CN113550733A - 一种连续油管工程用随钻测量短节及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钻采勘探工程技术领域，尤其涉及一种连续油管工程用随钻测量短节及其使用方法。本随钻测量短节结构紧凑、密封性能好，可安装连接在连续油管井下管柱钻头的近端，实现了对钻井过程中的钻压、扭矩、钻柱内外压力以及套管接箍等诸多钻井工程参数的实时测量。一种连续油管工程用随钻测量短节，包括有：测量短节主体结构；电路板仓，电路板仓内安装有测量电路；单芯承压塞；设置于测量短节主体结构前半段位置处的套管接箍传感器；设置于流道入口位置处测量短节主体结构上的流压传感器，以及设置于测量短节主体结构上的环空传感器；设置于测量短节主体结构后半段外围位置处的钻压传感器以及扭矩传感器。

Description

一种连续油管工程用随钻测量短节及其使用方法

技术领域

本发明属于钻采勘探工程技术领域，尤其涉及一种连续油管工程用随钻测量短节及其使用方法。

背景技术

连续油管钻井技术作为一种新兴钻井工艺，其具有无接头、无变径，可连续起下、可动态密封、高强度体积小等技术特点。在连续油管钻井的过程中，技术人员为掌握钻井进尺的施工进度，指导钻井、侧钻等开窗施工，需要对连续油管施工过程中的钻压、扭矩等诸多工程参数进行录取。在此过程中发明人发现，不同于传统钻杆，连续油管因其管径较细、刚性质地也较为柔软，在钻井过程中可能会存在有弯曲、甚至自锁等情况发现，因此连续油管的深度测量较为困难；此外由于井下情况复杂，传统连续油管测量方式存在有数据失真、信号传输延迟等缺陷，因此亟待本领域技术人员提供一种可靠性更强的连续油管工程参数测量解决方案。

发明内容

本发明提供了一种连续油管工程用随钻测量短节及其使用方法，本随钻测量短节结构紧凑、密封性能好，可安装连接在连续油管井下管柱钻头的近端，实现了对钻井过程中的钻压、扭矩、钻柱内外压力以及套管接箍等诸多钻井工程参数的实时测量。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种连续油管工程用随钻测量短节，包括有：

测量短节主体结构；

设置在测量短节主体结构内部的电路板仓，电路板仓内安装有测量电路；

安装在测量短节主体结构两端的单芯承压塞；所述单芯承压塞用于将电路板仓以及测量电路密封在测量短节主体结构的内部；

设置于测量短节主体结构前半段位置处的套管接箍传感器；套管接箍传感器与套管接箍数据处理电路、测量电路顺次相连接；

过设于测量短节主体结构的流道，所述流道用于流通钻井泥浆；设置于流道入口位置处测量短节主体结构上的流压传感器，以及设置于测量短节主体结构上的环空传感器；流压传感器、环空传感器均与压力处理电路、测量电路顺次相连接；

设置于测量短节主体结构后半段外围位置处的钻压传感器以及扭矩传感器；钻压传感器与钻压处理电路、测量电路顺次相连接；扭矩传感器与扭矩处理电路、测量电路顺次相连接；

进一步优选的，钻压传感器与扭矩传感器的外侧还设置有保护圈；通过固定螺钉，所述保护圈固定安装在测量短节主体结构上。

较为优选的，扭矩传感器与扭矩处理电路之间还设置有第一多芯承压塞；通过第一多芯承压塞，扭矩传感器与扭矩处理电路之间建立数据互联关系。

优选的，测量短节主体结构上固定有上部连接头和下部连接头；上部连接头与连续油管上部仪器螺纹互联；下部连接头与连续油管上部仪器螺纹互联。

优选的，上部连接头与连续油管上部仪器螺纹互联的位置处、下部连接头与连续油管上部仪器螺纹互联的位置处还分别设置有密封圈。

进一步优选的，还包括有：数据传输总线；所述数据传输总线与测量电路相连接，且通过安装在测量短节主体结构两端处的单芯承压塞分别与连续油管上部仪器、连续油管下部仪器相连接，用于实现连续油管工程用随钻测量短节与连续油管上部仪器、连续油管下部仪器之间的信号传输互通。

