CN102410012A - 无线随钻测斜仪测斜短节组合减震方法及组合减震装置 - Google Patents

无线随钻测斜仪测斜短节组合减震方法及组合减震装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线随钻测斜仪测斜短节组合减震方法及组合减震装置，在测斜短节台体的轴向上，一端连接一减震部件，另一端连接一鼓型缓冲器；在台体径向上，套设花型圈实现径向减震。减震部件可为鼓型缓冲器，橡胶棒，减震压簧中的一种。花型圈是指边缘具有孔隙的弹性圈。当仪器处于自然状态时，鼓型缓冲器、花型圈与外侧的抗压筒内壁紧密接触，O型圈与抗压筒内壁保留一定间隙。本发明通过采用轴、径向组合减震方式，将传统的轴向一维减震转化为轴、径向二维减震，很好地解决了测斜短节，特别是高精度的石英加速度测斜短节在钻井过程中的抗振问题，大大降低了仪器在井下的故障率，适用于电容短节或电池筒等的减震。

Description

无线随钻测斜仪测斜短节组合减震方法及组合减震装置
技术领域
本发明涉及油气田钻井技术，特别是关于无线随钻测斜仪测斜短节组合减震方法及组合减震装置。
背景技术
无线随钻测斜仪因其具有：1)高效性-接钻杆时不用频繁提放仪器；2)实时性-紧邻钻头，实时监测钻头位置及钻进状况；3)国产化后，使用、维护成本大大降低；4)性能日趋稳定等优点，所以在国内外大量油井、气井的钻井作业中逐步取代了原有的单点、多点、有线随钻等测斜仪器而得到了广泛的应用。
随着科技的发展，对测斜仪的精度要求也在日益提高，所以精度高、稳定性好、稳定时间短的装有石英加速度计的测斜短节在无线随钻测斜仪中被大面积使用。如图1所示，无线随钻测斜短节的结构一般是，包括一测斜短节台体1，台体的一端安装有三轴加速度计2，另一端连接一轴向缓冲器3；测斜短节台体1、三轴加速度计2及轴向缓冲器3均装在抗压筒4内由抗压筒保护；在抗压筒4的两端分别安装一堵头5将短节的两端封堵；在测斜短节台体1及堵头5上加装有密封圈6。由于石英加速度计的挠性梁为0.04mm的石英玻璃，这就对测斜短节的减震提出了较高的要求。
现有的国内外的无线随钻测斜仪都沿用了磁液悬浮测斜短节的减震方式：即在测斜短节台体的轴向上采用单一的橡胶缓冲器(轴向缓冲器3)减震，径向上采用简单的O型圈(密封圈6)减震。由于在施工中测斜仪紧随钻头，所以工况特别恶劣，几乎长期处在高温、强振动、大冲击的环境中，而这种减震方式，在遇到强振动，特别是大冲击的情况下就可能失效，导致测斜短节中石英加速度计的挠性梁断裂。据不完全统计，在水平井的施工中，有80％左右的仪器故障是由于测斜短节中Z轴石英加速度计的损坏而造成的。仪器一旦出现故障，就得重新起下钻，仪器发回厂家维修，所以每次这样的故障都会给施工单位带来少则几万元，多则十几万元的损失。
发明内容
因此，针对无线随钻测斜仪测斜短节的减震问题，本发明的目的是提供一种关于无线随钻测斜仪测斜短节的组合减震方法及组合减震装置，从而使石英加速度计在高强度、大冲击的施工环境下得到更好地使用。
为实现上述目的，采取以下技术方案：一种无线随钻测斜仪测斜短节组合减震方法，其特征在于：在测斜短节台体的轴向上，在带有石英加速度计的一端连接一减震部件，在另一端连接一鼓型缓冲器，实现轴向组合减震；在测斜短节台体的径向上，套设花型圈实现径向减震。
在测斜短节台体的径向上，还可以套设O型圈，与所述花型圈组合并用。
在测斜短节两端的堵头上也可套设花型圈和/或O型圈，加强径向减震。
一种无线随钻测斜仪测斜短节组合减震装置，其特征在于：包括安装在测斜短节台体一端的鼓型缓冲器，以及安装在测斜短节台体上石英加速度计一端的减震部件，还包括套设在测斜短节台体外径上的花型圈。
