CN109322662A - 一种随钻测量短节 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地质勘探钻井设备技术领域，特别涉及一种随钻测量短节，包括集成外壳、电路对接管、探管组件、电阻率测试组件、电源组件、第一控制电路元件和第二控制电路元件；集成外壳具有中空内腔，集成外壳两端的外侧壁上沿周向布置有若干一字槽，电阻率测试组件设置在所述一字槽内，集成外壳中部的外侧壁上沿周向布置有若干凹槽，探管组件、电源组件和第一控制电路元件分别设置在所述凹槽内；电路对接管可拆卸连接在集成外壳的中空内腔中，电路对接管的外壁上沿周向均匀布置有N个线板凹槽，第二控制电路元件包括N块电路板，电路板与所述线板凹槽配合。本发明近乎实时的测得钻头所在地层的参数，尺寸较小，结构紧凑，易于拆装且生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及地质勘探钻井设备技术领域，特别涉及一种随钻测量短节。
背景技术
在地址勘探领域尤其是油气勘探过程中多采用随钻测量技术，即在钻头后安装随钻测量设备，以实时测得钻头周边地层的地质参数，以识别具有工业开采价值的复杂油、气层，使钻头及时停止在所需储层内；同时监测钻头的位置、钻井轨迹、井斜、井径及振动参数等，以实现实时定位和及时纠偏。
传统随钻测量设备中的短节装置通常离钻头的距离在九米以上，测量盲区过长，判断地层岩性滞后，不能及时判断优质储层位置并调整井眼轨迹，且在水平段钻井时不能及时发现泥质夹层，导致井眼不规则等。现有技术中，通过在随钻测量短节的内壁和外壁开设槽道，将用于测量上述参数的装置嵌设在短节的外壁和内壁上，提高空间利用率，缩短随钻测量短节的长度，提高测得数据的实时性和准确性。但该随钻测量短节的生产成本极高，尤其是内壁的槽道结构加工十分困难。此外，该设备安装和拆卸复杂，现场作业困难，维修维护时间成本高。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于，提供一种随钻测量短节，具体技术方案如下：
一种随钻测量短节，连接在钻头上，其特征在于，包括集成外壳、电路对接管、探管组件、电阻率测试组件、电源组件、第一控制电路元件和第二控制电路元件；所述集成外壳具有中空内腔，所述集成外壳两端的外侧壁上沿周向布置有若干一字槽，所述电阻率测试组件设置在所述一字槽内，所述集成外壳中部的外侧壁上沿周向布置有若干凹槽，所述探管组件、电源组件和第一控制电路元件分别设置在所述凹槽内；所述电路对接管可拆卸连接在所述集成外壳的中空内腔中，所述电路对接管的外壁上沿周向均匀布置有N个线板凹槽，所述第二控制电路元件包括N块电路板，所述电路板与所述线板凹槽配合。
进一步地，所述电路对接管的两端设有密封件，所述密封件沿其径向抵紧在所述集成外壳的中空内腔壁上，所述密封件、线板凹槽和集成外壳的内壁形成密封空间，所述电路对接管设置在所述集成外壳的远离钻头的一端。
进一步地，所述集成外壳的侧壁上，与每个所述电路板对应的位置均开设有径向通孔，所述集成外壳的侧壁内开设有若干管道，所述径向通孔与所述凹槽通过所述管道连通。
进一步地，所述集成外壳的外侧壁上还设置有圆盖板和凹槽盖板，所述圆盖板与所述径向通孔密封配合，所述凹槽盖板与所述凹槽密封配合。
进一步地，所述凹槽的内壁上设有线孔，相邻所述凹槽内的线孔通过所述集成外壳侧壁内沿周向开设的线管连通。
在一个具体实施方式中，所述电路对接管的侧壁两端设有外螺纹，所述集成外壳的中空内腔壁上设有与所述外螺纹配合的内螺纹，所述电路对接管与所述集成外壳通过所述外螺纹和内螺纹可拆卸连接。
在另一个具体实施方式中，所述电路对接管侧壁的两端设有弹性卡接件，所述集成外壳的中空内腔壁上设有与所述弹性卡接件配合的卡接槽，所述电路对接管与所述集成外壳通过所述弹性卡接件和卡接槽可拆卸连接。
