CN104832164A - 一种有线随钻测量工具 - Google Patents

Abstract

一种能在旋转钻进等工况条件下使用的有线随钻测量工具，属钻井和测井领域，用以测量地层参数和钻井工程参数。该工具由两部分组成：接入转盘面以上钻具中的短节和用对接器下部分固定于井内钻具内的电缆及与其相连接的测量仪器。短节内微型绞车轴的一端与短节外固定的电机轴传动连接，绞车上电缆的一端连接有对接器的上部分，电缆的另一端通过绞车轴心引出与固定于短节外部的无线收发控制器电连接，无线收发控制器分别与电机与电池电连接，电池固定于短节外部或电机上。

Description

一种有线随钻测量工具

技术领域

本发明涉及一种有线随钻测量工具，尤其是能满足旋转钻进或复合钻进时测量的需要，属钻井与测井领域。

背景技术

钻井技术的主要特征是地面驱动装置连接柱状空心钻具，该钻具的另一头与钻头相连，钻头旋转破坏岩石，从地面驱动装置内注入的泥浆（钻井夜）流经钻具内孔从钻头处返出，携带钻碎的岩石从钻具与钻头钻出的井眼的环形空间流到地面，通过在钻台转盘上一根一根的接入钻具使井越钻越深。钻进分为旋转钻进（地面驱动装置带动整个钻具旋转从而使钻头旋转向前）、滑动钻进（在钻头和钻具间连接的螺杆或涡轮钻具经由泥浆驱动其内轴旋转从而使相连的钻头旋转破岩，螺杆或涡轮钻具上部的钻具不转，仅滑动向前）和复合钻进（地面驱动装置带动钻具旋转的同时螺杆或涡轮钻具也驱动钻头旋转）。

钻井时实时获取反映地层油藏特性和工程状况的信息，有利于快速准确决策与控制、降低综合费用，是现代钻井工程技术的发展方向，随钻（在钻井作业的同时）测量与传输（传输实测的信息）是实现这一目的的技术手段。随钻测量工具由供电、测量和数据传输三大部分组成，以数据传输方式的不同分为有线随钻测量和无线随钻测量两类。有线随钻测量工具的测量仪器放置在距离钻头较近的钻具内（或传感器就安装在钻头上部的钻具短节上），地面车装或撬装绞车上的电缆通过安装在钻具上部（在钻台转盘面以上）的高压循环头或旁通接头进入钻具内与测量仪器相连，电缆是传输电力给测量系统并在地面与测量仪器间传输信息的通道。

由于电缆一端与钻头上部的钻具内的测量仪器相连，另一端与地面绞车系统相连，因此有线随钻测量工具不能在旋转钻进或复合钻进时使用（否则会扭断电缆），只能在滑动钻进时使用。旋转钻进、复合钻进是钻井的主要工作方式，因此，目前的有线随钻测量工具的应用得到了很大限制。

发明内容

为解决现有有线随钻测量工具不能在旋转钻进或复合钻进中使用的问题，本发明提供一种有线随钻测量工具，能满足在各种钻井工况下工作的需要。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一封闭壳体两端贯通连接到转盘面以上的钻具之间，壳体内安置一绞车，绞车轴一端穿出壳体外与固定在壳体上电机的轴传动连接，电机或壳体上固定有电池、无线收发控制器，绞车上的电缆的一端穿过绞车轴心与无线收发控制器电连接，无线收发控制器分别与电池、电机电连接，电缆另一端与一对接器的上部连接，绞车转动驱动上部对接器与安置在钻具内部的下部对接器电连接或断开，下部对接器与钻具内电缆连接，钻具内电缆另一端与测量仪器连接，测量仪器位于钻头上部的钻具内。通过将绞车微型化放置于壳体内部、绞车驱动部分及无线收发控制器固定于短节外部，既解决了常规有线测量工具旋转钻进时电缆扭断问题，又方便使用；将绝大部分长度的电缆（下部与测量仪器相连）用连接器固定于钻具内，弥补了微型绞车上电缆延伸长度有限的缺点，满足了深井测量的需要。

当下钻到井底、钻具坐在转盘上后，把底端与上部对接器或测量仪器连接，顶端与下部对接器连接的电缆下入钻具内；在与钻头上部的下部对接器对接或坐挂仪器后，电缆顶部的下部对接器坐挂于钻具内表面上，下部对接器上设置的卡瓦可防止其在钻具内滑移。将连接有上述壳体的钻具与坐在转盘上的井内钻具连接，当不需要测井时，控制无线收发控制器启动电磁开关断开无线收发控制器与轴上电缆触头的电连接，以避免在对接器断开状态因接触泥浆短路以及电机转动导致的电磁开关与轴上电缆触头的磨损。当需要测井时，控制无线收发控制器给电机供电驱动绞车使电缆下放，当绞车上电缆端部的上部对接器与井内钻具里的下部对接器对接后，通过无线收发控制器停止电机转动并启动电磁开关使井内电缆与无线收发控制器电连接以给井下仪器提供电力、测井并交换信息，测井期间钻具可以旋转或钻进。测井结束或因井深增加需要加入钻杆（钻具）时，通过无线收发控制器启动电磁开关断开无线收发控制器与轴上电缆触头的电连接，然后通过无线收发控制器给电机供电驱动绞车使电缆上提，当上部连接器与下部连接器断开并进入壳体之内即可开展后续工作。

