CN115576254A - 一种小尺寸的钻井参数监控系统 - Google Patents

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CN115576254A CN202211423300.1A CN202211423300A CN115576254A CN 115576254 A CN115576254 A CN 115576254A CN 202211423300 A CN202211423300 A CN 202211423300A CN 115576254 A CN115576254 A CN 115576254A
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杨赟
杨茂红
刘立鹏
吴光
赵文庄
周雄兵
祝敏荣
李婧
仵磊
方丹
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CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种小尺寸的钻井参数监控系统,包括依次连接的悬挂钻铤、脉冲器、流量开关、电池短节、探管、接收短节和参数测量短节;悬挂钻铤用于连接井下仪器;脉冲器用于产生泥浆脉冲信号并将数据实时发送至地面;流量开关用于判断系统工作状态;电池短节用于给信号上传系统供电;探管将收到的数据进行编码,并控制脉冲器动作,将数据上传至地面;接收短节用于参数测量短节发送的数据,并将数据传递至探管;参数测量短节用于采集转速、钻压、扭矩、冲击振动、温度和内外环空压力。本发明实时采集井下钻井参数数据,并发送至地面,监控钻井状态,从而及时发现和处理井下仪器故障或钻井事故,并提供预警功能,减少井下事故的发生,提高钻井安全。

Description

一种小尺寸的钻井参数监控系统
技术领域
本发明涉及石油、煤矿及地质勘探中的钻井工程技术领域,具体涉及一种小尺寸的钻井参数监控系统。
背景技术
石油钻井时,钻具在井下需要承受高钻压、高扭矩以及井下地层和泥浆压力的作用,会出现破损、断裂等风险,导致钻井事故,同时钻井参数也直接反应钻井的施工状态,可用于判断井漏、气侵等井下异常状态,可降低损失。
目前钻井行业工程参数监控均在地面进行,通过地面监控钻井参数变化,判断井下仪器运行状态,进行故障分析和故障排除。地面参数监控具有以下几个方面的问题:地面参数与井下实际参数存在偏差,无法真实反映井下仪器工作状态;地面参数存在滞后性,无法第一时间响应井下故障事故。
公开号CN110984958A,公开日为2020.04.10的中国专利公开了一种小尺寸钻井工程监控系统,包括钻头、螺杆、定向接头、循环套、主阀头组件、坐键脉冲器、连接钻铤、工程参数测量钻铤、无线接收短节、电池短节A、探管短节、打捞头及无磁钻铤,所述钻头与螺杆一端相连,所述螺杆另一端与连接钻铤相连,所述连接钻铤内部一端设置有定向接头,所述定向接头与循环套一端相连,所述循环套与主阀头组件相连,所述主阀头组件远离循环套一端与坐键脉冲器相连,所述连接钻铤远离螺杆一端与工程参数测量钻铤一端相连,所述工程参数测量钻铤另一端与无磁钻铤相连,所述无磁钻铤内部依次设置有无线接收短节、电池短节A、探管短节及打捞头;所述工程参数测量钻铤包括钻铤本体、控制电路、钻压扭矩弯矩应变片、发射短节、电池短节B、通信接口、振动传感器、内环空压力传感器及外环空压力传感器,所述钻铤本体内部设置有控制电路,所述钻铤本体内部一端呈环形设置有通信接口、振动传感器、内环空压力传感器及外环空压力传感器,所述钻铤本体内部还呈环形设置有若干钻压扭矩弯矩应变片,所述钻铤本体内部中间位置设置有发射短节及电池短节B,所述控制电路内置转速传感器和温度传感器。但是该系统的测量钻铤的直径为120-125mm,地面监控系统无法提供预警功能,无法避免事故的发生。
发明内容
本发明旨在解决参数存在偏差、地面参数存在滞后性和没有预警功能等问题,提供一种小尺寸的钻井参数监控系统,通过在井下钻具上,增加钻井参数监控系统,实时采集井下钻井参数数据,并发送至地面,监控钻井状态,从而及时发现和处理井下仪器故障或钻井事故,并提供预警功能,减少井下事故的发生,提高钻井安全。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种小尺寸的钻井参数监控系统,包括依次连接的悬挂钻铤、脉冲器、流量开关、电池短节、探管、接收短节和参数测量短节;