在测斜短节台体外径上还可套设有O型圈，位于花型圈附近。
上述减震部件可为鼓型缓冲器，橡胶棒，减震压簧中的一种。
上述花型圈是指边缘具有孔隙的弹性圈，孔隙或为均布的多个半圆形孔，或为均布的多个整圆形孔，或为一整圈环形孔。
当仪器处于自然状态时，所述鼓型缓冲器、花型圈与测斜短节台体外侧的抗压筒内壁紧密接触，O型圈与抗压筒内径保留一定间隙。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过采用轴、径向组合减震方式，将传统的轴向一维减震转化为轴、径向二维减震，很好地解决了测斜短节，特别是高精度的石英加速度测斜短节在钻井过程中的抗振问题，使高精度的石英加速度计测斜短节在钻井，尤其是水平井施工中得到更广泛地应用，不仅可以保证施工精度，提高准确率，而且大大降低了仪器在井下的故障率，减少不必要的起下钻次数，提高了施工效率，节约了维修成本。2、取两支应用了轴、径向组合减震的石英加速度计测斜短节分别做了振动冲击试验：试验条件如下：1)振动试验参数：10g正弦波振动4小时；冲击试验参数：400g半正弦波，冲击50次。试验后发现两支石英加速度计短节各项功能正常。3、轴、径向减震结构简单易行，材料选用上为常规橡胶型材料，成本也低。4、本发明可同样适用于电容短节或电池筒等的减震。
附图说明
图1是现有技术无线随钻测斜短节减震装置的结构示意图；
图2是本发明测斜短节减震装置的结构示意图；
图3是图2中A-A剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明方案做进一步的说明。
首先，本发明应对无线随钻测斜仪测斜短节的轴向和径向组合减震方法提出如下策略：
如图2所示，轴向上，采用双向组合减震方式，在测斜短节台体10上原有安装普通缓冲器的一端换装鼓型缓冲器11，在安装石英加速度计13的一端连接另一减震部件12，该减震部件可以为普通的橡胶缓冲器，也可以为本发明中的鼓型缓冲器，还可以为普通的橡胶棒，还可以为减震压簧，图中所示为减震压簧。
径向上，全部采用花型圈，或花型圈与O型圈组合并用的减震方式，即在测斜短节台体10上一处或间隔几处设置花型圈14，花型圈14旁边可设置1～2个O型圈15，当有两个O型圈时，花型圈位于中间，两O型圈分别位于花型圈的两侧。
进一步地，在测斜短节台体10两端的堵头16上也可以设置花型圈14，或O型圈15，或两者的组合。
花型圈14是指边缘具有孔隙的弹性圈。
自然状态时，鼓型缓冲器11及花型圈14均与抗压筒17内壁紧密接触，O型圈15与抗压筒17内壁留有一定间隙。对于以上采取的轴向和径向组合减震的方法，具体分析如下：
1)当测斜短节在轴向受到强振动或大冲击时，将会有一个较大的冲击力作用于短节上，这时鼓型缓冲器将被压缩，其在直径方向将有向外扩张的趋向，但由于受外部抗压筒17的限制，就产生了抗压筒对缓冲器的压力，这样就将传统的一维减震通过鼓型减震器转化为二维减震，大大减小鼓型缓冲器轴向的压缩变形，更有效地吸收强振动大冲击。
2)由于鼓型减震器轴向压缩量较小，所以回弹力相应地较小，再加上有上部减震部件的缓冲，弹力能很好地将减震器的回弹力抵消，所以避免了轴向振荡；另外在短节运动过程中还有径向花型圈与抗压筒间的摩擦力起作用，即使有很强的冲击力，在这种组合减震的作用下，经过短暂的振荡也即可消除，避免了传统的一维减震由于回弹力大，造成缓冲器撕裂或短节在回弹时撞击堵头，使短节上的传感器损毁的现象。
