CN109838231A - 一种用于地热深井高温储层评价的井内智能接头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于地热深井高温储层评价的井内智能接头，涉及地热深井勘探技术领域，该井内智能接头具有钻井随钻测试工作模式和完井抽水过程工作模式；该井内智能接头包括接头本体和放置测试储存单元的仪器仓体；接头本体为两端开口的中空圆柱结构；测试存储单元包括温压一体传感器和集成有单片机芯片、存储芯片、电池的PCB板；仪器仓体放置在接头本体的腔体内并卡紧固定；接头本体的两端与钻杆柱螺纹连接。本发明提供的井内智能接头能够在200℃高温环境下实现原位测试，测试精度高，并在测试完毕后，将采集的数据与地表时间工艺参数相结合，获得热储层评价指标，无需数据电缆，降低成本，且可安装钻杆柱任意部位，安装操作简单。
Description
技术领域
本发明涉及地热深井勘探技术领域，特别是涉及一种用于地热深井高温储层评价的井内智能接头。
背景技术
地热能是一种绿色低碳、循环利用的可再生清洁能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点。根据地球地温梯度，一般每百米温度上升3℃的趋势，地球深部具有巨大的热能源。目前，深部地热能源开发和利用成为热点。
在钻井过程中，由于地质、地热储层的不确定性，需要及时跟踪地层信息，获取定深的地层证据，对热储地层进行明确的厘定，以确定地层关系以及目标热储地层。因此，地热钻井一般采用“探采结合”方式。
一方面，由于地下热储层的位置和热储特征具有不确定性，所以研究井内与热储有关参数的探测技术非常关键。常规有缆式的测量技术，由于其工序复杂，受高温限制，测量过程复杂要求高，成本高，已经不适应地热开发与评价的要求。
另一方面，地热钻井的高温既是地热井的优点，也是钻井井内测试环节的痛点。井下高温仪器是地热井质量控制和评价的重要工具。目前高温仪器和探测仪器使用温度主要在125℃，不满足实际需求。
发明内容
为了满足地热钻井井下热储层的评价要求，准确测试温度和水位(含动水位)变化，灵活实现随钻高温测试与完井抽水测试的评价，本发明提供了一种用于地热深井高温储层评价的井内智能接头，克服有缆式测量技术缺陷，形成灵活式的智能测试接头，可任意组装在钻杆柱柱中或井下抽水钻具组合中。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种用于地热深井高温储层评价的井内智能接头，所述井内智能接头具有钻井随钻测试工作模式和完井抽水过程工作模式；
所述井内智能接头包括接头本体和放置测试储存单元的仪器仓体；所述接头本体为两端开口的中空圆柱结构；所述测试存储单元包括温压一体传感器和集成有单片机芯片、存储芯片、电池的PCB板；
所述仪器仓体放置在所述接头本体的腔体内，并卡紧固定；所述接头本体的两端与钻杆柱螺纹连接。
可选的，所述接头本体的一端为螺纹母扣，所述接头本体的另一端为螺纹公扣。
可选的，所述接头本体的侧壁上加工有一个螺纹孔和三个通孔；所述接头本体的内壁上加工有台阶；所述通孔用于联通所述仪器仓体与所述接头本体外侧。
可选的，所述仪器仓体为一体成形结构；所述仪器仓体分为三部分，包括一端封口的第一中空圆柱、两端开口的第二中空圆柱以及肋板；所述肋板的一端与所述第一中空圆柱的外壁连接，所述肋板的另一端与所述第二中空圆柱的内壁连接；
所述第二中空圆柱的下端口与所述接头本体内壁上的台阶接触，通过将螺钉拧入所述接头本体侧壁上的螺纹孔，使得所述螺钉卡在所述第二中空圆柱的上端口上，从而使所述仪器仓体在所述接头本体内固定不动。
