CN103556988B - 一种气体钻井用井斜测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明是常规气体钻井中用以测量井斜及方位的一种气体钻井用井斜在线测量系统。该系统采用有线传输与无线传输相配合的方式实现信号的精确、稳定与简便传送。其技术方案是：系统由测量头、电缆快速接头、信号传输短节与地面设备组成。测量头通过电缆下放至钻头上方，信号通过电缆上传至井口的信号传输短节；电缆与电缆之间采用电缆快速接头连接；信号传输短节安装于水龙头与方钻杆之间。信号传输短节的内芯壳体内部安装有信号处理电路板、电源和信号发射器。内芯壳体下端安装有电缆密封接头；信号发射器通过导线与天线盖板连接。地面设备通过信号接收机接受信号。该系统可实现随钻实时测量与传输，可用于气体钻井和欠平衡钻井钻进中。

Description

一种气体钻井用井斜测量系统

 技术领域

本发明涉及常规气体钻井中用以测量井斜及方位的一种气体钻井用井斜在线测量系统，该系统可以实现随钻实时测量与传输，适用于气体钻井或欠平衡钻井过程中对井斜的控制。

背景技术

钻井作业过程中，常用的井斜测量仪器主要利用泥浆脉冲向井口传递信号，或是将采集到的信号数据存储在测量仪器内部，待起钻取出后再进行读取。以上两种方法均存在缺陷，泥浆脉冲传递信号的效能，受泥浆介质特性影响明显并伴随着较强的衰减特征，且包含着各种噪声和干扰。此外，由于需要传输介质，因此并不适用于气体钻井。存储数据的方法虽可保证数据的完整性，但不能够实现地面对数据的实时监测，无法及时判定井斜情况并做出相应的调整措施。采用无线传输的方式将信号从井底传递至井口，需要在钻柱上加装一系列的信号中继站，其工作稳定性受井下恶劣条件影响很大。

针对气体钻井的作业特点，在内环空下入井斜测量仪器，采用有线传输的方式将井底信号传输至井口，再经无线传输的方式传输至由地面设备。该系统可以有效解决井底实时测量信号不能有效传输至地面的问题，且地面传输采用无线传输方式可减少井场电缆铺设难度，降低井场线路的复杂性，且不需要改变动力水龙头结构。

