CN112253092B - 深水钻探隔水套管倾斜度测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种深水钻探隔水套管倾斜度测量装置及其测量方法。所述深水钻探隔水套管倾斜度测量装置包括第一板，与所述第一板相对设置的第二板，所述第一板与第二板通过调整器连接形成用于套装在隔水套管外的圈型腔，且该圈型腔的大小通过所述调整器调节；在所述第一板上设有能测量隔水套管倾斜度的传感器。与相关技术相比，本发明所提供的测量装置在水下地形凹凸不平或斜坡部位开孔中，动态随时监测隔水套管倾斜状态并及时予以纠正，能保证深水钻探隔水套管安全，解决其他测量仪器不能在套管外侧测量倾斜度的技术难题。

Description

深水钻探隔水套管倾斜度测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及钻探技术领域，尤其涉及一种深水钻探隔水套管倾斜度测量装置及其测量方法。

背景技术

水上钻探施工隔水套管的固定和定位非常关键，是保障正常钻探施工的首要条件。当水下地形凹凸不平时，或需要在斜坡部位开孔钻孔时，保证隔水套管垂直进入地层非常困难。

深水套管下入过程中，由于水流、地形倾斜的影像，加之隔水套管为典型的长细杆，自稳性差，周边无约束，套管很慢保持铅锤的位置从预订的孔位进入地层。当套管弯曲严重时，会导致无法开孔，甚至折断套管。

传统的钻孔测斜仪只能从套管内下放测量仪器，下放前必须将孔（套管）内钻具全部提出孔外再放入仪器，费时费力，同时无法在套管进入地层过程中实行动态监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深水钻探隔水套管倾斜度测量装置及其测量方法，可从隔水套管外下放，无需取出钻具，能测量隔水套管的倾斜度。

本发明的技术方案是：一种深水钻探隔水套管倾斜度测量装置包括第一板，与所述第一板相对设置的第二板，所述第一板与第二板通过调整器连接形成用于套装在隔水套管外的圈型腔，且该圈型腔的大小通过所述调整器调节；在所述第一板上设有能测量隔水套管倾斜度的传感器。

上述方案中，通过形成圈型腔的第一板、第二板和调整器，可使测量装置套装在隔水套管外壁进行倾斜度测量，无需取出套管内全部的钻具，节约时间。且通过所述调整器调整圈型腔的大小，可实现测量装置与隔水套管之间的滑动阻力大小的调节（减少滑动摩擦力），保障测量装置顺利爬行且易于测量装置沿隔水套管上下爬行时的多点连续测试的倾斜度轨迹的形成。

优选的，所述调整器包括螺杆、张力簧和螺母，所述螺杆穿过所述第一板和第二板并通过螺母固定，在所述第一板和第二板之间的螺杆上套装所述张力簧。

通过旋拧所述螺母实现第一板和第二板之间的圈型腔大小的快速调节，且操作简单。

优选的，所述第一板和第二板均为弧形结构。弧形结构可与隔水套管很好的贴合。

优选的，所述第一板的长度大于所述第二板的长度。加大第一板与隔水套管的接触面积，以保证测量的精准性。

优选的，所述测量装置还包括设于所述第一板上的电磁铁，所述电磁铁产生的磁吸力暴露在所述圈型腔内。

电磁铁可产生较大的吸合力，实现测量装置与隔水套管紧密接触，另外，电磁铁的吸合力可远程控制，适用于深水测量。

优选的，所述第一板和第二板为不锈钢材质。不锈钢材质的第一板和第二板不会被电磁铁的强磁场磁化，保证整体的测试效果。

优选的，所述第一板上下两端各设有一导向罩，所述导向罩自所述第一板的端面向远离圈型腔的方向倾斜。倾斜结构的导向罩使其末端的厚度薄于第一板的厚度，以实现测量装置能顺利通过隔水套管的接头，起快速导入的作用。

为了调整测量装置与隔水套管之间的滑动阻力，所述第一板和第二板上分别设有至少一个减阻组件，所述减阻组件包括一凸伸至所述圈型腔内的滚球。通过滚球与隔水套管的点面接触，以减少滑动摩擦力。

