CN110318728A - 一种近钻头多工程参数随钻测量存储装置 - Google Patents

一种近钻头多工程参数随钻测量存储装置 Download PDF

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李亚峰
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Abstract

本发明公开了一种近钻头多工程参数随钻测量存储装置。该装置包括：短节本体、应变片密封舱、容纳仓、盖板、应变片以及采集板卡；所述应变片密封舱设置在所述短节本体内，所述应变片密封舱用于放置所述应变片；所述应变片用于采集钻压和扭矩数据；所述容纳仓设置在所述短节本体内，所述容纳仓用于放置所述采集板卡；所述采集板卡用于采集和存储底部钻具工程参数；所述盖板用于封盖所述容纳仓。本发明结构简单，能够采集底部钻具近钻头处的钻压、扭矩、三维振动等工程参数，实现了高频数据采集并对其进行存储，便于后续的处理分析，测量分析数据可用于井下工具的可靠性评价、寿命预测、钻头工作效率评价等方面。

Description

一种近钻头多工程参数随钻测量存储装置
技术领域
本发明涉及钻井技术领域，特别是涉及一种近钻头多工程参数随钻测量存储装置。
背景技术
钻井技术发展至今天，为了提高钻井效率和进一步提高有油气开采率，对垂直钻井和定向钻井的需求日益增加。在垂直井和定向钻井作业中，需要一定的导向工具来控制钻头按照设计路线前进。导向工具需要根据所钻遇部分的工程参数(钻压和扭矩、温度、方位、地磁、温度等)作为依据做出导向动作。丰富的工程参数会使导向工具做出精确的导向动作，从而提高钻井效率。
现有技术大部分无法解决钻压和扭矩这种工程参数的测量问题，且无法储存采集的数据。在机械结构上较为复杂，会影响在井下复杂应力状态下的机械可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种近钻头多工程参数随钻测量存储装置，用以采集多种工程参数，并对其进行存储，便于后续的处理分析。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种近钻头多工程参数随钻测量存储装置，包括：短节本体、应变片密封舱、容纳仓、盖板、应变片以及采集板卡；所述应变片密封舱设置在所述短节本体内，所述应变片密封舱用于放置所述应变片；所述应变片用于采集钻压和扭矩数据；所述容纳仓设置在所述短节本体内，所述容纳仓用于放置所述采集板卡；所述采集板卡用于采集和存储底部钻具工程参数；所述盖板用于封盖所述容纳仓。
可选的，所述短节本体的上端设置有内锥形螺纹，所述短节本体的下端设置有外锥形螺纹。
可选的，所述应变片密封舱包括第一应变片密封舱、第二应变片密封舱以及第三应变片密封舱；所述第一应变片密封舱、所述第二应变片密封舱以及所述第三应变片密封舱的圆心轴线向所述短节本体的横截面圆径向延长，圆心轴线延长线交于所述短节本体的横截面圆心，并且三条所述圆心轴线两两相互垂直。
可选的，所述盖板包括方盖板、第一圆盖板、第二圆盖板以及第三圆盖板；所述盖板均通过螺钉固定在所述短节本体上。
可选的，还包括第一通孔、第二通孔、第三通孔以及第四通孔；所述第一通孔、所述第二通孔、所述第三通孔以及所述第四通孔设置在所述短节本体的横截面圆的内接正四边形的四条边上；所述第一通孔连接所述方盖板和所述第一应变片密封舱，所述第二通孔连接所述第三应变片密封舱和所述方盖板，所述第三通孔连接所述第一应变片密封舱和所述第二应变片密封舱，所述第四通孔连接第二应变片密封舱和所述第三应变片密封舱。
可选的，所述应变片包括扭矩测量应变片以及钻压测量应变片；多个所述扭矩测量应变片以及所述钻压测量应变片分别设置在所述第一应变片密封舱内、所述第二应变片密封舱内、所述第三应变片密封舱内、以及所述第一通孔与所述第二通孔之间的平面上。
可选的，所述扭矩测量应变片的安装角度与所述圆轴母线成45°和135°夹角；所述钻压测量应变片的安装角度与所述圆轴母线成0°和90°夹角。
可选的，还包括第一连接孔以及所述第二连接孔；所述容纳仓包括第一容纳仓、第二容纳仓以及第三容纳仓；所述第一连接孔用于连通所述第一容纳仓和所述第二容纳仓；所述第二连接孔用于连通所述第二容纳仓和所述第三容纳仓。
