CN104420827A - 用于测量定向钻井钻具的外角差的测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于测量定向钻井钻具的外角差的测量设备，包括用于与随钻测量短节套接固定的第一固定装置，第一固定装置沿轴向的下端面处设置有用于垂直向下发射定位信号的发射器；用于与动力钻具套接固定的第二固定装置，第二固定装置沿轴向的上端面处设置有用于接收定位信号的接收器，第二固定装置上绕轴线形成有角度刻度；其通过安装在随钻测量短节上的发射器沿垂直向下的方向发射一定位信号，然后通过动力钻具上的接收器对该定位信号进行接收，从而较为精准的在动力钻具上确定随钻测量短节上定向键的相应位置，进而可有效地减少人工目测所带来的误差，并最终有效地提高外角差的测量精度。

Description

用于测量定向钻井钻具的外角差的测量设备

技术领域

本发明涉及一种外角差测量设备，尤其涉及一种用于测量定向钻井钻具的外角差的测量设备，属于定向钻井钻具外角差测量技术领域。

背景技术

定向钻井技术是目前最先进的钻井技术之一。该技术主要通过定向钻井钻具、测量设备和工艺技术相配合，从而实现井眼轨迹的有效控制，进而使得钻头沿预设轨道钻达井底预定目标。

其中，测量设备主要用于测量定向钻井钻具的外角差，通过对外角差进行测量从而保证定向钻井钻具中工作面的摆放，进而对井眼轨迹进行控制。具体的，定向钻井钻具包括：由上至下依次连接的随钻测量(Measure While Drilling，简称MWD)短节、无磁钻铤和动力钻具，而随钻测量短节上预设的定向键与动力钻具上形成的高边线之间的角度差即为所需测量的角度差。

目前，常见的测量设备，其通常是在随钻测量短节上和动力钻具上分别安装定位器和测量器，然后利用定位器上设置的第一基准点与随钻测量短节上的定向键人工进行定位，然后再通过人工的方式在测量器上将第二基准点与定位器上的第一基准点进行对准（即在测量器上找到与随钻测量短节上的定向键位置相对应的基准点），最后将测量器上对准后的第二基准点到动力钻具上形成的高边线之间的角度进行测量，即可得出外角差的数值。

由于常见的测量设备在使用时，其测量器上的第二基准点通常是通过人工目测进行定位的，其会造成一定的人为误差。尤其是当定向钻井钻具整体长度过长（有时第一基准点到第二基准点之间的距离超过20米），以及受自然光线的影响；都会使得人工目测存在较大误差，从而影响外角差测量的精度，并最终影响到定向钻井中井眼轨迹的控制。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种用于测量定向钻井钻具的外角差的测量设备，其可有效地提高外角差的测量精度。

本发明提供的一种用于测量定向钻井钻具的外角差的测量设备，包括：

用于套接在所述定向钻井钻具中的随钻测量短节上的第一固定装置，所述第一固定装置沿轴向的下端面处设置有用于垂直向下发射定位信号的发射器；

和用于套接在所述定位钻井钻具中的动力钻具上的第二固定装置，所述第二固定装置沿轴向的上端面处设置有用于接收所述定位信号的接收器，所述第二固定装置上绕轴线形成有角度刻度。

可选的，所述第一固定装置包括具有第一开口的第一圆环，以及用于锁紧所述第一开口的第一锁紧机构。

可选的，所述第一锁紧机构为锁紧螺栓。

可选的，所述第二固定装置包括具有第二开口的第二圆环，以及用于锁紧所述第二开口的第二锁紧机构，所述角度刻度形成于所述第二圆环上。

可选的，所述第二锁紧机构为锁紧螺栓。

可选的，所述第二圆环沿轴向的上端面和/或下端面形成有卡槽，所述卡槽内卡接有与所述卡槽滑动配合连接的拨针。

可选的，所述角度刻度包括零刻度；

所述第二圆环的一侧由所述零刻度至所述第二开口之间形成的第一刻度区间；

以及所述第二圆环的另一侧由所述零刻度至所述第二开口之间形成的第二刻度区间；

其中，所述接收器位于所述零刻度处。

可选的，所述发射器为红外线发射器，所述接收器为红外线感应报警器。

与现有技术相比，本发明提供的用于测量定向钻井钻具的外角差的测量设备，其通过安装在随钻测量短节上的发射器沿垂直向下的方向发射一定位信号，然后通过动力钻具上的接收器对该定位信号进行接收，从而较为精准的在动力钻具上确定随钻测量短节上定向键的相应位置，进而可有效地减少人工目测所带来的误差，并最终有效地提高外角差的测量精度。

同时，通过利用发射器和接收器进行定向键在动力钻具上相应的位置，抗人为或自然因素的干扰性更好，使其定位精度以及使用范围都有所增加。

在进一步的技术方案中，第一固定装置采用具有第一开口的第一圆环，并通过第一锁紧机构用于将第一开口进行锁紧，其结构简单，便于安装，并且第一圆环与随钻测量短节安装的稳定性更高，从而进一步保证发射器的安装精度，进而有效提高外角差的测量精度。

