CN106522929B - 一种超声井径随钻测井装置 - Google Patents

一种超声井径随钻测井装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超声井径随钻测井装置，包括钻铤以及沿钻铤径向均布的三个盖板槽，三个盖板槽内设置有电路模块，分别为电源模块、控制模块和激发模块，三个电路模块之间通过信号线连接，且三个电路模块分别连接有一用于发射并接受超声波信号的换能器；通过采用通过径向均布安装的三个电路模块及相对应的换能器盖板总成，实现钻井过程不接触井壁，向井壁发射超声波，检测超声反射回波信号，转换为井径参数，存储并实时上传，指导钻井作业，这种装置结构简单，配接及使用形式多样，能满足多种钻井工况，测量精度准确、可靠性高，该结构的装配方式与通讯形式能够与现有MWD仪器和LWD仪器形成良好配接，满足电路模块分布与过线的装配需求。

Description

一种超声井径随钻测井装置
技术领域
本发明属于石油钻探中的随钻测井装备技术领域，具体涉及一种超声井径随钻测井装置。
背景技术
井径信息作为测井过程中的一个重要决策参数，不仅能直观形象的反应井壁稳定性，例如钻井过程中出现的缩径、塌方卡钻、井眼扩大等，还能辅助中子和电阻率测井校正，预算固井所需水泥量，定位石油开釆过程中裂缝带的位置。传统电缆测井对于井径信息测量主要是在钻井完成后，通过电缆提拉井径仪器，在上升过程中依靠机械壁推靠接触井壁测量井眼尺寸。而随钻测井与传统电缆测井在结构和施工方式上具有本质区别，钻井过程中钻铤在井下受高温、高压、旋转、振动以及泥浆循环影响使检测条件十分恶劣，井径的测量需釆用无接触测量方法，传统电缆测井方式无法使用，目前国内随钻测井行业没有专门测量井径信息的随钻测井仪结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种超声井径随钻测井装置，解决了石油探测中随钻测井过程中无接触而能够进行实时测量井眼尺寸的技术难题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种超声井径随钻测井装置，包括钻铤以及沿钻铤径向均布的三个盖板槽，三个盖板槽内设置有电路模块，分别为电源模块、控制模块和激发模块，三个电路模块之间通过信号线连接，且三个电路模块分别连接有一用于发射并接受超声波信号的换能器；
所述钻铤的水眼内安装有为仪器上下端供电和通讯的过线管总成，所述过线管总成包括从上到下依次连接的泥浆导流套、承压外壳和中接头组件，泥浆导流套内设置有导流套过线孔，泥浆导流套的顶端螺纹连接有鱼雷插座，鱼雷插座的顶端螺纹连接有导流套护帽，泥浆导流套末端和中接头组件顶端均安装有航空接插件，中接头组件的末端螺纹连接有截止帽，其中，鱼雷插座、两个航空接插件与截止帽之间通过软连线连通；
所述泥浆导流套侧壁上开设有三个径向通孔，每个径向通孔连通一个盖板槽，且每个径向通孔均安装有与软连线连接的高压密封塞，三个电路模块分别通过不同的信号线与相对应的高压密封塞连接。
所述三个电路模块上分别设置有密封其盖板槽的盖板总成，且电路模块和与其对应连接的换能器设置在不同的密封腔体内。
电路模块设置在上腔体，与其对应的换能器设置在下腔体，上腔体与下腔体相邻且通过过线孔连通，过线孔内设置有密封的承压块，承压块两端焊接有引线，一端引线从过线孔引出与电路模块连接，另一端引线穿过护线套管连接在换能器下端的接线柱上，换能器的底部依次安装有垫片和密封盖，下腔体设置有用于注入航空液压油的注油孔，注油孔上安装有注油堵头。
