CN102661145A - 一种不起钻可更换式电磁波无线随钻测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不起钻可更换式电磁波无线随钻测量系统，包括钻柱单元、井下测量发射单元、信号接收单元、定位与缓冲单元、引线单元及打捞锁定单元；由井下测量发射单元中的测量器件采集和编码信息并传递给发射器件，发射器件以电磁波的形式传递信息，信号接收单元中的接收装置接收、处理信息。本发明使用中需更换或维修井下装置时，不起钻只需打捞装置。由打捞工具撞击捞矛头，将捞矛头锁紧上提，张簧上拉使弹卡钳收缩脱离弹卡钳悬挂短节上的凹槽，导向头也脱离定位接头，装置被打捞出井。完成更换或维修后将装置投入井中，由自重或泵的冲击力将装置带入井底，减振器配合导向头将装置重新固定。本发明的打捞脱开和重新固定的操作简单、安全可靠。

Description

一种不起钻可更换式电磁波无线随钻测量系统

技术领域

本发明涉及一种通过电磁波传递井下信号的无线随钻测量系统，尤其涉及一种在不起钻条件下可进行更换的电磁波无线随钻测量系统。

背景技术

电磁无线随钻测量（EM-MWD）是20世纪80年代进入工业化应用的一项新技术，受钻井液的影响小，不仅可以用于泥浆钻井，而且可以用于泡沫、空气钻井。在目前应用中，电磁波无线随钻测量系统的测量发射装置通常固定在靠近钻头的位置，采用电池筒的供电模式，而电池筒的电源容量是有限的，易耗尽，更换电池筒必须起、下钻。若对深井中的电池筒更换，则需耗费更长的时间进行起、下钻作业。此外，当仪器出现故障时，也需要进行起钻作业将仪器移至地面来维修。上述问题的处理，都将延长钻井周期，降低钻井效率，增加钻井成本。

发明内容

本发明所要解决的是更换电池筒或维修仪器需要起钻的问题，进而提供一种在不起钻条件下，通过绳索打捞方式，将井下电磁波无线随钻测量装置提出地面，在地面更换或维修后，再将装置投放至钻柱内的适当位置固定的一种不起钻可更换式电磁波无线随钻测量系统。

为了达到上述目的，本发明采用如下措施来实现，提供一种不起钻可更换式电磁波无线随钻测量系统，包括钻柱单元、井下测量发射单元、信号接收单元、定位与缓冲单元、引线单元及打捞锁定单元； 

所述的钻柱单元包含有从钻头往上依次连接的下部钻柱、定向接头、无磁钻具、绝缘短节、弹卡钳悬挂短节和上部钻柱；

所述的井下测量发射单元采用分体式组合结构或整体式结构；所述的分体式组合结构的井下测量发射单元由置于无磁钻具内的测量电源短节、测量短节、发射电源短节和发射短节组成，各相邻短节之间通过螺纹密闭连接；所述测量电源短节和发射电源短节分别为测量短节和发射短节提供能源动力，测量短节内安装有测量器件，发射短节内安装有发射器件；所述的整体式结构的井下测量发射单元由置于无磁钻具内的电源短节和测量发射短节组成，所述的测量发射短节内有装成整体结构的测量器件和发射器件，电源短节连接测量发射短节并为其内的测量器件与发射器件提供能源动力；

所述的信号接收单元由设在地面的接收装置和接地电极组成，接收装置通过地面电缆一极与井架相连，另一极与接地电极相连，接地电极深插入地面；

所述的定位与缓冲单元由导向头、减振器及径向缓冲器组成，所述导向头的上端与减振器的活动端连接，所述的减振器包含减振器活动端、推移杆、弹簧、活塞及减振器固定端，所述推移杆一端固定在减振器固定端上，另一端固定有活塞，推移杆外设有弹簧；减振器的固定端上端与测量电源短节或电源短节相连；所述的径向缓冲器的下端与发射短节或测量发射短节连接；

