CN111852443A - 近钻头测量下短节以及近钻头测量装置 - Google Patents

近钻头测量下短节以及近钻头测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种近钻头测量下短节以及近钻头测量装置，该近钻头测量下短节安装于马达与钻头之间，所述近钻头测量下短节包括：骨架，所述骨架上设有传感器组件和发射天线，所述传感器组件与所述发射天线连接，所述传感器组件用于测量钻井数据，并将所述钻井数据传送至所述发射天线，所述发射天线用于将所述钻井数据发送出去；涡轮发电组件，所述涡轮发电组件设置在所述骨架内，与所述传感器组件和所述发射天线电性连接，用于为所述传感器组件和所述发射天线供电；该近钻头测量下短节结构紧凑、长度更短、强度高，且提高了测量的准确性。

Description

近钻头测量下短节以及近钻头测量装置
技术领域
本发明涉及随钻测井领域，尤指一种近钻头测量下短节以及近钻头测量装置。
背景技术
在石油、矿山、地质勘探等钻井工程中，要求使钻井轨迹更准确地按照工程设计要求钻井，及时准确的掌握地层信息识别薄油层提高钻井效率，并把地层信息实时地传输到地面。这样，才能使工程技术人员及时了解井眼轨迹和地层信息的变化。
传统的随钻测井伽玛工具一般在其自身工具短节上插入定向检测传感器，然后连接在随钻测井井下仪器串上。但是，从实际实施中可以发现，随钻测井伽玛工具离钻头有10多米的距离，这会导致测量信息滞后，因此，当发现油层时，往往钻头已经前进了很长一段距离，此时，新的地层早已被泥浆污染，使得测得的地层信息的准确性大大降低。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种近钻头测量下短节以及近钻头测量装置，该近钻头测量下短节结构紧凑、长度更短、强度高，且提高了测量的准确性。
为了达到本发明目的，本发明实施例提供了一种近钻头测量下短节，所述近钻头测量下短节安装于马达与钻头之间，所述近钻头测量下短节包括：
骨架，所述骨架上设有传感器组件和发射天线，所述传感器组件与所述发射天线连接，所述传感器组件用于测量钻井数据，并将所述钻井数据传送至所述发射天线，所述发射天线用于将所述钻井数据发送出去；
涡轮发电组件，所述涡轮发电组件设置在所述骨架内，与所述传感器组件和所述发射天线电性连接，用于为所述传感器组件和所述发射天线供电。
可选地，所述骨架内侧设置有流体通道，所述流体通道用于流通泥浆，所述涡轮发电组件上的涡轮伸入所述流体通道中，所述涡轮发电组件通过所述流体通道内的泥浆驱动发电。
可选地，所述流体通道的内壁上设置有导流板，所述导流板用于引导所述流体通道内的泥浆流向所述涡轮发电组件上的涡轮。
可选地，所述骨架为一体结构。
可选地，还包括抱筒，所述抱筒设置于所述骨架外侧，用于固定所述骨架。
可选地，所述涡轮发电组件与所述骨架可拆卸连接。
可选地，所述涡轮发电组件的前端连接有转接头，所述转接头上设置有承压插针，所述承压插针与所述骨架上的传感器组件电性连接。
可选地，所述转接头包括前转接件和后转接件，所述前转接件和所述后转接件螺纹连接。
可选地，所述前转接件的外侧设有支撑环，所述支撑环与所述骨架的内壁轴向卡接。
可选地，所述支撑环与所述骨架键连接，以限制所述支撑环与所述骨架相对转动。
可选地，所述涡轮发电组件后端的外侧套设有固定架，所述固定架与所述骨架的内壁螺纹连接。
可选地，所述发射天线为偶极天线，并采用曼彻斯特编码方式。
