CN110685672B - 一种深井高温高压测温测斜仪 - Google Patents

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Abstract

一种深井高温高压测温测斜仪，安装在钻铤内，由上至下依次设置打捞头、测斜装置、测温装置和支撑座，测斜装置包括由外管和摆锤室构成的腔体，腔体内设有锁定阀、压盖、齿轮、摆锤和角度指示盘，锁定阀设有阀体和阀芯，阀芯上部套装弹簧，阀芯下部压盖滑动配合，阀芯底部连接锁定针；齿轮安装在齿轮架上，齿轮架的上下端分别设有轴承，锁定针对应在齿轮顶部，齿轮下部与扇形齿轮啮合，扇形齿轮经摆锤柄连接摆锤，摆锤为圆锥形，摆锤下端对应角度指示盘。本发明适合在深井高温、高压的条件下作业，测斜、测温一次完成，测量结果准确稳定，测量过程不受井下温度和振动的的影响，性能可靠，可以满足高温高压深井钻井工程中直井测温测斜的需要。

Description

一种深井高温高压测温测斜仪
技术领域
本发明涉及一种钻井用测量仪器，特别是适用于深井、超深井、高温、高压井等特殊高难度直井的深井高温高压测温测斜仪。
背景技术
随着石油勘探、干热岩等开发的不断深入，地层结构越来越复杂，深井、超深井和高温、高压井等特殊复杂井越来越多，对井身质量的要求越来越高，这些特殊井的井斜及井底温度测量面临很大的挑战，直井的井斜及井底温度测量越来越重要。中国专利专利公开号为CN 86207607U公开了一种自调机械式随钻测斜仪，这种测量仪虽然可以实现测斜范围自动调节，但其测斜机构结构非常复杂，加工困难，不易实现。有些利用光学原理或电子设备进行直井测斜的仪器，存在着测量费用高，难以满足高温高压条件工作要求等问题。还有一种脉冲式测斜仪器，存有摆锤易磨损，影响测量的可靠性等问题。鉴于此，有必要研制一种成本低、可靠性好、操作方便，耐温耐压高等特点的直井测温测斜装置，以满足直井测斜的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作方便、可靠性好、成本低的深井高温高压测温测斜仪。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种深井高温高压测温测斜仪，安装在钻铤内，钻铤下部连接钻头，测温测斜仪包括由上至下依次设置的打捞头、测斜装置、测温装置和支撑座，测温测斜仪与钻铤间设有环形钻井液通流空间；
所述测斜装置包括由外管和摆锤室构成的腔体，外管壁上部设有外管通流孔，腔体内由上至下设有锁定阀、压盖、齿轮架、齿轮、扇形齿轮、摆锤和角度指示盘，锁定阀设有阀体和阀芯，阀体上部由打捞头限位，阀芯位于阀体内，阀芯上部套装弹簧，阀芯下部穿过压盖、与压盖滑动配合，阀芯底部连接锁定针；所述齿轮由销轴安装在齿轮架上，齿轮架的上下端分别设有轴承，锁定针对应在齿轮顶部，齿轮下部与扇形齿轮啮合，扇形齿轮由关节轴承支撑，扇形齿轮经摆锤柄连接摆锤，摆锤为圆锥形，摆锤下端对应角度指示盘。
上述深井高温高压测温测斜仪，所述测温装置位于支撑座内，支撑座设有测温室，测温室设有测温架，测温架与支撑座螺纹连接，测温架上安装感温贴片，感温贴片为不可逆感温贴片。
上述深井高温高压测温测斜仪，所述角度指示盘为非金属透明材质制成，角度指示盘上设有数个直径不等的同心环，同心环的轴线与摆锤自然下垂状态的中心线共线。
上述深井高温高压测温测斜仪，所述压盖与外管内壁为密封连接，打捞头与外管螺纹连接，外管通流孔设置在压盖上部，压盖、打捞头与外管之间构成环形通流空间。
上述深井高温高压测温测斜仪，所述角度指示盘与摆锤室过盈配合，压盖和角度指示盘之间构成密闭腔室，该密闭腔室内填充润滑油。
上述深井高温高压测温测斜仪，所述支撑座与摆锤室螺纹连接，支撑座下部与钻铤内壁匹配贴合，支撑座下部设有连通环形钻井液通流空间的钻井液孔，钻井液孔底部连通钻头中心孔。
上述深井高温高压测温测斜仪，所述打捞头设有通流槽，通流槽连通环形钻井液通流空间。
