CN111911134B

CN111911134B - 一种近钻头地质导向系统

Info

Publication number: CN111911134B
Application number: CN202010664148.0A
Authority: CN
Inventors: 吴蔚娓; 邵增元; 吴文; 胡文媛; 何平; 高小明; 徐再鹏
Original assignee: Kingdream PLC; Sinopec Oilfield Equipment Corp
Current assignee: Sinopec Oilfield Equipment Corp
Priority date: 2020-07-10
Filing date: 2020-07-10
Publication date: 2022-11-04
Anticipated expiration: 2040-07-10
Also published as: CN111911134A

Abstract

本申请涉及近钻头地质导向系统，包括顺次连接的随钻测量子系统、接收短节、螺杆钻具、近钻头测量发射短节和钻头；近钻头测量发射短节包括发射短节主体、发射端传感器组、发射端主控板，发射端传感器组设于发射短节主体内，并测量包括近钻头振动数据、方位伽马数据、井斜数据的第一钻井数据，发射端主控板设于发射短节主体内，并与发射端传感器组相连，其用于外发第一钻井数据；接收短节包括接收短节主体、接收端主控板，接收端主控板设于接收短节主体内，并与发射端主控板无线通信连接，其用于发送第一钻井数据至随钻测量子系统。本申请能解决相关技术中因传感器距离钻头较远，导致着陆点判断可能不准、钻头不能进入储层、钻遇率很低的问题。

Description

一种近钻头地质导向系统

技术领域

本申请涉及石油钻探测量技术领域，特别涉及一种近钻头地质导向系统。

背景技术

根据目前低成本、高效率的页岩气开发要求，需要保证钻头准确进入储层和始终在储层中钻进。

传统导向方式采用的是导向螺杆配合LWD(随钻测井仪，Logging WhileDrilling)，在该装置中，LWD的各个测量传感器位于螺杆钻具之后，距离钻头比较远，随钻测量时会存在一定的盲区，使得测量数据滞后，这样着陆点判断可能不准，测量精度下降，导致钻头不能进入储层或狗腿度较大；在水平段钻进时，如果判断不准，则钻头有可能穿出储层，需要进行纠斜，这样导致钻遇率很低，会损失相当长的一段储层。

发明内容

本申请实施例提供一种近钻头地质导向系统，以解决相关技术中因传感器距离钻头较远，导致着陆点判断可能不准、钻头不能进入储层、钻遇率很低的问题。

第一方面，提供了一种近钻头地质导向系统，其包括：顺次连接的随钻测量子系统、接收短节、螺杆钻具、近钻头测量发射短节和钻头；

所述近钻头测量发射短节包括：

-发射短节主体；

-发射端传感器组，其组设于所述发射短节主体内，并用于测量第一钻井数据，所述第一钻井数据包括近钻头振动数据、方位伽马数据、井斜数据；

-发射端主控板，其组设于所述发射短节主体内，并与发射端传感器组相连，其用于外发所述第一钻井数据；

所述接收短节包括：

-接收短节主体；

-接收端主控板，其组设于所述接收短节主体内，并与发射端主控板无线通信连接，其用于发送第一钻井数据至随钻测量子系统。

一些实施例中，所述近钻头测量发射短节还包括发射天线，所述发射天线组设于所述发射短节主体上；所述发射端主控板还与所述发射天线相连，并通过发射天线外发所述第一钻井数据；

所述接收短节还包括接收天线，所述接收天线组设于所述接收短节主体上，并与所述发射天线无线信号连接；所述接收端主控板与接收天线相连。

一些实施例中，所述发射天线包括：

发射天线保护接头，其一端与所述钻头相连，另一端螺接于所述发射短节主体上，并与发射短节主体之间形成第一收容空间；

发射天线本体，其组设于所述发射短节主体上并位于第一收容空间内。

一些实施例中，所述接收短节还包括与接收端主控板相连的接收端传感器组，所述接收端传感器组组设于所述接收短节主体，并用于测量第二钻井数据，所述第二钻井数据包括内管压力数据、环空压力数据、钻压扭矩数据、温度数据；

