CN113279715A - 一种用于井下取芯工具的安全监测系统 - Google Patents

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杨勇
孙亚军
李峰
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Abstract

本发明属于钻井工程技术领域，涉及一种用于井下取芯工具的安全监测系统，包括端部本体、两个钻压扭矩弯矩应变片、通信模块、两个振动传感器、内环空压力传感器、外环空压力传感器、应变盖板、通信盖板、第一传感器盖板、第二传感器盖板、第三传感器盖板、中间部本体，控制电路模块、电池组、发射短节、电路盖板、电池盖板、发射盖板。根据本发明的用于井下取芯工具的安全监测系统，可以帮助识别易发生复杂情况的地层，评价地层压力，岩层性质，帮助判断、解决处理复杂事故，保证钻井过程的安全性，以及提高钻井时效。

Description

一种用于井下取芯工具的安全监测系统
技术领域
本发明属于钻井工程技术领域，涉及一种用于井下取芯工具的安全监测系统。
背景技术
钻井工程是地质勘探以及石油、煤炭、天然气等资源采集的重要工序，随着在钻井作业环境的不断复杂化，在降低钻井工具尺寸以及减少钻铤壁厚的同时，提高钻铤的强度、耐压性性能和耐高温性能，是领域内研究和发展的重要方向。在实际作业时，为了保证钻井过程的安全性，以及提高钻井时效，需要实时探测和反馈钻井环境的具体参数。因此需要在钻井系统中应用安全监测系统，而如何保障安全监测系统在复杂作业环境中的生存能力以及探测和反馈精度，尤其是提高其在地质勘探井、高温井、超深井等工程场所中的适用性和应用安全性，具有重要意义。
发明内容
本发明旨在提供一种用于井下取芯工具的安全监测系统。
根据本发明的一方面，提供了一种主阀头组件防脱装置，包括端部本体、两个钻压扭矩弯矩应变片、通信模块、两个振动传感器、内环空压力传感器、外环空压力传感器、应变盖板、通信盖板、第一传感器盖板、第二传感器盖板、第三传感器盖板、中间部本体，控制电路模块、电池组、发射短节、电路盖板、电池盖板、发射盖板；其中，两个钻压扭矩弯矩应变片、通信模块、振动传感器、内环空压力传感器以及外环空压力传感器环形设置在端部本体的内部；控制电路模块、两个电池组以及发射短节环形设置在中间部本体的内部，所述应变盖板、通信盖板、第一传感器盖板、第二传感器盖板、第三传感器盖板、电路盖板、电池盖板以及发射盖板依次设置在钻压扭矩弯矩应变片、通信模块、振动传感器、内环空压力传感器、外环空压力传感器、控制电路模块、电池组以及发射短节的外侧。
根据本发明的示例性实施例，所述两个钻压扭矩弯矩应变片对称分布在端部本体内部。
根据本发明的示例性实施例，所述两个振动传感器对称分布在端部本体内部。
根据本发明的示例性实施例，所述钻压扭矩弯矩应变片与振动传感器之间的间隔角度为90°。
根据本发明的示例性实施例，所述内环空压力传感器和外环空压力传感器对称分布在端部本体内部。
根据本发明的示例性实施例，所述通信模块设置在振动传感器的一侧，通信模块与振动传感器之间的间隔夹角为45°。
根据本发明的示例性实施例，所述内环空压力传感器设置在振动传感器的另一侧，通信模块与振动传感器之间的间隔夹角为45°。
根据本发明的示例性实施例，所述控制电路模块和发射短节对称分布在中间部本体内部。
根据本发明的示例性实施例，所述两个电池组对称分布在中间部本体内部，所述控制电路模块和电池组之间的间隔角度为90°。
根据本发明的示例性实施例，所述控制电路模块内置转速传感器和温度传感器。
根据本发明的示例性实施例，所述发射短节由发射线圈及通信电路组成。
与现有技术相比，根据本发明实施例的用于井下取芯工具的安全监测系统，可以采集扭矩、钻压、内外环空压力、转速、振动及温度等参数，并通过近距离无线通信方式进行数据传输。
附图说明
图1为根据本发明实施例的一种用于井下取芯工具的安全监测系统的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的一种用于井下取芯工具的安全监测系统的在I位置的剖面示意图；