本发明所述测温测斜仪由机械构件组成，它安装在井下钻具上使用，可用于任何井深测量井斜井温。由于测量仪全部采用机械结构，不涉及电路及易损的电器原件，因此适合在深井高温、高压的条件下作业，测斜、测温一次完成，测量结果准确稳定，测量过程不受井下温度和振动的的影响，性能可靠，可以满足高温高压深井钻井工程中直井测温测斜的需要。此外，本发明相比现有机械结构的测量仪器具有结构简单、易于实施、成本低的特点。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的安装示意图；
图2是本发明的外形图；
图3是本发明的结构示意图；
图4是本发明测斜示意图；
图5是角度指示盘的立体图。
附图中各标号为：1、钻铤；2、打捞头，2-1、通流槽，3、外管，3-1、外管通流孔，4、摆锤室，5、支撑座，5-1、钻井液孔，6、钻头，7、阀体，8、阀芯，9、弹簧，10、压盖，11、锁定针，12、齿轮架，13、齿轮，14、扇形齿轮，15、摆锤柄，16、摆锤，17、角度指示盘，18、测温架，19、感温贴片，20、轴承，21、关节轴承。
具体实施方式
参看图1、图2，本发明安装在钻铤1内，钻铤下部连接钻头6。所述测温测斜仪包括由上至下依次设置的打捞头2、测斜装置、测温装置和支撑座5，测温测斜仪与钻铤间设有环形钻井液通流空间。打捞头与外管螺纹连接，打捞头上部圆锥体、下部圆柱体，圆柱体部位设有通流槽2-1，通流槽连通环形钻井液通流空间。支撑座下部设有连通环形钻井液通流空间的钻井液孔5-1，钻井液孔底部连通钻头中心孔。钻井液流向如箭头所示，由打捞头通流槽进入环形钻井液通流空间，再由钻井液孔经钻头中心孔排出。
参看图2、图3，测斜装置包括由外管3和摆锤室4构成的腔体，外管与摆锤室螺纹连接。腔体内由上至下设有锁定阀、压盖10、齿轮架12、齿轮13、扇形齿轮14、摆锤16和角度指示盘17。外管壁上部设有外管通流孔3-1。压盖与外管的内壁为密封连接，外管通流孔设置在压盖上部。压盖、打捞头与外管之间构成环形通流空间，液体被压盖隔绝。锁定阀设有阀体7和阀芯8，阀体下部由压盖支撑，阀体上部由打捞头限位，阀体下部设有阀体支架。阀芯位于阀体内，阀芯为变径的阶梯轴结构。在阀芯上部套装弹簧9，阀芯下部穿过压盖、与压盖滑动配合，且构成间隙密封。阀芯底部连接锁定针11。所述齿轮由销轴安装在齿轮架上，齿轮可以自由转动。齿轮采用正变位渐开线齿轮，齿形呈尖顶；锁定针顶部采用光滑的球面或镶嵌滚珠，以减小摩擦力。上述结构可以避免锁定针卡顿在齿顶处。齿轮架上下端分别设有轴承20，齿轮架可沿轴向自由转动。锁定针对应在齿轮的顶部，齿轮下部与扇形齿轮啮合，扇形齿轮由关节轴承21支撑，关节轴承由外管设置的台阶支撑。扇形齿轮经摆锤柄15连接摆锤16，摆锤为圆锥形，摆锤下端对应角度指示盘17。角度指示盘与摆锤室过盈配合，从而在压盖和角度指示盘之间构成密闭腔室，该密闭腔室内填充润滑油，以保证测斜装置的齿轮、扇形齿轮、摆锤等零件顺畅运行。测温装置位于支撑座内，支撑座与摆锤室螺纹连接，支撑座下部与钻铤内壁匹配贴合。支撑座设有测温室，测温室内安装测温架18，测温架与支撑座螺纹连接，测温架上安装感温贴片19，感温贴片为不可逆感温贴片。
参看图5，为观察摆锤指向，角度指示盘采用非金属透明材质制成，角度指示盘上设有数个直径不等的同心环，同心环的轴线与摆锤自然下垂状态的中心线共线。
参看图1、图4，本发明的工作过程如下：测量钻孔顶角(偏斜角度)时，开泵后钻井液如图1箭头所示方向流动，当钻井液流动至外管通流孔3-1时，经阀体支架进入阀体，阀芯在上下面积差的作用下形成不同的压力，推动阀芯向上滑动，从而使锁定针最下端与齿轮脱开，此时摆锤在重力作用下始终保持竖直向下，摆锤中心线与所述仪器中心线形成夹角α，此角为这时的钻孔顶角，如图4所示。摆锤下端指向角度指示盘某一同心圆，该同心圆所标注的角度与α相同；关泵，锁定针下端的压力消失，锁定针在本身重力与弹簧力作用下向下滑动，直至锁住齿轮，将齿轮和摆锤的位置固定，在提出仪器后卸开下端支撑座，根据摆锤指向的同心圆的位置即可确定钻孔顶角。
测量温度时，感温贴片放置于测温架2-14内，感温贴片是一种不可逆测温贴片，其在不同的温度下显示出不同的颜色，通常钻孔越深，井底温度越高，因此位于支撑座内的感温贴片可以测出孔底最高温度，在提出仪器后，卸开下端支撑座取出测温架及感温贴片，与已知感温贴片温度颜色对照表进行比对，即可读出孔底温度。