优选的，所述减阻组件还包括外筒和设于所述外筒内的紧定螺钉、弹簧及顶板，所述外筒的一端设有一直径小于滚球直径的贯穿孔，所述外筒的另一端螺纹连接所述紧定螺钉，自所述紧定螺钉起依次设置弹簧、顶板和滚球，所述滚球部分凸伸于所述贯穿孔的外部；所述外筒设有贯穿孔的一端与所述第一板或第二板相连。

具有弹簧的减阻组件，可始终让滚球与隔水套管的外壁贴合，且还能适用于不同管径的隔水套管。

优选的，所述传感器为三维重力加速度传感器。所述三维重力加速度传感器更适用于深水下高精度倾斜度测量。

优选的，所述第一板和第二板上均设有用于安装牵引绳的安装座。使用时，安装座加装牵引绳，可实现通过测量装置对隔水套管倾斜度的纠正。

本发明还提供一种深水钻探隔水套管倾斜度测量方法，采用上述的深水钻探隔水套管倾斜度测量装置进行，包括以下步骤：

1）通过调整器将圈型腔的开口调大，再将测量装置套装在隔水套管上，再通过调整器的调节功能，将第一板和第二板贴合在隔水套管上；

2）通过测量装置的自重使测量装置沿隔水套管下行，与此同时，通过传感器测量相应的倾斜角度；

3）完成测量。

上述方案中，通过所述测量装置测量隔水套管的倾斜度，使之能够始终保持铅直，并沿着预定的孔位进入地层。通过调节器调整测量装置与隔水套管之间的贴合度。当需要测量隔水套管倾斜度时，通过传感器测出隔水套管的倾斜度参数。该测量装置可以上下移动，在不同深度部位进行测试，由此实现了在隔水套管外壁进行测量的目的，解决了现用技术中不能在隔水套管外进行测量倾斜度的难题。

优选的，所述步骤1）中，在所述第一板和第二板的安装座上各加装一根牵引绳，所述牵引绳的上端与牵拉装置连接；在所述步骤3）中，所述测量装置下行的过程中，传感器测量倾斜角度超过设定值时，在水面上通过与倾斜方向相反方向收紧牵引绳，以调整隔水套管的垂直度。

所述测量装置在对隔水套管测量时，不仅能够实行隔水套管的垂直状况的动态检测，还能通过牵引绳可对隔水套管的铅垂度进行调节，集两种功能于一体，应用前景更广。

优选的，在测量装置上行或下行过程中，当需要测量隔水套管倾斜度时，地表控制信号使测量装置上的电磁铁通电吸合，所述测量装置内弧面与隔水套管的外壁贴合，通过传感器测出隔水套管的倾斜度参数；当电磁铁断电时，所述测量装置继续移动。

控制电磁铁的通、断电以控制第一板和隔水套管之间的吸合力的产生，操作方便，适用于深水测量时在水面操作。

与相关技术相比，本发明的有益效果为：

一、所述测量装置能沿隔水套管的外壁牵引爬行，以测量不同深度部位隔水套管倾斜度；

二、在水面上通过与倾斜方向相反方向侧的牵引绳的收紧，牵拉测量装置，以对隔水套管的铅垂度进行调整；

三、所述测量装置在水下地形凹凸不平或斜坡部位开孔中，动态随时监测隔水套管倾斜状态并及时予以纠正，能保证深水钻探隔水套管安全，解决其他测量仪器不能在套管外侧测量倾斜度的技术难题。

附图说明

图1为本发明提供的深水钻探隔水套管倾斜度测量装置一种视角的立体结构示意图；

图2为本发明提供的深水钻探隔水套管倾斜度测量装置另一种视角的立体结构示意图；

图3为图2中的减阻组件的内部结构示意图；

图4为本发明提供的深水钻探隔水套管倾斜度测量装置在测量时的示意图。

附图中：1-第一板、11-磁力孔、12-安装座、2-第二板、3-调整器、31-螺杆、32-张力簧、33-螺母、4-圈型腔、5-电磁铁、6-导向罩、7-减阻组件、71-外筒、72-紧定螺钉、73-弹簧、74-顶板、75-滚球、76-贯穿孔、8-传感器、9-固定罩、10-测量装置、20-电缆、30-牵引绳、40-隔水套管。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1、2所示，本实施例提供的一种深水钻探隔水套管倾斜度测量装置包括第一板1、第二板2、调整器3、圈型腔4、电磁铁5、导向罩6、减阻组件7和传感器8。