另一方面，一种连续油管工程用随钻测量短节的使用方法，按照如下顺序将前述任意一项记载的连续油管工程用随钻测量短节接入连续油管侧钻管柱内；

自上而下顺次为：钻头、单弯螺杆、变扣接头、电控液压丢手短节、旋转定向短节、连续油管工程用随钻测量短节、数据传输短节 、过电缆双瓣阀、旋转马笼头、电缆补偿短节、变扣接头、过电缆加重钻杆、湿接头、连续油管、循环头。

本发明提供了一种连续油管工程用随钻测量短节及其使用方法，包括有测量短节主体结构、电路板仓、测量电路、单芯承压塞、套管接箍传感器、套管接箍数据处理电路、流压传感器、环空传感器、压力处理电路、钻压传感器、钻压处理电路、扭矩传感器、扭矩处理电路等。具有上述结构特征的连续油管工程用随钻测量短节，其具有结构简单、安装方便、密封性能好、耐磨性能好等优点。

附图说明

该附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在下述附图中：

图1为本发明连续油管工程用随钻测量短节的结构示意图；

图2为本发明套管接箍数据处理电路的电路示意图；

图3为本发明压力处理电路的电路示意图；

图4为本发明钻压处理电路的电路示意图；

图5为本发明扭矩处理电路的电路示意图；

图6为本发明处理器单元以及有源晶振的电路示意图；

图7为本发明ADC转换器的电路示意图。

图中：1、上部连接头；2、测量短节主体结构；3、流压传感器；4、密封圈；5、套管接箍传感器；6、套管接箍数据处理电路；7、电路板仓；8、测量电路；9、压力处理电路（部分）；10、数据传输总线；11、环空传感器；12、第一多芯承压塞；13、保护圈；14、固定螺钉；15、钻压传感器；16、扭矩传感器；17、流道；18、下部连接头；19、单芯承压塞。

具体实施方式

本发明提供了一种连续油管工程用随钻测量短节及其使用方法，本随钻测量短节结构紧凑、密封性能好，可安装连接在连续油管井下管柱钻头的近端，实现了对钻井过程中的钻压、扭矩、钻柱内外压力以及套管接箍等诸多钻井工程参数的实时测量。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明提供了一种连续油管工程用随钻测量短节，如图1所示，该随钻测量短节具体包括有测量短节主体结构。在测量短节主体结构内部设置有电路板仓，电路板仓进一步内安装有测量电路。而在测量短节主体结构两端，安装有单芯承压塞，该单芯承压塞可用于起到将电路板仓以及测量电路密封在测量短节主体结构的内部的作用。

此外，在测量短节主体结构前半段位置处设置有套管接箍传感器。该套管接箍传感器用于为仪器深度定位提供数据依据。而后，套管接箍传感器与套管接箍数据处理电路、测量电路顺次相连接。具体的，如图2所示，图2提供了一种套管接箍数据处理电路。该套管接箍数据处理电路包括有三部分结构单元，分别是：信号放大器单元、全波整流单元以及分压滤波单元。其中，CCLP端用于接收套管接箍传感器的正极输入信号，CCLN端用于接收套管接箍传感器的负极输入信号；信号放大器U1用于对接收套管接箍传感器的正极输入信号、接收套管接箍传感器的负极输入信号进行幅值放大。全波整流单元具体由两个比较放大器（U2A、U2B）、两个二极管（D1、D2）以及多个电阻（R7、R9、R10、R21、R22）构成，用于将套管接箍传感器提供交流信号调制成单向脉冲信号；而分压滤波单元具体由两个电阻（R11、R12）以及一个电容（C28）构成，用于进一步对全波整流单元调制生成的单向脉冲信号进行分压处理。

测量短节主体结构上还设置有用于流通钻井泥浆的流道，在流道入口位置处、测量短节主体结构上进一步安装有流压传感器，该流压传感器用于收集流道入口位置处流体所产生的压力值数据。而在流道内的测量短节主体结构上，还进一步安装有一环空传感器，该环空传感器用于收集流道内流体所产生的压力值数据。其中，优选的，流压传感器、环空传感器均与压力处理电路、测量电路顺次相连接。该压力处理电路的电路结构示意图如图3所示。该压力处理电路分别与流压传感器、环空传感器相连接，用以处理流压传感器、环空传感器采集得到的压力值数据。具体的，压力处理电路包括有三部分结构单元，分别是：信号放大器单元、二阶有源低通滤波单元以及分压单元。其中，以与流压传感器相连接为例进行解释说明：YLP1端、YLN1端分别接收环空压力传感器提供的正极输入信号、负极输入信号；信号放大器单元U5在REF端提供的基准电压控制下，对环空压力传感器提供的正极输入信号、负极输入信号进行幅值放大；二阶有源低通滤波单元则具体由一个比较放大器（U9A）以及多个电阻、电容（R33、R34、C41、C43）构成，用于对流压传感器提供的流道压力值数据进行滤波处理；最后，分压单元由两个电阻（R13、R14）以及一个电容（C30）构成，用于进一步对二阶有源低通滤波单元调制生成信号进行分压处理后输出。同样的，该压力处理电路可完成对环空传感器采集的环空压力值数据进行放大滤波分压处理。