具体地，所述探管组件用于随钻测量地层的伽马、方位和振动参数，包括探管壳体，以及安装在所述探管壳体内的伽马传感器、方位传感器和振动传感器，所述探管组件通过所述探管壳体配合在一个所述凹槽内。
具体地，所述电源组件包括第一电池模块和第二电池模块，所述第一电池模块和第二电池模块分别设置在所述集成外壳的两个凹槽内。
具体地，所述电阻率测试组件用于随钻测量地层的电阻率，包括电阻率发射天线和电阻率接收天线，所述电阻率发射天线用于向地层发射电磁波信号，所述电阻率接收天线用于接收通过地层后的所述电磁波信号。
采用上述技术方案，本发明的随钻测量短节能够同时测得电阻率、伽马参数、振动参数和方位参数，近乎实时的判断钻头所在地层是油层、岩层、复杂油气层或是其它地性；同时采用双电池供电，确保电源稳定可靠，提供更长的续航能力。
此外，本发明的电源组件、电阻率测试组件、第一电路组件和探管组件均设置在所述集成外壳的外壁上，易于加工，降低生产成本；同时电路对接管与集成外壳可拆卸连接，能够增加电路板的数量，利用增加层叠空间提高了空间利用率，结构紧凑，长度很短(不超过1.2米)，在钻井过程中对井眼轨迹的影响很小；并且该短节现场拆装方便，易于维护保养，有效降低时间和人力成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1本发明的侧视图；
图2本发明的主视图；
图3是图1中B-B截面的剖视图；
图4本发明的结构爆炸图。
图中：100-集成外壳，200-电路对接管，300-探管组件，110-凹槽，120-一字槽，130-凹槽盖板，140-圆盖板，150-接头，160-接口，210-线板凹槽，220-密封件，410-第一控制电路元件，420-第二控制电路元件，421-电路板，510-第一电池模块，520-第二电池模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
参考图1-图4，一种随钻测量短节，连接在钻头上，用于随钻测量地层参数，包括集成外壳100、电路对接管200、探管组件300、电阻率测试组件、电源组件、第一控制电路元件410和第二控制电路元件420；所述集成外壳100具有中空内腔，所述集成外壳100两端的外侧壁上沿周向布置有若干一字槽120，所述电阻率测试组件设置在所述一字槽120内，所述集成外壳100中部的外侧壁上沿周向布置有若干凹槽110，所述探管组件300、电源组件和第一控制电路元件410分别设置在所述凹槽110内；所述电路对接管200可拆卸连接在所述集成外壳100的中空内腔中，所述电路对接管200的外壁上沿周向均匀布置有N个线板凹槽210，所述第二控制电路元件420包括N块电路板421，所述电路板421与所述线板凹槽210配合。
在一个具体实施例中，N等于4，4个所述线板凹槽210为长条状，所述线板凹槽210的长度方向沿所述电路对接管200的轴向设置，相邻所述线板凹槽210的纵向对称面互相垂直。如此对称设置，能够确保其随钻旋转时各向具有相同的向心力，避免出现偏心振动等。
具体地，所述集成外壳100和电路对接管200的两端均为开口设置，且所述电路对接管200也具有中空结构，钻井时产生的泥浆和渣滓能够通过所述中空内腔和中空结构排出。
具体地，若干所述凹槽110沿所述集成外壳100的周向均匀间隔布置。如此，能够尽量保证随钻测量短节旋转时各向具有相同的向心力，避免出现偏心振动等情况。
在一个具体实施例中，所述集成外壳100的近钻端设有用于连接钻头的接头150，优选地，所述接头150的外径沿靠近钻头的方向逐渐减小。所述集成外壳100的远离钻头的一端设有用于转接其他设备的接口160，所述接口160的内径沿靠近所述近钻端的方向逐渐减小。优选地，所述电路对接管200设置在所述接口160的朝向所述接头150的一侧。