所述过线管总成通过锚定螺栓定位在钻铤中，锚定螺栓两侧安装有防止其松动的定位螺钉，锚定螺栓的尾部与安装孔之间设置有防止锚定螺栓掉落的弹性挡圈。
所述钻铤与泥浆导流套之间还设置有隔离套，隔离套一端伸入泥浆导流套侧壁上开设的径向通孔内，另一端伸入与盖板槽连通的引线槽内。
所述承压外壳一端螺纹连接在泥浆导流套的尾部，另一端螺纹连接中接头组件顶部，中接头组件外壁套有用于减震和扶正的扶正器组件。
所述三个盖板槽中相邻俩盖板槽之间均设置有穿线孔，用于电源模块、控制模块和激发模块之间的线路连通，相邻俩盖板槽之间的穿线孔均由两个孔道对接而成，两孔道之间的夹角小于180°。
所述钻铤上还设置有数据插座，数据插座设置在电源模块与控制模块之间，且数据插座的引线连通电源模块与控制模块之间穿线孔内的信号线，数据插座的外露端上设置有带密封圈的数据口盖。
所述换能器外壳为PEEK材料，所述换能器的尾部安装有氟橡胶材质的垫片，所述承压块两端均带有耐高温高压的3芯焊杯。
所述钻铤外壁上设计有2个用于刻入钻铤产品型号及扣型信息的标记槽，钻铤首尾两端的外壁上还分别沿圆周均匀堆焊有块耐磨带，所述泥浆导流套内沿轴向还设置有过流槽。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果，本发明提供的一种超声井径随钻测井装置，通过采用通过径向均布安装的三个电路模块及相对应的换能器盖板总成，实现钻井过程不接触井壁，向井壁发射超声波，检测超声反射回波信号，转换为井径参数，存储并实时上传，指导钻井作业，这种装置结构简单，配接及使用形式多样，能满足多种钻井工况，测量精度准确、可靠性高，该结构的装配方式与通讯形式能够与现有MWD仪器和LWD仪器形成良好配接，满足电路模块分布与过线的装配需求。
进一步的，通过电路模块和与其对应连接的换能器设置在不同的密封腔体内，避免了本发明超声井径随钻测井装置在工作时泥浆压力对换能器的破坏。
进一步的，在检查换能器通断正常后，从注油孔向内部注入航空液压油，待气泡排完后，安装注油堵头，航空液压油进入密封盖上端及护线套管内可填充换能器的布线间隙，起到压力补偿的作用，防止内外压差过大损坏换能器。
进一步的，通过钻铤与泥浆导流套之间还设置有隔离套，隔离套属于钻铤和泥浆导流套之间的密封过渡件，当泥浆从过流槽流过的时候，能防止泥浆从缝隙中浸入，有效避免了泥浆从缝隙中进入对三个电路模块造成损坏。
进一步的，在钻铤上还设置有数据插座，用于钻井前在地面配置仪器参数或是钻井完成后取数时使用，数据口盖带有密封圈，螺纹连接在钻铤上，保证数据口的密封性。
进一步的，换能器外壳为PEEK材料，其机械强度不如金属件，但是大大降低了金属件对声波的屏蔽，充分保证超声波的穿透效果，由于换能器发射面必须直接接触泥浆，因此尾部安装垫片为氟橡胶材质，具有一定的缓冲效果，提升了换能器的工作稳定性，所述承压块两端均带有3芯焊杯，具有耐高温高压特性。
附图说明
图1是本发明一种超声井径随钻测井装置的结构示意图；
图2是本发明一种超声井径随钻测井装置的结构示意图；
图3是图1本发明一种超声井径随钻测井装置的A-A截面剖视图；
图4是图2本发明一种超声井径随钻测井装置的B-B截面剖视图；
图5是图1本发明一种超声井径随钻测井装置中的I处换能器安装结构放大示意图。