之后，在测量短节主体结构的后半段外围位置处安装有钻压传感器以及扭矩传感器。其中，钻压传感器与钻压处理电路、测量电路顺次相连接；扭矩传感器与扭矩处理电路、测量电路顺次相连接。作为本发明的一种较为优选的实施方式，钻压传感器与扭矩传感器的外侧还设置有保护圈；通过固定螺钉，保护圈固定安装在测量短节主体结构上；该保护圈结构可用于起到承载测量短节主体结构井下运转过程中外部压力的作用。此外，扭矩传感器与扭矩处理电路之间还设置有第一多芯承压塞；通过第一多芯承压塞，扭矩传感器与扭矩处理电路之间建立数据互联关系。第一多芯承压塞用于起到进一步保护扭矩处理电路的目的。

需要说明的是，图4提供了一种钻压处理电路、图5提供了一种扭矩处理电路。其中图4所示的钻压处理电路，图5所示的扭矩处理电路其电路构成以及电路的工作模式与图3所示的压力处理电路相类似，均包括有信号放大器单元、二阶有源低通滤波单元以及分压单元三部分。对本领域技术人员不难理解的是，唯一的差异之处在于ZYP端、ZYN端分别接收钻压传感器提供的正极输入信号、负极输入信号；而NJP端、NJN端分别接收扭矩传感器提供的正极输入信号、负极输入信号。由于本专利申请的篇幅限制，在此不多做赘述。

作为本发明一种较为优选的实施方式，在此还提供有一种测量电路的具体电路构成。该测量电路包括有三部分结构单元，分别是：处理器单元、有源晶振以及ADC转换器；如图6所示，图6示出了处理器单元以及有源晶振的电路示意图。其中，该处理器单元U3的型号可选择的C8051F340、C8051F341、C8051F344、C8051F345中的任意一种；而有源晶振CY1与处理器单元U3的时钟端口相连接，用于为处理器单元提供时钟频率信号。如图7所示，图7提供了一种ADC转换器的电路示意图。其中，ADC转换器U4的输入端分别与经套管接箍数据处理电路处理后的信号输出端（CCL端口）、经扭矩处理电路处理后的信号输出端（NJ端口）、经钻压处理电路处理后的信号输出端（ZY端口）、经压力处理电路处理后的流道压力信号输出端（LDYL端口）、经压力处理电路处理后的环空压力信号输出端（HKYL端口）相连接，具体用于集中前述各电路结构单元所采集的各类信号，并在模数转换后集输至处理器单元中进行后续计算处理；ADC转换器U4的剩余输入端，如BUSV端、BUSI端、TMP端则分别输入总线电压、总线电流、温度传感器信号等等。

值得注意的是，图2-图7示出的各类电路的电路构造仅为示例性说明；事实上，本领域技术人员完全可以根据实际工作需要，对上述电路的具体构成进行适应性调整，且不需要付出额外的创造性劳动。

最后，作为本发明的一种较为优选的实施方式，在测量短节主体结构上固定有上部连接头和下部连接头；上部连接头与连续油管上部仪器螺纹互联；下部连接头与连续油管上部仪器螺纹互联。而上部连接头与连续油管上部仪器螺纹互联的位置处、下部连接头与连续油管上部仪器螺纹互联的位置处还分别优选设置有密封圈，用以起到密封连接的技术效果。此外，连续油管工程用随钻测量短节中还设置有数据传输总线。该数据传输总线与测量电路相连接，且通过安装在测量短节主体结构两端处的单芯承压塞分别与连续油管上部仪器、连续油管下部仪器相连接，用于实现连续油管工程用随钻测量短节与连续油管上部仪器、连续油管下部仪器之间的信号传输互通。