所述引线单元由连杆接头、连杆和电缆组成，连杆接头下端与径向缓冲器的母扣端相连，连杆接头上端设有连杆，电缆从发射短节或测量发射短节的发射器件的激励源引出，穿过径向缓冲器、连杆接头和连杆，与打捞锁定单元的弹卡钳相连；

所述的打捞锁定单元包含捞矛头、连接筒、小弹簧、张簧、弹卡钳和第一、第二圆柱销，所述的连接筒上部伸入在上部钻柱内，下部通过对张簧施压使弹卡钳卡入弹卡钳悬挂短节的凹槽内；所述的捞矛头安装在连接筒上部，连接筒内上腔为缓冲室，缓冲室内设有两端固定、轴向可伸缩的小弹簧，在缓冲室的下部设有水眼；所述的缓冲室下部与还张簧相连；张簧中心设有第二圆柱销，第二圆柱销能在两端为弧形的槽内移动，用以控制张簧的开合；所述的弹卡钳上端与张簧铰链，弹卡钳下端设有第一圆柱销，弹卡钳下端还与连杆及电缆相接。

本发明所述的导向头近钻头的一端外径较另一端的细，在粗与细外径端相接处设有导向定向槽，同时钻柱单元中的定向接头的内部设有与所述的导向定向槽相匹配的导向定向键，导向头的下部还设有水眼。

本发明所述的减振器固定端设有连接发射电源短节或电源短节的母扣；所述减振器活动端设有连接导向头的公扣，减振器活动端内部为台阶孔。

本发明所述的径向缓冲器呈圆筒状，圆筒的两端分别为含公扣的公扣端及含母扣的母扣端，圆筒的中心通孔作为电缆连接通道，圆筒的中间段间隔一定距离沿三个不同的方向均匀地设有径向缓冲胶棒。

本发明所述的引线单元的连杆的内外表面及端面涂有绝缘的硬胶。

本发明的技术与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明的电磁波无线随钻测量系统可在不起钻的情况下，只通过打捞把需要更换或维修的井下装置提到地面上，方便装置更换与维修，且本发明对井下装置的打捞和重新固定的操作过程简单、安全可靠。

2、本发明的电磁波无线随钻测量系统在深井中应用时，可定期对于井下装置进行打捞更换，能有效地避免高温对装置内器件的影响，使得测量数据更为准确。

3、本发明的电磁波无线随钻测量系统由于不需起下钻便可更换井下装置，可节省大量的起、下钻所耗费的能源和钻井成本，同时缩短了钻井周期，提高了钻井效率。

附图说明

图1为本发明采用分体式的结构的测量发射单元的不起钻可更换式电磁波无线随钻测量系统的结构示意图。

图2为本发明采用整体式的结构的测量发射单元的不起钻可更换式电磁波无线随钻测量系统的结构示意图。

图3为本发明的图1中弹卡钳悬挂短节内部结构放大示意图。

图4为本发明的随钻测量系统的减振器的结构示意图。

图5为本发明的随钻测量系统的径向缓冲器的结构示意图。

上述图中：1-井架；2-地面电缆；3-接收装置；4-接地电极；5-井壁；6-上部钻柱；7-捞矛头；8-缓冲室；9-弹卡钳；10-弹卡钳悬挂短节；11-绝缘短节；12-径向缓冲胶棒；13-无磁钻具；14-定向接头；15-下部钻柱；16-钻头；17-水眼；18-导向头；19-减震器活动端；20-弹簧；21-推移杆；22-减振器固定端；23-测量电源短节；24-测量短节；25-发射电源短节；26-发射短节；27-径向缓冲器；28-连杆接头；29-电缆；30-连杆；31-第一圆柱销；32-第二圆柱销；33-张簧；34-连接筒；35-电源短节；36-测量发射短节；37-推移通道；38-活塞；39-母扣端；40-电缆连接通道；41-公扣端；42弹卡钳悬挂短节上的凹槽。