在进一步的技术方案中，第二固定装置采用具有第二开口的第二圆环，并通过第二锁紧机构用于将第二开口进行锁紧，其结构简单，便于安装，并且第二圆环与动力钻具安装的稳定性更高，从而进一步保证接收器的安装精度，进而有效提高外角差的测量精度。

在进一步的技术方案中，通过在第二圆环上形成卡槽，并在卡槽内设置拨针，利用拨针的滑动，从而对准动力钻具上的高边线，进而确保度数的准确度并有效地提高外角差的测量精度。

在进一步的技术方案中，角度刻度通过零刻度、第一刻度区间和第二刻度区间组合而成，并且将接收器设置在零刻度处，从而便于对接收器和高边线之间的角度进行读取，更加便于实际使用。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

附图说明

在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明实施例提供的用于测量定向钻井钻具的外角差的测量设备的结构示意图；

图2为本发明实施例中提供的第一固定装置的仰视图；

图3为本发明实施例中提供的第二固定装置的俯视图；

图4为本发明实施例中提供的第二固定装置的侧视图。

附图说明：

1-随钻测量短节；2-无磁钻铤；3-动力钻具；

4-第一固定装置，41-发射器，42-第一开口，43-第一圆环，44-第一锁紧机构；

5-第二固定装置，51-接收器，52-第二开口，53-第二圆环，54-第二锁紧机构，55-卡槽，56-拨针。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本发明中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在描述具体实施方式前，先对本发明中出现的方向性名词做如下限定：

将定向钻井钻具中，靠近钻进目标的一端定义为下端，远离钻进目标的一端定义为上端，并且定向钻井钻具的旋转轴线即为本发明的轴线。

如图1至4所示，本实施例中提供的用于测量定向钻井钻具的外角差的测量设备，包括：

用于套接在定向钻井钻具中的随钻测量短节1上的第一固定装置4，第一固定装置4沿轴向的下端面处设置有用于垂直向下发射定位信号的发射器41；

和用于套接在定位钻井钻具中的动力钻具3上的第二固定装置5，第二固定装置5沿轴向的上端面处设置有用于接收定位信号的接收器51，第二固定装置51上绕轴线形成有角度刻度（图中未示出）。

使用时，先组装定向钻井钻具，其中定向钻井钻具包括由上至下依次连接的随钻测量短节1、无磁钻铤2和动力钻具3，随钻测量短节1上设置有定向键（图中未示出），动力钻具3上形成有高边线（图中未示出）。

将第一固定装置4安装在随钻测量短节1上，并将发射器41与随钻测量短节1上的定向键对准，然后打开定位发生器并使其垂直向下发生定位信号。上提定向钻井钻具，然后将第二固定装置5套接在动力钻具3上，并且绕轴线方向转动第二固定装置5，直至接收器51接收到发射器41发出的定位信号为止。当接收器51接收到发射器41发出的定位信号后，将第二固定装置5固定安装在动力钻具3上，然后通过第二固定装置5上形成的角度刻度测量出接收器51到动力钻具3上形成的高边线之间的角度即可，此角度即为所需要测量的定向钻井钻具外角差值。

其通过安装在随钻测量短节1上的发射器41沿垂直向下的方向发射一定位信号，然后通过动力钻具3上的接收器51对该定位信号进行接收，从而较为精准的在动力钻具3上确定随钻测量短节1上定向键的相应位置，进而可有效地减少人工目测所带来的误差，并最终有效地提高外角差的测量精度。

同时，通过利用发射器41和接收器51进行定向键在动力钻具3上相应的位置，其抗人为或自然因素的干扰性更好。例如，只有在发射器41与接收器51位置刚好相对时，接收器51才会接收到定位信号，从而避免了认为因素的干扰，可有效提高定位精度。并且接收器51对于发射器41发射出的定位信号感应更为灵敏，从而可有效地避免自然因素（如日照、风沙等）的影响，进而提高其使用范围。

本实施例中，由于第一固定装置4需要准确安装在随钻测量短节1上，并保证其上设置的发射器41垂直向下发射出定位信号；因此需要第一固定装置4需要有较高的安装精度。为此，如图2所示，第一固定装置4包括具有第一开口42的第一圆环43，以及用于锁紧第一开口42的第一锁紧机构44。

使用时，利用第一圆环43套接在随钻测量短节1上，然后通过第一锁紧机构44将第一开口42逐步锁紧，并最终将第一圆环43套接固定在随钻测量短节1上。其中，第一锁紧机构44在逐步锁紧过程中，由于第一圆环43是贴合在随钻测量短节1的外壁上，因此在第一圆环43逐步锁紧的同时可有效地保证第一圆环43的安装精度。同时采用这种设置，也使得第一固定装置4更加便于安装固定，方便施工人员使用。

进一步优选的，第一锁紧机构44为锁紧螺栓。

本实施例中，由于第二固定装置5需要准确安装在动力钻具3上，并保证其上设置的接收器51垂直向上，从而便于接收定位信号；因此需要第二固定装置5需要有较高的安装精度。为此，如图3所示，第二固定装置5包括具有第二开口52的第二圆环53，以及用于锁紧第二开口52的第二锁紧机构54，角度刻度形成于第二圆环53上（图中未示出）。