所述第一板1和第二板2均为弧形结构，即所述第一板1和第二板2的内弧度与隔水套管的外壁面弧度吻合，以达到能紧密贴合实现测斜的目的。所述第一板1的长度大于所述第二板2的长度。

所述调整器3连接于第一板1和第二板2的两端。所述第一板1与第二板2通过调整器3连接形成用于套装在隔水套管外的圈型腔4，且该圈型腔4的大小通过所述调整器3调节。

所述调整器3包括螺杆31、张力簧32和螺母33，所述螺杆31穿过所述第一板1和第二板2并通过螺母33固定，在所述第一板1和第二板2之间的螺杆31上套装所述张力簧32。所述第二板2与第一板1的中间位置对齐。通过同时旋拧两端的所述螺母33，实现圈型腔4的大小调节，以实现调节测量装置在隔水套管上的滑动阻力。

所述电磁铁5为直流电流驱动，吸合力大于5kN。所述电磁铁5通过固定罩9安装在所述第一板1上，且在第一板1弧形的中间开设有供电磁铁5的磁吸力穿过的磁力孔11。所述第一板1和第二板2均为316不锈钢材质，使之不被强磁场磁化，保障测量装置的测试效果。电磁铁5安装在第一板1的磁力孔11的位置的侧面也设有与隔水套管的外壁弧形面吻合的内弧面，且电磁铁5的内弧面与第一板1的内弧面平齐。电磁铁5的磁吸力暴露所述圈型腔4内并传递至隔水套管的外壁，吸合时，隔水套管与第一板1接触，既保障吸合强度，又避免由于剩磁原因造成的滑动阻力不稳定性。

所述第一板1上下两端均设有所述导向罩6，所述导向罩6自所述第一板1的端面向远离圈型腔4的方向倾斜，使得导向罩6的末端呈锐角结构。所述导向罩6可使测量装置顺利通过隔水套管的接头，将测量装置快速套装在隔水套管上。

所述第一板1的弧形中间设有两组减阻组件7，两组所述减阻组件7位于电磁铁5的两端。所述第二板2的弧形的中件设有一组减阻组件7。

如图3所示，所述减阻组件7包括外筒71、紧定螺钉72、弹簧73、顶板74和滚球75。所述紧定螺钉72、弹簧73、顶板74和滚球75设于所述外筒71内。所述外筒71的一端设有一直径小于滚球75直径的贯穿孔76，所述外筒71的另一端螺纹连接所述紧定螺钉72。所述紧定螺钉72为定制件，其只具有与外筒71螺纹配合的螺栓头结构。自所述紧定螺钉72起依次设置弹簧73、顶板74和滚球75，所述滚球75部分凸伸于所述贯穿孔76的外部。

所述第一板1和第二板2上均设有用于减阻组件7的滚球75穿过的通孔，所述外筒71设有贯穿孔76的一端与所述第一板1或第二板2连接，且贯穿孔76与通孔相通，以便滚球75伸入至圈型腔4中与隔水套管的外壁接触。所述测量装置下行时，通过滚球75可减少与隔水套管之间的滑动阻力。