可选地，所述涡轮发电组件轴向的中心线与所述骨架轴向的中心线处于同一直线上。
可选地，所述骨架上设有安装槽，所述安装槽围绕所述骨架的四周设置，所述安装槽内设有所述传感器组件。
可选地，所述传感器组件包括测量传感器、控制电路板以及无线传输控制板，所述测量传感器用于测量钻井数据，所述控制电路板用于控制所述测量传感器，所述无线传输控制板用于将所述测量传感器测量的钻井数据传送给所述发射天线。
可选地，所述传感器组件包括伽马探管和/或井斜方位传感器，所述控制电路板包括伽马探管控制电路板和/或井斜方位传感器控制电路板，所述伽马探管用于测量地层的自然伽马，所述井斜方位传感器用于测量井斜方位，所述伽马探管控制电路板用于控制所述伽马探管，所述井斜方位传感器控制电路板用于控制所述井斜方位传感器。
可选地，所述发射天线将所述钻井数据以无线信号的形式发送出去。
可选地，所述抱筒与所述骨架螺纹连接，所述抱筒与所述骨架之间设有密封圈。
本发明实施例还提供了一种近钻头测量装置，包括依次连接的上短节、马达、如权利要求1-18任一所述的近钻头测量下短节以及钻头，所述马达用于驱动所述钻头钻井，所述近钻头测量下短节用于测量钻井数据，并将所述钻井数据传递给所述上短节，所述上短节用于接收所述钻井数据，并将所述钻井数据发送至终端设备。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明实施例使骨架上传感器组件的测量点更加靠近钻头，使传感器组件的测量点与钻头之间距离达到0.5m，避免传感器组件测得的钻井数据滞后，从而保证仪器测量的准确性。
2、本发明实施例通过涡轮发电组件供电，保证仪器在井下不受电池电量的影响，长时间稳定可靠的工作。
3、本发明实施例通过导流板引导流体通道内的泥浆的流动方向，使流体通道内的泥浆流动的更加稳定，从而保证涡轮发电组件发电的稳定性。
4、本发明实施例通过将骨架形成一体结构，保证骨架内传感器组件运行的稳定性，使传感器组件不受外界低温、高温以及泥浆环境的影响。
5、本发明实施例通过发射天线将钻井数据以无线信号的方式发送出去，使钻井数据传递的更加迅速。
6、本发明实施例中的涡轮发电组件与骨架可拆卸连接，便于涡轮发电组件的拆卸维修和更换。
4、本发明中的发射天线基于偶极天线原理，并采用曼彻斯特编码方式，当其工作频率在300Hz～2KHz之间时，可以在水基泥浆内工作，当其工作频率在10Khz～1MHz之间时，可以在油基泥浆内工作，无线传输速率可以达到75bps，使本发明能够同时适用水基泥浆和油基泥浆。
5、本发明通过抱筒固定支撑骨架，并通过密封圈实现密封，抱筒可以承受140MPa的外部泥浆压力，对骨架上的传感器组件起到保护作用。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例近钻头测量下短节的结构示意图；
图2为图1中A-A方向的剖视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明提供了一种近钻头测量下短节，所述近钻头测量下短节安装于马达与钻头之间，所述近钻头测量下短节包括：
骨架，所述骨架上设有传感器组件和发射天线，所述传感器组件与所述发射天线连接，所述传感器组件用于测量钻井数据，并将所述钻井数据传送至所述发射天线，所述发射天线用于将所述钻井数据发送出去；
涡轮发电组件，所述涡轮发电组件设置在所述骨架内，与所述传感器组件和所述发射天线电性连接，用于为所述传感器组件和所述发射天线供电。