所述接收端主控板还用于发送第二钻井数据至随钻测量子系统。

一些实施例中，所述接收天线包括：

接收天线保护接头，其一端与螺杆钻具相连，另一端螺接于所述接收短节主体上，并与接收短节主体之间形成第二收容空间；

接收天线本体，其组设于所述接收短节主体上并位于第二收容空间内。

一些实施例中，所述接收端传感器组包括内管压力传感器、环空压力传感器、钻压扭矩传感器、温度传感器；

所述钻压扭矩传感器位于所述第二收容空间内且组设于所述接收短节主体外壁上。

一些实施例中，所述接收短节主体内沿其轴向开设有内腔，所述内腔内安装有第二电池组件；

所述第二电池组件与接收端主控板、接收端传感器组相连；

所述内腔内还设有仪器安装结构，所述仪器安装结构外壁与所述内腔壁面之间形成有沿内腔的轴向分布的第三收容空间和第四收容空间，所述接收端主控板、内管压力传感器、环空压力传感器、温度传感器安装于第三收容空间内，所述第二电池组件安装于第四收容空间内。

一些实施例中，所述内腔内还设有悬挂器，所述悬挂器固定在接收短节主体上，其一端与随钻测量子系统硬性连接，另一端与第二电池组件通过单芯接头连接。

一些实施例中，所述发射短节主体外壁上设有沿其长度方向延伸的防磨带，所述防磨带两端形成有用于导引的导引面。

一些实施例中，所述发射短节主体上至少设有三个仓盒，所述仓盒沿所述发射短节主体周向分布；

所述发射端传感器组包括伽马传感器、振动传感器和井斜传感器；

至少其中一个仓盒中组设有第一电池组件，所述井斜传感器组设于发射端主控板上，所述伽马传感器、振动传感器作为整体与发射端主控板分别组设于另外两个仓盒中；

所述第一电池组件与发射端主控板和发射端传感器组相连。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种近钻头地质导向系统，由于将发射端传感器组前置，安装在螺杆钻具与钻头之间，能够实时测量近钻头振动数据、方位伽马数据、井斜数据，并经发射端主控板外发，同时接收端主控板无线接收近钻头振动数据、方位伽马数据、井斜数据，并发送至随钻测量子系统，从而显示在地面软件上，能够帮助导向人员随时监控地质参数的变化，实时判断是否钻遇储层，比传统的地质导向系统更能提早发现储层，根据实时地质参数随时调整钻头姿态，保证钻头始终在储层中钻进，提高钻遇率。

本实施例的导向系统在测量地质参数的同时监测工况参数，若出现异常现象，能够准确的判断是地层影响还是工况影响，并根据工况参数信息实时调整和矫正地质参数，提高地质参数的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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申请的一些实施例，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他的附图。

图1为本申请实施例提供的近钻头地质导向系统示意图；

图2为本申请实施例提供的近钻头测量发射短节示意图；

图3为图2中A-A向剖面图；

图4为图2中B-B向剖面图；

图5为本申请实施例提供的近钻头测量发射短节电子模块示意图；

图6为本申请实施例提供的接收短节示意图；

图7为本申请实施例提供的接收短节电子模块示意图。

图中：1、随钻测量子系统；2、接收短节；20、接收短节主体；21、接收天线；210、接收天线保护接头；211、接收天线本体；22、接收端传感器组；220、内管压力传感器；221、环空压力传感器；222、钻压扭矩传感器；223、温度传感器；23、接收端主控板；230、接收端单片机；231、接收端外围模块；232、接收端通信模块；233、接收端信号调理模块；234、接收端调制解调模块；235、总线；236、接收端电源模块；24、第二电池组件；25、仪器安装结构；26、悬挂器；3、螺杆钻具；4、近钻头测量发射短节；40、发射短节主体；41、发射天线；410、发射天线保护接头；411、发射天线本体；42、发射端传感器组；420、伽马传感器；421、振动传感器；422、井斜传感器；43、发射端主控板；430、发射端单片机；431、发射端外围模块；432、发射端通讯模块；433、发射端信号调理模块；434、发射端电源模块；44、防磨带；440、导引面；45、仓盒；46、第一电池组件；5、钻头。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种近钻头地质导向系统，其能解决相关技术中因传感器距离钻头较远，导致着陆点判断可能不准、钻头不能进入储层、钻遇率很低的问题。