优选地，所述集成外壳100内壁的与所述电路对接管200对应的位置上，设有环状凹腔，该凹腔的深度与所述电路对接管200的最大厚度一致，集成外壳100的除接头150处、接口160处以及和电路对接管200对应的位置外，其余部分的内径与电路对接管200的内径相同。如此，减少泥浆或渣滓通过后的残留，易于清洁维护。
具体地，所述线板凹槽210的深度大于所述电路板421的厚度。即所述电路板421嵌设在该线板凹槽210中，优选地，电路板421平铺在线板凹槽210中。如此确保电路对接管200伸入所述集成外壳100的中空内腔时不会摩擦或损坏电路板421。
具体地，所述线板凹槽210内设置有与所述电路板421相匹配的插槽。优选地，所述插槽上还设有用于卡紧所述电路板421的卡紧件。
具体地，所述电路对接管200的两端设有密封件220，所述密封件220沿其径向抵紧在所述集成外壳100的中空内腔壁上，所述密封件220、线板凹槽210和集成外壳100的内壁形成密封空间。
优选地，该密封件220采用弹性材料制成，同时起到减震的作用。
优选地，所述密封件220为密封挡圈，所述电路对接管200侧壁的两端设有与所述密封挡圈配合的密封凹槽110，所述密封挡圈径向上的厚度大于所述密封凹槽110的深度。如此，所述密封挡圈能够抵紧在集成外壳100的内壁上。
优选地，所述密封凹槽110设置在所述电路对接管200两端的靠近端面处，即所述密封件220设置在所述电路对接管200两端的边缘处，如此，密封挡圈、集成外壳100的内壁以及线板凹槽210能够将电路板421密封在内，避免随钻伸入地层时，泥浆进入集成外壳100和电路对接管200之间，损坏电路板421。
在一个具体实施例中，所述电源组件包括第一电池模块510和第二电池模块520，如此，采用双电池供电，提升系统供电的可靠性和持续工作时间。所述第一电池模块510和第二电池模块520分别设置在所述集成外壳100的两个凹槽110内。所述电源组件分别和所述探管组件300、电阻率测试组件、第一电路组件和第二电路组件通过线路电性连接。
所述探管组件300用于随钻测量地层的伽马、方位和振动参数，包括探管壳体，以及安装在所述探管壳体内的伽马传感器、方位传感器和振动传感器，所述探管组件300通过所述探管壳体配合在一个所述凹槽110内。如此，集成化安装具有不同功能的采集装置，降低现场拆装该短节的难度，使短节内走线方便，增加设备的可靠性。
所述电阻率测试组件用于随钻测量地层的电阻率，包括配合在若干一字槽120内电阻率发射天线和电阻率接收天线，所述电阻率发射天线用于向地层发射电磁波信号，所述电阻率接收天线用于接收通过地层后的所述电磁波信号。所述电阻率接收天线设置在所述集成外壳100的靠近钻头的一端，所述电阻率发射天线设置在所述集成外壳100的远离钻头的一端。
在一个具体实施例中，所述集成外壳100远离钻头钻的一端的侧壁的周向上设有两圈所述一字槽120，相应的设有两圈电阻率发射天线。在所述电阻率发射天线靠近钻头的一端的设置有一圈一字槽120，相应的设有一圈电阻率接收天线。
具体地，所述第一电路组件包括集成电路板421，所述集成电路板421与所述第二电路组件的电路板421共同控制随钻测量短节的运行。
具体地，所述第一电路组件和第二电路组件共同包括数据接收单元、数据处理单元和数据存储单元，所述信号接收单元用于接收所述电阻率测试组件和探管组件300采集的包括与电阻率、伽马、方位和振动相关的数据，所述数据处理单元用于基于所述数据获得包括地层的电阻率、伽马参数、方位参数和振动参数的计算结果，所述数据存储单元用于存储所述数据和计算结果。例如，根据所述电阻率发射天线所发射的电磁波信号和所述电阻率接收天线所接收到的经过地层后返回的电磁波信号，通过相关运算得出钻头附近地层的电阻率，判断该地层的地性结构。
