實用新型不受下述實施例的限制，可根據本實用新型的技術方案與實際情況來確定具體的實施方式。

在本實用新型中，為了便于描述，各部件的相對位置關系的描述均是根據說明書附圖1的布圖方式來進行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置關系是依據說明書附圖的布圖方向來確定的。

下面結合實施例對本實用新型作進一步描述：

如附圖1至10所示，該傳感器內裝式近鉆頭參數測量裝置，包括本體和外筒2，外筒2的下部內側與本體的中部外側密封固定安裝在一起，在本體的上端固定安裝有套裝在外筒2內的流道轉換體4，在流道轉換體4上端密封固定安裝有套裝在外筒2內的轉換接頭5，在與外筒2下端對應的本體外側設置有至少一個的測量凹槽6，在測量凹槽6內固定安裝有力學測量裝置7，在測量凹槽6上方的本體外側設置有環形凹槽8，在環形凹槽8內固定安裝有信號處理電路模塊，在本體上分別密封固定安裝有內壓傳感器13和外壓傳感器14，在本體上設置有與本體內側相通的內壓測量通道18，內壓傳感器13通過內壓測量通道18測量鉆具內部壓力，在本體上設置有與外筒2外側相通的外壓測量通道19，外壓傳感器14通過外壓測量通道19測量環空壓力，力學測量裝置7的信號輸出端與信號處理電路模塊的第一信號輸入端電連接，內壓傳感器13的信號輸出端與信號處理電路模塊的第二信號輸入端電連接，外壓傳感器14的信號輸出端與信號處理電路模塊的第三信號輸入端電連接，在流道轉換體4的外部右側與外筒2內側之間設置有與本體內部相通的空腔25，在轉換接頭5外側與外筒2內側之間有間距，在流道轉換體4內設置有與環形凹槽8相通的第二過線通道21，在第二過線通道21上端內密封固定安裝有旋轉插頭22。

力學測量裝置7為現有公知的能夠測量鉆壓、鉆柱的彎矩和扭矩的力學測量單元。信號處理電路模塊為由放大器、濾波器等組成現有公知的信號處理電模路塊，信號處理電路模塊為現有公知技術。內壓傳感器13和外壓傳感器14為現有公知技術中的壓力傳感器。內壓傳感器13通過內壓測量通道18測量鉆具內部的壓力。外壓傳感器14通過外壓測量通道19測量環空壓力。

旋轉插頭22與脈沖發生器連接，本實施例所述的傳感器內裝式近鉆頭參數測量裝置在下入井內后，力學測量裝置7能夠獲得井下的鉆壓、鉆柱的彎矩和扭矩，內壓傳感器13能夠獲得井下鉆具內的壓力，外壓傳感器14能夠獲得井下環空壓力，信號處理電路模塊將力學測量裝置7、內壓傳感器13以及外壓傳感器14獲得的參數轉化成脈沖信號并發送至脈沖發生器，脈沖發生器將接收到的信號上傳至井上，由上所述可知，通過傳感器內裝式近鉆頭參數測量裝置能夠對井下工況進行實時監控，通過該實時監控數據對井下工況進行分析判斷，以調整相應的鉆井鉆進參數，從而減少卡鉆、斷鉆具、憋跳、鉆頭提前縮短壽命等復雜井況的發生。

可根據實際需要，對上述傳感器內裝式近鉆頭參數測量裝置作進一步優化或/和改進：

如附圖1至10所示，本體包括傳感器安裝短節3和下本體1，外筒2的下部內側與下本體1的上部外側密封固定安裝在一起，下本體1的上端密封固定安裝有套裝在外筒2內的傳感器安裝短節3，流道轉換體4固定安裝在傳感器安裝短節3的上端，在與外筒2下端對應的下本體1外側設置有至少一個的測量凹槽6，在測量凹槽6與傳感器安裝短節3之間的下本體1外側設置有環形凹槽8，在環形凹槽8內固定安裝有信號處理電路模塊，在測量凹槽6與環形凹槽8之間的下本體1上設置有均與測量凹槽6與環形凹槽8相通的第一過線通道，第一過線通道的數量與測量凹槽6的數量相同，在傳感器安裝短節3的下部外側沿圓周分別設置有相互隔離的連接凹槽10、內安裝凹槽11和外安裝凹槽12，在內安裝凹槽11內固定有能測量鉆具內部壓力的內壓傳感器13，在外安裝凹槽12內固定有能測量環空壓力的外壓傳感器14，在環形凹槽8與連接凹槽10之間的本體上固定安裝有第一接線塞15，在環形凹槽8與內安裝凹槽11之間的本體上固定安裝有第二接線塞16，內壓傳感器13與信號處理電路模塊之間的線纜通過第二接線塞16連接，在環形凹槽8與外安裝凹槽12之間的下本體1上固定安裝有第三接線塞17，外壓傳感器14與信號處理電路模塊之間的線纜通過第三接線塞17連接，在傳感器安裝短節3上部設置有使內安裝凹槽11與下本體1內側相通的內壓測量通道18，在傳感器安裝短節3上部設置有與外安裝凹槽12相通的外壓測量通道19，在外筒2上設置有與外壓測量通道19相通的外壓徑向通孔20，在第二過線通道21與連接凹槽10之間的傳感器安裝短節3上設置有與連接凹槽10以及第二過線通道21相通的走線通孔23，在第二過線通道21和走線通孔23內密封固定安裝有連接接頭24，信號處理電路模塊與連接接頭24之間的線纜通過第一接線塞15連接。