绞车上电缆的一端穿过绞车轴心也可不通过电磁开关而与无线收发控制器直接电连接，该无线收发控制器与电池电连接并固定在一托盘上，托盘固定在轴上。由于无线收发控制器与电池会随绞车一起转动，因此，需要给电机单独配置另一电池与无线控制器以实现对电机的控制。

本发明的有益效果是，该有线随钻测量工具不仅能在滑动钻进时使用，也能在旋转钻进或复合钻进中使用，将该集成有微型绞车系统的短节（壳体）安装在顶驱上或大钩之下吊卡之上还能在起下钻作业时测井；由于是电缆传输测量数据，可靠性高速度快，可以在井下钻具上加装更多的测量模块，以获取更多井下实时数据。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是有线随钻测量工具实施例1中短节的剖面结构示意图。

图2是图1中绞车轴与短节密封部位剖面结构的局部放大图。

图3是钻具内电缆与测井仪器连接以及绞车驱动的电缆与钻具内电缆连接示意图。

图4是有线随钻测量工具实施例2中短节的剖面结构示意图。

图5是图4中绞车轴与短节密封部位剖面结构的局部放大图。

图6是有线随钻测量工具实施例3中短节的结构示意图。

图中1.短节，2.无线收发控制器，3.电池，4.电机，5.绞车轮盘，6.可密封装配孔，7.螺杆，8.绞车，9.排绳器，10.电缆，11.湿接头上部分，12.连接盘，13.电磁开关，14.内壁绝缘金属环，15.密封部件，16.绞车轴，17.绞车轴中电缆，18.绞车轮毂，19.钻具内电缆，20.湿接头下部分，21.钻具，22.测井仪器，23.另一电池，24.无线控制器，25.一电池，26.电源触头，27.托盘，28.齿轮。

具体实施方式

在图3中，该有线随钻测量工具由接入转盘面以上钻具（21）中的短节（1）和用湿接头下部分（20）固定于井内钻具（21）内的电缆（19）及与其相连接的测井仪器（22）两部分组成。湿接头下部分(20)设有卡瓦以咬合钻具（21）内表面，钻具（21）内的电缆（19）与测量仪器(22)间的连接为湿接头对接连接或直接连接。短节（1）两端具有与钻具（21）相同的连接类型，短节（1）内部设置有绞车（8），绞车轴（16）一端限定于短节（1）内一端通过密封部件（15）穿出短节（1）。绞车轮毂（18）径向布置有螺孔可通过壳体上可密封装配孔（6）安装螺杆（7）以延长绞车轮盘（5）的直径使绞车（8）容纳更多的电缆（10），绞车（8）上布置有排绳器（9），绞车轮毂（18）上布置的齿与排绳器（9）的驱动齿轮齿合以驱动排绳器（9）工作。绞车（8）上缠绕电缆（10）的一端通过排绳器（9）与湿接头上部分（11）连接，绞车（8）转动驱动湿接头上部分（11）与安置在钻具内部的湿接头下部分(20)电连接或断开，使地面装置通过无线收发控制器（2）与测量仪器（22）间建立或撤除通讯信道和电力通道，以实现在旋转工况下测井或测井期间接卸钻具。本段落内容分别结合下述短节（1）外部形态与机电结构形成如下三个实施例：

图1、2、3所示实施例1中，所述短节（1）是一柱体在其上半部位从外部开挖一安置电机（4）、电池（3）、无线收发控制器（2）的空间后中空所形成的短节。短节（1）内绞车轴（16）的一端通过密封部件（15）穿出短节（1）外与电机(4)的轴用连接盘（12）连接，电机（4）固定于短节（1）上，在电机（4）上依次固定有电池（3）和无线收发控制器（2）。绞车上缠绕的电缆的另一端从绞车轴（16）中引出，绞车轴中电缆（17）与内壁绝缘金属环（14）电连接，金属环（14）套装在连接盘（12）附近的轴上，在金属环（14）附件设有电磁开关（13），无线收发控制器（2）分别电连接电池（3）、电机（4）与电磁开关（13），电磁开关（13）实现无线收发控制器（2）与内壁绝缘金属环（14）的电连接或断开。