本发明实施例通过安装在马达与钻头之间，使骨架上传感器组件的测量点更加靠近钻头，使传感器组件的测量点与钻头之间距离达到0.5m，避免传感器组件测得的钻井数据滞后，从而保证仪器测量的准确性。
本发明实施例通过涡轮发电组件供电，保证仪器在井下不受电池电量的影响，长时间稳定可靠的工作。
本发明实施例提供了一种近钻头测量下短节，安装于马达与钻头之间，在马达的上方连接有上短节，上短节上设有接收天线，接收天线用于接收近钻头测量下短节发射的钻进数据，并通过上短节的总线将钻进数据传递给地面的终端设备。本发明的近钻头测量下短节用于测量钻井数据，并将钻井数据传递给上短节的接收天线。
如图1和图2所示，本发明的近钻头测量下短节包括骨架2和涡轮发电组件3。骨架2上设有传感器组件5和发射天线4，传感器组件5与发射天线4连接。传感器组件5设置在骨架2上的安装槽内，用于测量钻井数据，也就是地层信息。比如，传感器组件5包括伽马探管和/或井斜方位传感器，伽马探管用于测量地层的自然伽马，井斜方位传感器用于测量井斜方位。传感器组件5将测量的钻井数据传送至发射天线4，发射天线4将该钻井数据以无线信号的方式发送出去，传送至上短节。涡轮发电组件3设置在骨架2内，与骨架2上的传感器组件5和发射天线4电性连接，用于为传感器组件5和发射天线4供电。本发明实施例通过发射天线4将钻井数据以无线信号的方式发送出去，使钻井数据传递的更加迅速。
如图1所示，骨架2的内侧设置有流体通道，流体通道用于流通钻井产生的泥浆，涡轮发电组件3通过流体通道内的泥浆驱动发电。具体地，涡轮发电组件3包括涡轮14以及转子，涡轮14与转子连接。涡轮14伸入流体通道中。当钻井产生的泥浆在流体通道内流动时，泥浆带动涡轮转动，涡轮再带动转子转动，从而使涡轮发电组件3发电。
如图1所示，流体通道的内壁上设置有导流板15，导流板15用于引导流体通道内的泥浆流向涡轮发电组件3上的涡轮14。本发明实施例通过导流板15引导流体通道内的泥浆的流动方向，使流体通道内的泥浆流动的更加稳定，从而保证涡轮发电组件3发电的稳定性。
如图1和图2所示，由于发射天线4将钻井数据以无线信号的方式发送出去，只需将发射天线4与骨架2绝缘即可。因此，骨架2可设计为一体结构。骨架2为一体结构，能够保证骨架2内的传感器组件5运行的稳定性，使传感器组件5不受外界低温、高温以及泥浆环境的影响。
如图1所示，本发明实施例还包括抱筒1，抱筒1呈圆柱状，抱筒1设置于骨架2外侧，用于固定骨架2。抱筒1内设有容纳空腔，骨架2固定于容纳空腔中。抱筒1内侧与骨架2外侧形成的空腔用来放置电路板和传感器。
如图1所示，涡轮发电组件3呈圆柱状，涡轮发电组件3轴向的中心线与骨架2轴向的中心线处于同一直线上，从而保证了供电的稳定。涡轮发电组件3与骨架2可拆卸连接，便于涡轮发电组件3的拆卸维修和更换。
如图1所示，涡轮发电组件3的前端连接有转接头6，转接头6包括前转接件601和后转接件602，前转接件601和后转接件602螺纹连接，从而方便加工和安装。转接头6上设置有承压插针，承压插针与骨架2上的传感器组件电性连接，承压插针用于将涡轮发电组件3与骨架2上的传感器组件电性连接，使涡轮发电组件3能够为传感器组件供电。
如图1所示，转接头6的前转接件601的外侧设有支撑环7，骨架2的内壁上设置有台阶，支撑环7与骨架2上的台阶卡接，使前转接件601在轴向上与骨架2的内壁卡接。支撑环7与骨架2的内壁键连接，从而限制前转接件601与骨架2相对转动。