具体实施方式

下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：本发明提供一种采用分体式的结构的测量发射单元的不起钻可更换式电磁波无线随钻测量系统，其结构如图1所示，包括钻柱单元、井下测量发射单元、信号接收单元、定位与缓冲单元、引线单元及打捞锁定单元；所述的钻柱单元以管柱的形式结合钻头在井壁5内钻进，钻柱单元从钻头16往上包含有依次连接的下部钻柱15、定向接头14、无磁钻具13、绝缘短节11、弹卡钳悬挂短节10和上部钻柱6。

所述分体式结构的井下测量发射单元，由置于无磁钻具13内的测量电源短节23、测量短节24、发射电源短节25和发射短节26组成，所述测量电源短节23和发射电源短节25分别为测量短节24和发射短节26提供能源动力，各相邻短节之间通过螺纹密闭连接。

所述的信号接收单元由设在地面的接收装置3和接地电极4组成，接收装置通过地面电缆2一极与井架1相连，另一极与接地电极4相连，接地电极4深插入地面。

所述的定位与缓冲单元由导向头18、减振器及径向缓冲器27组成，所述导向头18靠近钻头16的一端外径较另一端的细，为了便于仪器在井下正确定位，较粗外径端与较细外径端的相接处设有导向定向槽，同时钻柱单元中的定向接头14的内部设计有与所述导向定向槽相匹配的导向定向键，导向头18的下部还设有水眼17，导向头18的上端与减振器活动端19连接。

参见图4，所述的减振器包含减振器活动端19、弹簧20、推移杆21、活塞38及减振器固定端22，所述推移杆21一端固定在减振器固定端22上，另一端固定有活塞38，推移杆21外设有弹簧20，推移杆推动活塞38在减振器活动端19内腔的推移通道37内运动；所述的减振器的固定端22上端设有用来连接与测量电源短节23相连的母扣；减振器活动端19设有用来连接导向头18的公扣，减振器活动端19的内部为台阶孔，靠近导向头18端的台阶孔的孔道较大，活塞38的尺寸与推移通道37较大孔的尺寸相匹配。当往钻柱内投放测量发射装置时，导向头18撞击定向接头14，通过减振器中弹簧20的弹力及活塞38对钻井液通过水眼17挤出导向头18形成的反推力来消弱因撞击对仪器造成的损害。所述径向缓冲器27通过其下端母扣端39与发射短节26连接。

参见图5，所述的径向缓冲器27呈圆筒状，圆筒的两端分别为含公扣的公扣端41及含母扣的母扣端39，圆筒的中心通孔作为电缆连接通道40，圆筒的中间段间隔一定距离沿三个不同的方向均匀的设有径向缓冲胶棒12，径向缓冲胶棒有利于仪器居中及减小与所经过的钻柱内壁之间的磨蚀作用。

所述引线单元由连杆接头28、连杆30和电缆29组成，连杆接头28下端与径向缓冲器27的公扣端41相连，连杆接头28上端设有连杆30，电缆29从发射短节26的激励源引出，穿过径向缓冲器27的电缆连接通道40、连杆接头28与连杆30内腔的电缆连接通道40与弹卡钳9相连。所述的连杆30的内外表面及端面均涂有绝缘的硬胶，保证电缆在连接的过程中,井下测量发射单元与打捞锁定单元彼此绝缘。

参见图3，所述的打捞锁定单元包含捞矛头7、连接筒34、小弹簧、张簧33、弹卡钳9和第一圆柱销31、第二圆柱销32，所述的连接筒34上部伸入在上部钻柱6内，连接筒34下部通过对张簧33施压使弹卡钳9卡入弹卡钳悬挂短节上的凹槽42内；所述的捞矛头7安装在连接筒34的上部，连接筒内上腔为缓冲室8，缓冲室内设有两端固定、轴向可伸缩的小弹簧，在缓冲室的下部设有水眼；所述的缓冲室下部与张簧33相连；张簧33中心设有第二圆柱销32，第二圆柱销32能在两端为弧形的槽内移动，用以控制张簧33的开合，使得弹卡钳9能固定或脱离弹卡钳悬挂短节上的凹槽42；所述的弹卡钳9上端与张簧33铰链，下端固定在第一圆柱销31上，弹卡钳9下端还与连杆30及电缆29相接。

