CN107339098A - 一种随钻测量钻具及其测量短节 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种随钻测量钻具及其测量短节，所述测量短节安装于一钻头以及一钻杆之间，其特征在于，包括：本体，包括第一端和第二端，所述第一端连接所述钻头，所述第二端连接所述钻杆；传感器，设置于所述本体上，用于测量钻井数据；以及天线，绕设于所述本体上，并与所述传感器电连接，用于将所述钻头工作数据直接发射至远端接收器。本发明结构工艺简单具有较强的扭距，天线发射效率更高，能够有效提高工作效率，并且能够大幅提升作业时的安全性能，有效降低作业过程中的风险。

Description

一种随钻测量钻具及其测量短节

技术领域

本发明总体来说涉及一种随钻测量钻具，具体而言，涉及一种随钻测量钻具及其测量短节。

背景技术

近年来MWD和LWD随钻测井技术在测井服务中越来越成为主流，渐渐有替代大部分电缆测井仪器的趋势，随钻测井的优势很明显。目前主要的随钻仪器是LWD仪器，如图1所示，现有钻具主要包括钻杆101、测井仪器102、钻铤马达103、造斜短节104以及钻头105，上述各部件依次连接形成钻具，测井仪器102做成钻铤外形，连接在钻铤螺杆马达103的上部提供钻井数据采集和存储服务，并可以通过泥浆脉冲发生器上传数据。由于测井仪器距离钻头(中间隔着10米左右的钻铤螺杆马达)比较远不能实时反应钻孔的情况，在薄油层和定向钻井的使用中地层中导向不及时，所以近钻头随钻测量技术在钻井测量服务市场上有很大的需求。

如图2及图3所示，现有的已经商用的近钻头仪器，主要采用在钻头105后部安装一只小于一米的测量短节106，负责采集部分测井数据和发射低频无线电磁信号，在钻铤马达103上部安装一个低频无线电磁信号接收短节107。这种结构要求测量短节和接收短节要实现上下信号回路分开的偶极天线结构。目前一般采用使用的技术方案为，在钻铤马达103的上下两端设置绝缘短节108用于分隔上下信号回路，如图3所示，绝缘短节108通过设置绝缘段109来分隔上下信号回路，绝缘短节108的上下两部分之间依靠绝缘涂层实现绝缘，在绝缘短节作业时施加的扭矩是有限制，否则会导致涂层破损绝缘失效。

在现有技术中，由于绝缘短节108连接在钻头后部，在钻井过程中承受了很大的扭矩，所以绝缘短节108对结构强度要求很高，但是采用绝缘短节108的工艺在国内制造工艺尚不过关，所以使用这种结构的仪器作业时会有很高的风险性。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种高强度且发射效率高的随钻测量短节。

本发明的另一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种高强度且发射效率高的随钻测量钻具。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供了一种随钻测量短节，所述测量短节安装于一钻头以及一钻杆之间，包括：

本体，包括第一端和第二端，所述第一端连接所述钻头，所述第二端连接所述钻杆；

传感器，设置于所述本体上，用于测量钻井数据；以及

天线，绕设于所述本体上，并与所述传感器电连接，用于将所述钻头工作数据直接发射至远端接收器。

根据本发明的一实施方式，其中所述天线为环形线圈天线。

根据本发明的一实施方式，其中所述本体上设置有多个轴向的安装槽，所述传感器为多个且分别设置于所述安装槽内。

根据本发明的一实施方式，其中所述本体的圆周方向上还设置有绝缘带，所述绝缘带位于所述传感器以及所述天线之间。

根据本发明的一实施方式，其中还包括一连接座，所述连接座的一端与所述钻头连接，另一端与所述第一端连接以包覆所述天线。

根据本发明的一实施方式，其中所述本体上具有一安装部，所述天线绕设于所述安装部上，各所述安装槽以及安装部之间还设置有过线通道，所述过线通道能连通所述各所述安装槽以及安装部。