可选的，还包括电池模块；所述电池模块设置在所述第二容纳仓内；所述采集板卡设置在所述第一容纳仓内；所述电池模块用于为所述采集板卡提供电能。
可选的，所述采集板卡包括主控芯片，以及分别与所述主控芯片连接的三轴加速度传感器、温度传感器、三轴陀螺仪、磁传感器、单通道应变采集器以及存储器；所述三轴加速传感器与所述电池模块均放置在所述第二容纳仓内；所述单通道应变采集器单独放置在所述第三容纳仓内；所述主控芯片用于控制所述三轴加速度传感器、所述温度传感器、所述三轴陀螺仪、所述磁传感器以及所述单通道应变采集器进行参数采集；所述三轴加速度传感器用于采集近钻头的振动数据；所述三轴陀螺仪以及所述磁传感器用于采集近钻头的姿态数据；所述温度传感器用于采集近钻头的温度数据；所述单通道应变采集器与所述应变片连接，用于采集钻压和扭矩信号；所述存储器与所述三轴加速度传感器、所述温度传感器、所述三轴陀螺仪、所述磁传感器以及所述单通道应变采集器连接，用于存储所述井下钻头工程参数。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
(1)本发明结构简单，使得短节无需另加装套筒来密封，大大简化了装置的机械结构；传感器的布置方式，使得在空间狭窄的短节上可以布置多个数据采集传感器而不会使机械结构复杂化。使其有较好的可靠性，正常了井下工作时间，缩短了非钻进时间，提高了钻井效率。
(2)本发明采用三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、磁传感器，可以较为精确地解算近钻头工具的姿态。设置了温度传感器，可以补偿钻压、扭矩信号的测量误差，使对钻压、扭矩的测量更为准确。
(3)本发明能够对测量的工程参数进行高频采集并存储，便于后续数据的处理分析，可用于井下工具的可靠性评价、寿命预测、钻头工作效率评价等方面。
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为本发明实施例近钻头多工程参数随钻测量存储装置的结构示意图；
图2为本发明实施例连接孔的示意图；
图3为本发明实施例应变片密封舱以及通孔的结构示意图；
图4为本发明实施例扭矩测量应变片布置示意图；
图5为本发明实施例钻压测量应变片布置示意图；
图6为本发明实施例三轴陀螺仪采集数据的处理流程图；
图7为本发明实施例三轴加速度传感器数据的处理流程图；
图8为本发明实施例钻压、扭矩数据的处理流程图。
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近钻头多工程参数随钻测量存储装置，用以采集多种工程参数，并对其进行存储，便于后续的处理分析。
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。
如图1、图2和图3所示，近钻头多工程参数随钻测量存储装置短节本体160、应变片密封舱、容纳仓、盖板、应变片以及采集板卡190。
所述短节本体160的上端161设置有内锥形螺纹，所述短节本体的下端162设置有外锥形螺纹。
所述应变片密封舱设置在所述短节本体内。所述应变片密封舱包括第一应变片密封舱120、第二应变片密封舱121以及第三应变片密封舱123。所述第一应变片密封舱120、所述第二应变片密封舱121以及所述第三应变片密封舱123的圆心轴线向所述短节本体160的横截面圆径向延长，圆心轴线延长线交于所述短节本体的横截面圆心，并且三条所述圆心轴线两两相互垂直。
所述盖板包括方盖板100、第一圆盖板110、第二圆盖板111以及第三圆盖板112；所述盖板均通过螺钉固定在所述短节本体160上。
本装置还包括第一通孔150、第二通孔151、第三通孔152以及第四通孔153。所述第一通孔150、所述第二通孔151、所述第三通孔152以及所述第四通孔153设置在所述短节本体160的横截面圆的内接正四边形的四条边上；确定内接正四边形的横截面的必须在方盖板100所能覆盖密封的空间内。所述第一通孔150连接所述方盖板100和所述第一应变片密封舱120，所述第二通孔151连接所述第三应变片密封舱121和所述方盖板100，所述第三通孔152连接所述第一应变片密封舱120和所述第二应变片密封舱121，所述第四通孔153连接第二应变片密封舱121和所述第三应变片密封舱122。