本发明的不起钻可更换式电磁波无线随钻测量系统，由于采用了分体式结构的测量发射单元，其工作时，由测量短节24采集和编码井下地层测量信息，并传递给发射短节26；发射短节26的激励源的一极向下传递，通过导向头18与定向接头14相连，另一极通过电缆29穿过径向缓冲器27、连杆接头28、连杆30与弹卡钳9相连，发射短节26的激励源以绝缘短节11为阻隔，在发射短节26、电缆29、弹卡钳9、绝缘短节以上的钻柱、地层、绝缘短节以下的钻柱、导向头18、减振器、测量电源短节23、测量短节24、发射电源短节25中形成电流回路，围绕电流回路产生的磁场以电磁波的形式传递井下信息，信号接收单元中的接收装置3通过测定接地电极4与井架1之间的电位差来接收电磁波信号，并由接收装置处理与显示井底测量所得的信息。

本发明不起钻可更换式电磁波无线随钻测量系统，在使用中需要更换电池筒及维修仪器时，不需要起钻，只需要对井下电磁波无线随钻装置进行打捞。打捞时按常规下放类似绳索取芯用的打捞工具，当打捞工具撞击捞矛头7，将捞矛头7套住锁紧，上提时，张簧33由于受到向上的拉力作用，使得弹卡钳9的外径收缩，进而脱离弹卡钳悬挂短节上的凹槽42的锁卡，同时，导向头18也脱离定位接头14离开井底，最终可将电磁波无线随钻装置打捞出井。

对电磁波无线随钻装置的电池筒或对器件完成更换，或对器件完成维修后，将装置重新投入井内，利用装置自身重力或者泵的循环冲击力，将装置带入井底，减振器配合导向头18将装置的下端固定并减弱撞击对装置造成的损害，打捞锁定单元受到钻井液的冲击，迫使张簧33将弹卡钳9撑开，有利于弹卡钳9固定在卡钳悬挂短节上的凹槽42内，完成装置的重新固定。整个打捞和重新固定的操作过程简单、安全可靠。

实施例2：本发明提供一种采用整体式的结构的测量发射单元的不起钻可更换式电磁波无线随钻测量系统，其结构如图2所示，整体式结构的测量发射单元由置于无磁钻具13内的电源短节35和测量发射短节36组成，所述的测量发射短节36内有安装成整体结构的测量器件和发射器件，电源短节35连接测量发射短节并为其内的测量器件与发射器件提供能源动力；两短节之间通过螺纹密闭连接；其他的结构，如钻柱单元、信号接收单元、定位与缓冲单元、引线单元及打捞锁定单元结构均同实施例1。

本发明的不起钻可更换式电磁波无线随钻测量系统工作时，测量发射单元中的测量发射短节36通过其中的测量器件采集和编码井下地层测量信息，并传递给测量发射短节中的发射器件；发射器件的激励源的一极向下传递，通过导向头18与定向接头14相连，另一极通过电缆29穿过径向缓冲器27、连杆接头28、连杆30与弹卡钳9相连，发射器件的激励源以绝缘短节11为阻隔，在测量发射短节36、电缆29、弹卡钳9、绝缘短节以上的钻柱、地层、绝缘短节以下的钻柱、导向头18、减振器、电源短节25中形成电流回路，围绕电流回路产生的磁场以电磁波的形式传递井下信息，信号接收单元中的接收装置3通过测定接地电极4与井架1之间的电位差来接收电磁波信号，并由接收装置处理与显示井底测量所得的信息。

本电磁波无线随钻测量系统的打捞上提和重新下井固定安装的操作过程均与实施例1相同。

Claims (5)

