CN103615210A

CN103615210A - 一种光纤传感器随钻下井装置

Info

Publication number: CN103615210A
Application number: CN201310659324.1A
Authority: CN
Inventors: 周红; 李娟妮; 温俊青; 冯德全; 赵大壮; 王启
Original assignee: Xian Shiyou University
Current assignee: Xian Shiyou University
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2033-12-06
Also published as: CN103615210B

Abstract

一种光纤传感器随钻下井装置，光纤绕筒的顶端固定有光纤连接接口，光纤绕筒的上部连接封盖，下部是下井光纤缠绕区域，光纤缠绕区域外部套接有外套筒，外套筒通过封盖紧固螺钉与封盖相连接，封盖上固定有自适应支架，下井光纤的一端从光纤连接接口引出，另一端接到可转动光纤连接器的上端，可转动光纤连接器的下端连接下井光纤传感器，本发明采用光纤绕筒均匀的缠绕光纤，可转动光纤连接器的下端与传感器相连，在光纤释放过程中，可转动光纤连接器可以消除下井光纤的扭力，外套筒底部的斜切面和光纤绕筒底部的斜切面构成制动刹，方便控制缠绕光纤的下井长度，具有设计合理、结构简单、操作方便，对钻井作业影响较小的特点。

Description

一种光纤传感器随钻下井装置

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及到石油钻井过程中一种光纤传感器随钻下井装置。

背景技术

为了解决大斜度井、水平井的测井问题，在二十世纪八十年代,随钻测井应运而生。随钻测井(Logging while drilling)是将测井仪器置于钻头处,可在钻井过程中同时测量地层岩石物理参数,并利用实时测得的钻井参数和地层参数及时调整和控制钻进过程。但由于井下高温高压的恶劣环境，如何选择一种低功耗，能够在恶劣环境中可靠长时间工作的探测仪器是石油钻井领域研究的一个难点。光纤传感器作为一种新型的光无源器件，因其具有抗电磁干扰、体积小、重量轻、耐腐蚀、易于实现波分、时分和空分复用等优点，已成为当今传感领域研究的新兴课题。人们从20世纪70年代开始研究光纤在石油测井中的应用，但是进展比较缓慢，最近十几年才得到了较快的发展。光纤温度传感器、光纤压力传感器、光纤流量计、激光光纤核传感器、光纤3分量地震测量等光纤传感器等逐步研究设计出来，并在测井中得到了一些应用。但是，光纤传感器随钻测井的实例鲜有报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种光纤传感器随钻下井装置，具有设计合理、结构简单、操作方便，对钻井作业影响较小的特点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种光纤传感器随钻下井装置，包括光纤绕筒8，光纤绕筒8的顶端通过三个接口固定螺钉2固定有光纤连接接口3，每个接口固定螺钉2都连接有提拉缆绳1，光纤绕筒8的上部连接封盖5，光纤绕筒8的下部是下井光纤缠绕区域，光纤缠绕区域外部套接有外套筒9，外套筒9通过封盖紧固螺钉6与封盖5相连接，光纤绕筒8缠绕区域的上端直径大于封盖内直径；封盖5上固定有自适应支架4，下井光纤7的一端从光纤连接接口3引出，另一端在光纤绕筒8的缠绕区域多层缠绕后从制动刹10底部导出连接到可转动光纤连接器11的上端，可转动光纤连接器11的下端连接下井光纤传感器12。

所述的自适应支架4由支角座固定螺钉4-1、支角座4-2、支角根部转轴4-3、支角4-4、扭转弹簧4-5、扭臂插槽4-6、支角端部滚轴4-7、支架连接筒4-8联接构成；支架连接筒4-8上固定有支角座4-2，支角座4-2通过支角座固定螺钉4-1连接在封盖5外表面的上方，并通过胶粘剂做固定密封，支角座4-2上加工了一个内孔安装有支角根部转轴4-3，支角根部转轴4-3上套接有扭转弹簧4-5和支角4-4，每个支角4-4上加工有扭臂插槽4-6，支角4-4与竖直方向成40-45°倾角，支角4-4端部安装有支角端部滚轴4-7。