发明内容

本发明的目的是：为解决气体钻井过程中井斜测量信号不能够实时传输至地面而导致的对井斜控制不及时和调整措施实施滞后等问题，特提供一种气体钻井用井斜测量系统。

为了达到上述目的，本发明解决此技术问题所采用的技术方案是：一种气体钻井用井斜测量系统，由信号传输短节、电缆快速接头、测量头和与地面设备组成。其特征是：信号传输短节包括转换短节、碟簧、定位套筒、内芯导流帽、弹簧、内芯壳体、天线密封塞、天线盖板、信号发射器、密封垫圈、信号传输短节壳体、电源、信号处理电路板、电缆密封接头、安装螺母、螺栓、天线导管；转换短节与信号传输短节壳体之间采用螺纹连接；定位套筒与转换短节之间安装碟簧；内芯壳体上部周向均布三个翼板，信号传输短节壳体内腔壁在与翼板对应的位置开有三个翼板安装槽；定位套筒在碟簧的作用下紧压在内芯壳体的翼板上，并通过信号传输短节壳体内台阶对翼板实现限位。内芯壳体上端安装有内芯导流帽，内部安装有信号处理电路板、电源与信号发射器。信号处理电路板由信号整理电路与A/D数模转换器组成，信号整理电路将传感器信号处理为标准信号，A/D数模转换器将模拟信号转换为数字信号。信号发射器通过连接导线与天线盖板连接；天线导管一端采用螺纹与内芯壳体连接，另一端伸入天线密封塞内孔并形成静密封。天线密封塞采用螺纹连接的方式安装在信号传输短节壳体上。天线盖板通过螺栓安装在信号传输短节壳体上；电缆密封接头安装在内芯壳体下端，并通过安装螺母实现与内芯壳体的相对固定。具有铠装层的电缆连接在电缆密封接头上。电缆快速接头由插头与插座组成。插头包括插头外壳、铜芯触头、防尘密封垫。插座包括定位卡球、插座外壳、插座内芯、铜芯座、限位盘。电缆连接在插头外壳上，并通过连接导线与铜芯触头连接。插头外壳上安装有防尘密封垫；插座内芯上端周向均布4个用以安装定位卡球的安装孔；铜芯座安装在插座内芯内腔底部，电缆安装在插座内芯的下端，通过连接导线与铜芯座连接；插座外壳与插座内芯通过螺纹连接，并实现对定位卡球的限位；限位盘通过螺纹与插座内芯连接，并实现对插座外壳的限位；测量头由连接接头、测量头壳体、三轴加速度传感器与配重块组成。三轴加速度传感器安装在测量头内部；电缆连接在连接接头上，通过连接导线与三轴加速度传感器相连；配重块安装在测量头壳体下部；地面设备由计算机和信号接收机组成。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：（1）该系统采用有线传输的方式，将井底测量信号传递至井口，提高了信号传输的稳定性和时效性；（2）电缆采用电缆快速接头实现分段式连接，在接单根时同时接入一段电缆，避免了再次起下全部电缆，提高了操作的简便性；（3）电缆快速接头采用铜芯触头与多根末端为半球形的铜芯座弹片接触，保证了接触的可靠性；（4）井口与地面设备采用无线方式传输信号，实现了信号传输的快捷性与方便性；（5）该系统各部件为相互独立的单元，便于维护，且无需对现有设备做任何调整与改动，实施方式简单。

附图说明

图1是本发明一种气体钻井用井斜测量系统组成示意图；

图2是本发明一种气体钻井用井斜测量系统信号传输短节结构示意图；

图3是信号传输短节天线盖板结构B向视图；

图4是由横剖面A-A得到的信号传输短节天线密封塞处的剖面示意图；

图5是本发明一种气体钻井用井斜测量系统电缆快速接头结构示意图；

图6是由横剖面C-C得到的电缆快速接头定位卡球处的剖面示意图；

图7是本发明一种气体钻井用井斜测量系统测量头结构示意图；

图8是本发明一种气体钻井用井斜测量系统地面设备示意图。

图中：1转换短节；2碟簧；3定位套筒；4内芯导流帽；5弹簧；6内芯壳体；7天线密封塞；8天线盖板；9信号发射器；10密封垫圈；11信号传输短节壳体；12电源；13信号处理电路板；14电缆密封接头；15安装螺母；16电缆；17螺栓；18天线导管；19插头外壳；20铜芯触头；21防尘密封垫；22定位卡球；23插座外壳；24插座内芯；25铜芯座；26限位盘；27连接接头；28三轴加速度传感器；29测量头壳体；30配重块；31计算机；32信号接收机。