1.一种不起钻可更换式电磁波无线随钻测量系统，包括钻柱单元、井下测量发射单元、信号接收单元、定位与缓冲单元、引线单元及打捞锁定单元；其特征在于：

所述的钻柱单元包含有从钻头往上依次连接的下部钻柱、定向接头、无磁钻具、绝缘短节、弹卡钳悬挂短节和上部钻柱；

所述的井下测量发射单元采用分体式组合结构或整体式结构；所述的分体式组合结构的井下测量发射单元由置于无磁钻具内的测量电源短节、测量短节、发射电源短节和发射短节组成，各相邻短节之间通过螺纹密闭连接；所述测量电源短节和发射电源短节分别为测量短节和发射短节提供能源动力，测量短节内安装有测量器件，发射短节内安装有发射器件；所述的整体式结构的井下测量发射单元由置于无磁钻具内的电源短节和测量发射短节组成，所述的测量发射短节内有装成整体结构的测量器件和发射器件，电源短节连接测量发射短节并为其内的测量器件与发射器件提供能源动力；

所述的信号接收单元由设在地面的接收装置和接地电极组成，接收装置通过地面电缆一极与井架相连，另一极与接地电极相连，接地电极深插入地面；

所述的定位与缓冲单元由导向头、减振器及径向缓冲器组成，所述导向头的上端与减振器的活动端连接，所述的减振器包含减振器活动端、推移杆、弹簧、活塞及减振器固定端，所述推移杆一端固定在减振器固定端上，另一端固定有活塞，推移杆外设有弹簧；减振器的固定端上端与测量电源短节或电源短节相连；所述的径向缓冲器的下端与发射短节或测量发射短节连接；

所述引线单元由连杆接头、连杆和电缆组成，连杆接头下端与径向缓冲器的母扣端相连，连杆接头上端设有连杆，电缆从发射短节或测量发射短节的发射器件的激励源引出，穿过径向缓冲器、连杆接头和连杆，与打捞锁定单元的弹卡钳相连；

所述的打捞锁定单元包含捞矛头、连接筒、小弹簧、张簧、弹卡钳和第一、第二圆柱销，所述的连接筒上部伸入在上部钻柱内，下部通过对张簧施压使弹卡钳卡入弹卡钳悬挂短节的凹槽内；所述的捞矛头安装在连接筒上部，连接筒内上腔为缓冲室，缓冲室内设有两端固定、轴向可伸缩的小弹簧，在缓冲室的下部设有水眼；所述的缓冲室下部与还张簧相连；张簧中心设有第二圆柱销，第二圆柱销能在两端为弧形的槽内移动，用以控制张簧的开合；所述的弹卡钳上端与张簧铰链，弹卡钳下端设有第一圆柱销，弹卡钳下端还与连杆及电缆相接。

2.根据权利要求1所述的一种不起钻可更换式电磁波无线随钻测量系统，其特征在于：所述的导向头近钻头的一端外径较另一端的细，在粗与细外径端相接处设有导向定向槽，同时钻柱单元中的定向接头的内部设有与所述的导向定向槽相匹配的导向定向键，导向头的下部还设有水眼。

3.根据权利要求1所述的一种不起钻可更换式电磁波无线随钻测量系统，其特征在于：所述的减振器固定端设有连接发射电源短节或电源短节的母扣；所述减振器活动端设有连接导向头的公扣，减振器活动端内部为台阶孔。

4.根据权利要求1所述的一种不起钻可更换式电磁波无线随钻测量系统，其特征在于：所述的径向缓冲器呈圆筒状，圆筒的两端分别为含公扣的公扣端及含母扣的母扣端，圆筒的中心通孔作为电缆连接通道，圆筒的中间段间隔一定距离沿三个不同的方向均匀地设有径向缓冲胶棒。

5.根据权利要求1所述的一种不起钻可更换式电磁波无线随钻测量系统，其特征在于：所述的引线单元的连杆的内外表面及端面涂有绝缘的硬胶。

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