所述应变片密封舱用于放置所述应变片；所述应变片用于采集钻压和扭矩数据。所述应变片包括扭矩测量应变片以及钻压测量应变片；多个所述扭矩测量应变片以及所述钻压测量应变片分别设置在所述第一应变片密封舱内120、所述第二应变片密封舱内121、所述第三应变片密封舱内122、以及所述第一通孔150与所述第二通孔151之间的平面上。如图4所示，所述扭矩测量应变片的安装角度与所述圆轴母线成45°和135°夹角；如图5所示，所述钻压测量应变片的安装角度与所述圆轴母线成0°和90°夹角。组桥导线通过第一通孔150、第二通孔151、第三通孔152和第四通孔153布置，参数测量导线由第一通孔150、第二通孔151引出，输入单通道应变采集器170。
所述容纳仓设置在所述短节本体160内，所述容纳仓包括第一容纳仓130、第二容纳仓131以及第三容纳仓132。第一连接孔140用于连通所述第一容纳仓130和所述第二容纳仓131；所述第二连接孔141用于连通所述第二容纳仓131和所述第三容纳仓132。
所述采集板卡190设置在所述第一容纳仓130内；所述电池模块180设置在所述第二容纳仓131内；所述电池模块180用于为所述采集板卡190提供电能。所述采集板卡190包括主控芯片，以及分别与所述主控芯片连接的三轴加速度传感器、温度传感器、三轴陀螺仪、磁传感器、单通道应变采集器以及存储器。所述三轴加速传感器与电池模块180均放置在所述第二容纳仓131内；所述单通道应变采集器170单独放置在所述第三容纳仓132内；所述主控芯片用于控制所述三轴加速度传感器、所述温度传感器、所述三轴陀螺仪、所述磁传感器以及所述单通道应变采集器进行参数采集；所述三轴加速度传感器用于采集近钻头的振动数据；所述三轴陀螺仪以及所述磁传感器用于采集近钻头的姿态数据；所述温度传感器用于采集近钻头的温度数据；所述单通道应变采集器与所述应变片连接，用于采集钻压和扭矩信号；温度传感器采集到的温度数据可以作为单通道应变采集器采集到的钻压扭矩信号的温度补偿，也可以单独作为一个工程参。所述存储器与所述三轴加速度传感器、所述温度传感器、所述三轴陀螺仪、所述磁传感器以及所述单通道应变采集器连接，用于存储所述井下钻头工程参数。
以上采集数据被存储器储存并传输到通信模块进行过数据的校准之后，由通信模块通过串口将数据传输到上位机解包程序解包数据，从而完成井下近钻头多工程参数的采集、储存、传输。
采集板卡采用5V电池供电，内部自带电压稳定电路，可以兼容3.3V/5V的嵌入式系统，连接方便。各路传感器信号经信号采集板采集并保存数据到非易失性FLASH。采集板采用ARM公司的STM32系列32位闪存微控制器作为主芯片。
主控芯片
主控芯片是测量系统的核心控制单元，实现模拟量数据采集，数据储存，模拟信号校准，上位机通信等功能。
ST公司推出的基于ARM Cortex-M3内核的STM32系列处理器具有高性能、低成本、低功耗、实时性强、易开发等特点。主控芯片选择64脚LQFP64封装的STM32F103RCT6TR，主芯片有如下特点。
最高工作频率为72MHz；具有单周期硬件乘法器和除法器；片上集成512kFLASH存储器，64Kb的SRAM存储器；2.0至3.6伏的电源供电和I/0接口驱动电压；上电/断电复位，可编程电压监测器(PVD)、掉电监测器；内嵌4～16MHz晶振和带校准用于RTC的32kHz的晶振；经出厂调校的8姗z的RC振荡电路；内嵌PLL为CPU提供时钟；2个12位模数转换器，lus转换时间(16通道)；串行线调试(SWD)和JTAG接口；12通道DMA控制器，支持的外设：定时器、ADC、SPI、12C和USART；多达4个定时器。51个I/O端口。多达13个通信接口。2个12C、5个USART、2个SPI、1个USB2.0全速接口、1个CAN接口、1个SDIO接口。
三轴±200g数字MEMS加速度计：
ADXL375是一款小而薄的低功耗3轴MEMS加速度计，具有高达±200g的高分辨率测量范围。数字输出数据为16位二进制补码格式，可通过SPI(3线或4线)或者I2C数字接口访问。
集成式存储器管理系统采用32级先进先出(FIFO)缓冲器，可用于存储数据，从而将主机处理器负荷降至最低，并降低整体系统功耗。