优选地，所述数据存储单元包括缓存单元和永久存储单元，所述缓存单元能够将缓存的计算结果发送至信号发射装置，最终发送到地面的仪器设备中，所述永久存储单元用于将所述数据和计算结果永久存储用于备份。所述数据存储单元还设有用于输出所述数据和计算结果的端口，该端口支持从外部将该存储单元中存储的数据和计算结果下载和删除。
优选地，所述数据存储单元设置在所述电路对接管200的电路板421上。如此，可将所述电路对接管200拆卸后转移至其它计算设备处，进行数据下载和处理。
所述集成外壳100的侧壁上，与每个所述电路板421对应的位置均开设有径向通孔，所述集成外壳100的侧壁内开设有若干管道，所述径向通孔与所述凹槽110通过所述管道连通。优选地，所述线板凹槽210与所述凹槽110沿所述集成外壳100的同一轴线设置，所述管道沿所述集成外壳100的轴向开设，即所述管道一端开口设置在所述径向通孔的侧壁上，所述管道的另一端开口设置在于该径向通孔相邻的凹槽110内，线路能够从凹槽110内通过管道进入径向通孔，再穿入线板凹槽210内与电路板421连接。
所述凹槽110的内壁上设有线孔，相邻所述凹槽110内的线孔通过所述集成外壳100侧壁内沿周向开设的线管连通。线路能够穿过线管将凹槽110内的电子器件连接，并且线路还能够通过管道进入线板凹槽210内。
所述集成外壳100的外侧壁还设置有圆盖板140和凹槽盖板130，所述圆盖板140与所述径向通孔密封配合，所述凹槽盖板130与所述凹槽110密封配合。优选地，所述第一电池模块510和第二电池模块520所对应的凹槽盖板130上均设有电池防爆口，避免瞬压超过安全阈值引起爆炸，提高运行的安全性。
在一个具体实施例中，所述凹槽110内设有减震装置。优选地，所述所述减震装置为双向减震器，能够吸收或转化钻头伸入地层所产生的有害振动，如此，降低振动造成电子器件松脱或损坏的可能性。
进一步地，所述集成外壳100和电路对接管200为无磁材料制成。如此，确保其不会对发射和接收的信号造成干扰，例如电阻率测试组件向地层发射的电磁波信号。
在上述具体实施方式的基础上，本说明书的一个实施例中，所述电路对接管200侧壁的两端设有外螺纹，所述集成外壳100的中空内腔壁上设有与所述外螺纹配合的内螺纹，所述电路对接管200与所述集成外壳100通过所述外螺纹和内螺纹可拆卸连接，所述电路对接管200设置在所述集成外壳100远离钻头的一端。优选地，所述电路对接管200两端的外螺纹旋向相同。
在上述具体实施方式的基础上，本说明书的另一个实施例中，所述电路对接管200侧壁的两端设有弹性卡接件，所述集成外壳100的中空内腔壁上设有与所述弹性卡接件配合的卡接槽，所述电路对接管200与所述集成外壳100通过所述弹性卡接件和卡接槽可拆卸连接。优选地，所述弹性卡接件为沿电路对接管200周向布置的若干弹性凸缘，所述弹性凸缘沿所述电路对接管200轴向上的两侧均为导向斜面，如此实现电路对接管200进入和脱出集成外壳100的内腔。
需要注意的是，所述弹性卡接件不仅仅只有弹性凸缘一种实现方式，也可以是其他具备弹性，能够将电路对接管200卡接在集成外壳100内壁上的任意一种卡接件。
本发明的随钻测量短节能够同时测得电阻率、伽马参数、振动参数和方位参数，近乎实时的判断钻头所在地层是油层、岩层、复杂油气层或是其它地性；同时采用双电池供电，确保电源稳定可靠，提供更长的续航能力。