其中：1、导流套护帽；2、鱼雷插座；3、钻铤；4、泥流导流套；5、导流套过线孔；6、高压密封塞；7、航空接插件；8、软连线；9、承压外壳；10、扶正器组件；11、中接头组件；12、截止帽；13、过线孔；14、电源模块；15、引线槽；16、隔离套；17、锚定螺栓；18、连接扣；19、耐磨带；20、定位螺钉；21、弹性挡圈；22、过流槽；23、数据插座；24、数据口盖；25、控制模块；26、控制盖板；27、穿线孔；28、激发模块；29、激发盖板；30、电源盖板；31、承压块；32、护线套管；33、换能器；34、垫片；35、密封盖；36、注油堵头；37、标记槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细说明。
参见图1，本发明一种超声井径随钻测井装置，包括内部为空腔且封闭的钻铤3，钻铤3空腔中布置有过线管总成，过线管总成主要是为装置上下端供电和通讯所用，过线管总成包括从上至下依次沿轴向布置的导流套护帽1、鱼雷插座2、泥浆导流套4、承压外壳9、中接头组件11和截止帽12，导流套护帽1、鱼雷插座2、泥浆导流套4、承压外壳9、中接头组件11和截止帽12之间通过螺纹连接，且螺纹连接处均设置有密封圈，泥浆导流套4、承压外壳9和中接头组件11内部为空腔，泥浆导流套4内设置有导流套过线孔5，泥浆导流套4尾端和中接头组件11上端分别安装有航空接插件7，鱼雷插座2、两个航空接插件7和截止帽12之间通过软连线8连接，中接头组件11外壁套有用于固定中接头组件11的扶正器组件10，起到减震和扶正作用，泥浆导流套4侧壁上设置的三个径向通孔内分别安装有与软连线8连接的高压密封塞6，软连线8为信号线。
作为优选实施例的，钻铤3的外径Ф172mm，总长1475mm，水眼直径Ф72mm，两端连接扣18为NC50标准螺纹。
参见图2，钻铤3外壁上设计有2个用于刻入钻铤产品型号及扣型信息的标记槽37，钻铤3首尾两端的外壁上还分别沿圆周均匀堆焊有3块耐磨带19，泥浆导流套4内沿轴向还设置有过流槽，钻铤3两端分别安装有连接扣。
参见图3，中泥浆导流套4通过锚定螺栓17与钻铤3连接，锚定螺栓17两侧通过定位螺钉20固定，定位螺钉20与安装孔间设置有弹性挡圈21，锚定螺栓17两侧安装的定位螺钉20可防止其松动，最后再安装孔用弹性挡圈21进行二次保护，泥浆导流套4内沿轴向还设置有过流槽22。
参见图1、图4和图5，还包括布置在钻铤3侧壁沿径向均布安装的电源模块总成、控制模块总成和激发模块总成，电源模块总成包括电源模块14和电源盖板总成30，电源盖板总成30里设置有用来发射并接受超声波信号的换能器33，电源盖板总成30包括沿轴向设置的过线孔13，过线孔13内安装有承压块31，承压块31两端设置有3芯焊杯，焊线一端通过过线孔13与电源模块30连接，焊线另一端穿过设置在过线孔13中的护线套管32与相对应换能器33下端的接线柱连接；
控制模块总成包括控制模块25和控制盖板总成26，控制盖板总成26里设置有用来发射并接受超声波信号的换能器33，控制盖板总成26包括沿轴向设置的过线孔13，过线孔13内安装有承压块31，承压块31两端设置有3芯焊杯，焊线一端通过过线孔13与控制模块25连接，焊线另一端穿过设置在过线孔13中的护线套管32与相对应换能器33下端的接线柱连接；
激发模块总成包括激发模块28和和激发盖板总成29，激发盖板29里设置有用来发射并接受超声波信号的换能器33，激发盖板总成29包括沿轴向设置的过线孔13，过线孔13内安装有承压块31，承压块31两端设置有3芯焊杯，焊线一端通过过线孔13与激发模块28连接，焊线另一端穿过设置在过线孔13中的护线套管32与相对应换能器33下端的接线柱连接，三个换能器33下面分别安装有垫片34和用作密封保护相对应电路模块的密封盖35；