如图1所示，涡轮发电组件3后端的外侧套设有固定架8，固定架8与骨架2的内壁螺纹连接，从而使涡轮发电组件3的后端固定在骨架2上。涡轮发电组件3通过支撑环7和固定架8固定在骨架2中，并在骨架2中居中。涡轮发电组件3主要负责给整根仪器供电，由于其相对独立，可连续工作200小时，连续工作时间更长。
如图1所示，发射天线4为偶极天线，并采用曼彻斯特编码方式。发射天线4无线传输速率可以达到75bps，当发射天线4工作频率在300Hz～2KHz之间时，可以在水基泥浆内工作，当发射天线4工作频率在10Khz～1MHz之间时，可以在油基泥浆内工作，使本发明能够同时适用水基泥浆和油基泥浆。
如图1所示，抱筒1与骨架2螺纹连接，且抱筒1与骨架2之间设有密封圈，密封圈用于密封抱筒1与骨架2之间的缝隙。抱筒1可以承受140MPa的外部泥浆压力，从而对骨架2上的传感器组件5起到保护作用。
如图2所示，骨架2上设有安装槽，安装槽围绕骨架2的四周设置，安装槽内设有传感器组件5。传感器组件5包括测量传感器、控制电路板以及无线传输控制板，测量传感器用于测量钻井数据，控制电路板用于控制所述测量传感器，无线传输控制板用于将测量传感器测量的钻井数据传送给发射天线。实施例中，无线传输控制板以电磁波的形式将钻井数据传送给发射天线。
具体地，骨架2上设有第一安装槽、第二安装槽、第三安装槽、第四安装槽、第五安装槽和第六安装槽，共6个安装槽。测量传感器包括伽马探管9和井斜方位传感器10，控制电路板包括伽马探管控制电路板11和井斜方位传感器控制电路板12。第一安装槽和第二安装槽内分别放置一根伽马探管9，两根伽马探管9组合可以更加准确的测量周围地层的自然伽马，保证测量准确。第三安装槽内设有用于控制伽马探管9的伽马探管控制电路板11。第四安装槽内设有井斜方位传感器10，井斜方位传感器10包括三轴加速度计和磁通门传感器，可以准确的测量出仪器的井斜方位，且静态井斜的测量精度达到±0.1°，方位扇区的测量精度可以达到±0.2°。第五安装槽内设有用于控制井斜方位传感器10的井斜方位传感器控制电路板12。第六安装槽内设有无线传输控制板13，无线传输控制板13每隔30秒向伽马探管控制电路板11和井斜方位传感器控制电路板12要一次钻井数据，并将钻井数据打包，传递给发射天线，发射天线将无线传输控制板13传送过来的钻井数据以电磁波的形式发送出去，同时，上短节的接收天线以同样的方式接收信号，并通过识别、校验、解码等一系列操作将钻井数据传递给地面，完成钻井数据的无线跨传。
本发明实施例通过安装在马达与钻头之间，使骨架上传感器组件的测量点更加靠近钻头，使传感器组件的测量点与钻头之间距离达到0.5m，避免传感器组件测得的钻井数据滞后，从而保证仪器测量的准确性。
本发明实施例还提供了一种近钻头测量装置，包括依次连接的上短节、马达、如权利要求1-18任一所述的近钻头测量下短节以及钻头，所述马达用于驱动所述钻头钻井，所述近钻头测量下短节用于测量钻井数据，并将所述钻井数据传递给所述上短节，所述上短节用于接收所述钻井数据，并将所述钻井数据发送至终端设备。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (19)

1.一种近钻头测量下短节，其特征在于，所述近钻头测量下短节安装于马达与钻头之间，所述近钻头测量下短节包括：
骨架，所述骨架上设有传感器组件和发射天线，所述传感器组件与所述发射天线连接，所述传感器组件用于测量钻井数据，并将所述钻井数据传送至所述发射天线，所述发射天线用于将所述钻井数据发送出去；
涡轮发电组件，所述涡轮发电组件设置在所述骨架内，与所述传感器组件和所述发射天线电性连接，用于为所述传感器组件和所述发射天线供电。