使用时，利用第二圆环53套接在动力钻具3上，并使得第二圆环53可在动力钻具3上绕轴线方向旋转，当接收器51接收到定位信号后，通过第二锁紧机构54将第二开口52逐步锁紧，并最终将第二圆环53套接固定在动力钻具3上。其中，第二锁紧机构54在逐步锁紧过程中，由于第二圆环53是贴合在动力钻具3的外壁上，因此在第二圆环53逐步锁紧的同时可有效地保证第二圆环53的安装精度。同时采用这种设置，也使得第二固定装置5更加便于安装固定，方便施工人员使用。

进一步优选的，第二锁紧机构54为锁紧螺栓。

本实施例中，在测量过程中，定向钻井钻具外角差值实际上是接收器51到动力钻具3上形成的高边线之间的角度，因此施工人员只需测量并读取接收器51到动力钻具3上形成的高边线之间的角度即可。为此，如图3和4所示，第二圆环53沿轴向的上端面和/或下端面形成有卡槽55，卡槽55内卡接有与卡槽55滑动配合连接的拨针56。

使用时，施工人员可通过调整与卡槽55滑动配合的拨针56，并且使得拨针56与动力钻具3上的高边线对准，然后利用第二圆环53上的角度刻度进行测量读取即可，从而更加便于施工人员的使用，并且提高度数的准确度。

本实施例中，角度刻度形成在第二圆环53上时，施工人员需要记录接收器51所对应的角度值以及动力钻具3上的高边线所对应的角度值，然后再用两者的角度值做差，从而得出所需要测量的定向钻井钻具外角差值，其使用起来较为繁琐。为此，可将角度刻度设置成包括零刻度；第二圆环53的一侧由零刻度至第二开口52之间形成的第一刻度区间；以及第二圆环53的另一侧由零刻度至第二开口52之间形成的第二刻度区间；并且使得接收器51位于零刻度处。

其中，第一刻度区间与零刻度配合可形成0°～175°的测量范围；同理，第二刻度区间与零刻度配合可形成0°～-175°的测量范围。

使用时，当接收器51接收到定位信号并固定后，施工人员只需读取动力钻具3的高边线对应的角度数值即可，其使用更加简便。

本实施例中，优选的，发射器41为红外线发射器，接收器51为红外线感应报警器。其利用红外线发射器发射出红外线定位信号，然后当红外线感应报警器感应到红外线定位信号后，其开始报警从而提示施工人员红外线感应报警器移动到位，其更加便于使用。

需理解的是，发射器41和接收器51不仅限于红外线发射器和红外线感应报警器，亦可采用其它定位信号发射及接收装置，但都应落入本发明的保护范围。

最后应说明的是：以上实施方式及实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式及实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式或实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式或实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用于测量定向钻井钻具的外角差的测量设备，包括：

用于套接在所述定向钻井钻具中的随钻测量短节上的第一固定装置，所述第一固定装置沿轴向的下端面处设置有用于垂直向下发射定位信号的发射器；

和用于套接在所述定位钻井钻具中的动力钻具上的第二固定装置，所述第二固定装置沿轴向的上端面处设置有用于接收所述定位信号的接收器，所述第二固定装置上绕轴线形成有角度刻度。

2.根据权利要求1所述的用于测量定向钻井钻具的外角差的测量设备，其特征在于，所述第一固定装置包括具有第一开口的第一圆环，以及用于锁紧所述第一开口的第一锁紧机构。

3.根据权利要求2所述的用于测量定向钻井钻具的外角差的测量设备，其特征在于，所述第一锁紧机构为锁紧螺栓。

4.根据权利要求1或2所述的用于测量定向钻井钻具的外角差的测量设备，其特征在于，所述第二固定装置包括具有第二开口的第二圆环，以及用于锁紧所述第二开口的第二锁紧机构，所述角度刻度形成于所述第二圆环上。

5.根据权利要求4所述的用于测量定向钻井钻具的外角差的测量设备，其特征在于，所述第二锁紧机构为锁紧螺栓。

6.根据权利要求4所述的用于测量定向钻井钻具的外角差的测量设备，其特征在于，所述第二圆环沿轴向的上端面和/或下端面形成有卡槽，所述卡槽内卡接有与所述卡槽滑动配合连接的拨针。

7.根据权利要求4到6中任一项所述的用于测量定向钻井钻具的外角差的测量设备，其特征在于，所述角度刻度包括零刻度；

所述第二圆环的一侧由所述零刻度至所述第二开口之间形成的第一刻度区间；

以及所述第二圆环的另一侧由所述零刻度至所述第二开口之间形成的第二刻度区间；

其中，所述接收器位于所述零刻度处。

8.根据权利要求1到6中任一项所述的用于测量定向钻井钻具的外角差的测量设备，其特征在于，所述发射器为红外线发射器，所述接收器为红外线感应报警器。