如图4所示，所述第一板1和第二板2上均设有用于安装牵引绳的安装座12。在本实施例中，所述安装座12为挂环，便于牵引绳贯穿固定。

在本实施例中，所述传感器8为三维重力加速度传感器，其顶角测量精度为±0.5°，水下密封耐压50MPa以上，实现深水下高精度倾斜度测量。

所述测量装置技术不仅可用于水下隔水套管测量，配套其他测量传感或视频头，还可用于水域不可见管道的形位观测，其具有广阔的应用前景。

如图4所示，本发明还提供一种深水钻探隔水套管倾斜度测量方法，采用上述的深水钻探隔水套管倾斜度测量装置进行，包括以下步骤：

1）通过调整器将圈型腔的开口调大，再将测量装置套装在隔水套管上，通过调整器的调节功能，将第一板1和第二板2贴合在隔水套管40上。并在所述第一板1和第二板2的安装座上各加装一根牵引绳30，牵引绳30的上端与牵拉装置（未图示）连接。电缆20与第一板1连接，电缆20为牵引铠装电缆，能够使测量装置沿隔水套管40外壁爬行。

2）在测量装置通过自重沿隔水套管下行或通过牵引绳沿隔水套管上行时，当需要测量隔水套管倾斜度时，地表控制信号使测量装置上的电磁铁通电产生的吸合力吸附在隔水套管上，所述测量装置内弧面与隔水套管的外壁贴合。

3）安装在测量装置上的传感器（三维重力加速度传感器合成数据）读数即为隔水套管倾斜角度（顶角）；

传感器测量倾斜角度超过设定值时，在水面上通过与倾斜方向相反的方向收紧牵引绳30，以调整隔水套管的垂直度。在本实施例中，所述牵引绳为钢丝绳。所述测量装置上行通过同时牵拉所述牵引绳实现；

当电磁铁断电时，所述测量装置继续移动。

实际中，可在隔水套管下入地层过程中，让测量装置根据需要沿隔水套管上行或下行，由此实现对隔水套管垂直状况的实时动态监测，一旦发现隔水套管倾斜，便能对其铅垂度进行调整，灵活性高且操作方便。

4）完成测量。

所述测量装置能安放在隔水套管串泥线以上任意部位，当需要测量隔水套管倾斜度时，地表控制信号使测量装置上的电磁铁通电吸合，测量装置内弧面与隔水套管的外壁贴合，通过传感器测出隔水套管的倾斜度参数。当电磁铁断电时，该测量装置又可上下移动，在不同深度部位进行测试。

所述测量装置上下爬行定位测试隔水套管倾斜度，多点连续测试可形成隔水套管串的倾斜度轨迹，借助与测量装置连接的牵引绳实现对隔水套管铅垂度的微小调节。

本发明提供的测量装置测量隔水套管倾斜度，使隔水套管能够始终保持铅垂，并沿着预定的孔位进入地层。

实际已应用于某水库深水钻孔，钻孔完成后要在钻孔内下入锚索，锚索上附着有结构物。钻孔位于水库内某一剖面内，钻孔位置横跨在两侧山坡和河谷中，孔位误差要求控制在0.5m内。一侧山坡地形陡峭，最大角度达到60度以上，钻探隔水套管安放极其困难，施工中使用了本发明的爬行式倾斜度测量装置对隔水套管进行测量和铅垂度的微调（如图4所示），解决了深水区域钻探隔水套管的垂直定位，保障了隔水套管的使用安全，避免隔水套管的弯曲超限。本发明形成隔水套管倾斜度测量和微调于一体的爬行式倾斜度测量装置，可安放在套管串泥线以上任意部位，并上下爬行定位测试隔水套管倾斜度，多点连续测试可形成套管串的倾斜度轨迹，借助与测量装置连接的牵引绳实现对套管串铅垂度的微小调节。通过自身重力下行和缆绳牵引力实现在管道外壁的向上爬行，对水下钻探隔水套管倾斜状态进行动态测量。当隔水套管铅垂度超过规定时，在水面从弯曲反方向牵引连接在测量装置上的钢绳，实现隔水套管垂直度的微调，操作方便。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种深水钻探隔水套管倾斜度测量装置，其特征在于，包括第一板（1）和设于所述第一板（1）上的电磁铁（5），与所述第一板（1）相对设置的第二板（2），所述第一板（1）与第二板（2）通过调整器（3）连接形成用于套装在隔水套管外的圈型腔（4），所述调整器（3）连接于第一板（1）和第二板（2）的两端，通过同时调节两端的所述调整器（3）以调节所述圈型腔（4）的大小，以用于实现测量装置在隔水套管上的滑动阻力的调节；在所述第一板（1）上设有能测量隔水套管倾斜度的传感器（8）；所述电磁铁（5）产生的磁吸力暴露在所述圈型腔（4）内；在测量装置下行或上行过程中，当需要测量隔水套管倾斜度时，地表控制信号使测量装置上的电磁铁通电吸合，所述测量装置内弧面与隔水套管的外壁贴合，通过传感器测出隔水套管的倾斜度参数；当电磁铁断电时，所述测量装置继续移动。