可选的，所述第二中空圆柱的外侧壁分为三部分，包括位于两侧的第一外侧壁和第二外侧壁、以及位于中间的中部外侧壁；所述第一外侧壁和所述第二外侧壁均加工有两个用于安装密封圈的第一凹槽，所述中部外侧壁上加工有第二凹槽。
可选的，所述肋板上开设有通孔，且所述通孔位于所述第二凹槽上；所述通孔用于联通所述第一中空圆柱和所述第二中空圆柱。
可选的，所述第一中空圆柱的开口端安装有端盖，将所述端盖放置在所述第一中空圆柱的开口端并拧紧，使所述第一中空圆柱的腔体为封闭空间；
所述第一中空圆柱的内壁上加工有阶梯；所述第一中空圆柱内放置有弹簧，且所述弹簧位于所述端盖与所述阶梯之间；
所述温压一体传感器卡在所述阶梯与所述弹簧之间，所述PCB板放置在所述温压一体传感器上。
可选的，所述温压一体传感器上集成有温度传感器和压力传感器；所述温度传感器的电阻为铂电阻，所述压力传感器为SOS蓝宝石高温压力传感器；
所述单片机芯片的型号为SM320F28335-HT，所述存储芯片的型号为SM28VLT32-HT；所述PCB板的材料为聚酰亚胺。
可选的，所述PCB板上还集成有基准电压源芯片、模数转换芯片和时钟芯片；所述基准电压源芯片的型号为ADR225；所述模数转换芯片的型号为AD7981。
可选的，所述PCB板的宽度小于15mm，所述PCB板的长度小于或者等于180mm。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明涉及了用于深部地热井钻井随钻测试过程或完井之后抽水试验过程中的井内热储层评价的一种专用井下智能接头。该井下智能接头既可以在钻井过程中与钻杆柱直接连接，用于热储层温度参数和环空压力参数的随钻测试，也可用于成井抽水试验过程中进行水位和温度动态测试，抽水测试时，将井下智能接头与抽水管(一般为钻杆)以及深井泵连接，用于抽水过程井下热储测试，最终实现地热井的热储层评价。
本发明还具有以下优点：
(1)本发明采用的测试存储单元能够在200℃高温环境下实现原位测试，压力水位数据根据温度数据进行数据在线高温补偿处理并存储数据，测试精度高；测试完毕后再返回地表，回放数据，并结合地表时间工艺参数获得热储层评价指标，无需数据电缆，避免了深井采用铠装电缆传输的繁琐。
(2)该井下智能接头可以直接安装在钻杆柱上，可原位测试动态数据，测试精度高，即可以随钻测试存储，也可以完井抽水测试存储，使用模式灵活；且采集到的温度信息数据丰富，包括静态与动态，注入(钻进泵量)与抽出(抽水)，温度水位恢复随时间进程的数据等，具有大数据和智能化评价的特征。
(3)该井下智能接头可安装钻杆柱任意部位，安装操作简单，使用成本低，接头强度高，能够与钻杆柱的可靠连接。
(4)测试储存单元安装方便，信息提取操作简单。
(5)该井下智能接头的测试温度范围为0～200℃(±0.2℃)，水位深度范围0～4000m，水位动态测试精度为0.1％FS(压力传感器满量程)。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例用于地热深井高温储层评价的井内智能接头的结构剖面图；
图2为本发明实施例接头本体的结构剖面图；
图3为本发明实施例仪器仓体的结构剖面图。
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。
