CN104196479B - 一种用于绳索取心钻进的电磁随钻测量系统 - Google Patents

一种用于绳索取心钻进的电磁随钻测量系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于绳索取心钻进的电磁随钻测量系统，包括井下钻具和地面接收系统，所述井下钻具包括外管总成和内管总成；所述外管总成包括上接头、弹卡室、绝缘环、绝缘接头、中间接头、外岩心管和钻头；所述内管总成包括捞矛头、回收管、提引接头、电池组、控制电路板、发射电路板、内管绝缘、测量短节、丝堵、芯阀套、芯阀、岩心内管、卡簧和卡簧座；所述地面接收系统包括相互连接的钻塔、接收器、计算机和天线。采用本发明用于绳索取心钻进的电磁随钻测量系统，既可利用绳索取心钻进工艺的优点，大幅度节约起下钻时间，提高钻探效率，同时，钻进过程又能将钻孔轨迹状态等参数实时传送至地面。

Description

一种用于绳索取心钻进的电磁随钻测量系统
技术领域
本发明涉及钻探领域，更具体地说，涉及一种用于绳索取心钻进的电磁随钻测量系统。
背景技术
在深孔、定向孔钻进过程中，对钻孔轨迹的控制十分重要。电磁随钻测量系统能够监测钻孔状态参数并通过无线电磁波实时传输至地面，具有信号传输速率高、不受钻井液影响等优势。近年来，地质找矿钻孔的深度不断增加以及科学深孔、超深孔钻探蓬勃发展，这些钻孔的实施迫切需要使用随钻测量系统。目前，电磁随钻测量系统在石油钻进中广泛使用。石油钻进一般不需要取心，现有的电磁随钻测量系统只能用于不取心的全面钻进，而地质找矿钻探及科学钻探一般都需要全孔取心，现有的电磁随钻测量系统无法应用。此外，在地质找矿及科学钻探深孔钻进中，为了提高钻进效率，普通采用绳索取心钻进工艺，这种工艺通过岩心内管取心，岩心内管打满后，卡断岩心，再通过钢丝绳把岩心内管打捞至地面，取出岩心，而不需要提钻，只有要换钻头时才提钻，从而大大节约了深孔钻进效率。随着钻孔深度的增加，对于钻孔轨迹的控制更加重要，研制能够应用于深孔绳索取心钻进的电磁随钻测量系统成为摆在钻探工作者面前的紧迫任务。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于绳索取心钻进的电磁随钻测量系统，可以在绳索取心钻进的同时，实时监测钻孔轨迹等状态参数。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于绳索取心钻进的电磁随钻测量系统，包括井下钻具和地面接收系统，所述井下钻具包括外管总成和内管总成；
所述外管总成包括上接头、弹卡室、绝缘环、绝缘接头、中间接头、外岩心管和钻头，所述上接头和弹卡室之间通过螺纹连接，所述弹卡室和绝缘接头之间通过所述绝缘环隔开，并通过键连接，所述绝缘接头、中间接头、外岩心管和钻头之间依次通过螺纹连接；
所述内管总成包括捞矛头、回收管、提引接头、电池组、控制电路板、发射电路板、内管绝缘、测量短节、丝堵、芯阀套、芯阀、岩心内管、卡簧和卡簧座，所述捞矛头和回收管之间通过螺纹连接，所述提引接头、内管绝缘及丝堵之间依次通过螺纹连接并形成一个密闭空间，所述电池组、控制电路板、发射电路板和测量短节安装在所述该密闭空间内，所述内管绝缘与芯阀套之间通过螺纹连接，所述芯阀安装在芯阀套内；
所述地面接收系统包括相互连接的钻塔、接收器、计算机和天线，所述测量短节通过传感器测量钻孔的轨迹状态参数，测得的电信号通过所述控制电路板处理后传给发射电路板，所述发射电路板对测量的数据信号进行编辑，并通过电磁波实时传输至地面，所述天线接收到信号后通过接收器对信号进行处理后将数据传给计算机。
上述方案中，所述弹卡室和绝缘接头之间的空隙注满环氧树脂，弹卡室和绝缘接头相连接不稳的外表面包裹玻璃钢布。