低功耗模式支持基于运动的智能电源管理，从而以极低的功耗进行阈值感测和运动加速度测量。
ADT7310的主要特点：低功耗：VS＝2.5V时(典型值)，量模式下低至35μA，待机模式下为0.1μA；功耗随带宽自动按比例变化；嵌入式、32级FIFO缓冲器可将处理器的负载降至最低；带宽高达1kHz可通过串行命令选择带宽；冲击事件检测；活动/非活动监控；
电源电压范围：2.0V至3.6V；I/O电压范围：1.7V至VS；SPI(3线式或4线式)和I2C数字接口；宽温度范围：-40℃至+85℃；抗冲击能力：10,000g；无铅/符合RoHS标准；小而薄：3mm×5mm×1mm LGA封装。
温度传感器：
温度传感器采用ADI公司ADT7310，是一款采用标准窄体SOIC封装的高精度数字温度传感器。它包含一个带隙温度传感器和一个13位ADC，可以0.0625℃的分辨率对温度进行监控和数字化。其分辨率可以通过在配置寄存器设置一个位来更改到16位、0.0078℃的分辨率。缺省分辨率为13位。ADT7410工作电压范围为2.7V到5.5V。工作电压为3.3V时，平均供电电流典型值为250μA。ADT7410提供关断模式来实现器件断电，并产生一个典型值为0.8μA的关断电流。ADT7410的额定工作温度范围为-55℃到+150℃。CT引脚是开漏输出，当温度超过可编程的临界温度极限时被激活。其缺省临界温度极限是80℃。INT引脚也是开漏输出，当温度超过可编程的临界温度极限时被激活。INT和CT引脚都可以在比较器或者中断方式下工作。
ADT7310的主要特点：16位温度-数字转换器；在0℃到70℃范围内温度精确度为±0.5℃；SPI兼容接口；工作温度范围：-55℃到+175℃；工作电压范围：2.7V到5.5V；临界过热指示器；可编程的过温/低温中断；关断模式实现低功耗；功耗：在3.3V时典型值为1mW；8引脚窄体SOIC封装，符合RoHS标准。
磁传感器：
磁力计采用飞思卡尔公司的FXMS3110，是一款小而薄的低功耗3轴数字磁力，FXMS3110的主要特点：感应范围：±1000μT；电压工作范围：1.95V～3.6V；电流：900μA；输出类型：I2C接口；工作温度：-40℃～85℃；封装/外壳：10-VFDFN；
单通道应变采集器：
单通道应变采集器适用于本发明中钻压扭矩测量所采用的全桥模式。
存储器：
实现大容量数据存储；
通信模块：
一路串口或USB接口，与上位机通讯，实现模拟量校准，数据下载等功能。
电池模块：
使用电池供电，通过电源变换给测量系统供电。
采集板卡需要各传感器提供3.3V的参考电压，STM32主芯片需要2.0V～3.6V的电源供电。系统采用5V电池供电，通过LT1764AEQ#PBF模块转换获取3.3V电压供给主芯片和其他有源器件。
信号处理实施方式
步骤：1振动数据处理：
采集板卡三轴陀螺仪工作信号采集处理的典型实施例可以参照流程图6所示实施例，测量装置短节本体160上第一容纳仓130中安装的采集板卡集成组合190中集成的三轴陀螺仪为本发明一典型实施例，陀螺仪安装在随钻具旋转的第一容纳仓130中，输出一个角速度，可以处理为一个较长时间段内的平均转速段内和一个近似瞬时的时间段内的可视为瞬时转速的转速，将转速经过处理确定为粘滑参数，将粘滑参数传送至短节本体160上第一容纳仓130中安装的板卡集成组合190中存储器储存。
信号处理过程中将转速处理为标准化粘滑参数，并对应于二进制编码方法进行储存或传输，确定标准化粘滑参数NSS(normalized stick/slip parameter)给出标准化处理公式
RPMMAX—预定时间周期内的最大瞬时转速；
RPMMIN—预定时间周期内的最小瞬时转速；
RPMAVE—预定时间周期内的平均转速。
关于公式(1)的解释，在井下应用情景下，可能发生粘滑的井段，最小瞬时转速一般为0RPM，所以公式(1)进行了简化。
粘滑参数的储存或传输时，将粘滑参数归一化，转化为二进制表示方法，如表1所示。
表1标准化粘滑参数
NSS 粘滑程度 二进制表示
<50％ 非常低 00
50％～100％ 低 01
100％～150％ 中等 10
>150％ 高 11