参见图1所示，一种近钻头地质导向系统，其包括：顺次连接的随钻测量子系统1、接收短节2、螺杆钻具3、近钻头测量发射短节4和钻头5。

参见图2至图5所示，近钻头测量发射短节4包括发射短节主体40、发射端传感器组42和发射端主控板43；发射端传感器组42组设于发射短节主体40内，发射端传感器组42用于测量第一钻井数据，第一钻井数据包括近钻头振动数据、方位伽马数据、井斜数据；发射端主控板43组设于发射短节主体40内，发射端主控板43与发射端传感器组42相连，并用于外发第一钻井数据；

参见图6和图7所示，接收短节2包括接收短节主体20和接收端主控板23；接收端主控板23组设于接收短节主体20内，接收端主控板23与发射端主控板43无线通信连接，并用于发送第一钻井数据至随钻测量子系统1。

本实施例的导向系统将发射端传感器组前置，安装在螺杆钻具与钻头之间，能够实时测量近钻头振动数据、方位伽马数据、井斜数据，并经发射端主控板43外发，同时接收端主控板23无线接收近钻头振动数据、方位伽马数据、井斜数据，并发送至随钻测量子系统，从而显示在地面软件上，能够帮助导向人员随时监控地质参数的变化，实时判断是否钻遇储层，比传统的地质导向系统更能提早发现储层，根据实时地质参数随时调整钻头姿态，保证钻头始终在储层中钻进，提高钻遇率。

本实施例的导向系统的在测量地质参数(方位伽马数据、井斜数据)的同时监测工况参数(近钻头振动数据)，若出现异常现象，能够准确的判断是地层影响还是工况影响，并根据工况参数信息实时调整和矫正地质参数，提高地质参数的准确性。

参见图2和图3，以及图6所示，在一些优选的实施例中，近钻头测量发射短节4还包括发射天线41，发射天线41组设于发射短节主体40上；发射端主控板43还与发射天线41相连，并通过发射天线41外发第一钻井数据；接收短节2还包括接收天线21，接收天线21组设于接收短节主体20上，并与发射天线41无线信号连接；接收端主控板23与接收天线21相连，接收端主控板23通过接收天线21与发射天线41实现与发射端主控板43无线连接。

本实施例中，接收天线21与发射天线41通过无线短传的通信方式连接，减少了有线通信带来的不便，无需专门设计螺杆钻具，大大降低了成本。

参见图3所示，在一些优选的实施例中，发射天线41包括发射天线保护接头410和发射天线本体411，发射天线保护接头410一端与钻头5相连，另一端螺接于发射短节主体40上，并与发射短节主体40之间形成第一收容空间；发射天线本体411组设于发射短节主体40上并位于第一收容空间内。第一收容空间内填充有缓冲材料，起到保护天线和增强抗震级别的作用。

参见图2所示，在一些优选的实施例中，发射短节主体40外壁上设有沿其长度方向延伸的防磨带44，防磨带44两端形成有用于导引的导引面440，导引面440可以导引发射短节主体40在钻孔中的移动，缓解与钻孔壁的摩擦阻力，导引面440可以采用平面或者曲面形式。

防磨带44可以设置多条，并沿发射短节主体40外圆周向间隔布置。

参见图4所示，在一些优选的实施例中，发射短节主体40上至少设有三个仓盒45，仓盒45沿发射短节主体40周向分布；

参见图5所示，发射端传感器组42包括伽马传感器420、振动传感器421和井斜传感器422；至少其中一个仓盒45中组设有第一电池组件46，井斜传感器422组设于发射端主控板43上，伽马传感器420、振动传感器421作为整体与发射端主控板43分别组设于另外两个仓盒45中；