所述悬挂钻铤用于连接井下仪器;
所述脉冲器用于产生泥浆脉冲信号并将数据实时发送至地面;
所述流量开关用于判断系统工作状态;
所述电池短节用于给信号上传系统供电;
所述探管将收到的数据进行编码,并控制脉冲器动作,将数据上传至地面;
所述接收短节用于参数测量短节发送的数据,并将数据传递至探管;
所述参数测量短节用于采集转速、钻压、扭矩、冲击振动、温度和内外环空压力。
优选的,所述参数测量短节包括测量钻铤,所述测量钻铤内设置有电池、耐磨带、应变片组、控制电路板、无线通信模块、内环空压力测量模块、外环空压力测量模块、振动采集模块和上电插头。
优选的,所述控制电路板与电池、应变片组、无线通信模块、内环空压力测量模块、外环空压力测量模块和振动采集模块相连。
优选的,所述电池与应变片组、控制电路板、无线通信模块、内环空压力测量模块、外环空压力测量模块、振动采集模块和上电插头。
优选的,所述控制电路板具备数据存储功能。
优选的,所述控制电路板和无线通信模块设置在测量钻铤左侧,所述电池设置在测量钻铤右侧。
优选的,所述应变片组、无线通信模块、内环空压力测量模块、外环空压力测量模块、振动采集模块和上电插头设置在测量钻铤中部。
优选的,所述应变片组为4组,4组应变片组对向安装在测量钻铤上。
优选的,所述悬挂钻铤和测量钻铤直径为105mm。
本技术方案的有益效果如下:
本发明提供的一种小尺寸的钻井参数监控系统,能够耐温达到175℃,耐压达到140MPa的钻井参数监控系统,测量转速、钻压、扭矩、冲击振动、温度、内外环空压力等工程参数,该系统由参数测量短节和数据上传系统组成,本发明适用于小尺寸钻具,可监控井下钻井参数变化,并能根据监控数据进行井下仪器故障判断和井下事故预警,同时可以将井下数据实时传输至地面,可有效降低井下仪器故障风险和事故风险,提高钻井安全。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明中参数测量短节的结构示意图;
图3为图2的A-A剖视图;
图4为图2的B-B剖视图;
其中:1、悬挂钻铤;2、脉冲器;3、流量开关;4、电池短节;5、探管;6、接收短节;7、参数测量短节;11、测量钻铤;12、电池;13、耐磨带;14、应变片;15、控制电路板;16、无线通信模块;17、内环空压力测量模块;18、外环空压力测量模块;19、振动采集模块;20、上电插头。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
需要说明的是,当部件被称为“装设于”、“固定于”或“设置于”另一个部件上,它可以直接在另一个部件上或者可能同时存在居中部件。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件,它可以是直接连接到另一个部件或者可能同时存在居中部件。
还需要说明的是,本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语,仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的,而不应该认为是具有限制性的。
实施例1
如图1-图4所示,一种小尺寸的钻井参数监控系统,包括依次连接的悬挂钻铤1、脉冲器2、流量开关3、电池短节4、探管5、接收短节6和参数测量短节7;
所述悬挂钻铤1用于连接井下仪器;
所述脉冲器2用于产生泥浆脉冲信号并将数据实时发送至地面;
所述流量开关3用于判断系统工作状态(工作状态包括有振动时,判断为开泵钻井状态,无振动时,判断为停泵不工作状态)在不需要仪器工作时,使仪器停止工作,降低电池短节4消耗;
所述电池短接4用于给信号上传系统供电,信号上传系统是脉冲器2和地面的解码系统;
所述探管5将收到的数据进行编码,并控制脉冲器2动作,将数据上传至地面;
所述接收短节6用于参数测量短节7发送的数据,并将数据传递至探管5;
所述参数测量短节7用于采集转速、钻压、扭矩、冲击振动、温度和内外环空压力。
