一種井場無線式隨鉆參數測量裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及鉆井工程技術領域，特別涉及一種井場無線式隨鉆參數測量裝置。該裝置的測量短節安裝在方鉆桿下端，測量短節包括測量短節本體，測量短節本體中部外壁上軸向開有安裝槽Ⅰ和安裝槽Ⅱ，安裝槽Ⅰ和安裝槽Ⅱ之間通過過線槽Ⅱ相連通，安裝槽Ⅰ內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。本發明實現了能夠準確測量井口處鉆桿的扭矩、軸向力以及鉆井液密度，并通過無線信號發射的方式與地面設備進行數據實時傳輸，從而實現準確預測井下風險和復雜情況的效果，同時，大幅提高了鉆井地面參數測量精度和頻率。
【專利說明】
一種井場無線式隨鉆參數測量裝置
技術領域
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[0001]本發明涉及鉆井工程技術領域，特別涉及一種井場無線式隨鉆參數測量裝置。
【背景技術】
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[0002]鉆井過程中，通過分析鉆柱受力情況可以預測鉆頭工況、井眼質量和地層情況。目前測量井口處鉆柱的受力情況多采用過橋輪式、頂絲式和霍爾元件式三種方式來測量轉盤扭矩，進而反算鉆柱所受的機械扭矩，測量儀器結構復雜，安裝困難，誤差很大；而電動鉆機、萬向軸驅動鉆機的大量使用使轉盤驅動結構發生了變化，以往三種測量方式無法監測到扭矩的變化。因而，直接測量井口處鉆柱的受力情況是最為真實準確的，但存在著無合適測量方式和信號屏蔽等問題。
[0003]鉆井過程中，如果鉆井液密度控制不當，可能發生井塌、井漏或井噴等事故。目前測量鉆井液密度一般通過測量泥漿池不同液面高度的壓力來推算井內鉆井液密度，然而泥漿罐內的鉆井液長期處于相對流動性差的環境下，由于泥漿罐內沉積物的沉淀或分散，會引起局部鉆井液密度的差異，而且泥漿罐長期大面積處于露天條件下，所以雨雪天氣、陽光暴曬也會對泥漿池內鉆井液密度的測量結果造成影響。相對來說，井口處密度更能反應返出鉆井液的真實性能參數。
[0004]鉆井液流量和鉆機大鉤高度也是鉆井作業時的兩項重要的工程參數，目前測量泥漿栗的鉆井液排量一般通過安裝于泥漿栗上的傳感器對栗沖進行測量，進而換算得到鉆井液排量，該測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面的測量可靠性;測量鉆機大鉤高度一般通過安裝于絞車上的傳感器測量絞車的轉速后進行一系列數據標定，進而換算得到大鉤高度的變化。
【發明內容】
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[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種井場無線式隨鉆參數測量裝置，該裝置實現了能夠準確測量井口處鉆桿的扭矩、軸向力以及鉆井液密度，并通過無線信號發射的方式與地面設備進行數據實時傳輸，從而實現準確預測井下風險和復雜情況的效果，同時，大幅提高了鉆井地面參數測量精度和頻率。克服了現有儀器無法直接準確測量井口處鉆具扭矩和鉆井液密度，鉆井液流量和鉆機大鉤高度測量不準確的不足。
[0006]本發明所采取的技術方案是:一種井場無線式隨鉆參數測量裝置，包括測量短節、位移信號收發裝置和復合流量測量裝置;測量短節安裝在方鉆桿下端，測量短節包括測量短節本體，測量短節本體中部外壁上軸向開有安裝槽I和安裝槽Π，安裝槽I和安裝槽Π之間通過過線槽Π相連通，安裝槽I內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內安裝有電源，主控電路通過設置在過線槽Π內的導線與電源相連接，測量短節本體下部外壁上設有環形凹槽，環形凹槽內周向布置有應變片組，環形凹槽與安裝槽I之間通過過線槽I相連通，應變片組通過設置在過線槽I內的導線與主控電路相連接，密封套筒通過套筒螺紋連接在測量短節本體外側并通過套筒密封圈進行密封，密封套筒密封住安裝槽1、安裝槽Π和環形凹槽，測量短節本體上端外壁上開有預留槽I和預留槽Π，測量短節本體下端外壁上開有預留槽m，預留槽π和預留槽m內分別安裝有上部壓力傳感器和下部壓力傳感器，預留槽I內安裝有無線信號收發單