本发明的目的是提供一种用于地热深井高温储层评价的井内智能接头，为评价深部高温地热井热储性能的重要装置，能够评价包括水源型地热井和干热岩型地热井的井下温度变化特征，为地热井勘探开发服务。同时，也可作为深部钻井温度的掌控和环空泥浆压力测试的重要工具。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供的井内智能接头为用于深部地热井钻井过程或完井之后抽水试验过程中的井内热储层评价的智能接头，由接头本体和放置测试储存单元的仪器仓体组成。本发明采用独特设计结构把温压一体传感器和仪器仓体安装于接头本体上，接头强度高，测试储存单元安装方便，信息提取操作简单，既可用于随钻热储评价，也可用于完井抽水过程中的热储评价。该接头本体与钻杆柱杆直接连接就能实现热储层温度参数的随钻测试或抽水过程中的水位和温度动态测试。
图1为本发明实施例用于地热深井高温储层评价的井内智能接头的结构剖面图，如图1所示，本实施例提供的井内智能接头包括接头本体1和放置测试储存单元的仪器仓体2。测试存储单元包括温压一体传感器3和集成有单片机芯片、存储芯片、电池的PCB板。仪器仓体2安装在接头本体1的内部，并卡紧固定，然后通过接头本体1上的通孔与外界联通。接头本体1的两端与钻杆柱螺纹连接。
如图2所示，本实施例中的接头本体1为两端开口的中空圆柱结构；接头本体1的一端为螺纹母扣101，接头本体1的另一端为螺纹公扣102。接头本体1的侧壁上还加工有一个螺纹孔103和三个通孔104；接头本体1的内壁上加工有台阶。接头本体1通过螺纹母扣101和螺纹公扣102与钻杆柱固定在一起。通孔103用于联通仪器仓体2与接头本体1外侧。
优选的，该接头本体1上的螺纹孔103靠近螺纹母扣101，接头本体1上的通孔104靠近螺纹公扣102。
如图3所示，本实施例中的仪器仓体2为一体成形结构；仪器仓体2分为三部分，包括一端封口的第一中空圆柱201，两端开口的第二中空圆柱202以及肋板203；其中，肋板203的一端与第一中空圆柱201的外壁连接，肋板203的另一端与第二中空圆柱202的内壁连接。优选的，第一中空圆柱201的高度大于第二中空圆柱202的高度。
第二中空圆柱202的下端口与接头本体1内壁上的台阶接触，通过将螺钉5拧入接头本体1侧壁上的螺纹孔103，使得螺钉5卡在第二中空圆柱202的上端口上，从而使仪器仓体2在接头本体1内固定不动。
第二中空圆柱202的外侧壁分为三部分，包括位于两侧的第一外侧壁和第二外侧壁，以及位于中间的中部外侧壁；第一外侧壁和第二外侧壁均加工有两个用于安装密封圈的第一凹槽，中部外侧壁上加工有第二凹槽。其中，第二凹槽的宽度和深度均大于第一凹槽。
肋板203上加工有通孔204，且通孔204位于第二凹槽上；该通孔204用于联通第一中空圆柱201和第二中空圆柱202，进而实现测试储存单元内的传感器与钻杆柱外侧的联通。
优选的，通孔204与通孔104位于同一水平面上。
第一中空圆柱201的开口端安装有端盖6，将端盖6放置在第一中空圆柱201的开口端并拧紧，使第一中空圆柱201的腔体为封闭空间。
第一中空圆柱201的内壁上加工有阶梯；第一中空圆柱201内放置有弹簧4，且弹簧4位于端盖6与阶梯之间。
温压一体传感器3位于在阶梯与弹簧4之间，PCB板放置在温压一体传感器3上。
仪器仓体1的结构可以保证温压一体传感器3与接头本体2外侧联通，即井壁环空联通，保证测试的压力为井内智能接头与孔壁的环空压力。
温压一体传感器3上集成有温度传感器和压力传感器；温度传感器的电阻为铂电阻，压力传感器为SOS蓝宝石高温压力传感器。
单片机芯片的型号为SM320F28335-HT，存储芯片的型号为SM28VLT32-HT；PCB板的材料为聚酰亚胺，电池的电压为3.75V。