2.根据权利要求1所述的近钻头测量下短节，其特征在于，所述骨架内侧设置有流体通道，所述流体通道用于流通泥浆，所述涡轮发电组件上的涡轮伸入所述流体通道中，所述涡轮发电组件通过所述流体通道内的泥浆驱动发电。
3.根据权利要求2所述的近钻头测量下短节，其特征在于，所述流体通道的内壁上设置有导流板，所述导流板用于引导所述流体通道内的泥浆流向所述涡轮发电组件上的涡轮。
4.根据权利要求1所述的近钻头测量下短节，其特征在于，所述骨架为一体结构。
5.根据权利要求1所述的近钻头测量下短节，其特征在于，还包括抱筒，所述抱筒设置于所述骨架外侧，用于固定所述骨架。
6.根据权利要求1所述的近钻头测量下短节，其特征在于，所述涡轮发电组件与所述骨架可拆卸连接。
7.根据权利要求1所述的近钻头测量下短节，其特征在于，所述涡轮发电组件的前端连接有转接头，所述转接头上设置有承压插针，所述承压插针与所述骨架上的传感器组件电性连接。
8.根据权利要求7所述的近钻头测量下短节，其特征在于，所述转接头包括前转接件和后转接件，所述前转接件和所述后转接件螺纹连接。
9.根据权利要求8所述的近钻头测量下短节，其特征在于，所述前转接件的外侧设有支撑环，所述支撑环与所述骨架的内壁轴向卡接。
10.根据权利要求9所述的近钻头测量下短节，其特征在于，所述支撑环与所述骨架键连接，以限制所述支撑环与所述骨架相对转动。
11.根据权利要求1所述的近钻头测量下短节，其特征在于，所述涡轮发电组件后端的外侧套设有固定架，所述固定架与所述骨架的内壁螺纹连接。
12.根据权利要求1所述的近钻头测量下短节，其特征在于，所述发射天线为偶极天线，并采用曼彻斯特编码方式。
13.根据权利要求1-12任一所述的近钻头测量下短节，其特征在于，所述涡轮发电组件轴向的中心线与所述骨架轴向的中心线处于同一直线上。
14.根据权利要求1-12任一所述的近钻头测量下短节，其特征在于，所述骨架上设有安装槽，所述安装槽围绕所述骨架的四周设置，所述安装槽内设有所述传感器组件。
15.根据权利要求14所述的近钻头测量下短节，其特征在于，所述传感器组件包括测量传感器、控制电路板以及无线传输控制板，所述测量传感器用于测量钻井数据，所述控制电路板用于控制所述测量传感器，所述无线传输控制板用于将所述测量传感器测量的钻井数据传送给所述发射天线。
16.根据权利要求15所述的近钻头测量下短节，其特征在于，所述传感器组件包括伽马探管和/或井斜方位传感器，所述控制电路板包括伽马探管控制电路板和/或井斜方位传感器控制电路板，所述伽马探管用于测量地层的自然伽马，所述井斜方位传感器用于测量井斜方位，所述伽马探管控制电路板用于控制所述伽马探管，所述井斜方位传感器控制电路板用于控制所述井斜方位传感器。
17.根据权利要求1-12任一所述的近钻头测量下短节，其特征在于，所述发射天线将所述钻井数据以无线信号的形式发送出去。
18.根据权利要求1-12任一所述的近钻头测量下短节，其特征在于，所述抱筒与所述骨架螺纹连接，所述抱筒与所述骨架之间设有密封圈。
19.一种近钻头测量装置，其特征在于，包括依次连接的上短节、马达、如权利要求1-18任一所述的近钻头测量下短节以及钻头，所述马达用于驱动所述钻头钻井，所述近钻头测量下短节用于测量钻井数据，并将所述钻井数据传递给所述上短节，所述上短节用于接收所述钻井数据，并将所述钻井数据发送至终端设备。
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