如附圖10所示，信號處理電路模塊包括電路板，在電路板上固定有磁通門、三軸加速度傳感器、溫敏元件、濾波放大電路模塊、數據處理發送電路模塊和電源模塊，電源模塊的電源輸出端分別與磁通門、三軸加速度傳感器、溫敏元件、濾波放大電路模塊、數據處理發送電路模塊、力學測量裝置7、內壓傳感器13和外壓傳感器14的電源輸入端電連接，力學測量裝置7的信號輸出端與濾波放大電路模塊的第一信號輸入端電連接，內壓傳感器13的信號輸出端與濾波放大電路模塊的第二信號輸入端電連接，外壓傳感器14的信號輸出端與濾波放大電路模塊的第三信號輸入端電連接,磁通門的信號輸出端與濾波放大電路模塊的第四信號輸入端電連接，三軸加速度傳感器的信號輸出端與濾波放大電路模塊的第五信號輸入端電連接，溫敏元件的信號輸出端與濾波放大電路模塊的第六信號輸入端電連接，濾波放大電路模塊的信號輸出端與數據處理發送電路模塊的信號輸入端電連接。

磁通門能夠測量鉆柱的鉆速，三軸加速度傳感器能夠測量鉆頭的振動值，溫敏元件能夠測量井內的溫度，各個測量元件（磁通門、三軸加速度傳感器、溫敏元件、力學測量裝置7、內壓傳感器13和外壓傳感器14）將測量得到的相應參數通過濾波放大電路模塊和數據處理發送電路模塊的處理后得到脈沖信號，然后通過脈沖發生器上傳至井上。通過磁通門、三軸加速度傳感器和溫敏元件可以獲得更加全面的井下工況參數，為相應的鉆井鉆進參數的調整提供更多數據依據，進一步減少卡鉆、斷鉆具、憋跳、鉆頭提前縮短壽命等復雜井況的發生。磁通門、三軸加速度傳感器、溫敏元件、濾波放大電路模塊、數據處理發送電路模塊和電源模塊均為現有公知技術。

根據需要，力學測量裝置7為應變片。

如附圖1至9所示，第一過線通道包括軸向長孔26以及與軸向長孔26相通的連接徑向通孔27，軸向長孔26設置在下本體1上，軸向長孔26與環形凹槽8相通，連接徑向通孔27設置在測量凹槽6與軸向長孔26之間，在軸向長孔26的下端密封固定安裝有螺堵28，在連接徑向通孔27內密封固定安裝有多芯密封塞29，力學測量裝置7與信號處理電路模塊之間的線纜通過多芯密封塞29連接。

多芯密封塞29可以為八芯密封塞。多芯密封塞29為公知公用的多芯密封塞，多芯密封塞29不僅起到密封的作用，而且能夠起到連接線纜的作用。螺堵28可以封堵軸向長孔26的下端，防止其它物質進入軸向長孔26內。

如附圖1所示，下本體1的上端內側與傳感器安裝短節3的下部外側密封安裝在一起，下本體1的上端與傳感器安裝短節3通過至少一個的連接螺栓30固定安裝在一起；或/和，傳感器安裝短節3的上部與流道轉換體4的下部通過至少一個的緊固螺栓31固定安裝在一起；或/和，第二過線通道21的上端呈上寬下窄的臺階狀，旋轉插頭22密封固定安裝在臺階狀的第二過線通道21內，在旋轉插頭22上部內通過緊釘固定安裝有壓蓋環32，壓蓋環32的底端與旋轉插頭22頂端頂緊在一起。

旋轉插頭22可以為四芯旋轉插頭22。連接螺栓30便于拆裝本體的和傳感器安裝短節3。緊固螺栓31便于拆裝傳感器安裝短節3和流道轉換體4。壓蓋環32對旋轉插頭22起到限位作用。

