CN105863618A - 一种深井高温随钻温度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深井高温随钻温度检测装置，设有顺序连接的固定器、真空保温隔热筒和温度检测机构。整个装置通过固定器固定在钻杆内的泥浆过滤网上，固定器为下小上大的圆柱凸台，空心大圆柱的圆柱壁上有两过水槽口；真空保温隔热筒由三层管组合的真空保温筒，温度检测机构设有的温度检测信号调理电路板和电源安装在真空保温隔热筒最内层，真空保温隔热筒用于减缓钻探时深井中的高温高压对信号调理电路板和电源的影响；装置使用时由温度检测机构实现对井下高温检测、数据处理和存储；钻杆完成一回次钻探后提至地面，取出信号调理电路板与计算机相连，读取温度数据。本装置工作稳定，实现深井高温随钻温度检测，解决钻井工程中井下温度未知的难题。

Description

一种深井高温随钻温度检测装置

技术领域

本发明涉及一种深井高温随钻温度检测装置，具体地说是一种能配套安装在钻杆内的泥浆过滤网上的深井高温随钻温度检测装置，在钻井过程中能随钻对深井内温度进行检测、采集和存储，钻井结束后将钻杆提升至地面，取出装置中的信号调理电路板，由地面计算机读取井内检测存储的温度数据。

背景技术

在油气探测开发中，地层温度是描述油气藏特征的重要参数，是勘探、钻井、测井、完井和采油工程的一个重要参数，是评价地层信息的重要依据。同时在深部岩心钻探中，井内高温对泥浆性能、工作时效寿命、钻井安全影响严重，因此对井下温度检测十分重要。

目前，仪器抗高温能力差是影响深井仪器随钻成功率的重要因素，国内外不少研究机构相继着手研发随钻测量工具，其中有一些具备随钻测量温度功能的工具均需要配套复杂的随钻测量系统，使得随钻温度检测显得十分不便，并且随钻测量工具价格昂贵。再加上现在市面上的随钻温度检测装置不能满足深井、高温的工作条件，大多随钻测量井深小于3000米，测量温度范围0～150摄氏度，在随钻测量超过3000米井深后，会出现测温装置被泥浆静水压力挤毁，温度超过150摄氏度后会出现测温电路不工作或者烧坏的情况。而现在正在组织实施的松辽盆地资源与环境深部钻探工程(我国目前最深的大陆科学钻探工程)中需要随钻检测深度超过6000米，深井高温可达250摄氏度，因此很有必要设计一种深井高温随钻温度检测装置，既能方便实现随钻温度的检测，又能满足深井高温的复杂工作条件，保证随钻温度检测的准确性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有随钻温度检测装置不能满足深井高压、高温工作条件的问题，而提供一种深井高温随钻温度检测装置，既能方便实现随钻温度的检测，又能满足深井高温的复杂工作条件，保证随钻温度检测的准确性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种深井高温随钻温度检测装置，包括顺序连接的固定器、真空保温隔热筒和温度检测机构，所述的固定器设有一个空心小圆柱和一个空心大圆柱，空心小圆柱与空心大圆柱连接在一起，形成一个下小上大的圆柱凸台；所述的空心大圆柱顶端设有带内螺纹的安装孔，空心大圆柱的圆柱壁上设有两个过水槽口，过水槽口用于为钻井液流动提供通道；所述固定器的空心小圆柱座入泥浆过滤网的支撑圆台中心的进浆口中；固定器通过空心大圆柱的上部设有内螺纹的安装孔连接真空保温隔热筒；

所述的真空保温隔热筒设有隔热筒外筒、镜面管和内核真空双层管；所述的真空保温隔热筒通过隔热筒外筒下密封盖底端的外螺纹与固定器上的安装孔相连；隔热筒外筒内安装有镜面管，隔热筒外筒通过镜面管下扶正器与镜面管底端相连，隔热筒外筒上端通过镜面管上扶正器与镜面管相连，所述的镜面管中安装有内核真空双层管；所述的内核真空双层管底端通过安装在内核管扶正器上的内核管支撑固定在镜面管中，镜面管与内核真空双层管之间通过真空抽吸接头抽真空处理，用于减缓热量的传导；所述的内核真空双层管内依次设有下吸热体、电池和电路板容纳仓后盖、电池和电路板容纳仓、上吸热体及过线孔、导线容纳仓、内核管压帽，所述内核管压帽盖在内核真空双层管顶端用于密封内核真空双层管内腔，所述胶木塞采用隔热材料制成，盖在镜面管顶端用于密封镜面管内腔，所述隔热筒上密封盖盖在隔热筒外筒顶端用于密封隔热筒外筒，且隔热筒上密封盖与所述温度检测机构中传感器导热头相连；