根据本发明的一实施方式，其中所述多个安装槽沿所述本体的周向间隔布置。

根据本发明的一实施方式，其中还包括电池模块和计算模块，所述电池模块和计算模块安装于所述安装槽内；

所述电池模块为所述传感器、天线以及计算模块供电，所述计算模块采集所述工作数据并通过所述天线发出。

根据本发明的一实施方式，其中所述绝缘带的材质为PEEK材料。

根据本发明的一实施方式，其中所述安装部位于所述本体上邻近所述第一端处，所述传感器设置于所述本体邻近所述第二端处。

根据本发明的一实施方式，其中所述传感器为测斜定向探管和/或伽马探管。

根据本发明的一实施方式，其中所述本体具有中空的腔体，所述钻杆能通过所述腔体驱动所述钻头运作。

根据本发明的另一方面，一种随钻测量钻具，包括钻杆、钻头、接收器以及如上所述的随钻测量短节。

根据本发明的一实施方式，其中所述接收器设置于所述钻杆上。

由上述技术方案可知，本发明的一种随钻测量钻具及其测量短节的优点和积极效果在于：

本发明通过在本体上绕设天线，从而实现了上下信号的分隔，各机构之间的无需再加入绝缘材质，使得本发明的结构强度得到了保证；另外采用上述天线还可以有效提高天线的发射效率，使工作人员可以实时了解钻进过程中出现的问题，从而有效提高作业时的工作效率；进一步的本发明不仅结构工艺简单，而且具有较强的扭矩，能够有效提高作业时的安全性，并且还降低了制造成本。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是现有技术中钻具的整体结构示意图。

图2是现有技术中具有测量及接收短节的钻具的整体结构示意图。

图3是图2中绝缘短节的剖视示意图。

图4是根据一示例性实施方式示出的一种随钻测量短节的剖视示意图。

图5是根据一示例性实施方式示出的一种随钻测量钻具的整体示意图。

其中，附图标记说明如下：

1.测量短节；11.本体；111.第一端；112第二端；113.安装槽；114.腔体；12.传感器；13.天线；14.绝缘带；15.连接座；151.容纳腔；152.连接部；153.包覆部；16.安装部；17.过线通道；18.电池模块；19.计算模块；2.钻头；3.钻杆；4.接收器；101.钻杆；102.测井仪器；103.钻铤马达；104.造斜短节；105.钻头；106.测量短节；107.接收短节107；108.绝缘短节。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

以下参照图4、图5，对本发明的一具体实施例举例说明如下：

图4是根据一示例性实施方式示出的一种随钻测量短节的剖视示意图。图5是根据一示例性实施方式示出的一种随钻测量钻具的整体示意图。

如图4及图5所示，本实施例中的随钻测量短节1安装于一钻头2以及一钻杆3之间，其主要包括本体11、传感器12以及天线13。本体11可以采用与钻杆3相同的材质制成，其包括有第一端111以及第二端112，第一端111连接钻头2，而第二端112则用于连接钻杆3。本领域技术人员应当理解的是，本发明并不限定为上述连接方式，其可以根据实际情况选择，例如可以在第一端上连接钻杆3，而在第二端112上连接钻头2。如图4所示，本体11还可具有中空的腔体114，钻杆3能通过腔体114驱动钻头运作。

于一实施方式中，本体11上可设置有多个轴向的安装槽113，传感器12可以为多个且分别设置于安装槽113内，并且还可以在传感器12装入安装槽113后，对安装槽113进行密封，以防止在钻进过程中损坏传感器12。于一实施方式中，安装槽113还可以沿本体11的周向间隔的布置，采用此设计可以本得本发明的测量短节受力均匀，有效延长使用寿命，但是需要说明的是，本发明并不限定安装槽113的具体布置方式。

