CN112483031A - 井下辅助携岩工具和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种井下辅助携岩工具，包括主体，所述主体设置在钻杆上；设置在所述主体上的角度检测装置，所述角度检测装置构造成能够检测钻柱的倾角；设置在所述主体上的超声波发生器，所述超声波发生器构造成能够发射超声波，对岩屑床进行检测和破碎；以及设置在所述外壳上的控制中心，所述控制中心分别连接所述角度检测装置和超声波发生器，其构造成能够处理倾角信息，并控制所述超声波发生器发射超声波。本发明能够破碎岩屑堆积形成的岩屑床，使堆积的岩屑被钻井液带出井口。

Description

井下辅助携岩工具和方法
技术领域
本发明涉及一种井下辅助携岩工具和方法，属于石油天然气钻井、完井领域。
背景技术
辅助携岩工具可以很好的破碎岩屑堆积形成的岩屑床，使得堆积的岩屑可以容易的被钻井液携带出井口。如果可以根据识别到的井斜角和岩屑床厚度自动的启停装置，即可实现自动化辅助携岩，可以很好的解决岩屑堆积的问题。
随着石油工业的发展，在钻井工程领域已经发展出多种形式的辅助携岩技术，例如：充气辅助携岩技术通过气体举升，减小钻井泵循环压力，提高钻井液井底返速，从而达到辅助携岩的目的。虽然目前存在一些辅助携岩的技术和装置，但是都各有局限性。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种井下辅助携岩工具，能够破碎岩屑堆积形成的岩屑床，使堆积的岩屑被钻井液带出井口。
为了实现以上发明目的，本发明的一个方面提出了一种井下辅助携岩工具，包括：
主体，所述主体设置在钻柱上；
设置在所述主体上的角度检测装置，所述角度检测装置构造成能够检测钻柱的倾角；
设置在所述主体上的超声波发生器，所述超声波发生器构造成能够发射超声波，对岩屑床进行检测和破碎；以及
设置在所述外壳上的控制中心，所述控制中心分别连接所述角度检测装置和超声波发生器，其构造成能够处理倾角信息，并控制所述超声波发生器发射超声波。
本发明的进一步改进在于，所述主体为圆筒形结构，其套设在所述钻柱上靠近钻头的位置。
本发明的进一步改进在于，所述主体的上部设置有电池，所述电池分别连接所述角度检测装置、声波发生器以及控制中心，并提供电能。
本发明的进一步改进在于，所述主体的上部设置有安装所述电池的第一腔室，所述第一腔室的下方设置有安装所述控制中心的第二腔室，所述第二腔室的下方设置有安装所述角度检测装置的第三腔室，所述第三腔室的下方设置有安装所述超声波发生器的第四腔室。
本发明的进一步改进在于，所述超声波发生器的数量为3～7个，并且所述超声波发生器均匀设置在所述第四腔室的周向上。
本发明的进一步改进在于，所述控制中心包括带有信息处理功能的芯片，所述芯片上设置有连接所述电池的电源输入端、连接所述角度检测装置的角度信号输入端以及井径输入端；并且所述芯片上还设置有连接所述超声波发生器的信号输出端。
本发明的进一步改进在于，所述主体上设置有若干线缆孔，所述线缆孔内设置有连接所述电池、所述角度检测装置、所述声波发生器以及所述控制中心的井下线缆。
本发明的另一个方面，还提出了一种携岩方法，包括：
将所述井下辅助携岩工具安装在钻杆上，并随钻杆下入井下；
在控制中心的井径输入端提前输入井径数据，开启所述角度检测装置检测钻柱倾角并将钻柱的倾角信息传递至所述控制中心，所述控制中心根据分析计算出岩屑床的厚度；并控制所述超声波发生器发射超声波对岩屑床进行破岩作业；
钻柱在移出时将破碎的岩屑携出井筒。
本发明的进一步改进在于，控制中心的根据岩屑床的厚度确定通过所述超声波发生器发射超声波对岩屑床进行破岩作业的时间。
本发明的进一步改进在于，在所述超声波发生器发射超声波对岩屑床进行破岩作业的同时，所述控制中心的厚度信号输入端实时接收岩屑床反射的超声波信号以判断所述岩屑床的厚度，并调整破碎作业的时间。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的一种井下辅助携岩工具，能够破碎岩屑堆积形成的岩屑床，使堆积的岩屑被钻井液带出井口。本发明采用超声波发生器和角度检测装置以及控制中心的相互配合，可以实现该工具的自动启停，实现最大的携岩效率，减少人工的投入。该工具安装简单，调整方便，灵敏度高，使用安全可靠，能够满足现场施工对携岩的需求。通过超声波对岩屑床进行破碎的方法，避免了单纯靠钻井液循环无法有效将岩屑携出井底的问题，极大地提高了携岩的效率。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