图3为根据本发明实施例的一种用于井下取芯工具的安全监测系统的在II位置的剖面示意图；
图中，A-端部本体，A01-钻压扭矩弯矩应变片，A02-通信模块，A03-振动传感器，A04-内环空压力传感器，A05-外环空压力传感器，A06-应变盖板，A07-通信盖板，A08-第一传感器盖板，A09-第二传感器盖板，A10-第三传感器盖板，B-中间部本体，B01-控制电路模块，B02-电池组，B03-发射短节，B04-电路盖板，B05-电池盖板，B06-发射盖板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1、图2和图3所示，一种用于井下取芯工具的安全监测系统，包括端部本体A、两个钻压扭矩弯矩应变片A01、通信模块A02、两个振动传感器A03、内环空压力传感器A04、外环空压力传感器A05、应变盖板A06、通信盖板A07、第一传感器盖板A08、第二传感器盖板A09、第三传感器盖板A10、中间部本体B、控制电路模块B01、电池组B02、发射短节B03、电路盖板B04、电池盖板B05、发射盖板B06。
具体的，如图2所示，两个钻压扭矩弯矩应变片A01、通信模块A02、振动传感器A03、内环空压力传感器A04以及外环空压力传感器A05环形设置在端部本体A的内部；控制电路模块B01、两个电池组B02以及发射短节B03环形设置在中间部本体B的内部。
两个钻压扭矩弯矩应变片A01对称分布在端部本体A内部。
两个振动传感器A03对称分布在端部本体A内部。
钻压扭矩弯矩应变片A01与振动传感器A03之间的间隔角度为90°。
内环空压力传感器A04和外环空压力传感器A05对称分布在端部本体A内部。
通信模块A02设置在振动传感器A03的一侧，通信模块A02与振动传感器A03之间的间隔夹角为45°。
内环空压力传感器A04设置在振动传感器A03的另一侧，通信模块A02与振动传感器A03之间的间隔夹角为45°。
如图3所示，控制电路模块B01和发射短节B03对称分布在中间部本体B内部。
两个电池组B02对称分布在中间部本体B内部。
控制电路模块B01和电池组B02之间的间隔角度为90°。
控制电路模块B01内置转速传感器和温度传感器。
发射短节B03由发射线圈及通信电路组成。
如图2和图3所示，应变盖板A06、通信盖板A07、第一传感器盖板A08、第二传感器盖板A09、第三传感器盖板A10、电路盖板B04、电池盖板B05以及发射盖板B06依次设置在钻压扭矩弯矩应变片A01、通信模块A02、振动传感器A03、内环空压力传感器A04、外环空压力传感器A05、控制电路模块B01、电池组B02以及发射短节B03的外侧。
需要说明的是，为了实现盖板与内部部件之间的稳定装配、连接，盖板内侧形状可设置为与内部部件的形状相匹配。优选地，钻压扭矩弯矩应变片A01、通信模块A02、振动传感器A03、内环空压力传感器A04、外环空压力传感器A05、控制电路模块B01、电池组B02以及发射短节B03的截面可设置为圆形。
为了不影响产品整体的流线型，应变盖板A06、通信盖板A07、第一传感器盖板A08、第二传感器盖板A09、第三传感器盖板A10外侧面的曲率可设置成与端部本体A的曲率相同。电路盖板B04、电池盖板B05以及发射盖板B06外侧面的曲率可设置成与中间部本体B的曲率相同。
本实施例用于井下取芯工具的安全监测系统，可以采集扭矩、钻压、内外环空压力、转速、振动及温度等参数，并通过近距离无线通信方式将数据传输给无线接收短节，再通过随钻测量系统(MWD)实时的上传到地面，为钻井工程师提供相应的施工数据参考；同时，本实施例用于井下取芯工具的安全监测系统也可以独立使用，将测量数据存储在测量钻铤内的存储器中，供起钻后下载、分析。可以帮助识别易发生复杂情况的地层，评价地层压力，岩层性质，帮助判断、解决处理复杂事故，保证钻井过程的安全性，以及提高钻井时效。
具体如下：
1、扭矩的测量：监测井下扭矩可适当调整钻具设备，避免出现钻具断裂故障。同时，还可以通过扭矩变化，直观判定钻头磨损情况。