所述的温度检测机构包括传感器导热头、温度传感器、信号调理电路板和电池；所述的传感器导热头中间有一个传感器安装嘴用于安装温度传感器，传感器安装嘴采用热的良导体材料制成，温度传感器的引线与信号调理电路板和电池连接，所述信号调理电路板用于实现温度传感器信号采集后的处理和存储，传感器安装嘴外周设有保护环，保护环用于保护传感器安装嘴不被碰撞；保护环上设有四个保护环过浆口，保护环过浆口避免部分泥浆长时间存在于传感器安装嘴和保护环中，所述密封圈和密封平台起密封作用，所述电池用于给信号调理电路板和温度传感器供电。

所述的固定器的空心小圆柱和空心大圆柱为同轴焊接在一起的空心圆柱，或加工成一体的空心圆柱，从空心大圆柱圆柱壁上的过水槽口流入的钻井液经空心小圆柱、泥浆过滤网流出。

所述的真空保温隔热筒中的镜面管为超强精磨不锈钢镜面管，镜面管与隔热筒外筒内壁之间经无缝焊接后留一个真空抽吸接头，镜面管与隔热筒外筒内壁之间间隙约为3～5毫米。

所述的真空保温隔热筒中的内核真空双层管两端设的下吸热体、上吸热体均为快速吸收周围空间热量的材料，用于吸收从外界传导到内核真空双层管的热量，减缓与上、下吸热体相连的电池和电路板容纳仓温度上升。

所述的电池和电路板容纳仓、上吸热体、内核管压帽、胶木塞、隔热筒上密封盖中间均有一同心通孔，通孔直径为4～6毫米，作为温度传感器与信号调理电路板和电池连接导线的通道。

本发明深井高温随钻温度检测机构的安装过程：先将温度传感器安装到传感器导热头的传感器安装嘴里，用导热胶将温度传感器和传感器安装嘴之间的孔隙填满，保证温度传感器稳固并与传感器安装嘴充分导热；将温度传感器引线穿过隔热筒上密封盖、胶木塞、内核管压帽、上吸热体、电池和电路板容纳仓的同心通孔，并将引线连接至信号调理电路板和电池对应接线柱，再将信号调理电路板和电池放入电池和电路板容纳仓；将内核管压帽拧紧，密封好内核真空双层管；将胶木塞拧紧，密封好镜面管；再将隔热筒上密封盖拧紧；接着将紧固螺钉通过紧固螺钉孔与上密封盖安装孔将传感器导热头与隔热筒上密封盖固定拧紧；最后将隔热筒外筒底端的外螺纹旋进固定器中空心大圆柱顶端的螺纹安装孔拧紧，这样整个深井高温随钻温度检测机构就安装完成了。再将固定器下端的空心小圆柱座入钻杆内的泥浆过滤网的过滤网进浆口中，即将整个装置固定到泥浆过滤网上，整个装置就可以随钻杆下放到井底进行随钻检测，整个装置的检测不影响钻进工作的正常进行。

本发明的深井高温随钻温度检测装置与现有技术相比具有以下有益效果：

①、本发明的深井高温随钻温度检测装置结构简单、成本低廉、安装方便，可以将整个检测装置固定到钻杆内的泥浆过滤网中进行深井随钻检测。

②、本发明的装置中真空保温隔热筒的优点是通过三层管真空隔热保温密封的设计，减缓外界高温环境对电池和电路板容纳仓内的影响；其中镜面管有很好的热反射作用，不易于热量向内的传递；同时当有热量传到内核真空双层管最内层时，也会被上、下吸热体首先吸收，以保证电池和电路板容纳仓中的信号调理电路板和电池稳定工作。