具体实施方式

由图1，本发明一种气体钻井用井斜测量系统，由信号传输短节、电缆快速接头、测量头与地面设备组成。其特征是：信号传输短节包括转换短节（1）、碟簧（2）、定位套筒（3）、内芯导流帽（4）、弹簧（5）、内芯壳体（6）、天线密封塞（7）、天线盖板（8）、信号发射器（9）、密封垫圈（10）、信号传输短节壳体（11）、电源（12）、信号处理电路板（13）、电缆密封接头（14）、安装螺母（15）、螺栓（17）、天线导管（18）；转换短节（1）与信号传输短节壳体（11）之间采用螺纹连接；定位套筒（3）与转换短节（1）之间安装碟簧（2）；内芯壳体（6）上部周向均布三个翼板，信号传输短节壳体（11）内腔壁在与翼板对应的位置开有三个翼板安装槽；定位套筒（3）在碟簧（2）的作用下紧压在内芯壳体（6）的翼板上，并通过信号传输短节壳体（11）内台阶对翼板实现限位。内芯壳体（6）上端安装有内芯导流帽（4），内部安装有信号处理电路板（13）、电源（12）与信号发射器（9）。信号处理电路板（13）由信号整理电路与A/D数模转换器组成，信号整理电路将传感器信号处理为标准信号，A/D数模转换器将模拟信号转换为数字信号。信号发射器（9）通过连接导线与天线盖板（8）连接；天线导管（18）一端采用螺纹与内芯壳体（6）连接，另一端伸入天线密封塞（7）内孔并形成静密封。天线密封塞（7）采用螺纹连接的方式安装在信号传输短节壳体（11）上。天线盖板（8）通过螺栓（17）安装在信号传输短节壳体（11）上；电缆密封接头（14）安装在内芯壳体（6）下端，并通过安装螺母（15）实现与内芯壳体（6）的相对固定。具有铠装层的电缆（16）连接在电缆密封接头（14）上。电缆快速接头由插头与插座组成。插头包括插头外壳（19）、铜芯触头（20）、防尘密封垫（21）。插座包括定位卡球（22）、插座外壳（23）、插座内芯（24）、铜芯座（25）、限位盘（26）。电缆（16）连接在插头外壳（19）上，并通过连接导线与铜芯触头（20）连接。插头外壳（19）上安装有防尘密封垫（21）；插座内芯（24）上端周向均布4个用以安装定位卡球（22）的安装孔；铜芯座（25）安装在插座内芯（24）内腔底部，电缆（16）安装在插座内芯（24）的下端，通过连接导线与铜芯座（25）实现连接；插座外壳（23）与插座内芯（24）通过螺纹连接，并实现对定位卡球（22）的限位；限位盘（26）通过螺纹与插座内芯（24）连接，并实现对插座外壳（23）的限位；测量头由连接接头（27）、测量头壳体（29）、三轴加速度传感器（28）与配重块（30）组成。三轴加速度传感器（28）安装在测量头内部；电缆（16）连接在连接接头（27）上，通过连接导线与三轴加速度传感器（28）相连；配重块（30）安装在测量头壳体（29）下部；地面设备由计算机（31）和信号接收机（32）组成。

系统安装时，将信号传输短节安装在水龙头与方钻杆之间，电缆（16）与电缆（16）之间采用电缆快速接头连接，并在电缆（16）最下端接入测量头。根据井深调整所需电缆（16）长度，使得测量头下放至钻头上方。地面设备安装在信号传输距离范围内的办公用房内。接单根时，旋开方钻杆后并小幅上提至露出第一节电缆快速接头，脱开此电缆快速接头，保持脱开接头以下部分的电缆继续留在井内。方钻杆新接钻杆时，同时新接入一段电缆（16）。连接新接电缆（16）与井口电缆（16）后再连接新接钻杆与井口钻杆，实现不起出全部井下电缆（16）便可新接入钻杆与电缆（16）。系统工作时，测量头内部的三轴加速度传感器（28）所获得的信号通过电缆（16）向上传输至方钻杆上端的信号传输短节，信号传输短节内部的信号处理电路板（13）对信号进行处理。信号处理电路板（13）中的信号整理电路对信号进行过滤和放大，将其处理为标准信号，再经A/D数模转换器转换为数字信号。数字信号再通过信号发射器（9），采用无线传输的方式传输至地面设备。信号接收机（32）将接收到的数字信号通过通信接口传输到计算机（31）上，进行后续显示、存储和计算处理。系统采用24V直流电源（12）为三轴加速度传感器（28）、信号处理电路板（13）和信号发射器（9）供电。

Claims (5)