制动刹10由光纤绕筒斜切面10-1、外套筒斜切面10-3和保护衬垫10-2构成：光纤绕筒斜切面10-1和外套筒斜切面10-3均呈圆锥型结构，光纤绕筒斜切面10-1和外套筒斜切面10-3与水平方向的倾角为36-42°，在装置提拉过程中，光纤绕筒斜切面10-1与外套筒斜切面10-3下端分离；当装置提拉过程结束，光纤绕筒斜切面10-1，与外套筒斜切面10-2相契合构成制动刹10，保护衬垫10-2由耐高温，耐油，防腐蚀的聚四氟乙烯橡胶制成，用胶粘剂贴于光纤绕筒斜切面10-1和外套筒斜切面10-3上。

所述的光纤绕筒（8）的下部是下井光纤缠绕区域，光纤缠绕区域的光纤缠绕方式为多层密绕。

本发明采用光纤绕筒均匀的缠绕光纤，其所缠绕的光纤在顶端通过可拆装的光纤连接接口与外部光纤连接，下端沿制动刹装置的绕筒斜切面导出与可转动光纤连接器的上端连接，可转动光纤连接器的下端与传感器相连。在光纤释放过程中，可转动光纤连接器可以消除下井光纤的扭力。光纤绕筒的上部设置有封盖，光纤绕筒的光纤缠绕区外部设置有外套筒。封盖通过封盖紧固螺钉与外套筒相连接。外套筒底部的斜切面和光纤绕筒底部的斜切面一起构成制动刹，方便控制缠绕光纤的下井长度。在制动刹的内外环面上，装有耐高温，耐腐蚀的保护衬垫，在制动过程中可以增加内外切面的摩擦，在制动瞬间防止光纤受到应力的冲击。在封盖的外部上端设有自适应的支架，在装置提升过程中，支角可自行收缩，随着装置一起上升，且支角端部滚轴可以减小摩擦，不影响装置在钻杆内部的上移。当到达钻杆的接口处，支角自动卡位，将整个装置固定。

本发明的自适应支架是由三个可自动收缩的支角构成，每个支角都与扭转弹簧相连接。在钻井作业过程中，自适应支架位于钻杆内部，当向上拉起时，三个支角向下方收缩，一旦到达钻杆的接口处，三个支角自动弹开，将装置固定于接口卡槽处。

本发明具有结构简单、低能耗、低成本、对钻井作业影响较小等优点。适用于光纤传感器随钻测井过程的信号提取及地面动态监测，也可在实验教学和科学研究的仿真环境中使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中自适应支架4的结构示意图。

图3为图1中制动刹10的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和各实施例对本发明进一步详细说明。

参照图1，一种光纤传感器随钻下井装置，包括光纤绕筒8，光纤绕筒8的总长度为（190-210mm），筒内直径为（10-20mm），筒壁厚（5-10mm），光纤绕筒8的顶端通过三个接口固定螺钉2固定有光纤连接接口3，每个接口固定螺钉2都连接有提拉缆绳1，光纤绕筒8的上部连接封盖5，长度为（60-70mm）。光纤绕筒8的下部是下井光纤缠绕区域，下井光纤缠绕区域长度为（100-110mm）光纤缠绕区域外部套接有外套筒9，外套筒9长度为（120-130mm），筒内直径为（45-55mm），筒壁厚（10-15mm）；外套筒9通过封盖紧固螺钉6与封盖5相连接，光纤绕筒8缠绕区域的上端直径大于封盖内直径，由于光纤绕筒8缠绕区域的上端直径大于封盖内直径，当装置被提拉时，光纤绕筒8可以带动封盖5和外套筒9一起向上移动，此时，外套筒9底部的斜切面10-3和光纤绕筒底部的斜切面10-1构成的制动刹被打开，下井光纤7被释放。在此过程中，可转动光纤连接器11可以消除光纤释放过程中的扭力；封盖5上固定有自适应支架4，下井光纤7的一端从光纤连接接口3引出，另一端在光纤绕筒8的缠绕区域多层缠绕后从制动刹10底部导出连接到可转动光纤连接器11的上端，可转动光纤连接器11的下端连接下井光纤传感器12，在光纤释放过程中，可转动光纤连接器可以消除下井光纤的扭力。