第一电池组件46与发射端主控板43和发射端传感器组42相连。

参见图5所示，为近钻头测量发射短节电子模块示意图，在图中，发射端主控板43包括发射端单片机430、发射端外围模块431、发射端通讯模块432、发射端信号调理模块433和发射端电源模块434，发射端外围模块431包括时钟晶振和存储器，用于时钟设置和数据存储。

第一电池组件46一方面为发射端传感器组42供电，另一方面通过发射端电源模块434进行转换，为发射端单片机430提供电源。

发射端传感器组42采集的信号通过发射端信号调理模块433处理后，送入发射端单片机430进行数据处理和逻辑运算，将结果通过发射端通讯模块432传至发射天线41，实现数据外发。

参见图6和图7所示，在一些优选的实施例中，接收短节2还包括与接收端主控板23相连的接收端传感器组22，接收端传感器组22组设于接收短节主体20，并用于测量第二钻井数据，第二钻井数据包括内管压力数据、环空压力数据、钻压扭矩数据、温度数据；接收端主控板23还用于发送第二钻井数据至随钻测量子系统1。

在本实施例中，还测量内管压力数据、环空压力数据、钻压扭矩数据、温度数据这几个工况参数，若出现异常现象，可以进一步地准确判断是地层影响还是工况影响，并根据工况参数信息实时调整和矫正地质参数，提高地质参数的准确性。

相比于近钻头振动数据，由于其他的工况参数是否是在近钻头处所测量得到的，差距不大，故为了节省空间，其他工况参数的测量放在了接收短节上。

参见图6所示，在一些优选的实施例中，接收天线21包括接收天线保护接头210、接收天线本体211，接收天线保护接头210一端与螺杆钻具3相连，另一端螺接于接收短节主体20上，并与接收短节主体20之间形成第二收容空间；接收天线本体211组设于接收短节主体20上并位于第二收容空间内。第二收容空间内填充有缓冲材料，起到保护天线和增强抗震级别的作用。

参见图6和图7所示，在一些优选的实施例中，接收端传感器组22包括内管压力传感器220、环空压力传感器221、钻压扭矩传感器222、温度传感器223；钻压扭矩传感器222位于第二收容空间内且组设于接收短节主体20外壁上。

参见图6和图7所示，在一些优选的实施例中，接收短节主体20内沿其轴向开设有内腔，内腔内安装有第二电池组件24；

第二电池组件24与接收端主控板23、接收端传感器组22相连；

内腔内还设有仪器安装结构25，仪器安装结构外壁与内腔壁面之间形成有沿内腔的轴向分布的第三收容空间和第四收容空间，接收端主控板23、内管压力传感器220、环空压力传感器221、温度传感器223安装于第三收容空间内，第二电池组件24安装于第四收容空间内。

参见图7所示，为接收短节电子模块示意图，在图中，接收端主控板23包括接收端单片机230、接收端外围模块231、接收端通信模块232、接收端信号调理模块233、接收端调制解调模块234、总线235、接收端电源模块236。

接收端传感器组22测量的信号经接收端信号调理模块233进行滤波放大等处理；接收端单片机230将第二钻井数据与第一钻井数据通过接收端调制解调模块234调制接调处理后，经总线235发至随钻测量子系统1，进而送达地面，供地质导向人员使用，总线235包括TSB总线、PID总线、USB总线中的至少一种。

第二电池组件24一方面为接收端传感器组22供电，另一方面通过接收端电源模块236进行转换，为接收端单片机230提供电源。

参见图6所示，在一些优选的实施例中，内腔内还设有悬挂器26，悬挂器26固定在接收短节主体20上，其一端与随钻测量子系统1硬性连接，另一端与第二电池组件24通过单芯接头连接。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种近钻头地质导向系统，其特征在于，其包括：顺次连接的随钻测量子系统(1)、接收短节(2)、螺杆钻具(3)、近钻头测量发射短节(4)和钻头(5)；