此外，本发明的电源组件、电阻率测试组件、第一电路组件和探管组件300均设置在所述集成外壳100的外壁上，易于加工，降低生产成本；同时电路对接管200与集成外壳100可拆卸连接，能够增加电路板421的数量，利用增加层叠空间提高了空间利用率，结构紧凑，长度很短(不超过1.2米)，在钻井过程中对井眼轨迹的影响很小；并且该短节现场拆装方便，易于维护保养，有效降低时间和人力成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种随钻测量短节，连接在钻头上，其特征在于，包括集成外壳(100)、电路对接管(200)、探管组件(300)、电阻率测试组件、电源组件、第一控制电路元件(410)和第二控制电路元件(420)；
所述集成外壳(100)具有中空内腔，所述集成外壳(100)两端的外侧壁上沿周向布置有若干一字槽(120)，所述电阻率测试组件设置在所述一字槽(120)内，所述集成外壳(100)中部的外侧壁上沿周向布置有若干凹槽(110)，所述探管组件(300)、电源组件和第一控制电路元件(410)分别设置在所述凹槽(110)内；
所述电路对接管(200)可拆卸连接在所述集成外壳(100)的中空内腔中，所述电路对接管(200)的外壁上沿周向均匀布置有N个线板凹槽(210)，所述第二控制电路元件(420)包括N块电路板(421)，所述电路板(421)与所述线板凹槽(210)配合。
2.根据权利要求1所述的随钻测量短节，其特征在于，所述电路对接管(200)的两端设有密封件(220)，所述密封件(220)沿其径向抵紧在所述集成外壳(100)的中空内腔壁上，所述密封件(220)、线板凹槽(210)和集成外壳(100)的内壁形成密封空间，所述电路对接管(200)设置在所述集成外壳(100)的远离钻头的一端。
3.根据权利要求2所述的随钻测量短节，其特征在于，所述集成外壳(100)的侧壁上，与每个所述电路板(421)对应的位置均开设有径向通孔，所述集成外壳(100)的侧壁内开设有若干管道，所述径向通孔与所述凹槽(110)通过所述管道连通。
4.根据权利要求3所述的随钻测量短节，其特征在于，所述集成外壳(100)的外侧壁上还设置有圆盖板(140)和凹槽盖板(130)，所述圆盖板(140)与所述径向通孔密封配合，所述凹槽盖板(130)与所述凹槽(110)密封配合。
5.根据权利要求4所述的随钻测量短节，其特征在于，所述凹槽(110)的内壁上设有线孔，相邻所述凹槽(110)内的线孔通过所述集成外壳(100)侧壁内沿周向开设的线管连通。
6.根据权利要求1-5项中任一所述的随钻测量短节，其特征在于，所述电路对接管(200)的侧壁两端设有外螺纹，所述集成外壳(100)的中空内腔壁上设有与所述外螺纹配合的内螺纹，所述电路对接管(200)与所述集成外壳(100)通过所述外螺纹和内螺纹可拆卸连接。
7.根据权利要求1-5项中任一所述的随钻测量短节，其特征在于，所述电路对接管(200)侧壁的两端设有弹性卡接件，所述集成外壳(100)的中空内腔壁上设有与所述弹性卡接件配合的卡接槽，所述电路对接管(200)与所述集成外壳(100)通过所述弹性卡接件和卡接槽可拆卸连接。
8.根据权利要求1所述的随钻测量短节，其特征在于，所述探管组件(300)用于随钻测量地层的伽马、方位和振动参数，包括探管壳体，以及安装在所述探管壳体内的伽马传感器、方位传感器和振动传感器，所述探管组件(300)通过所述探管壳体配合在一个所述凹槽(110)内。
9.根据权利要求1所述的随钻测量短节，其特征在于，所述电源组件包括第一电池模块(510)和第二电池模块(520)，所述第一电池模块(510)和第二电池模块(520)分别设置在所述集成外壳(100)的两个凹槽(110)内。
10.根据权利要求1所述的随钻测量短节，其特征在于，所述电阻率测试组件用于随钻测量地层的电阻率，包括电阻率发射天线和电阻率接收天线，所述电阻率发射天线用于向地层发射电磁波信号，所述电阻率接收天线用于接收通过地层后的所述电磁波信号。
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