1.一种气体钻井用井斜测量系统，由信号传输短节、电缆快速接头、测量头与地面设备组成，其特征是：信号传输短节包括转换短节（1）、碟簧（2）、定位套筒（3）、内芯导流帽（4）、弹簧（5）、内芯壳体（6）、天线密封塞（7）、天线盖板（8）、信号发射器（9）、密封垫圈（10）、信号传输短节壳体（11）、电源（12）、信号处理电路板（13）、电缆密封接头（14）、安装螺母（15）、螺栓（17）、天线导管（18）；转换短节（1）与信号传输短节壳体（11）之间采用螺纹连接；定位套筒（3）与转换短节（1）之间安装碟簧（2）；内芯壳体（6）上部周向均布三个翼板，信号传输短节壳体（11）内腔壁在与翼板对应的位置开有三个翼板安装槽；定位套筒（3）在碟簧（2）的作用下紧压在内芯壳体（6）的翼板上，并通过信号传输短节壳体（11）内台阶对翼板实现限位；内芯壳体（6）上端安装有内芯导流帽（4），内部安装有信号处理电路板（13）、电源（12）与信号发射器（9）；信号处理电路板（13）由信号整理电路与A/D数模转换器组成，信号整理电路将传感器信号处理为标准信号，A/D数模转换器将模拟信号转换为数字信号；信号发射器（9）通过连接导线与天线盖板（8）连接；天线导管（18）一端采用螺纹与内芯壳体（6）连接，另一端伸入天线密封塞（7）内孔并形成静密封；天线密封塞（7）采用螺纹连接的方式安装在信号传输短节壳体（11）上；天线盖板（8）通过螺栓（17）安装在信号传输短节壳体（11）上；电缆密封接头（14）安装在内芯壳体（6）下端，并通过安装螺母（15）实现与内芯壳体（6）的相对固定；具有铠装层的电缆（16）连接在电缆密封接头（14）上；电缆快速接头由插头与插座组成；插头包括插头外壳（19）、铜芯触头（20）、防尘密封垫（21）；插座包括定位卡球（22）、插座外壳（23）、插座内芯（24）、铜芯座（25）、限位盘（26）；电缆（16）连接在插头外壳（19）上，并通过连接导线与铜芯触头（20）连接；插头外壳（19）上安装有防尘密封垫（21）；插座内芯（24）上端4个定位卡球（22）安装孔为周向均布；铜芯座（25）安装在插座内芯（24）内腔底部，电缆（16）安装在插座内芯（24）的下端，通过连接导线与铜芯座（25）实现连接；插座外壳（23）与插座内芯（24）通过螺纹连接，并实现对定位卡球（22）的限位；限位盘（26）通过螺纹与插座内芯（24）连接，并实现对插座外壳（23）的限位；测量头由连接接头（27）、测量头壳体（29）、三轴加速度传感器（28）与配重块（30）组成；三轴加速度传感器（28）安装在测量头内部；电缆（16）连接在连接接头（27）上，通过连接导线与三轴加速度传感器（28）相连；配重块（30）安装在测量头壳体（29）下部；地面设备由计算机（31）和信号接收机（32）组成。

2.根据权利要求1所述的一种气体钻井用井斜测量系统，其特征是：电缆快速接头铜芯触头（20）顶端开设有环形槽，与铜芯座（25）半球形弹片接触，形成通路。

3.根据权利要求1所述的一种气体钻井用井斜测量系统，其特征是：电缆快速接头插头外壳（19）上部柱头开有与定位卡球（22）相配合的安装环形槽。

4.根据权利要求1所述的一种气体钻井用井斜测量系统，其特征是：电缆快速接头处于连接状态时，定位卡球（22）在插座外壳（23）的限位作用下，伸入插头外壳（19）上部柱头的环形槽内。

5.根据权利要求1所述的一种气体钻井用井斜测量系统，其特征是：测量头由分段连接的电缆（16）下放至钻头上方。分段电缆（16）之间采用电缆快速接头实现连接。