本发明所搭载的传感器另一个典型的示例性如流程图7所示，该实施例中包括了安装在短节本体160上第一容纳仓130中板卡集成组合190中的三轴陀螺仪、存储器、安装在短节本体160上第二容纳仓131中的三轴加速度传感器180。首先采集处理转速信号，三轴加速度传感器测量装置短节本体160的三轴加速度分量。粘滑参数处理，同时处理三轴加速度分量，确定当时的倾角和工具面。处理加速度分量确定轴向和横向振动。标准化粘滑参数处理，之后在板卡集成组合190中进行储存或者传输至上位机。
瞬时加速度分量可以视为工具的振动分量TV(ToolVibration Components),瞬时加速度有一个相对短的时间段内的平均加速度确定。TV确定由公式(2)确定
i-x/y/z三轴中任一轴；
Gi-x/y/z三轴中任一轴的加速度；
Gi(t)-x/y/z三轴中任一轴的加速度任一t时刻的加速度。
TV参数标准化，在进行储存或传输，标准化典型实施例如表2所示
表2钻头跳动和横向振动
钻头跳动/横向振动 严重程度 二进制表示
<1G 非常低 00
1～2G 低 01
2～3G 中等 10
>3G 高 11
钻压、扭矩测量数据处理：
本发明装置短节钻压扭矩的一个典型实施例的信号采集处理如流程图8所示。该实施例中包括安装于第三容纳仓132单通道应变采集器170，布置于第一应变片密封舱120、第二应变片密封舱121和第三应变片密封舱122和方盖板100下第一通孔150、第二通孔151之间的平面上的应变传感器。
在该实施例中压力和扭矩造成第一应变片密封舱120、第二应变片密封舱121和第三应变片密封舱122和方盖板100下第一通孔150、第二通孔151之间的平面发生应变。第一通孔150、第二通孔151、第三通孔152和第四通孔153中的导线和第一应变片密封舱120、第二应变片密封舱121和第三应变片密封舱122和方盖板100下第一通孔150、第二通孔151之间的平面上的传感器组成的测量电路测量出电压信号。
具体地，根据材料力学和应变原理，可以推算出钻压和扭矩与输出电压的关系：
钻压与输出电压的关系：
扭矩与输出电压的关系：
F－钻压；
M-扭矩；
E－材料的弹性模量；
Wt—抗扭截面系数；
K-金属丝的灵敏度系数，
μ－泊松比；
Ui-电桥电源电压。
将压力扭矩的电压信号进行处理，储存或传输。
还可以将三轴陀螺仪和磁传感器两个传感器采集的信号同时处理以确定钻头姿态。姿态数据包括：井斜角、方位角、钻具的工具面角。
温度数据处理：
温度传感器采集温度信号，对设备中的各传感器采集的信号进行必要的温度校核。
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：
(1)本发明结构简单，使得短节无需另加装套筒来密封，大大简化了装置的机械结构；传感器的布置方式，使得在空间狭窄的短节上可以布置多个数据采集传感器而不会使机械结构复杂化。使其有较好的可靠性，正常了井下工作时间，缩短了非钻进时间，提高了钻井效率。
(2)本发明采用三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、磁传感器，可以较为精确地解算近钻头工具的姿态。设置了温度传感器，可以补偿钻压、扭矩信号的测量误差，使对钻压、扭矩的测量更为准确。
(3)本发明能够对测量的工程参数进行高频采集并存储，便于后续数据的处理分析，可用于井下工具的可靠性评价、寿命预测、钻头工作效率评价等方面。
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)

1.一种近钻头多工程参数随钻测量存储装置，其特征在于，包括：短节本体、应变片密封舱、容纳仓、盖板、应变片以及采集板卡；所述应变片密封舱设置在所述短节本体内，所述应变片密封舱用于放置所述应变片；所述应变片用于采集钻压和扭矩数据；所述容纳仓设置在所述短节本体内，所述容纳仓用于放置所述采集板卡；所述采集板卡用于采集和存储底部钻具工程参数；所述盖板用于封盖所述容纳仓。
2.根据权利要求1所述的近钻头多工程参数随钻测量存储装置，其特征在于，所述短节本体的上端设置有内锥形螺纹，所述短节本体的下端设置有外锥形螺纹。