PCB板上还集成有基准电压源芯片、模数转换芯片以及时钟芯片；基准电压源芯片的型号为ADR225；模数转换芯片的型号为AD7981。PCB板的宽度小于15mm，PCB板的长度小于或者等于180mm。
该测试储存单元包括耐温电子元件、耐温电池、耐温传感器、小尺寸高温PCB板，满足200℃的井下测试要求。温压一体传感器3侧面有两个密封圈用于密封，上侧有挂耳便于取出。
安装时，首先将PCB板放入第一中空圆柱201内，然后将温压一体传感器3卡在第一中空圆柱201的阶梯上，再将弹簧4放在温压一体传感器3上，之后将端盖6拧紧在第一中空圆柱201的开口端，使第一中空圆柱201的腔体为封闭空间，在此密封空间内，温压一体传感器3卡在弹簧4与阶梯之间。将仪器仓体2坐于接头本体1的台阶上，螺钉5拧入接头本体1上部的螺纹孔103内，使得仪器仓体2固定在接头本体1内。
工作时，该井内智能接头可采用两种工作模式：
钻井随钻测试工作模式：根据所测井的深度，将井内智能接头组装到钻杆柱的某一位置上(对应测试的井深)，成为钻杆柱一部分，既不影响钻进过程，又能提供井下温度和环境压力(水位)信息。钻进过程中，可随着下钻、钻进、提钻以及停待随钻测量井下温度和环空压力(含水位)信息，并可以实现不同位置的静置测试、循环测试、温度恢复测试。提钻后，拧下该井内智能接头，将测试存储单元取出，与计算机连接进行数据回放，再结合地表相对应时间的测试程序进行对标，将数据归一化和合成处理后，获得随时间、深度、钻井液流量变化信息，从而系统评价热储层的热焓和热传递特征。
完井抽水过程工作模式：该井内智能接头根据抽水工艺需要，连接于钻杆柱中，置于深井泵之上。随着抽水过程，该井内智能接头检测外环空(井壁与钻杆柱之间)水位的动态变化，外环空温度的动态变化。所有数据通过测试存储单元存储起来。抽水过程完成后，该井内智能接头从井内提出后，取出仪器仓体，拧下端盖，取出测试储存单元，回放数据至计算机。数据包含时间，温度，水位，结合地表时间进程的钻具组合、抽水量或泵量变化，以绝对时间时钟对标，获取热储层温度-时间变化曲线、深度-温度变化曲线、温度-水位水量(抽水、注水)变化曲线、温度-时间恢复曲线等，最终评价地热储层热焓和热传递特征。
与现有技术相比，本发明的有益效果是为：
第一，该井内智能接头的工作模式可结合钻井和抽水工艺进行变化，能方便地适应钻井过程的随钻测量，即可以实现地热井钻井过程的评价，也可以用于完井后的储层测量与评价。通过该井内智能接头的安装和钻井工艺配合，可随时了解地层情况，测试并储存地下水位、水量、水温等水文地质资料。以绝对时间为时钟进行工艺对标，融合地表工艺，在地表计算机软件支持下，对储存的多种工艺参数进行的数据处理挖掘后，最终形成钻井孔内温度、水位与抽水量的历时曲线，以便分析热储层水文地质条件，确定层位、厚度、埋藏深度，从而研究热储层构造等，为评价地热储层提供重要的测试工具。
第二，该井内智能接头在钻进过程中组装到钻杆柱上，成为钻杆柱一部分，既不影响钻进过程，又能提供井下温度和环境压力(水位)信息，对高质高效、经济有效的进行地热钻井和开发，具有重要价值。
第三，完井之后的抽水试验是地热钻井勘查必不可少的工序。通过把井内智能接头安装在抽水试验钻具组合中，可方便获取不同深度地热井热量和供水量及有关的储层信息，在抽水试验的同时，能够及时测量储层水温和水位的变化。高温地热井智能短接和抽水试验的组合，形成了热储评价的数据采集系统，为地热热储评价提供依据。