参照图2，所述的自适应支架4由支角座固定螺钉4-1、支角座4-2、支角根部转轴4-3、支角4-4、扭转弹簧4-5、扭臂插槽4-6、支角端部滚轴4-7、支架连接筒4-8联接构成：

支架连接筒4-8上固定有支角座4-2，支角座4-2通过支角座固定螺钉4-1连接在封盖5外表面的上方，并通过由本发明人已授权专利（ZL200810150627.X）中的胶粘剂做固定密封，支角座4-2上加工了一个内孔安装有支角根部转轴4-3，支角根部转轴4-3上套接有扭转弹簧4-5和支角4-4，每个支角4-4上加工有扭臂插槽4-6，用于固定扭转弹簧的扭臂，支角4-4与竖直方向成40-45°倾角，支角4-4端部安装有支角端部滚轴4-7，在支角4-4随装置上移时，支角端部滚轴4-7可以减小摩擦，便于整个装置在钻杆内部的运动。在钻井作业续加钻杆过程中，自适应支架4沿钻杆壁上移，扭转弹簧4-5发生形变，支角4-4自动适应上移方位，随外套筒上移。当到达钻杆的接口处，支角4-4自动卡位，将自适应支架4固定。

参照图3，制动刹10由光纤绕筒斜切面10-1、外套筒斜切面10-3和保护衬垫10-2构成：

光纤绕筒斜切面10-1和外套筒斜切面10-3均呈圆锥型结构，光纤绕筒斜切面10-1和外套筒斜切面10-3与水平方向的倾角为36-42°。在装置提拉过程中，光纤绕筒斜切面10-1与外套筒斜切面10-3下端分离，下井光纤沿着空隙释放；当装置提拉过程结束，光纤绕筒斜切面10-1，与外套筒斜切面10-2相契合构成制动刹10，光纤长度不再被释放。保护衬垫10-2由耐高温，耐油，防腐蚀的聚四氟乙烯橡胶制成，用由本发明人已授权专利（ZL200810150627.X）的胶粘剂贴于光纤绕筒斜切面10-1和外套筒斜切面10-3上，在制动过程中可以增加内外切面的摩擦，在制动瞬间防止光纤受到应力的冲击。

本发明的工作过程如下：

地面监测装置通过光纤连接接口3与光纤传感器随钻下井装置相连接，将可转动光纤连接器11下端连接的传感器12安装在钻铤内部的合适位置，预释放与钻铤长度相当的下井光纤7，自适应支架4的支角4-4位于钻铤接口的内槽处。用地面设备监测井下传感器信号并保持井下传感器工作正常。在续接钻杆的作业中，从光纤连接接口3处断开传感器信号与外部光纤的连接，将外部光纤收起。按照随钻作业规程加入一节钻杆，当钻杆上端和动力装置相连接后，释放外部光纤，让光纤从钻杆内部穿出，与光纤传感器随钻下井装置的光纤连接接口3连接，将钻杆下端与钻铤相固定。此时续接钻杆连接完毕，同时井下传感器信号恢复接通。从上方提拉固定在光纤连接接口3处的提拉缆绳1，光纤绕筒8带动整个光纤传感器随钻下井装置向上提起，在此过程中，由光纤绕筒斜切面10-1、保护衬垫10-2和外套筒斜切面10-3构成的制动刹10下方产生间隙，缠绕在光纤绕筒8上的下井光纤7被释放。自适应支架4三个支角4-4向内收缩，沿着钻杆内壁向上移动，支角根部转轴4-3可以减小支角与钻杆内壁的摩擦。当支角4-4提到钻杆的接口时，三个支角自动弹起，卡在接口内槽处，将外套筒9固定。此时光纤绕筒8落下，底端的光纤绕筒斜切面10-1与外套筒斜切面10-3相契合，形成制动刹10，光纤不再被释放，保护衬垫10-2在制动过程中可以增加内外切面的摩擦，在制动瞬间防止光纤受到应力的冲击。至此，随钻测井一根钻杆的续接过程全部完成，在随钻的过程中，保证井下光纤传感器的信号被实时检测和监测。重复上述过程，可以依次完成钻杆的续接作业以及随钻信号的检测和监测。