2.根据权利要求1所述的深水钻探隔水套管倾斜度测量装置，其特征在于，所述调整器（3）包括螺杆（31）、张力簧（32）和螺母（33），所述螺杆（31）穿过所述第一板（1）和第二板（2）并通过所述螺母（33）固定，在所述第一板（1）和第二板（2）之间的螺杆（31）上套装所述张力簧（32）。

3.根据权利要求1所述的深水钻探隔水套管倾斜度测量装置，其特征在于，所述第一板（1）和第二板（2）均为弧形结构。

4.根据权利要求1所述的深水钻探隔水套管倾斜度测量装置，其特征在于，所述第一板（1）上下两端各设有一导向罩（6），所述导向罩（6）自所述第一板（1）的端面向远离圈型腔（4）的方向倾斜。

5.根据权利要求1所述的深水钻探隔水套管倾斜度测量装置，其特征在于，所述第一板（1）和第二板（2）上分别设有至少一个减阻组件（7），所述减阻组件（7）包括一凸伸至所述圈型腔（4）内的滚球（75）。

6.根据权利要求5所述的深水钻探隔水套管倾斜度测量装置，其特征在于，所述减阻组件（7）还包括外筒（71）和设于所述外筒（71）内的紧定螺钉（72）、弹簧（73）及顶板（74），所述外筒（71）的一端设有一直径小于滚球（75）直径的贯穿孔（76），所述外筒（71）的另一端螺纹连接所述紧定螺钉（72），自所述紧定螺钉（72）起依次设置弹簧（73）、顶板（74）和滚球（75），所述滚球（75）部分凸伸于所述贯穿孔（76）的外部；所述外筒（71）设有贯穿孔（76）的一端与所述第一板（1）或第二板（2）相连。

7.根据权利要求1所述的深水钻探隔水套管倾斜度测量装置，其特征在于，所述传感器（8）为三维重力加速度传感器。

8.根据权利要求1所述的深水钻探隔水套管倾斜度测量装置，其特征在于，所述第一板（1）和第二板（2）上均设有用于安装牵引绳的安装座（12）。

9.一种深水钻探隔水套管倾斜度测量方法，采用如权利要求1~8任一项所述的深水钻探隔水套管倾斜度测量装置进行，其特征在于，包括以下步骤：

通过调整器将圈型腔的开口调大，再将测量装置套装在隔水套管上，再通过调整器的调节功能，将第一板和第二板贴合在隔水套管上；

通过测量装置的自重使测量装置沿隔水套管下行，与此同时，通过传感器测量相应的倾斜角度；

完成测量。

10.根据权利要求9所述的深水钻探隔水套管倾斜度测量方法，其特征在于，所述步骤1）中，在所述第一板和第二板的安装座上各加装一根牵引绳，所述牵引绳的上端与牵拉装置连接；在所述步骤3）中，所述测量装置下行的过程中，传感器测量倾斜角度超过设定值时，在水面上通过与倾斜方向相反方向收紧牵引绳，以调整隔水套管的垂直度。

11.根据权利要求9所述的深水钻探隔水套管倾斜度测量方法，其特征在于，在测量装置下行或上行过程中，当需要测量隔水套管倾斜度时，地表控制信号使测量装置上的电磁铁通电吸合，所述测量装置内弧面与隔水套管的外壁贴合，通过传感器测出隔水套管的倾斜度参数；当电磁铁断电时，所述测量装置继续移动。