③、本发明的装置中温度检测机构的优点是温度检测准确，且占用空间极小；同时传感器导热头中间有一细长空腔的传感器安装嘴，传感器安装嘴为热的良导体材料，保证温度传感器在较短的响应时间检测到外界环境温度；且传感器安装嘴外周设有保护环，保护环保护传感器安装嘴中温度传感器不被碰撞毁坏，可长时间使用。

附图说明

图1为本发明的深井高温随钻温度检测装置整体结构示意图。

图2为本发明的装置中固定器与泥浆过滤网固定安装的结构示意图。

图3为本发明的装置中固定器与真空保温隔热筒的结构示意图。

图4为本发明的装置中的温度检测机构结构示意图。

上述图中：1-泥浆过滤网，11-进浆口，12-支撑圆台；

21-空心小圆柱,22-空心大圆柱，23-过水槽口，24-安装孔；

31-外螺纹，32-隔热筒外筒下密封盖，33-真空抽吸接头，34-镜面管下扶正器，35-内核管扶正器，36-内核管支撑，37-隔热筒外筒，38-镜面管，39-内核真空双层管，300-下吸热体，301-电池和电路板容纳仓后盖，302-电池和电路板容纳仓，303-上吸热体，304-过线通孔，305-导线容纳仓，306-内核管压帽，307-胶木塞，308-隔热筒上密封盖，309-镜面管上扶正器，310-上密封盖安装孔；

40-传感器导热头，41-传感器安装嘴，42-传感器安装孔，43-保护环，44-保护环过浆口，45-密封圈槽，46-密封平台，47-紧固螺钉孔，48-温度传感器，49-电池，50-信号调理电路板；51-紧固螺钉。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的实施不限于此。

实施例1：本发明提供一种用于垂直井深6000米以上的深井高温随钻温度检测装置，其整体结构如图1所示。本发明的装置包括顺序连接的固定器、真空保温隔热筒和温度检测机构。

参见图2，本发明中的固定器设有一个空心小圆柱21和一个空心大圆柱22，本实施例中空心小圆柱和空心大圆柱为同轴焊接在一起的空心圆柱，形成一个下小上大的圆柱凸台，固定器中空心小圆柱21外径比泥浆过滤网1的进浆口11内径小1～3毫米，优选为2毫米；所述固定器安装在泥浆过滤网1上时，是将空心小圆柱座入泥浆过滤网1的支撑圆台12中心的进浆口11中；固定器中的空心大圆柱22底端圆面与泥浆过滤网支撑圆台贴合；空心大圆柱22圆柱壁上开有的两个过水槽口23，以泥浆进入两个过水槽口23流量稍大于空心小圆柱21的出口流量为宜。而本装置的真空保温隔热筒则固定在固定器上端带有内螺纹的安装孔24中。

参见图3，本发明中的真空保温隔热筒设有隔热筒外筒37、镜面管38和内核真空双层管39；所述的真空保温隔热筒通过隔热筒外筒下密封盖32底端的外螺纹31与固定器上的安装孔24相连；隔热筒外筒下密封盖32和隔热筒上密封盖308盖用于密封隔热筒外筒37，隔热筒外筒37内安装有镜面管38，所述的镜面管为超强精磨10K不锈钢镜面管，镜面管有很好的热反射作用，使外界热量不易于向内传递；镜面管与隔热筒外筒内壁之间经无缝焊接后留一个真空抽吸接头33，镜面管与隔热筒外筒内壁之间间隙约为4毫米。

本发明中的隔热筒外筒通过镜面管下扶正器34与镜面管底端相连，隔热筒外筒上端通过镜面管上扶正器309与镜面管38相连，所述的镜面管中安装有内核真空双层管39；所述的内核真空双层管底端通过安装在内核管扶正器35上的内核管支撑36固定在镜面管中，真空抽吸接头33用于抽出镜面管38与内核真空双层管39、抽镜面管38与隔热筒外筒37中间的气体，实现双层真空，用以减缓热量的传导，抽真空完成后焊死真空抽吸接头33，防止气体再次进入。

所述的内核真空双层管内依次设有下吸热体300、电池和电路板容纳仓后盖301，电池和电路板容纳仓302，上吸热体303及过线通孔304，导线容纳仓305，内核管压帽306。其中导线容纳仓用于存放导线，所述内核管压帽盖在内核真空双层管顶端用于密封内核真空双层管内腔，所述胶木塞307采用隔热材料制成，盖在镜面管顶端用于密封镜面管内腔，所述隔热筒上密封盖308盖在隔热筒外筒顶端用于密封隔热筒外筒，且隔热筒上密封盖308与所述温度检测机构中传感器导热头40通过紧固螺钉相连；