在图3、4、5所示实施例2中，所述短节（1）是一柱体在其上半部位从外部开挖一安置电机（4）、无线收发控制器（2）、一电池（25）、另一电池（23）、无线控制器（24）的空间后中空所形成的短节，短节（1）内绞车轴（16）的一端通过密封部件（15）穿出短节（1）与电机(4)轴用连接盘（12）连接，电机（4）固定于短节（1）上，在电机（4）上依次固定有无线控制器（24）、另一电池（23），电机（4）、另一电池（23）分别电连接无线控制器（24）。在伸出短节（1）外部的绞车轴上固定一托盘（27），无线收发控制器（2）与一电池（25）固定于托盘（27）之上，绞车（8）上缠绕电缆（10）的另一端进入绞车轴中，绞车轴中的电缆（17）与无线收发控制器（2）电连接。托盘（27）上的电池（25）从轴线处沿径向开槽，槽内设置有与可与内壁绝缘金属环(14)接触的电源触头(26)，内壁绝缘金属环(14)与无线收发控制器(2)电连接并套装在轴上。地面设备通过无线控制器（24）启动电机（4）与绞车（8），绞车（8）转动驱动湿接头上部分（11）与安置在钻具内部的湿接头下部分(20)电连接或断开；地面设备通过无线收发控制器（2）给测量仪器（22）供电并进行通讯。

在图3、6所示实施例3中，所述短节（1）是一柱体与两个直径较小的柱体分别平行相交大柱体去掉重叠部分后中空形成的短节，电机（4）和电池（3）、无线收发控制器（2）分别固定在短节（1）的两处凹陷处。短节（1）内绞车轴（16）的一端穿出与短节壁间的密封部件通过齿轮（28）与电机轴齿合。绞车上缠绕电缆的另一端进入绞车轴（16）中，绞车轴中的电缆与内壁绝缘的金属环（14）电连接，金属环套装在伸出短节（1）体外的绞车轴（16）上，在短节（1）体上金属环（14）附近设有电磁开关（13），无线收发控制器（2）分别电连接电机（4）、电池（3）与电磁开关（13），电磁开关（13）实现无线收发控制器（2）与金属环（14）的电连接或断开。

Claims (7)

1.一种有线随钻测量工具，在钻具底部放置有测量仪器，其特征是：一封闭壳体两端贯通连接到转盘面附近的管具之间，壳体内安置一绞车，绞车轴一端穿出壳体外与固定在壳体上电机的轴传动连接，电机或壳体上固定有电池、无线收发控制器，绞车上的电缆的一端穿过绞车轴心与无线收发控制器电连接，无线收发控制器分别与电池、电机电连接，电缆另一端与一对接器的上部连接，绞车转动驱动上部对接器与安置在钻具内部的下部对接器电连接或断开，下部对接器与钻具内电缆连接，钻具内电缆另一端与测量仪器连接。

2.根据权利要求1所述的有线随钻测量工具，其特征是：所述管具为钻具，所述壳体的两端具有与钻具相同的连接部件，绞车轴穿出壳体的部位设有密封部件，绞车轮毂径向布置有螺孔可通过壳体上可密封装配孔安装螺杆，绞车上布置有排绳器，绞车轮毂上布置的齿与排绳器的驱动齿轮齿合，所述对接器为湿接头，湿接头下部分设有卡瓦以咬合钻具内表面，电缆与测量仪器间的连接为湿接头对接连接或直接连接。

3.根据权利要求2所述的有线随钻测量工具，其特征是：所述壳体是一柱体在其上半部位从外部开挖一安置电机、电池、无线收发控制器的空间后中空所形成的短节，绞车轴与电机轴用连接盘连接。

4.根据权利要求3所述的有线随钻测量工具，其特征是：绞车轴中的电缆与内壁绝缘的金属环电连接，金属环套装在连接盘附近的轴上，无线收发控制器分别电连接电池、电机与电磁开关，电磁开关实现无线收发控制器与金属环的电连接或断开。

5.根据权利要求3所述的有线随钻测量工具，其特征是：在短节外部的绞车轴上固定一托盘，一电池与无线收发控制器电连接并安置于托盘之上，绞车轴中的电缆与无线收发控制器电连接，电机、另一电池分别与无线控制器电连接并固定在电机壳体或短节上。

6.根据权利要求5所述的有线随钻测量工具，其特征是：所述电池与无线收发控制器电连接方案是，托盘上的电池从轴线处沿径向开槽，槽内设置有与可与内壁绝缘金属环接触的电源触头，内壁绝缘金属环与无线收发控制器电连接并套装在轴上。

7.根据权利要求2所述的有线随钻测量工具，其特征是：所述壳体是一柱体与两个直径较小的柱体分别平行相交大柱体去掉重叠部分后中空形成的短节，电机和电池、无线收发控制器分别固定在短节的两处凹陷处，电机轴与绞车轴齿轮齿合，绞车轴中的电缆与内壁绝缘的金属环电连接，金属环套装在绞车轴上，无线收发控制器分别电连接电机、电池与电磁开关，电磁开关实现无线收发控制器与金属环的电连接或断开。