图1所示为本发明的一个实施例的井下辅助携岩工具的结构示意图；
图2所示为本发明的一个实施例的井下辅助携岩工具的控制中心的结构示意图；
图3所示为本发明的一个实施例的超声波发生器的纵向截面安装结构示意图；
图4所示为本发明的一个实施例的超声波发生器的横向截面安装结构示意图。
附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
在附图中各附图标记的含义如下：1、主体，2、控制中心，3、超声波发生器，4、角度检测装置，5、电池，11、线缆，12、钻杆，21、电源输入端，22、角度信号输入端，23、井径输入端，24、厚度信号输入端，25、信号输出端。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的井下辅助携岩工具。根据本发明的井下辅助携岩工具，能够破碎岩屑堆积形成的岩屑床，使堆积的岩屑被钻井液带出井口。
图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的一种井下辅助携岩工具，包括主体1。主体1固定连接在钻杆12上，并且位于靠近钻头的位置，其随钻杆12下入井下。所述主体1上设置有角度检测装置4，角度检测装置4构造成能够检测钻柱的倾角。所述主体1上还设置有超声波发生器3，所述超声波发生器3构造成能够发射超声波，对岩屑床进行检测和破碎。在本实施例中所述外壳上设置有控制中心2，所述控制中心2分别连接所述角度检测装置4和超声波发生器3，其构造成能够处理倾角信息，并控制所述超声波发生器3发射超声波。
在使用根据本实施例所述的井下辅助携岩工具时，角度测量装置能够测量钻柱的角度，并将钻柱的角度信息传递给控制中心2，控制中心2根据钻柱的角度信息等分析计算，之后控制超声波发生器3发射超声波，从而对岩屑床进行破岩作业。
在一个实施例中，所述主体1为圆筒形结构，其内径比钻柱的外径稍大，使其能够与钻柱相配合。主体1套设在所述钻柱上，并位于钻柱上靠近钻头的位置。
在一个优选的实施例中，所述主体1的上部设置有电池5，所述电池5分别连接所述角度检测装置4、声波发生器以及控制中心2，并提供电能。优选地，所述电池5采用了锂离子电池5，通过锂离子电池5存储的电能较高，相对安全，不容易造成污染，保证本实施例所述工具在井下的正常使用。
在一个实施例中，所述主体1的上部设置若干腔室。其中，腔室包括设置在主体1的上部的第一腔室，第一腔室内安装所述电池5。第一腔室的下方设置有第二腔室，第二腔室内安装所述控制中心2。第二腔室的下方设置有第三腔室，第三腔室内安装所述角度检测装置4。第三腔室的下方设置所述第四腔室，第四腔室内安装所述超声波发生器3。在本实施例中，腔室可以是全封闭的，也可以是半封闭的结构，比如，第一腔室、第二腔室可以是全封闭的，可以保护电池5和控制中心2。第三腔室和第四腔室为半封闭的，便于检测以及对岩屑床进行操作。
在一个实施例中，所述超声波发生器3的数量为3～7个，并且所述超声波发生器3均匀设置在所述第四腔室的周向上，固定在钻杆12的外部。如图2和图3所示，超声波发生器3的数量为三个，分别以120度均匀设置在主体1的周向上。
在根据本实施例所述的井下辅助携岩工具中，通过在主体1的第四腔室内设置一周超声波发生器3，能够在各个角度上均匀发生超声波，检测岩屑床厚度以及对岩屑床进行破碎时更加均匀，避免由于钻柱倾斜等问题造成检测不准或破岩作业效果不好的问题。
在一个实施例中，所述控制中心2包括芯片，所述芯片可以是单片机或其他带有信息处理功能的芯片。所述芯片上设置有至少三个输入端和一个信号输出端25。其中，三个输入端包括电源输入端21、角度信号输入端22、厚度信号输入端24以及井径输入端23。电源输入端21连接电池5，角度信号输入端22连接角度检测装置4，并接收角度检测装置4发出的钻柱的倾角信号；厚度信号输入端24连接所述超声波发生器3，用于通过超声波探测岩屑厚度；所述井径输入端23能够输入井径信息，在下入井下之前，工作人员根据井下尺寸输入井径信息。芯片通过输入的井径信号、角度信号以及厚度信号进行分析、计算，根据计算的结果控制超声波发生器3发出超声波进行破岩作业。