3)径向采用了花型圈，既保证了与抗压筒的牢固接触，又不至于使短节成为“打气筒”，花型圈边缘的孔隙能够将短节内的空气排出去；当测斜短节在径向受到冲击或振动时，花型圈首先起作用，通过花型圈的压缩吸收可减弱径向振动或冲击；当径向的振动或冲击很强，花型圈的压缩量不足以完全消除时，这时O型圈将发挥作用。在钻井过程中，大冲击一般都来源于轴向，径向的冲击很弱，通常径向只有振动，这种花型圈加O型圈的组合减震完全可以克服。
一种无线随钻测斜仪测斜短节组合减震装置，包括安装在测斜短节台体10一端的鼓型缓冲器11，以及安装在测斜短节台体10上、有石英加速度计13一端的减震部件12；还包括套设在测斜短节台体10外周的花型圈14。鼓型缓冲器11及减震部件12的另一端分别与堵头16相连。
所述减震部件12可以为鼓型缓冲器，还可以为普通的橡胶棒，还可以为减震压簧。
花型圈14在测斜短节台体10上一处或间隔几处设置。每一花型圈14旁边可设置1～2个O型圈15，当有两个O型圈时，花型圈位于中间，两O型圈分别位于花型圈的两侧。
在两端的堵头16上也可以设置花型圈14，或O型圈15，或两者的组合。
花型圈14的形状特征为：在弹性胶圈的边缘具有孔隙，孔隙可以为均匀分布的多个半圆形孔(如图3所示)，或为均匀分布的多个整圆形孔，或在靠近边缘处开设的一圈环形孔。
上述鼓型缓冲器11、花型圈14、O型圈15均采用橡胶等弹性可变形材料。
当仪器处于自然状态时，鼓型缓冲器11、花型圈14与测斜短节台体10外侧的抗压筒17内壁紧密接触，O型圈15与抗压筒17内壁保留一定间隙。
值得说明的是，上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，但是，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种无线随钻测斜仪测斜短节组合减震方法，其特征在于：在测斜短节台体的轴向上，在带有石英加速度计的一端连接一减震部件，在另一端连接一鼓型缓冲器，实现轴向组合减震；在测斜短节台体的径向上，套设花型圈实现径向减震。
2.如权利要求1所述的无线随钻测斜仪测斜短节组合减震方法，其特征在于：所述减震部件为鼓型缓冲器，橡胶棒，减震压簧中的一种。
3.如权利要求1所述的无线随钻测斜仪测斜短节组合减震方法，其特征在于：所述花型圈是指边缘具有孔隙的弹性圈。
4.如权利要求1或3所述的无线随钻测斜仪测斜短节组合减震方法，其特征在于：在所述测斜短节台体的径向上，还套设有O型圈，与所述花型圈组合并用。
5.如权利要求1所述的无线随钻测斜仪测斜短节组合减震方法，其特征在于：在测斜短节两端的堵头上也设置花型圈和/或O型圈，加强径向减震。
6.一种无线随钻测斜仪测斜短节组合减震装置，其特征在于：包括安装在测斜短节台体一端的鼓型缓冲器，以及安装在测斜短节台体上石英加速度计一端的减震部件，还包括套设在测斜短节台体外径上的花型圈。
7.如权利要求6所述的无线随钻测斜仪测斜短节组合减震装置，其特征在于：所述测斜短节台体外径上还套设有O型圈，位于所述花型圈附近。
8.如权利要求6或7所述的无线随钻测斜仪测斜短节组合减震装置，其特征在于：所述花型圈是指边缘具有孔隙的弹性圈，孔隙或为均布的多个半圆形孔，或为均布的多个整圆形孔，或为一整圈环形孔。
9.如权利要求6所述的无线随钻测斜仪测斜短节组合减震装置，其特征在于：当仪器处于自然状态时，所述鼓型缓冲器、花型圈与测斜短节台体外侧的抗压筒内壁紧密接触。
10.如权利要求7所述的无线随钻测斜仪测斜短节组合减震装置，其特征在于：当仪器处于自然状态时，所述O型圈与抗压筒内壁保留一定间隙。
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