当然，另一方面，本发明还提供了一种连续油管工程用随钻测量短节的使用方法，按照如下顺序将前述任意一项记载的连续油管工程用随钻测量短节接入连续油管侧钻管柱内；

自上而下顺次为：钻头、单弯螺杆、变扣接头、电控液压丢手短节、旋转定向短节、连续油管工程用随钻测量短节、数据传输短节 、过电缆双瓣阀、旋转马笼头、电缆补偿短节、变扣接头、过电缆加重钻杆、湿接头、连续油管、循环头。

需要补充说明的一点是，在连续油管侧钻过程中，本发明所提供的连续油管工程用随钻测量短节通过相匹配的地面控制装置（可参考申请号为202010142988.0的专利文献）及其配套的连续油管钻井测控软件V1（可参考登记号为2020R11L107345的著作权文献），从而将井下所录取的所有随钻测量的工程参数显示在控制屏幕上，为井口操作人员提供实时的工程参数，来完成连续油管侧钻施工的指导工作。

本发明提供了一种连续油管工程用随钻测量短节及其使用方法，包括有测量短节主体结构、电路板仓、测量电路、单芯承压塞、套管接箍传感器、套管接箍数据处理电路、流压传感器、环空传感器、压力处理电路、钻压传感器、钻压处理电路、扭矩传感器、扭矩处理电路等。具有上述结构特征的连续油管工程用随钻测量短节，其具有结构简单、安装方便、密封性能好、耐磨性能好等优点。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种连续油管工程用随钻测量短节，其特征在于，包括有：

测量短节主体结构；

设置在测量短节主体结构内部的电路板仓，电路板仓内安装有测量电路；

安装在测量短节主体结构两端的单芯承压塞；所述单芯承压塞用于将电路板仓以及测量电路密封在测量短节主体结构的内部；

设置于测量短节主体结构前半段位置处的套管接箍传感器；套管接箍传感器与套管接箍数据处理电路、测量电路顺次相连接；

过设于测量短节主体结构的流道，所述流道用于流通钻井泥浆；设置于流道入口位置处测量短节主体结构上的流压传感器，以及设置于测量短节主体结构上的环空传感器；流压传感器、环空传感器均与压力处理电路、测量电路顺次相连接；

设置于测量短节主体结构后半段外围位置处的钻压传感器以及扭矩传感器；钻压传感器与钻压处理电路、测量电路顺次相连接；扭矩传感器与扭矩处理电路、测量电路顺次相连接。

2.根据权利要求1所述的一种连续油管工程用随钻测量短节，其特征在于，钻压传感器与扭矩传感器的外侧还设置有保护圈；通过固定螺钉，所述保护圈固定安装在测量短节主体结构上。

3.根据权利要求1所述的一种连续油管工程用随钻测量短节，其特征在于，扭矩传感器与扭矩处理电路之间还设置有第一多芯承压塞；通过第一多芯承压塞，扭矩传感器与扭矩处理电路之间建立数据互联关系。

4.根据权利要求1所述的一种连续油管工程用随钻测量短节，其特征在于，测量短节主体结构上固定有上部连接头和下部连接头；上部连接头与连续油管上部仪器螺纹互联；下部连接头与连续油管上部仪器螺纹互联。

5.根据权利要求4所述的一种连续油管工程用随钻测量短节，其特征在于，上部连接头与连续油管上部仪器螺纹互联的位置处、下部连接头与连续油管上部仪器螺纹互联的位置处还分别设置有密封圈。

6.根据权利要求1所述的一种连续油管工程用随钻测量短节，其特征在于，还包括有：数据传输总线；所述数据传输总线与测量电路相连接，且通过安装在测量短节主体结构两端处的单芯承压塞分别与连续油管上部仪器、连续油管下部仪器相连接，用于实现连续油管工程用随钻测量短节与连续油管上部仪器、连续油管下部仪器之间的信号传输互通。

7.一种连续油管工程用随钻测量短节的使用方法，其特征在于，

按照如下顺序将如权利要求1-6中任意一项记载的连续油管工程用随钻测量短节接入连续油管侧钻管柱内；

自上而下顺次为：钻头、单弯螺杆、变扣接头、电控液压丢手短节、旋转定向短节、连续油管工程用随钻测量短节、数据传输短节 、过电缆双瓣阀、旋转马笼头、电缆补偿短节、变扣接头、过电缆加重钻杆、湿接头、连续油管、循环头。

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