其中,所述参数测量短节7包括测量钻铤11,所述测量钻铤11内设置有电池12、耐磨带13、应变片14组、控制电路板15、无线通信模块16、内环空压力测量模块17、外环空压力测量模块18、振动采集模块19和上电插头20,所述耐磨带13设置在电池12外侧并通过激光焊接在测量钻铤11上;
所述电池12用于应变片14组、控制电路板15、无线通信模块16、内环空压力测量模块17、外环空压力测量模块18和振动采集模块19供电;
所述应变片14组包括高精剪切双羽应变片14和高精单羽应变片14,高精单羽应变片14用于测量钻压,高精剪切双羽应变片14用于测量扭矩,所述应变片14组用于测量钻铤11弯矩和扭矩,四个传感器数据互相补偿,提高测量精度;
所述控制电路板15用于接收应变片14组、内环空压力测量模块17、外环空压力测量模块18和振动采集模块19的信号,并通过无线通信模块16发送至探管5;
所述无线通信模块16用于探管5和控制电路板15的无线连接;
所述内环空压力测量模块17使用高精度压力传感器且采集测量钻铤11内部压力;
所述外环空压力测量模块18使用高精度压力传感器且采集测量钻铤11外部压力;
所述振动采集模块19使用三轴振动传感器,采集系统工作时轴向和径向振动数据,系统可设置振动门限,当测量数值超过所设置门限时,判断井下仪器、钻具存在故障风险,会向地面发送预警信息,保护仪器。
实施例2
一种小尺寸的钻井参数监控系统,包括依次连接的悬挂钻铤1、脉冲器2、流量开关3、电池短节4、探管5、接收短节6和参数测量短节7;
所述悬挂钻铤1用于连接井下仪器;
所述脉冲器2用于产生泥浆脉冲信号并将数据实时发送至地面;
所述流量开关3用于判断系统工作状态(工作状态包括有振动时,判断为开泵钻井状态,无振动时,判断为停泵不工作状态)在不需要仪器工作时,使仪器停止工作,降低电池短节4消耗;
所述电池短接4用于给信号上传系统供电,信号上传系统是脉冲器2和地面的解码系统;
所述探管5将收到的数据进行编码,并控制脉冲器2动作,将数据上传至地面;
所述接收短节6用于参数测量短节7发送的数据,并将数据传递至探管5;
所述参数测量短节7用于采集转速、钻压、扭矩、冲击振动、温度和内外环空压力。
其中,所述参数测量短节7包括测量钻铤11,所述测量钻铤11内设置有电池12、耐磨带13、应变片14组、控制电路板15、无线通信模块16、内环空压力测量模块17、外环空压力测量模块18、振动采集模块19和上电插头20,所述耐磨带13设置在电池12外侧并通过激光焊接在测量钻铤11上;
所述电池12用于应变片14组、控制电路板15、无线通信模块16、内环空压力测量模块17、外环空压力测量模块18和振动采集模块19供电;
所述应变片14组包括高精剪切双羽应变片14和高精单羽应变片14,高精单羽应变片14用于测量钻压,高精剪切双羽应变片14用于测量扭矩,所述应变片14组用于测量钻铤11弯矩和扭矩,四个传感器数据互相补偿,提高测量精度;
所述控制电路板15用于接收应变片14组、内环空压力测量模块17、外环空压力测量模块18和振动采集模块19的信号,并通过无线通信模块16发送至探管5,所述控制电路板15还包括陀螺传感器和温度传感器,所述陀螺传感器采集转动角度回传至控制电路板15计算转速,所述温度传感器用于采集温度;
所述无线通信模块16用于探管5和控制电路板15的无线连接;
所述内环空压力测量模块17使用高精度压力传感器且采集测量钻铤11内部压力;
所述外环空压力测量模块18使用高精度压力传感器且采集测量钻铤11外部压力;
所述振动采集模块19使用三轴振动传感器,采集系统工作时轴向和径向振动数据,系统可设置振动门限,当测量数值超过所设置门限时,判断井下仪器、钻具存在故障风险,会向地面发送预警信息,保护仪器。
其中,所述控制电路板15通过无线通信模块16与探管5相连。
其中,所述控制电路板15与电池12、应变片14组、无线通信模块16、内环空压力测量模块17、外环空压力测量模块18和振动采集模块19相连。
其中,所述电池12与应变片14组、控制电路板15、无线通信模块16、内环空压力测量模块17、外环空压力测量模块18、振动采集模块19和上电插头20。
其中,所述控制电路板15具备数据存储功能。
其中,所述控制电路板15和无线通信模块16设置在测量钻铤11左侧,所述电池12设置在测量钻铤11右侧。
其中,所述应变片14组、无线通信模块16、内环空压力测量模块17、外环空压力测量模块18、振动采集模块19和上电插头20设置在测量钻铤11中部。