3.根据权利要求1所述的近钻头多工程参数随钻测量存储装置，其特征在于，所述应变片密封舱包括第一应变片密封舱、第二应变片密封舱以及第三应变片密封舱；所述第一应变片密封舱、所述第二应变片密封舱以及所述第三应变片密封舱的圆心轴线向所述短节本体的横截面圆径向延长，圆心轴线延长线交于所述短节本体的横截面圆心，并且三条所述圆心轴线两两相互垂直。
4.根据权利要求3所述的近钻头多工程参数随钻测量存储装置，其特征在于，所述盖板包括方盖板、第一圆盖板、第二圆盖板以及第三圆盖板；所述盖板均通过螺钉固定在所述短节本体上。
5.根据权利要求4所述的近钻头多工程参数随钻测量存储装置，其特征在于，还包括第一通孔、第二通孔、第三通孔以及第四通孔；所述第一通孔、所述第二通孔、所述第三通孔以及所述第四通孔设置在所述短节本体的横截面圆的内接正四边形的四条边上；所述第一通孔连接所述方盖板和所述第一应变片密封舱，所述第二通孔连接所述第三应变片密封舱和所述方盖板，所述第三通孔连接所述第一应变片密封舱和所述第二应变片密封舱，所述第四通孔连接第二应变片密封舱和所述第三应变片密封舱。
6.根据权利要求5所述的近钻头多工程参数随钻测量存储装置，其特征在于，所述应变片包括扭矩测量应变片以及钻压测量应变片；多个所述扭矩测量应变片以及所述钻压测量应变片分别设置在所述第一应变片密封舱内、所述第二应变片密封舱内、所述第三应变片密封舱内、以及所述第一通孔与所述第二通孔之间的平面上。
7.根据权利要求6所述的近钻头多工程参数随钻测量存储装置，其特征在于，所述扭矩测量应变片的安装角度与所述圆轴母线成45°和135°夹角；所述钻压测量应变片的安装角度与所述圆轴母线成0°和90°夹角。
8.根据权利要求1所述的近钻头多工程参数随钻测量存储装置，其特征在于，还包括第一连接孔以及所述第二连接孔；所述容纳仓包括第一容纳仓、第二容纳仓以及第三容纳仓；所述第一连接孔用于连通所述第一容纳仓和所述第二容纳仓；所述第二连接孔用于连通所述第二容纳仓和所述第三容纳仓。
9.根据权利要求8所述的近钻头多工程参数随钻测量存储装置，其特征在于，还包括电池模块；所述电池模块设置在所述第二容纳仓内；所述采集板卡设置在所述第一容纳仓内；所述电池模块用于为所述采集板卡提供电能。
10.根据权利要求1所述的近钻头多工程参数随钻测量存储装置，其特征在于，所述采集板卡包括主控芯片，以及分别与所述主控芯片连接的三轴加速度传感器、温度传感器、三轴陀螺仪、磁传感器、单通道应变采集器以及存储器；所述三轴加速传感器与所述电池模块均放置在所述第二容纳仓内；所述单通道应变采集器单独放置在所述第三容纳仓内；所述主控芯片用于控制所述三轴加速度传感器、所述温度传感器、所述三轴陀螺仪、所述磁传感器以及所述单通道应变采集器进行参数采集；所述三轴加速度传感器用于采集近钻头的振动数据；所述三轴陀螺仪以及所述磁传感器用于采集近钻头的姿态数据；所述温度传感器用于采集近钻头的温度数据；所述单通道应变采集器与所述应变片连接，用于采集钻压和扭矩信号；所述存储器与所述三轴加速度传感器、所述温度传感器、所述三轴陀螺仪、所述磁传感器以及所述单通道应变采集器连接，用于存储所述井下钻头工程参数。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021142530A1 (en) * 2020-01-15 2021-07-22 Sentient Tools Engineering Corporation Systems and methods for embedment of instrumentation in downhole components
CN113931615A (zh) * 2021-10-22 2022-01-14 中国石油大学(华东) 一种近钻头工程参数实时随钻测量装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201486545U (zh) * 2009-09-02 2010-05-26 中国石油天然气集团公司 一种井下振动测量仪
CN105089611A (zh) * 2015-09-18 2015-11-25 中国地质大学（北京） 一种底部钻具空间姿态连续测量装置