上述方案中，所述内管总成还包括张簧、弹卡板和圆柱销，所述张簧使弹卡板保持张开状态，所述弹卡板从回收管上开的窗口中伸出，所述圆柱销安装在回收管上并穿过提引接头上的腰形孔。
上述方案中，所述内管总成上设有悬挂环，所述外管总成上设有座环，整个内管总成通过悬挂环悬挂在座环上。
上述方案中，所述内管总成上设有出水孔和进水孔。
实施本发明的用于绳索取心钻进的电磁随钻测量系统，具有以下有益效果：
采用本发明用于绳索取心钻进的电磁随钻测量系统，既可利用绳索取心钻进工艺的优点，大幅度节约起下钻时间，提高钻探效率，同时，钻进过程又能将钻孔轨迹状态等参数实时传送至地面。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明用于绳索取心钻进的电磁随钻测量系统的结构示意图；
图中：1-上接头，2-弹卡室，3-玻璃钢布，4-环氧树脂，5-键，6-绝缘环，7-绝缘接头，8-中间接头，9-外岩心管，10-钻头，11-捞矛头，12-张簧，13-弹卡板，14-回收管，15-圆柱销，16-提引接头，17-电池组，18-控制电路板，19-发射电路板，20-内管绝缘，21-测量短节，22-丝堵，23-芯阀套，24-弹簧，25-进水孔，26-悬挂环，27-座环，28-芯阀，29-出水孔，30-推力轴承，31-锁紧螺母，32-岩心内管，33-卡簧，34-卡簧座，35-钻塔，36-导线，37-接收器，38-计算机，39-天线，40-电磁波。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明用于绳索取心钻进的电磁随钻测量系统包括井下钻具和地面接收系统。
井下钻具包括外管总成和内管总成。其中，外管总成包括上接头1、弹卡室2、玻璃钢布3、环氧树脂4、键5、绝缘环6、绝缘接头7、中间接头8、外岩心管9、钻头10。上接头1和弹卡室2之间通过螺纹连接，弹卡室2和绝缘接头7之间由绝缘环6隔开，并通过键5连接，其间的空隙注满环氧树脂4，外面裹上一层玻璃钢布3。绝缘接头7、中间接头8、外岩心管9和钻头10之间依次通过螺丝连接。外管总成上还设有座环27。键5和绝缘环6采用PEEK(聚醚醚酮)材料。
内管总成包括捞矛头11、张簧12、弹卡板13、回收管14、圆柱销15、提引接头16、电池组17、控制电路板18、发射电路板19、内管绝缘20、测量短节21、丝堵22、芯阀套23、弹簧24、进水孔25、悬挂环26、座环27、芯阀28、出水孔29、推力轴承30、锁紧螺母31、岩心内管32、卡簧33和卡簧座34。捞矛头11和回收管14之间通过螺纹连接，张簧12使弹卡板13保持张开状态，弹卡板13从回收管14上开的窗口中伸出，圆柱销15安装在回收管14上并穿过提引接头16上的腰形孔。提引接头16、内管绝缘20及丝堵22之间依次通过螺纹连接，其间形成一个密闭空间，在该密闭空间中安装有电池组17、控制电路板18、发射电路板19和测量短节21。内管绝缘20与芯阀套23之间通过螺纹连接。推力轴承30有于保持内管的单动性，锁紧螺母31用来调节内管总成的长度。此外，内管总成上还设有悬挂环26、进水孔25和出水孔29。井下钻具的零部件除PEEK材料和环氧树脂外，其它均采用无磁钢制作。
地面接收系统主要包括钻塔35、导线36、接收器37、计算机38和天线39。
本发明按以下方式工作：首先通过绳索取心钻杆(图中未示出)把井下钻具外管总成下入孔底，地面接收系统中的钻塔35、接收器37及天线39通过导线36连接，接收器37与计算机38之间通过数据线连接好。