如图4所示，传感器12可以设置本体上，其主要用测量钻井数据，钻井数据可包括井斜角、方位角、工具面角及辅助参数如温度等数据。而传感感器可以根据具体需求进行选择，例如可以采用测斜定向探管和/或伽马探管，其数量及类型可以根据实际情况任意组合，本发明并不限定传感器的具体类型、数量以及组合方式。

如图4所示，天线13绕设于于本体上11上，并且与传感器12电性连接或信号连接，其主要用于将钻井数据直接发送至远端的接收器，于一实施方式中天线13为环形(Toroidal)线圈天线，其材质可以采用铜质制成。采用该种设计，即可以实现发送信号的上下分隔，上下机械结构连接并不需要采用其他绝缘材质加入结构，从而使得其结构强度得到了保证，使得测量短节1能具有更强的扭矩，并且天线的发射效率更高，结构工艺也比较简单。如图4所示，于本实施例中天线13设置于靠近第一端111的位置，当然本发明并不限定其具体设置位置，在一些其它实施例中，其也可以设置于靠近第二端112的位置上。

进一步的，本体11的圆周方向上还设置有绝缘带14，绝缘带14位于传感器12以及13天线之间，绝缘带14的设置位置可以有效避免传感器12与天线13之间的电磁干扰，影响传感器12的测量精度以及钻井数据传输的准确性。于一实施例中，绝缘带14的材料可以采用PEEK材料，当然其也可以使用其它材料，例如材料可以是尼龙、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚甲醛树脂或PBT塑料等工程塑料等。

如图4所示，还包括一连接座15，连接座15的一端与钻头2连接，另一端与第一端111连接以包覆天线13。连接座15整体概呈一套筒状，其底部向内形成一容纳腔151，用于容纳及安装钻头2。容纳腔151的上方形成有一连接部152，用于与测量短节相连接，二者连接方式可以在螺接或其它连接方式，本发明并不限定其具体的连接方式。于连接部152上方还形成一包覆部153，包覆部153可用包覆安装于本体11上的天线13，以对天线13形成保护作用，保证天线13在钻进过程中不会损坏，有效延长天线13的使用寿命，进行延长测量短节1的使用寿命。应当理解的是，连接座15的安装位置及结构也可以根据实际情况进行调整，例如当天线13安装于靠近第二端112的位置时，连接座15的容纳腔151则需要与钻杆3进行连接，因此本发明并不限定连接座15的具体安装装置及结构。

于一实施方式中，本体1上还具有一安装部16，天线13绕设于安装部16上，各安装槽113以及安装部16之间还设置有过线通道17，过线通道17能连通各安装槽113以及安装部16。如图4所示，安装部16位于本体11上邻近第一端111处，传感器12设置于本体11邻近第二端处112，但是本发明并不限定上述具体设置方式，二者的位置可以互换。本实施例中安装部16是沿本体11外周面形成，并且安装部16的直径小于本体11的整体直径，以便用于安装天线13，同时也以将上述连接座15的包覆部153的内径大小安装16的直径，以便于对天线13进行包覆，采用此种设计，即可以有效保护天线13，还能有效保证测量短节1的整体结构强度。过线通道17可以是形成于本体11内部细孔洞或沟槽，其主要用于容纳各电子元件之间的连接线，采用过线通道17不仅工艺简单，而且不影响测量短节1的整体结构强度。应当理解的是，本发明并不限定于上述实施方式，各安装槽113以及安装部16之间的连通，即各电子元件之间的电性连接也可采用其它方式，例如可以采用无线连接方式。

进一步的，本实施例中还可以包括电池模块18和计算模块19，电池模块18和计算模块19安装于安装槽113内；电池模块18为传感器12、天线13以及计算模块19供电，计算模块19采集工作数据并通过天线13发出。电池模块18具体来说可以采用锂电池或者镍氢电池等类型。计算模块19具体可以采用单片机来实现对工作数据的采集及控制。本发明并不限定电池模块18以及计算模块19的具体类型，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。