元并通過非屏蔽密封蓋板密封，預留槽I和預留槽π之間通過過線孔m相連通，預留槽π通過過線孔I與安裝槽I相連通，預留槽m通過過線孔π與環形凹槽相連通，上部壓力傳感器和下部壓力傳感器分別通過導線與主控電路相連接，主控電路通過導線與無線信號收發單元相連接;位移信號收發裝置安裝在鉆機大鉤上，復合流量測量裝置連接在鉆井液入口的高壓管線上，地面信號收發裝置置于地面，地面信號收發裝置內置位移測量單元，位移信號收發裝置能夠接收和發送位移測量單元發射的無線信號，地面信號收發裝置能夠接收復合流量測量裝置和無線信號收發單元發送的信號，地面信號收發裝置能夠將信號經過處理整合后發送到參數監控終端。
[0007]本發明的有益效果是:本發明能夠準確測量井口處鉆桿的扭矩、軸向力以及鉆井液密度，并通過無線信號發射的方式與地面設備進行數據實時傳輸，從而實現準確預測井下風險和復雜情況的效果，同時，大幅提高了鉆井地面參數測量精度和頻率。
【附圖說明】
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[0008]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步詳細的說明。
[0009]圖1為本發明的結構示意圖。
[0010]圖2為測量短節的結構示意圖。
[0011 ]圖3為上部壓力傳感器和無線信號收發單元的示意圖。
[0012]圖4為測量短節本體的結構示意圖。
【具體實施方式】
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[0013]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，一種井場無線式隨鉆參數測量裝置，包括測量短節1、位移信號收發裝置3和復合流量測量裝置4;測量短節I安裝在方鉆桿2下端，測量短節I包括測量短節本體9，測量短節本體9中部外壁上軸向開有安裝槽I和安裝槽Π，安裝槽I和安裝槽Π之間通過過線槽Π 24相連通，安裝槽I內安裝有主控電路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內安裝有電源25，主控電路15通過設置在過線槽Π 24內的導線與電源25相連接，測量短節本體9下部外壁上設有環形凹槽，環形凹槽內周向布置有應變片組18，應變片組18采用兩組應變片橋式電路，分別用于測量測量短節本體9所受軸向力和扭矩，環形凹槽與安裝槽I之間通過過線槽117相連通，應變片組18通過設置在過線槽I17內的導線與主控電路15相連接，密封套筒14通過套筒螺紋13連接在測量短節本體9外側并通過套筒密封圈12進行密封，密封套筒14密封住安裝槽1、安裝槽Π和環形凹槽，測量短節本體9上端外壁上開有預留槽I和預留槽Π，測量短節本體9下端外壁上開有預留槽m，預留槽π和預留槽m內分別安裝有上部壓力傳感器10和下部壓力傳感器20，預留槽I內安裝有無線信號收發單元22并通過非屏蔽密封蓋板23密封，非屏蔽密封蓋板23采用非屏蔽材料，用以保證無線信號不被屏蔽，預留槽I和預留槽Π之間通過過線孔ΙΠ21相連通，預留槽π通過過線孔111與安裝槽I相連通，預留槽m通過過線孔π 19與環形凹槽相連通，上部壓力傳感器10通過穿過過線孔Ill的導線與主控電路15相連接，下部壓力傳感器20通過穿過過線孔Π 19、過線槽117的導線與主控電路15相連接，主控電路15通過穿過過線孔111、過線孔ΙΠ21的導線與無線信號收發單元22相連接;位移信號收發裝置3安裝在鉆機大鉤上，復合流量測量裝置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，地面信號收發裝置7置于地面，地面信號收發裝置7內置位移測量單元，位移信號收發裝置3能夠接收和發送位移測量單元發射的無線信號，地面信號收發裝置7能夠接收復合流量測量裝置4和無線信號收發單元22發送的信號，地面信號收發裝置7能夠將信號經過處理整合后發送到參數監控終端8。
[0014]整個測量系統中需測量的參數包括鉆井液流量、鉆機大鉤高度、井口鉆井液密度、井口處鉆具扭矩與軸向力。測量鉆機大鉤高度參數時，地面信號收發裝置7內的位移測量單元發出無線信號，無線信號遇到位移信號收發裝置3后，信號返回，進而計算得到鉆機大鉤的高度變化;測量鉆井液流量時，將復合流量測量裝置4測量得到的流量信號傳輸到地面信號收發裝置7內。信號經過處理整合后，發送到參數監控終端8進行顯示和讀取。