如图4所示，上述三个模块总成结构组成相同，钻铤3侧壁上沿径向均布设置有三个盖板槽，电源模块14、控制模块25、激发模块28分别安装于钻铤3侧壁上的盖板槽内，三个盖板槽底部分别设置有两个穿线孔27，电源模块14、控制模块25和激发模块28分别通过穿线孔27里面的信号线连接。
如图5所示，整个装置检查三个换能器33通断正常后，将三个盖板竖起，从注油堵头处向内部注入航空液压油，待气泡排完后，安装注油堵头，为保证超声波的穿透效果，三个换能器外壳为PEEK材料，由于换能器33发射面必须直接接触泥浆，因此尾部安装垫片34为氟橡胶材质，具有一定的缓冲效果，承压块两端均带有3芯焊杯，具有耐高温高压特性，注入的航空液压油可填充换能器装置的布线间隙，起到压力补偿的作用，防止内外压差过大损坏换能器结构。
如图4所示，数据模块总成包括数据插座23和用于密封数据插座23的数据口盖24，数据插座23位于电源模块14和控制模块25中间，数据插座23通过穿线孔27里的信号线与电源模块总成中的电源模块14和控制模块总成中的控制模块25信号线连通，数据模块用于测井时的设置和取数工作，下井工作时，设置好参数后，安装数据口盖24，保证数据口的密封性。
如图1所示，安装电源模块14盖板槽内分别设计有隔离套16，隔离套16用来密封过渡钻铤3和泥浆导流套4，安装电源模块14、控制模块25和激发模块28的盖板槽内还设置有引线槽15，电源模块14、控制模块25和激发模块28信号线分别依次穿过引线槽15和隔离套16与相对应的高压密封塞6相连。隔离套16属于钻铤3和泥浆导流套4之间的密封过渡件，当泥浆从泥浆导流套4中的过流槽22流过的时候，能防止泥浆从缝隙中侵入电源模块14、控制模块25和激发模块28，对电源模块14、控制模块25和激发模块28造成损坏。
本发明提供的一种超声井径随钻测井仪装置，在具体施工中，若进行放射性LWD仪器串整体配接测井，钻铤3主要连接在中子和密度等放射性仪器上端，进行井眼尺寸矫正。通过泥浆导流套4上端的鱼雷插座2，与上端钻杆水眼内的MWD系统连通为仪器供电，通过互成120°的3个盖板总成内的3个换能器33发射并接受井壁超声波信号，经电路模块将测量值转换为实时的井眼尺寸参数，可在钻井过程不接触井壁，检测超声回波信号，再实时上传井径参数给MWD系统，进行放射性测井；该装置也可作为钻铤短节自带电池单独测试，在泥浆导流套4下端连接28V电池筒为仪器供电，采用井下存储的方式单独使用进行钻后测井。

Claims (10)

1.一种超声井径随钻测井装置，其特征在于，包括钻铤(3)以及沿钻铤(3)径向均布的三个盖板槽和三个电路模块，三个电路模块分别为电源模块(14)、控制模块(25)和激发模块(28)，其中，电源模块(14)、控制模块(25)和激发模块(28)各设置在一个盖板槽中，且三个电路模块之间通过信号线连接，且三个电路模块分别连接有一用于发射并接受超声波信号的换能器(33)；
所述钻铤(3)的水眼内安装有为仪器上下端供电和通讯的过线管总成，所述过线管总成包括从上到下依次连接的泥浆导流套(4)、承压外壳(9)和中接头组件(11)，泥浆导流套(4)内设置有导流套过线孔(5)，泥浆导流套(4)的顶端螺纹连接有鱼雷插座(2)，鱼雷插座(2)的顶端螺纹连接有导流套护帽(1)，泥浆导流套(4)末端和中接头组件(11)顶端均安装有航空接插件(7)，中接头组件(11)的末端螺纹连接有截止帽(12)，其中，鱼雷插座(2)与泥浆导流套(4)末端的航空接插件(7)之间、两个航空接插件(7)之间以及中接头组件(11)顶端的航空接插件(7)与截止帽(12)之间均通过软连线(8)连接；