Claims

1.一种光纤传感器随钻下井装置，其特征在于，包括光纤绕筒（8），光纤绕筒（8）的顶端通过三个接口固定螺钉（2）固定有光纤连接接口（3），每个接口固定螺钉（2）都连接有提拉缆绳（1），光纤绕筒（8）的上部连接封盖（5），光纤绕筒（8）的下部是下井光纤缠绕区域，光纤缠绕区域外部套接有外套筒（9），外套筒（9）通过封盖紧固螺钉（6）与封盖（5）相连接，光纤绕筒（8）缠绕区域的上端直径大于封盖内直径；封盖（5）上固定有自适应支架（4），下井光纤（7）的一端从光纤连接接口（3）引出，另一端在光纤绕筒（8）的缠绕区域多层缠绕后从制动刹（10）底部导出连接到可转动光纤连接器（11）的上端，可转动光纤连接器（11）的下端连接下井光纤传感器（12）。

2.根据权利要求1所述的一种光纤传感器随钻下井装置，其特征在于，所述的自适应支架（4）由支角座固定螺钉（4-1）、支角座（4-2）、支角根部转轴（4-3）、支角（4-4）、扭转弹簧（4-5）、扭臂插槽（4-6）、支角端部滚轴（4-7）、支架连接筒（4-8）联接构成；支架连接筒（4-8）上固定有支角座（4-2），支角座（4-2）通过支角座固定螺钉（4-1）连接在封盖（5）外表面的上方，并通过胶粘剂做固定密封，支角座（4-2）上加工了一个内孔安装有支角根部转轴（4-3），支角根部转轴（4-3）上套接有扭转弹簧（4-5）和支角（4-4），每个支角（4-4）上加工有扭臂插槽（4-6），支角（4-4）与竖直方向成40-45°倾角，支角（4-4）端部安装有支角端部滚轴（4-7）。

3.根据权利要求1所述的一种光纤传感器随钻下井装置，其特征在于，制动刹（10）由光纤绕筒斜切面（10-1）、外套筒斜切面（10-3）和保护衬垫（10-2）构成：光纤绕筒斜切面（10-1）和外套筒斜切面（10-3）均呈圆锥型结构，光纤绕筒斜切面10-1和外套筒斜切面（10-3）与水平方向的倾角为36-42°，在装置提拉过程中，光纤绕筒斜切面（10-1）与外套筒斜切面（10-3）下端分离；当装置提拉过程结束，光纤绕筒斜切面（10-1），与外套筒斜切面（10-2）相契合构成制动刹（10），保护衬垫（10-2）由耐高温，耐油，防腐蚀的聚四氟乙烯橡胶制成，用胶粘剂贴于光纤绕筒斜切面（10-1）和外套筒斜切面（10-3）上。

4.根据权利要求1所述的一种光纤传感器随钻下井装置，其特征在于，所述的光纤绕筒（8）的下部是下井光纤缠绕区域，光纤缠绕区域的光纤缠绕方式为多层密绕。