第四，目前国内高温仪器和探测仪器使用温度主要在125℃，世界先进水平还处于175℃。该井内智能接头的测试温度范围为0～200℃。该井内智能接头通过高温电子器件、高温电池和耐高温传感器形成小尺寸测试存储单元，并通过实施原位温度进行压力输出参数的补偿，测量精度高，可及时准确的测定孔底原位温度和水位压力信息，为狭小振动空间的井下环境测试提供了重要手段。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种用于地热深井高温储层评价的井内智能接头，其特征在于，所述井内智能接头具有钻井随钻测试工作模式和完井抽水过程工作模式；
所述井内智能接头包括接头本体和放置测试储存单元的仪器仓体；所述接头本体为两端开口的中空圆柱结构；所述测试存储单元包括温压一体传感器和集成有单片机芯片、存储芯片、电池的PCB板；
所述仪器仓体放置在所述接头本体的腔体内，并卡紧固定；所述接头本体的两端与钻杆柱螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的井内智能接头，其特征在于，所述接头本体的一端为螺纹母扣，所述接头本体的另一端为螺纹公扣。
3.根据权利要求1所述的井内智能接头，其特征在于，所述接头本体的侧壁上加工有一个螺纹孔和三个通孔；所述接头本体的内壁上加工有台阶；所述通孔用于联通所述仪器仓体与所述接头本体外侧。
4.根据权利要求1所述的井内智能接头，其特征在于，所述仪器仓体为一体成型结构；所述仪器仓体分为三部分，包括一端封口的第一中空圆柱、两端开口的第二中空圆柱以及肋板；所述肋板的一端与所述第一中空圆柱的外壁连接，所述肋板的另一端与所述第二中空圆柱的内壁连接；
所述第二中空圆柱的下端口与所述接头本体内壁上的台阶接触，通过将螺钉拧入所述接头本体侧壁上的螺纹孔，使得所述螺钉卡在所述第二中空圆柱的上端口上，从而使所述仪器仓体在所述接头本体内固定不动。
5.根据权利要求4所述的井内智能接头，其特征在于，所述第二中空圆柱的外侧壁分为三部分，包括位于两侧的第一外侧壁和第二外侧壁、以及位于中间的中部外侧壁；所述第一外侧壁和所述第二外侧壁均加工有两个用于安装密封圈的第一凹槽，所述中部外侧壁上加工有第二凹槽。
6.根据权利要求5所述的井内智能接头，其特征在于，所述肋板上开设有通孔，且所述通孔位于所述第二凹槽上；所述通孔用于联通所述第一中空圆柱和所述第二中空圆柱。
7.根据权利要求4所述的井内智能接头，其特征在于，所述第一中空圆柱的开口端安装有端盖，将所述端盖放置在所述第一中空圆柱的开口端并拧紧，使所述第一中空圆柱的腔体为封闭空间；
所述第一中空圆柱的内壁上加工有阶梯；所述第一中空圆柱内放置有弹簧，且所述弹簧位于所述端盖与所述阶梯之间；
所述温压一体传感器卡在所述阶梯与所述弹簧之间，所述PCB板放置在所述温压一体传感器上。
8.根据权利要求1所述的井内智能接头，其特征在于，所述温压一体传感器上集成有温度传感器和压力传感器；所述温度传感器的电阻为铂电阻，所述压力传感器为SOS蓝宝石高温压力传感器；
所述单片机芯片的型号为SM320F28335-HT，所述存储芯片的型号为SM28VLT32-HT；所述PCB板的材料为聚酰亚胺。
9.根据权利要求1所述的井内智能接头，其特征在于，所述PCB板上还集成有基准电压源芯片、模数转换芯片和时钟芯片；所述基准电压源芯片的型号为ADR225；所述模数转换芯片的型号为AD7981。
10.根据权利要求1所述的井内智能接头，其特征在于，所述PCB板的宽度小于15mm，所述PCB板的长度小于或者等于180mm。
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