所述泥浆导流套(4)侧壁上开设有三个径向通孔，每个径向通孔连通一个盖板槽，且每个径向通孔均安装有与软连线(8)连接的高压密封塞(6)，三个电路模块分别通过不同的信号线与相对应的高压密封塞(6)连接。
2.根据权利要求1所述的一种超声井径随钻测井装置，其特征在于，所述三个电路模块上分别设置有密封其盖板槽的盖板总成，且电路模块和与其对应连接的换能器(33)设置在不同的密封腔体内。
3.根据权利要求2所述的一种超声井径随钻测井装置，其特征在于，电路模块设置在上腔体，与其对应的换能器(33)设置在下腔体，上腔体与下腔体相邻且通过过线孔(13)连通，过线孔(13)内设置有密封的承压块(31)，承压块(31)两端焊接有引线，一端引线从过线孔(13)引出与电路模块连接，另一端引线穿过护线套管(32)连接在换能器(33)下端的接线柱上，换能器(33)的底部依次安装有垫片(3)和密封盖(35)，下腔体设置有用于注入航空液压油的注油孔，注油孔上安装有注油堵头(36)。
4.根据权利要求1所述的一种超声井径随钻测井装置，其特征在于，所述过线管总成通过锚定螺栓(17)定位在钻铤(3)中，锚定螺栓(17)两侧安装有防止其松动的定位螺钉(20)，锚定螺栓(17)的尾部与安装孔之间设置有防止锚定螺栓(17)掉落的弹性挡圈(21)。
5.根据权利要求1所述的一种超声井径随钻测井装置，其特征在于，所述钻铤(3)与泥浆导流套(4)之间还设置有隔离套(16)，隔离套(16)一端伸入泥浆导流套(4)侧壁上开设的径向通孔内，另一端伸入与盖板槽连通的引线槽(15)内。
6.根据权利要求1所述的一种超声井径随钻测井装置，其特征在于，所述承压外壳(9)一端螺纹连接在泥浆导流套(4)的尾部，另一端螺纹连接中接头组件(11)顶部，中接头组件(11)外壁套有用于减震和扶正的扶正器组件(10)。
7.根据权利要求1所述的一种超声井径随钻测井装置，其特征在于，所述三个盖板槽中相邻俩盖板槽之间均设置有穿线孔(27)，用于电源模块(14)、控制模块(25)和激发模块(28)之间的线路连通，相邻俩盖板槽之间的穿线孔(27)均由两个孔道对接而成，两孔道之间的夹角小于180°。
8.根据权利要求7所述的一种超声井径随钻测井装置，其特征在于，所述钻铤(3)上还设置有数据插座(23)，数据插座(23)设置在电源模块(14)与控制模块(25)之间，且数据插座(23)的引线连通电源模块(14)与控制模块(25)之间穿线孔(27)内的信号线，数据插座(23)的外露端上设置有带密封圈的数据口盖(24)。
9.根据权利要求1所述的一种超声井径随钻测井装置，其特征在于，所述钻铤(3)外壁上设计有2个用于刻入钻铤产品型号及扣型信息的标记槽(37)，钻铤(3)首尾两端的外壁上还分别沿圆周均匀堆焊有(3)块耐磨带(19)，所述泥浆导流套(4)内沿轴向还设置有过流槽。
10.根据权利要求3所述的一种超声井径随钻测井装置，其特征在于，所述换能器(33)外壳为PEEK材料，所述换能器(33)的尾部安装有氟橡胶材质的垫片(34)，承压块(31)两端均带有耐高温高压的3芯焊杯。
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