[0015]測量井口處鉆桿受力情況和鉆井液密度的方式如下:測量短節I使用前設置主控電路15的數據采樣頻率，正常鉆進時，測量短節I隨方鉆桿2—起轉動，鉆井動力通過測量短節I傳遞到井下鉆具;應變片組18采用兩組應變片橋式電路，分別用于測量測量短節本體9所受軸向力和扭矩，測量信號直接通過電線傳給主控電路15進行信號處理;溫度傳感器16測量測量短節本體9的溫度用以補償應變片溫度特性的變化，溫度測量信號直接傳給主控電路15進行信息整合處理，進而完成鉆桿受力情況的測量;鉆井過程中，井口位置處返出鉆井液為紊流或層流，相對靜止。此時，上部壓力傳感器10和下部壓力傳感器20將測量的壓力信號傳輸給主控電路15進行信號整合處理，計算得到由井下返出的鉆井液密度參數。主控電路15將所有處理過的電信號傳遞至無線信號收發單元22，無線信號收發單元22將電信號透過非屏蔽密封蓋板23傳輸到地面信號收發裝置7，電源25連接主控電路15，進而為測量裝置內所有耗電元件提供能量;地面信號收發裝置7將所有收集到的鉆桿扭矩、軸力信號、鉆井液密度信號、鉆機大鉤高度信號和鉆井液流量信號進行整合處理，統一發送到參數監控終端8，顯示為可讀取的數據變化曲線，供地面作業人員觀察。
[0016]可以理解的是，以上關于本發明的具體描述，僅用于說明本發明而并非受限于本發明實施例所描述的技術方案，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發明進行修改或等同替換，以達到相同的技術效果；只要滿足使用需要，都在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種井場無線式隨鉆參數測量裝置，包括測量短節(I)、位移信號收發裝置(3)和復合流量測量裝置(4);其特征在于:測量短節(I)安裝在方鉆桿(2)下端，測量短節(I)包括測量短節本體(9)，測量短節本體(9)中部外壁上軸向開有安裝槽I和安裝槽Π，安裝槽I和安裝槽Π之間通過過線槽Π (24)相連通，安裝槽I內安裝有主控電路(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內安裝有電源(25)，主控電路(15)通過設置在過線槽Π (24)內的導線與電源(25)相連接，測量短節本體(9)下部外壁上設有環形凹槽，環形凹槽內周向布置有應變片組(18)，環形凹槽與安裝槽I之間通過過線槽1(17)相連通，應變片組(18)通過設置在過線槽1(17)內的導線與主控電路(15)相連接，密封套筒(14)通過套筒螺紋(13)連接在測量短節本體(9)外側并通過套筒密封圈(12)進行密封，密封套筒(14)密封住安裝槽1、安裝槽Π和環形凹槽，測量短節本體(9)上端外壁上開有預留槽I和預留槽π，測量短節本體(9)下端外壁上開有預留槽m，預留槽π和預留槽m內分別安裝有上部壓力傳感器(10)和下部壓力傳感器(20)，預留槽I內安裝有無線信號收發單元(22)并通過非屏蔽密封蓋板(23)密封，預留槽I和預留槽Π之間通過過線孔ΙΠ(21)相連通，預留槽π通過過線孔1(11)與安裝槽I相連通，預留槽m通過過線孔π (19)與環形凹槽相連通，上部壓力傳感器(10)和下部壓力傳感器(20)分別通過導線與主控電路(15)相連接，主控電路(15)通過導線與無線信號收發單元(22)相連接;位移信號收發裝置(3)安裝在鉆機大鉤上，復合流量測量裝置(4)連接在鉆井液入口的高壓管線(5)上，地面信號收發裝置(7)置于地面，地面信號收發裝置(7)內置位移測量單元，位移信號收發裝置(3)能夠接收和發送位移測量單元發射的無線信號，地面信號收發裝置(7)能夠接收復合流量測量裝置(4)和無線信號收發單元(22)發送的信號，地面信號收發裝置(7)能夠將信號經過處理整合后發送到參數監控終端(8)。
【文檔編號】E21B47/13GK106014392SQ201610545821
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月12日
【發明人】高遠文, 余雷, 夏泊洢, 李永釗, 匡濤, 周超, 佟長海, 王月紅, 劉懷亮, 張青, 王勤, 羅栩栩, 羅達, 姚凱樂, 苗哲瑋, 張生龍, 游炎平, 郭譯濃
【申請人】中國石油集團長城鉆探工程有限公司