本发明所述的真空保温隔热筒中的内核真空双层管39两端设的下吸热体300、上吸热体303均采用能快速吸收周围空间热量的材料，用于吸收从外界传导到内核真空双层管的热量，以减缓与上、下吸热体相连的电池和电路板容纳仓302温度上升。

本发明中的电池和电路板容纳仓302、上吸热体303、内核管压帽306、镜面管上扶正器309、隔热筒上密封盖308中间均有一同心过线通孔304，过线通孔直径为4～6毫米，作为温度传感器48与信号调理电路板50和电池49连接导线的通道。

本实施例中，因为装置要满足垂直井深6000米以上深井静水柱压力，因此隔热筒外筒37选用42CrMo材料，且壁厚为12毫米，可承受压力大于150MPa。

参见图1、4，本实施例中所述的温度检测机构包括传感器导热头40，温度传感器48，信号调理电路板50和电池49；所述的传感器导热头中间有一传感器安装嘴41用于安装温度传感器48，传感器安装嘴采用热的良导体材料制成，温度传感器的引线与信号调理电路板50和电池49连接，所述信号调理电路板用于实现温度传感器信号采集后的处理和存储，传感器安装嘴外周设有保护环43，保护环用于保护传感器安装嘴不被碰撞；保护环上均设有四个保护环过浆口44，保护环过浆口44避免部分泥浆长时间存于传感器安装嘴41和保护环43中。

当传感器导热头40与隔热筒上密封盖308连接时，将密封圈放入密封圈槽45与密封平台46起密封作用，将紧固螺钉孔47与隔热筒上密封盖308上的上密封盖安装孔310对齐，用紧固螺钉拧紧；本实例中，信号调理电路板50中电子元件全部采用贴片元件，将电路板制作成130毫米*20毫米的小长块，方便装入电池和电路板容纳仓302。所述电池49为抗高温的固体电池，用于给信号调理电路板和温度传感器供电。

本发明深井高温随钻温度检测仪器安装和工作过程是：

参见图4，先将温度检测机构的温度传感器48安装到传感器安装嘴41的传感器安装孔42里，用导热胶将温度传感器48和传感器安装孔42之间的孔隙填满，保证温度传感器稳固并与传感器安装嘴41充分导热；

参见图3、4，将温度传感器引线穿过隔热筒上密封盖308、胶木塞307、内核管压帽306、导线容纳仓305、上吸热体303、电池和电路板容纳仓302的过线通孔304，并将引线连接至信号调理电路板50和电池49对应接线柱，再将信号调理电路板50工作开关打开，电池49放入电池和电路板容纳仓302，将电池和电路板容纳仓后盖301盖上，将内核管压帽306拧紧，密封好内核真空双层管内部；将胶木塞拧紧，密封好镜面管内部；再将隔热筒上密封盖308拧紧；接着将紧固螺钉孔47与隔热筒上密封盖308通过固紧螺钉51固定拧紧；最后将隔热筒外筒37底端外螺纹31旋进固定器上端有内螺纹的安装孔24中，这样整个深井高温随钻温度检测装置就安装完成了。再将固定器2中的空心小圆柱21座入泥浆过滤网1的进浆口11中，即可将深井高温随钻温度检测装置下放到井底进行随钻检测。

当本发明的装置在井下工作时，温度传感器48随钻检测井下环境温度，将检测的信号传输到信号调理电路板50中，信号调理电路中的硬件电路和微处理器程序将温度传感器48采集的信号处理和存储，存储的时间间隔为1分钟直到该钻进回次结束，完成一回次钻进温度数据的检测。

当该回次钻进结束后，提取钻具到地面，然后先从泥浆过滤网1上取下固定器2，即把整个装置取下，再卸下固紧螺钉51，拧开胶木塞307，拧开内核管压帽306，取出上吸热体303，打开电池和电路板容纳仓后盖301，拿出信号调理电路板50，将信号调理电路板50与电脑相连，读取存储在信号调理电路板中的温度数据。