2、弯矩的测量：监测井下弯矩可适当调整钻具设备，避免出现钻具弯曲变形，而影响钻井稳定性。
3、钻压的测量：监测井下钻压，可准确判定施加在钻头上的力度，调整钻压提高钻速。
4、温度的测量：温度传感器位于无磁钻铤外侧，可快速准确测量井下实际温度。
5、振动的测量：监测井下振动量，可根据井下的振动情况，及时调整钻压，避免过大振动量对钻具和井下仪器造成疲劳失效。
6、转速的测量：监测井下钻具组合转速，井下钻进速度随井下钻具转速增加而成指数关系增加，对牙轮磨损速度也加快，工程师根据钻速及其它相关的工程参数，对钻井施工进行相应的调整，保证井下设备使用寿命的前提下达到最大的机械钻进速度。
7、记录存储工程参数各参数的时间标签和具体数值，可以通过泥浆脉冲信号传输至地面解码显示，也方便下载导出TXT文档，导出的记录数据可以供存档、数据分析。
8、记录存储工程参数使用时长的具体数值，根据记录的时长，界定该仪器是否进行保养。
上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于井下取芯工具的安全监测系统，其特征在于，所述用于井下取芯工具的安全监测系统包括端部本体(A)、两个钻压扭矩弯矩应变片(A01)、通信模块(A02)、两个振动传感器(A03)、内环空压力传感器(A04)、外环空压力传感器(A05)、应变盖板(A06)、通信盖板(A07)、第一传感器盖板(A08)、第二传感器盖板(A09)、第三传感器盖板(A10)、中间部本体(B)、控制电路模块(B01)、两个电池组(B02)、发射短节(B03)、电路盖板(B04)、电池盖板(B05)以及发射盖板(B06)；其中，两个钻压扭矩弯矩应变片(A01)、通信模块(A02)、振动传感器(A03)、内环空压力传感器(A04)以及外环空压力传感器(A05)环形设置在端部本体(A)的内部；控制电路模块(B01)、两个电池组(B02)以及发射短节(B03)环形设置在中间部本体(B)的内部，应变盖板(A06)、通信盖板(A07)、第一传感器盖板(A08)、第二传感器盖板(A09)、第三传感器盖板(A10)、电路盖板(B04)、电池盖板(B05)以及发射盖板(B06)依次设置在钻压扭矩弯矩应变片(A01)、通信模块(A02)、振动传感器(A03)、内环空压力传感器(A04)、外环空压力传感器(A05)、控制电路模块(B01)、电池组(B02)以及发射短节(B03)的外侧。
2.根据权利要求1所述的用于井下取芯工具的安全监测系统，其特征在于，所述两个钻压扭矩弯矩应变片(A01)对称分布在端部本体(A)内部。
3.根据权利要求1所述的用于井下取芯工具的安全监测系统，其特征在于，所述两个振动传感器(A03)对称分布在端部本体(A)内部。
4.根据权利要求1-3任一所述的用于井下取芯工具的安全监测系统，其特征在于，所述钻压扭矩弯矩应变片(A01)与振动传感器(A03)之间的间隔角度为90°。
5.根据权利要求1所述的用于井下取芯工具的安全监测系统，其特征在于，所述内环空压力传感器(A04)和外环空压力传感器(A05)对称分布在端部本体内部。
6.根据权利要求1所述的用于井下取芯工具的安全监测系统，其特征在于，所述通信模块(A02)设置在振动传感器(A03)的一侧，通信模块(A02)与振动传感器(A03)之间的间隔夹角为45°。
7.根据权利要求1所述的用于井下取芯工具的安全监测系统，其特征在于，所述控制电路模块(B01)和发射短节(B03)对称分布在中间部本体(B)内部。
8.根据权利要求1所述的用于井下取芯工具的安全监测系统，其特征在于，所述两个电池组(B02)对称分布在中间部本体(B)内部，所述控制电路模块(B01)和电池组(B02)之间的间隔角度为90°。
9.根据权利要求1所述的用于井下取芯工具的安全监测系统，其特征在于，所述控制电路模块(B01)内置转速传感器和温度传感器。
10.根据权利要求1所述的用于井下取芯工具的安全监测系统，其特征在于，所述发射短节(B03)由发射线圈及通信电路组成。
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