如附圖1至9所示，在與連接凹槽10內外對應的外筒2上設置有與連接凹槽10相通的測試徑向通孔，在測試徑向通孔內自內而外固定安裝有密封堵頭9和固定塞33；或/和，第一接線塞15為多芯密封塞；或/和，第二接線塞16為多芯密封塞；或/和，第三接線塞17為多芯密封塞；或/和，在測量凹槽6下方的外筒2內側與下本體1外側之間固定安裝有至少一道的密封圈34，在環形凹槽8與測量凹槽6之間的外筒2內側與本體外側之間固定安裝有至少一道的密封圈34，在連接凹槽10與環形凹槽8之間的外筒2內側與下本體1外側之間固定安裝有至少一道的密封圈34，在連接凹槽10上方的外筒2內側與傳感器安裝短節3外側之間固定安裝有至少一道的密封圈34，在流道轉換體4的下端外側與外筒2內側之間固定安裝有至少一道的密封圈34，在流道轉換體4的上部外側與轉換接頭5的下部內側之間固定安裝有至少一道的密封圈34；或/和，外筒2的下部內側與下本體1的上部外側通過螺紋固定安裝在一起，流道轉換體4的上部外側與轉換接頭5的下部內側通過螺紋安裝在一起；或/和，在外筒2的上部設置有內螺紋或外螺紋，在下本體1的下部設置有內螺紋或外螺紋。

第一接線塞15、第二接線塞16和第三接線塞17可以為六芯密封塞。當需要對傳感器內裝式近鉆頭參數測量裝置內的線路進行測試時，將外部測試設備的測試端通過測試徑向通孔與第一接線塞15連接進行測試；當不需要測試時，采用密封堵頭9和固定塞33密封測試徑向通孔。密封圈34可以提高設置密封圈34的結構之間的密封性能。

上述所述的傳感器內裝式近鉆頭參數測量裝置的使用方法，按下述方法進行：將旋轉插頭22與脈沖發生器固定安裝在一起，脈沖發生器與鉆柱固定安裝在一起，將本體與鉆頭固定安裝在一起，然后，將傳感器內裝式近鉆頭參數測量裝置隨鉆具下入井內，傳感器內裝式近鉆頭參數測量裝置下入井內后，力學測量裝置7能夠測量鉆壓以及鉆柱的彎矩和扭矩，內壓傳感器13能夠測量鉆具內部的內壓力，外壓傳感器14能夠測量環空壓力，磁通門能夠測量鉆柱的鉆速，三軸加速度傳感器能夠測量鉆頭的振動值，溫敏元件能夠測量井內的溫度，力學測量裝置7將測量到的鉆壓以及鉆柱的彎矩和扭矩的數據發送至濾波放大電路模塊，內壓傳感器13將測量到的內壓力數據發送至濾波放大電路模塊，外壓傳感器14將測量到的環空壓力數據發送至濾波放大電路模塊，磁通門將測量到的鉆速數據發送至濾波放大電路模塊，三軸加速度傳感器將測量到的振動值數據發送至濾波放大電路模塊，溫敏元件將測量到的溫度數據發送至濾波放大電路模塊，濾波放大電路模塊將接收到的數據經過濾波放大后發送至數據處理發送電路模塊，數據處理發送電路模塊將接收到的信號處理并轉化成脈沖信號后發送至脈沖發生器，脈沖發生器將接收到的脈沖信號上傳至井上信號接收系統。

由上可知，各個測量元件（磁通門、三軸加速度傳感器、溫敏元件、力學測量裝置7、內壓傳感器13和外壓傳感器14）將測量得到的相應參數通過濾波放大電路模塊和數據處理發送電路模塊的處理后得到脈沖信號，然后通過脈沖發生器上傳至井上，即通過傳感器內裝式近鉆頭參數測量裝置能夠對井下工況進行實時監控，通過該實時監控數據對井下工況進行分析判斷，以調整相應的鉆井鉆進參數，從而減少卡鉆、斷鉆具、憋跳、鉆頭提前縮短壽命等復雜井況的發生。井上信號接收系統為現有公知技術中的井上信號接收系統。

綜上所述，本實用新型所述的傳感器內裝式近鉆頭參數測量裝置能夠對井下工況進行實時監控，通過該實時監控數據對井下工況進行分析判斷，以調整相應的鉆井鉆進參數，從而減少卡鉆、斷鉆具、憋跳、鉆頭提前縮短壽命等復雜井況的發生。

以上技術特征構成了本實用新型的最佳實施例，其具有較強的適應性和最佳實施效果，可根據實際需要增減非必要的技術特征，來滿足不同情況的需求。