根据本发明的另一个方面，还公开了一种使用上述实施例所述的井下辅助携岩工具进行携岩的方法，其包括以下步骤：
首先，将所述井下辅助携岩工具安装在钻杆12上，并随钻杆12下入井下。其中，所述井下辅助携岩工具安装在钻杆12上接近钻头的位置。
在控制中心2的井径输入端23提前输入井径数据，开启所述角度检测装置4检测钻柱倾角并将钻柱的倾角信息传递至所述控制中心2，所述控制中心2根据分析计算出岩屑床的厚度；并控制所述超声波发生器3发射超声波对岩屑床进行破岩作业。
钻柱在移出时将破碎的岩屑携出井筒。
控制中心2的分析计算方法中，控制中心2的根据岩屑床的厚度确定通过所述超声波发生器3发射超声波对岩屑床进行破岩作业的时间。
在一个实施例中，在所述超声波发生器3发射超声波对岩屑床进行破岩作业的同时，所述控制中心2的厚度信号输入端24实时接收岩屑床反射的超声波信号以判断所述岩屑床的厚度，从而判断出破碎作业的进度。并且进一步调整破碎作业的时间。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种井下辅助携岩工具，其特征在于，包括：
主体(1)，所述主体(1)设置在钻杆(12)上；
设置在所述主体(1)上的角度检测装置(4)，所述角度检测装置(4)构造成能够检测钻柱的倾角；
设置在所述主体(1)上的超声波发生器(3)，所述超声波发生器(3)构造成能够发射超声波，其检测岩屑床的厚度并对岩屑床进行破碎；以及
设置在所述外壳上的控制中心(2)，所述控制中心(2)分别连接所述角度检测装置(4)和超声波发生器(3)，其构造成能够处理倾角信息，并控制所述超声波发生器(3)发射超声波。
2.根据权利要求1所述的井下辅助携岩工具，其特征在于，所述主体(1)为圆筒形结构，其套设在所述钻杆(12)上靠近钻头的位置。
3.根据权利要求2所述的井下辅助携岩工具，其特征在于，所述主体(1)的上部设置有电池(5)，所述电池(5)分别连接所述角度检测装置(4)、声波发生器以及控制中心(2)，并提供电能。
4.根据权利要求3所述的井下辅助携岩工具，其特征在于，所述主体(1)的上部设置有安装所述电池(5)的第一腔室，所述第一腔室的下方设置有安装所述控制中心(2)的第二腔室，所述第二腔室的下方设置有安装所述角度检测装置(4)的第三腔室，所述第三腔室的下方设置有安装所述超声波发生器(3)的第四腔室。
5.根据权利要求4所述的井下辅助携岩工具，其特征在于，所述超声波发生器(3)的数量为3～7个，并且所述超声波发生器(3)均匀设置在所述第四腔室的周向上。
6.根据权利要求4或5所述的井下辅助携岩工具，其特征在于，所述控制中心(2)包括带有信息处理功能的芯片，所述芯片上设置有连接所述电池(5)的电源输入端(21)、连接所述角度检测装置(4)的角度信号输入端(22)、连接所述超声波发生器(3)的厚度信号输入端(24)以及井径输入端(23)；并且所述芯片上还设置有连接所述超声波发生器(3)的信号输出端(25)。
7.根据权利要求6所述的井下辅助携岩工具，其特征在于，所述主体(1)上设置有若干线缆(11)孔，所述线缆(11)孔内设置有连接所述电池(5)、所述角度检测装置(4)、所述声波发生器以及所述控制中心(2)的井下线缆(11)。
8.使用根据权利要求1至7中任一项所述的井下辅助携岩工具的携岩方法，其特征在于，包括：
将所述井下辅助携岩工具安装在钻杆(12)上，并随钻杆(12)下入井下；
在控制中心(2)的井径输入端(23)提前输入井径数据，开启所述角度检测装置(4)检测钻柱倾角并将钻柱的倾角信息传递至所述控制中心(2)，所述控制中心(2)根据分析计算出岩屑床的厚度；并控制所述超声波发生器(3)发射超声波对岩屑床进行破岩作业；
钻柱在移出时将破碎的岩屑携出井筒。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，控制中心(2)的根据岩屑床的厚度确定通过所述超声波发生器(3)发射超声波对岩屑床进行破岩作业的时间。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述超声波发生器(3)发射超声波对岩屑床进行破岩作业的同时，所述控制中心(2)的厚度信号输入端(24)实时接收岩屑床反射的超声波信号以判断所述岩屑床的厚度，并调整破碎作业的时间。
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