所述近钻头测量发射短节(4)包括：

-发射短节主体(40)；

-发射端传感器组(42)，其组设于所述发射短节主体(40)内，并用于测量第一钻井数据，所述第一钻井数据包括近钻头振动数据、方位伽马数据、井斜数据；

-发射端主控板(43)，其组设于所述发射短节主体(40)内，并与发射端传感器组(42)相连，其用于外发所述第一钻井数据；

所述接收短节(2)包括：

-接收短节主体(20)；

-接收端主控板(23)，其组设于所述接收短节主体(20)内，并与发射端主控板(43)无线通信连接，其用于发送第一钻井数据至随钻测量子系统(1)；

所述近钻头测量发射短节(4)还包括发射天线(41)，所述发射天线(41)组设于所述发射短节主体(40)上；所述发射端主控板(43)还与所述发射天线(41)相连，并通过发射天线(41)外发所述第一钻井数据；

所述接收短节(2)还包括接收天线(21)，所述接收天线(21)组设于所述接收短节主体(20)上，并与所述发射天线(41)无线信号连接；所述接收端主控板(23)与接收天线(21)相连；

所述接收短节(2)还包括与接收端主控板(23)相连的接收端传感器组(22)，所述接收端传感器组(22)组设于所述接收短节主体(20)，并用于测量第二钻井数据，所述第二钻井数据包括内管压力数据、环空压力数据、钻压扭矩数据、温度数据；

所述接收端主控板(23)还用于发送第二钻井数据至随钻测量子系统(1)。

2.如权利要求1所述的近钻头地质导向系统，其特征在于，所述发射天线(41)包括：

发射天线保护接头(410)，其一端与所述钻头(5)相连，另一端螺接于所述发射短节主体(40)上，并与发射短节主体(40)之间形成第一收容空间；

发射天线本体(411)，其组设于所述发射短节主体(40)上并位于第一收容空间内。

3.如权利要求1所述的近钻头地质导向系统，其特征在于，所述接收天线(21)包括：

接收天线保护接头(210)，其一端与螺杆钻具(3)相连，另一端螺接于所述接收短节主体(20)上，并与接收短节主体(20)之间形成第二收容空间；

接收天线本体(211)，其组设于所述接收短节主体(20)上并位于第二收容空间内。

4.如权利要求3所述的近钻头地质导向系统，其特征在于：

所述接收端传感器组(22)包括内管压力传感器(220)、环空压力传感器(221)、钻压扭矩传感器(222)、温度传感器(223)；

所述钻压扭矩传感器(222)位于所述第二收容空间内且组设于所述接收短节主体(20)外壁上。

5.如权利要求4所述的近钻头地质导向系统，其特征在于：

所述接收短节主体(20)内沿其轴向开设有内腔，所述内腔内安装有第二电池组件(24)；

所述第二电池组件(24)与接收端主控板(23)、接收端传感器组(22)相连；

所述内腔内还设有仪器安装结构(25)，所述仪器安装结构外壁与所述内腔壁面之间形成有沿内腔的轴向分布的第三收容空间和第四收容空间，所述接收端主控板(23)、内管压力传感器(220)、环空压力传感器(221)、温度传感器(223)安装于第三收容空间内，所述第二电池组件(24)安装于第四收容空间内。

6.如权利要求5所述的近钻头地质导向系统，其特征在于：所述内腔内还设有悬挂器(26)，所述悬挂器(26)固定在接收短节主体(20)上，其一端与随钻测量子系统(1)硬性连接，另一端与第二电池组件(24)通过单芯接头连接。

7.如权利要求1所述的近钻头地质导向系统，其特征在于：所述发射短节主体(40)外壁上设有沿其长度方向延伸的防磨带(44)，所述防磨带(44)两端形成有用于导引的导引面(440)。

8.如权利要求1所述的近钻头地质导向系统，其特征在于：

所述发射短节主体(40)上至少设有三个仓盒(45)，所述仓盒(45)沿所述发射短节主体(40)周向分布；

所述发射端传感器组(42)包括伽马传感器(420)、振动传感器(421)和井斜传感器(422)；

至少其中一个仓盒(45)中组设有第一电池组件(46)，所述井斜传感器(422)组设于发射端主控板(43)上，所述伽马传感器(420)、振动传感器(421)作为整体与发射端主控板(43)分别组设于另外两个仓盒(45)中；

所述第一电池组件(46)与发射端主控板(43)和发射端传感器组(42)相连。