US20180058192A1 (en) * 2016-08-29 2018-03-01 Institute Of Geology And Geophysics, Chinese Academy Of Sciences Near-bit tool attitude measurement while drilling apparatus and method
CN108442919A (zh) * 2018-02-07 2018-08-24 中国石油集团西部钻探工程有限公司 存储式近钻头多参数测量装置
CN109798102A (zh) * 2018-12-25 2019-05-24 中国石油集团长城钻探工程有限公司 基于插值回归法的工程参数测量及风险监控系统
CN109798100A (zh) * 2018-12-25 2019-05-24 中国石油集团长城钻探工程有限公司 基于近钻头工程参数随钻测量的地层判断识别方法
CN109973073A (zh) * 2019-02-21 2019-07-05 长江大学 一种用于深水钻井的井下测试短节
CN210483696U (zh) * 2019-08-01 2020-05-08 中国地质大学（北京） 一种近钻头多工程参数随钻测量存储装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201486545U (zh) * 2009-09-02 2010-05-26 中国石油天然气集团公司 一种井下振动测量仪
CN105089611A (zh) * 2015-09-18 2015-11-25 中国地质大学（北京） 一种底部钻具空间姿态连续测量装置
US20180058192A1 (en) * 2016-08-29 2018-03-01 Institute Of Geology And Geophysics, Chinese Academy Of Sciences Near-bit tool attitude measurement while drilling apparatus and method
CN108442919A (zh) * 2018-02-07 2018-08-24 中国石油集团西部钻探工程有限公司 存储式近钻头多参数测量装置
CN109798102A (zh) * 2018-12-25 2019-05-24 中国石油集团长城钻探工程有限公司 基于插值回归法的工程参数测量及风险监控系统
CN109798100A (zh) * 2018-12-25 2019-05-24 中国石油集团长城钻探工程有限公司 基于近钻头工程参数随钻测量的地层判断识别方法
CN109973073A (zh) * 2019-02-21 2019-07-05 长江大学 一种用于深水钻井的井下测试短节
CN210483696U (zh) * 2019-08-01 2020-05-08 中国地质大学（北京） 一种近钻头多工程参数随钻测量存储装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘盛东等: "《矿井地震方法与技术》", vol. 1, 31 December 2016, 中国矿业大学出版社, pages: 146 - 155 *
岳文礼: "《钻井事故预防与处理》", vol. 1, 31 December 1981, 煤炭工业出版社, pages: 211 - 214 *
杨明清;李三国;王成彪;: "扭矩波动系数法监测钻头运行状况", 天然气工业, no. 06 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021142530A1 (en) * 2020-01-15 2021-07-22 Sentient Tools Engineering Corporation Systems and methods for embedment of instrumentation in downhole components
CN113931615A (zh) * 2021-10-22 2022-01-14 中国石油大学(华东) 一种近钻头工程参数实时随钻测量装置

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