根据一示例性实施方式，如图5所示，本发明还提供一种随钻测量的钻具，其具体可以包括如上所述析测试短节1、钻头2、钻杆3以及接收器4。测试短节1安装于钻头2以及钻杆3之间，接收器4设置于钻杆3上。钻头2及钻杆3可以根据实际情况进行选择，二者的连接方式可以采用螺接或其它连接方式，本发明并不限定其具体的类型以及连接方式。

本发明通过在本体上绕设天线，从而实现了上下信号的分隔，各机构之间的无需再加入绝缘材质，使得本发明的结构强度得到了保证；另外采用上述天线还可以有效提高天线的发射效率，使工作人员可以实时了解钻进过程中出现的问题，从而有效提高作业时的工作效率；进一步的本发明不仅结构工艺简单，而且具有较强的扭矩，能够有效提高作业时的安全性，并且还降低了制造成本。

应可理解的是，本发明不将其应用限制到本文提出的部件的详细结构和布置方式。本发明能够具有其他实施例，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本发明的范围内。应可理解的是，本文公开和限定的本发明延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本发明的多个可替代方面。本文所述的实施例说明了已知用于实现本发明的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本发明。

尽管已经参照某些实施例公开了本发明，但是在不背离本发明的范围和范畴的前提下，可以对所述的实施例进行多种变型和修改。因此，应该理解本发明并不局限于所阐述的实施例，其保护范围应当由所附权利要求的内容及其等价的结构和方案限定。

Claims (14)

1.一种随钻测量短节，所述测量短节安装于一钻头以及一钻杆之间，其特征在于，包括：

本体，包括第一端和第二端，所述第一端连接所述钻头，所述第二端连接所述钻杆；

传感器，设置于所述本体上，用于测量钻井数据；以及

天线，绕设于所述本体上，并与所述传感器电连接，用于将所述钻头工作数据直接发射至远端接收器。

2.如权利要求1所述的随钻测量短节，其特征在于，所述天线为环形线圈天线。

3.如权利要求1所述的随钻测量短节，其特征在于，所述本体上设置有多个轴向的安装槽，所述传感器为多个且分别设置于所述安装槽内。

4.如权利要求1所述的随钻测量短节，其特征在于，所述本体的圆周方向上还设置有绝缘带，所述绝缘带位于所述传感器以及所述天线之间。

5.如权利要求1所述的随钻测量短节，其特征在于，还包括一连接座，所述连接座的一端与所述钻头连接，另一端与所述第一端连接以包覆所述天线。

6.如权利要求3所述的随钻测量短节，其特征在于，所述本体上具有一安装部，所述天线绕设于所述安装部上，各所述安装槽以及安装部之间还设置有过线通道，所述过线通道能连通所述各所述安装槽以及安装部。

7.如权利要求3所述的随钻测量短节，其特征在于，所述多个安装槽沿所述本体的周向间隔布置。

8.如权利要求3所述的随钻测量短节，其特征在于，还包括电池模块和计算模块，所述电池模块和计算模块安装于所述安装槽内；

所述电池模块为所述传感器、天线以及计算模块供电，所述计算模块采集所述工作数据并通过所述天线发出。

9.如权利要求4所述的随钻测量短节，其特征在于，所述绝缘带的材质为PEEK材料。

10.如权利要求6所述的随钻测量短节，其特征在于，所述安装部位于所述本体上邻近所述第一端处，所述传感器设置于所述本体邻近所述第二端处。

11.如权利要求1所述的随钻测量短节，其特征在于，所述传感器为测斜定向探管和/或伽马探管。

12.如权利要求1所述的随钻测量短节，其特征在于，所述本体具有中空的腔体，所述钻杆能通过所述腔体驱动所述钻头运作。

13.一种随钻测量钻具，其特征在于，包括钻杆、钻头、接收器以及如权利要求1至12的任一所述的随钻测量短节。

14.如权利要求13所述的随钻测量钻具，其特征在于，所述接收器设置于所述钻杆上。