其中,所述应变片14组为4组,4组应变片14组对向安装在测量钻铤11上。
其中,所述悬挂钻铤1和测量钻铤11直径为105mm。本系统能够满足小尺寸(105mm)的钻井使用。
各个传感器根据系统设置要求,采集相关工程参数数据,工程参数控制电路采集各个传感器的数据,进行存储并将数据发送给无线通信模块16,无线通信模块16通过无线信号将数据发送给无线接收模块,无线接收模块收到数据并存储,探管5读取无线接收短节6中的工程参数数据后,进行编码,并控制脉冲器2动作,发送脉冲信号,脉冲信号以泥浆压力为载体,将数据上传至地面。
本发明提供的一种小尺寸的钻井参数监控系统,能够耐温达到175℃,耐压达到140MPa的钻井参数监控系统,测量转速、钻压、扭矩、冲击振动、温度、内外环空压力等工程参数,该系统由参数测量短节7和数据上传系统组成,本发明适用于小尺寸钻具,可监控井下钻井参数变化,并能根据监控数据进行井下仪器故障判断和井下事故预警,同时可以将井下数据实时传输至地面,可有效降低井下仪器故障风险和事故风险,提高钻井安全。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明做任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化,均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小尺寸的钻井参数监控系统,其特征在于:包括依次连接的悬挂钻铤(1)、脉冲器(2)、流量开关(3)、电池短节(4)、探管(5)、接收短节(6)和参数测量短节(7);
所述悬挂钻铤(1)用于连接井下仪器;
所述脉冲器(2)用于产生泥浆脉冲信号并将数据实时发送至地面;
所述流量开关(3)用于判断系统工作状态;
所述电池短节(4)用于给信号上传系统供电;
所述探管(5)将收到的数据进行编码,并控制脉冲器(2)动作,将数据上传至地面;
所述接收短节(6)用于参数测量短节发送的数据,并将数据传递至探管(5);
所述参数测量短节(7)用于采集转速、钻压、扭矩、冲击振动、温度和内外环空压力。
2.根据权利要求1所述的一种小尺寸的钻井参数监控系统,其特征在于:所述参数测量短节包括测量钻铤(11),所述测量钻铤(11)内设置有电池(12)、耐磨带(13)、应变片(14)组、控制电路板(15)、无线通信模块(16)、内环空压力测量模块(17)、外环空压力测量模块(18)、振动采集模块(19)和上电插头(20)。
3.根据权利要求2所述的一种小尺寸的钻井参数监控系统,其特征在于:所述控制电路板(15)通过无线通信模块(16)与探管(5)相连。
4.根据权利要求3所述的一种小尺寸的钻井参数监控系统,其特征在于:所述控制电路板(15)与电池(12)、应变片(14)组、无线通信模块(16)、内环空压力测量模块(17)、外环空压力测量模块(18)和振动采集模块(19)相连。
5.根据权利要求4所述的一种小尺寸的钻井参数监控系统,其特征在于:所述电池(12)与应变片(14)组、控制电路板(15)、无线通信模块(16)、内环空压力测量模块(17)、外环空压力测量模块(17)、振动采集模块(19)和上电插头(20)。
6.根据权利要求5所述的一种小尺寸的钻井参数监控系统,其特征在于:所述控制电路板(15)具备数据存储功能。
7.根据权利要求6所述的一种小尺寸的钻井参数监控系统,其特征在于:所述控制电路板(15)和无线通信模块(16)设置在测量钻铤(11)左侧,所述电池(12)设置在测量钻铤(11)右侧。
8.根据权利要求7所述的一种小尺寸的钻井参数监控系统,其特征在于:所述应变片(14)组、无线通信模块(16)、内环空压力测量模块(17)、外环空压力测量模块(18)、振动采集模块(19)和上电插头(20)设置在测量钻铤(11)中部。
9.根据权利要求8所述的一种小尺寸的钻井参数监控系统,其特征在于:所述应变片(14)组为4组,4组应变片(14)组对向安装在测量钻铤(11)上。
10.根据权利要求1或9所述的一种小尺寸的钻井参数监控系统,其特征在于:所述悬挂钻铤(1)和测量钻铤(11)直径为105mm。
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