本发明的深井高温随钻温度检测装置结构紧凑，安装方便，能耐高温高压，温度检测的准确性高。本装置可以直接固定到安装在钻杆内的泥浆过滤网上，和钻具一起下井进行随钻温度检测。经测试本发明的装置能够在250摄氏度高温下，稳定工作50小时，本装置可用于钻探现场，为深部高温地层钻井，高温地热钻井(干热岩)提供一种新的温度测试手段。

Claims (5)

1.一种深井高温随钻温度检测装置，包括顺序连接的固定器、真空保温隔热筒和温度检测机构，其特征在于：所述的固定器设有一个空心小圆柱和一个空心大圆柱，空心小圆柱与空心大圆柱连接在一起，形成一个下小上大的圆柱凸台；所述的空心大圆柱顶端设有带内螺纹的安装孔，空心大圆柱的圆柱壁上设有两个过水槽口，过水槽口用于为钻井液流动提供通道；所述固定器的空心小圆柱座入泥浆过滤网的支撑圆台中心的进浆口中；固定器通过空心大圆柱的上部设有内螺纹的安装孔连接真空保温隔热筒；

所述的真空保温隔热筒设有隔热筒外筒、镜面管和内核真空双层管；所述的真空保温隔热筒通过隔热筒外筒下密封盖底端的外螺纹与固定器上的安装孔相连；隔热筒外筒内安装有镜面管，隔热筒外筒通过镜面管下扶正器与镜面管底端相连，隔热筒外筒上端通过镜面管上扶正器与镜面管相连，所述的镜面管中安装有内核真空双层管；所述的内核真空双层管底端通过安装在内核管扶正器上的内核管支撑固定在镜面管中，镜面管与内核真空双层管之间通过真空抽吸接头抽真空处理，用于减缓热量的传导；所述的内核真空双层管内依次设有下吸热体、电池和电路板容纳仓后盖、电池和电路板容纳仓、上吸热体及过线孔、导线容纳仓、内核管压帽，所述内核管压帽盖在内核真空双层管顶端用于密封内核真空双层管内腔，所述胶木塞采用隔热材料制成，盖在镜面管顶端用于密封镜面管内腔，所述隔热筒上密封盖盖在隔热筒外筒顶端用于密封隔热筒外筒，且隔热筒上密封盖与所述温度检测机构中传感器导热头相连；

所述的温度检测机构包括传感器导热头、温度传感器、信号调理电路板和电池；所述的传感器导热头中间有一个传感器安装嘴用于安装温度传感器，传感器安装嘴采用热的良导体材料制成，温度传感器的引线与信号调理电路板和电池连接，所述信号调理电路板用于实现温度传感器信号采集后的处理和存储，传感器安装嘴外周设有保护环，保护环用于保护传感器安装嘴不被碰撞；保护环上设有四个保护环过浆口，保护环过浆口避免部分泥浆长时间存在于传感器安装嘴和保护环中，所述密封圈和密封平台起密封作用，所述电池用于给信号调理电路板和温度传感器供电。

2.根据权利要求1所述的深井高温随钻温度检测装置，其特征在于：所述的固定器的空心小圆柱和空心大圆柱为同轴焊接在一起的空心圆柱，或加工成一体的空心圆柱，从空心大圆柱圆柱壁上的过水槽口流入的钻井液经空心小圆柱、泥浆过滤网流出。

3.根据权利要求1所述的深井高温随钻温度检测装置，其特征在于：所述的真空保温隔热筒中的镜面管为超强精磨不锈钢镜面管，镜面管与隔热筒外筒内壁之间经无缝焊接后留一个真空抽吸接头，镜面管与隔热筒外筒内壁之间间隙约为3～5毫米。

4.根据权利要求1所述的深井高温随钻温度检测装置，其特征在于：所述的真空保温隔热筒中的内核真空双层管两端设的下吸热体、上吸热体均为快速吸收周围空间热量的材料，用于吸收从外界传导到内核真空双层管的热量，减缓与上、下吸热体相连的电池和电路板容纳仓温度上升。

5.根据权利要求1所述的深井高温随钻温度检测装置，其特征在于：所述的电池和电路板容纳仓、上吸热体、内核管压帽、胶木塞、隔热筒上密封盖中间均有一同心通孔，通孔直径为4～6毫米，作为温度传感器与信号调理电路板和电池连接导线的通道。