Claims (7)

1.一种深井高温高压测温测斜仪，安装在钻铤(1)内，钻铤下部连接钻头(6)，其特征在于：测温测斜仪包括由上至下依次设置的打捞头(2)、测斜装置、测温装置和支撑座(5)，测温测斜仪与钻铤间设有环形钻井液通流空间；
所述测斜装置包括由外管(3)和摆锤室(4)构成的腔体，外管壁上部设有外管通流孔(3-1)，腔体内由上至下设有锁定阀、压盖(10)、齿轮架(12)、齿轮(13)、扇形齿轮(14)、摆锤(16)和角度指示盘(17)，锁定阀设有阀体(7)和阀芯(8)，阀体上部由打捞头限位，阀芯位于阀体内，阀芯上部套装弹簧(9)，阀芯下部穿过压盖、与压盖滑动配合，阀芯底部连接锁定针(11)；所述齿轮由销轴安装在齿轮架上，齿轮架的上下端分别设有轴承(20)，锁定针对应在齿轮顶部，齿轮下部与扇形齿轮啮合，扇形齿轮由关节轴承(21)支撑，扇形齿轮经摆锤柄(15)连接摆锤，摆锤为圆锥形，摆锤下端对应角度指示盘(17)。
2.根据权利要求1所述的深井高温高压测温测斜仪，其特征在于：所述测温装置位于支撑座内，支撑座设有测温室，测温室设有测温架(18)，测温架与支撑座螺纹连接，测温架上安装感温贴片(19)，感温贴片为不可逆感温贴片。
3.根据权利要求2所述的深井高温高压测温测斜仪，其特征在于：所述角度指示盘为非金属透明材质制成，角度指示盘上设有数个直径不等的同心环，同心环的轴线与摆锤自然下垂状态的中心线共线。
4.根据权利要求3所述的深井高温高压测温测斜仪，其特征在于：所述压盖与外管内壁为密封连接，打捞头与外管螺纹连接，外管通流孔设置在压盖上部，压盖、打捞头与外管之间构成环形通流空间。
5.根据权利要求4所述的深井高温高压测温测斜仪，其特征在于：所述角度指示盘与摆锤室过盈配合，压盖和角度指示盘之间构成密闭腔室，该密闭腔室内填充润滑油。
6.根据权利要求5所述的深井高温高压测温测斜仪，其特征在于：所述支撑座与摆锤室螺纹连接，支撑座下部与钻铤内壁匹配贴合，支撑座下部设有连通环形钻井液通流空间的钻井液孔(5-1)，钻井液孔底部连通钻头中心孔。
7.根据权利要求6所述的深井高温高压测温测斜仪，其特征在于：所述打捞头设有通流槽(2-1)，通流槽连通环形钻井液通流空间。
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