井下钻具内管总成通过绳索取心钻杆(图中未示出)内腔投入孔底，接好钻杆，开动地表泥浆泵，当井下钻具内管总成到达外管总成后，整个内管总成通过悬挂环26悬挂在外管总成的座环27上，同时弹卡板13在弹卡室2中张开，防止内管总成上窜。冲洗液从钻杆内腔到达井下钻具内管总成和外管总成之间的环状间隙，通过进水孔25后推开芯阀28后由出水孔29进入内外管总成之间的环状间隙，直达孔底。内管总成到位后开始正常钻进，岩心进入岩心内管32，内管总成推力轴承30以下的零件不动，内管总成推力轴承30以上的零件及外管总成在钻杆的带动下旋转。此时，内管总成中的测量短节通过传感器测量钻孔的井斜角、方位角及工具面向角等钻孔轨迹状态参数，传感器测得的电信号通过控制电路板处理后传给发射电路19，发射电路板19对测量的数据信号进行编辑，并通过电磁波40实时传输至地面，地面接收到信号后通过接收器37对信号进行放大、滤波、陷波等处理后将数据传给计算机，计算机对数据处理后以一定的图形、图表等界面显示，同时可对数据进行保存打印等操作。
当岩心内管32打满后，停止钻进。从地面孔口处打开钻杆，通过钢丝绳下入打捞器(图中未示出)，打捞器抓住捞矛头11后往上提，捞矛头11带动回收管上提，回收管上提过程中迫使弹卡板13收回，同时，安装在回收管14上的圆柱销15向上运动并带动提引接头16上提，这样整个内管总成全部提着向上运动，由于卡簧33与卡簧座34之间有个锥度，卡簧33把岩心抱紧并拉断。内管总成提至地面后取出岩心内管中的岩心后，再次把内管总成投入钻杆内并下至外管总成处，进行下个回次的钻进。因此，采用本发明涉及的用于绳索取心钻进的电磁随钻测量系统，既可利用绳索取心钻进工艺的优点，大幅度节约起下钻时间，提高钻探效率，同时，钻进过程又能将钻孔轨迹状态等参数实时传送至地面。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种用于绳索取心钻进的电磁随钻测量系统，包括井下钻具和地面接收系统，所述井下钻具包括外管总成和内管总成；所述外管总成包括上接头、弹卡室、绝缘接头和钻头，所述内管总成包括捞矛头和测量短节，所述地面接收系统包括相互连接的钻塔、接收器和天线；其特征在于，
所述外管总成还包括绝缘环、中间接头和外岩心管，所述上接头和弹卡室之间通过螺纹连接，所述弹卡室和绝缘接头之间通过所述绝缘环隔开，并通过键连接，所述绝缘接头、中间接头、外岩心管和钻头之间依次通过螺纹连接；
所述内管总成还包括回收管、提引接头、电池组、控制电路板、发射电路板、内管绝缘、丝堵、芯阀套、芯阀、岩心内管、卡簧和卡簧座，所述捞矛头和回收管之间通过螺纹连接，所述提引接头、内管绝缘及丝堵之间依次通过螺纹连接并形成一个密闭空间，所述电池组、控制电路板、发射电路板和测量短节安装在所述密闭空间内，所述内管绝缘与芯阀套之间通过螺纹连接，所述芯阀安装在芯阀套内；
所述地面接收系统还包括计算机，所述测量短节通过传感器测量钻孔的轨迹状态参数，测得的电信号通过所述控制电路板处理后传给发射电路板，所述发射电路板对测量的数据信号进行编辑，并通过电磁波实时传输至地面，所述天线接收到信号后通过接收器对信号进行处理后将数据传给计算机。
2.根据权利要求1所述的用于绳索取心钻进的电磁随钻测量系统，其特征在于，所述弹卡室和绝缘接头之间的空隙注满环氧树脂，弹卡室和绝缘接头相连接不稳的外表面包裹玻璃钢布。
3.根据权利要求1所述的用于绳索取心钻进的电磁随钻测量系统，其特征在于，所述内管总成还包括张簧、弹卡板和圆柱销，所述张簧使弹卡板保持张开状态，所述弹卡板从回收管上开的窗口中伸出，所述圆柱销安装在回收管上并穿过提引接头上的腰形孔。
4.根据权利要求1所述的用于绳索取心钻进的电磁随钻测量系统，其特征在于，所述内管总成上设有悬挂环，所述外管总成上设有座环，整个内管总成通过悬挂环悬挂在座环上。
5.根据权利要求1所述的用于绳索取心钻进的电磁随钻测量系统，其特征在于，所述内管总成上设有出水孔和进水孔。
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