CN116122798A - 随钻测斜仪及井下作业工具 - Google Patents

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丁旭东
贾建波
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陈运河
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Abstract

本发明涉及一种随钻测斜仪及井下作业工具，其中，随钻测斜仪包括安装在钻具的泥浆通道内的测斜基体，所述测斜基体的内部开设有沿其轴线方向延伸至贯穿所述测斜基体的安装孔，所述测斜基体两端的所述安装孔内均密封连接有密封结构，所述密封结构用于使所述测斜基体的内部形成一密封舱，所述密封舱内安装有测斜单元，所述测斜单元用于经过计算得到井斜角信息和方位角信息。本发明的测斜单元设置在钻具的泥浆通道内，从而实现了在钻进的过程中实时测量，提高了测量精度，减少了下钻次数。

Description

随钻测斜仪及井下作业工具
技术领域
本发明属于随钻测斜技术领域，具体涉及一种随钻测斜仪及井下作业工具。
背景技术
在石油勘探开发钻井过程中，需要对井眼轨迹进行测量，现有技术一般采用多点式电子测斜仪，钻进结束后投入到测量钻具中，进行井斜和方位的测量，这种测量方式需要专门下一趟钻，不能在钻进的过程中实时进行。
如果在井下钻具中安装测斜仪，就可以在钻进的过程中进行实时测量，因此亟需一种随钻测斜仪，从而实现在钻进的过程中实时测量井眼轨迹。
发明内容
为了解决上述全部或部分问题，本发明目的在于提供一种随钻测斜仪及井下作业工具，通过将测斜基体和测斜单元设置在钻具的泥浆通道内，能够实现在钻井的过程中实时测量相关的数据，减少下钻的次数。
根据本发明的一个方面，提供了一种随钻测斜仪，包括安装在钻具的泥浆通道内的测斜基体，所述测斜基体的内部开设有沿其轴线方向延伸至贯穿所述测斜基体的安装孔，所述测斜基体两端的所述安装孔内均密封连接有密封结构，所述密封结构用于使所述测斜基体的内部形成一密封舱，所述密封舱内安装有测斜单元，所述测斜单元用于经过计算得到井斜角信息和方位角信息。
进一步的，每个所述密封结构均包括密封堵头，所述密封堵头设置在所述安装孔内，且与所述测斜基体密封连接。
进一步的，每个所述密封结构还包括端帽，所述端帽设置在对应的所述密封堵头远离所述密封舱的一端，所述端帽与所述测斜基体之间密封连接。
进一步的，所述端帽露出所述测斜基体的一端为流线型结构，且所述端帽靠近所述测斜基体处设置有铣扁。
进一步的，所述端帽和对应的所述密封堵头之间设置有弹簧垫圈。
进一步的，所述测斜单元包括测斜传感器、测斜电路板和存储器，其中，所述测斜传感器包括用于测量磁通门值的磁通门传感器和用于测量加速度值的加速度传感器，所述磁通门传感器、加速度传感器、测斜电路板和存储器组成的整体结构设置在灌封结构内，所述灌封结构位于所述安装孔内，所述测斜基体内设有限位台阶，所述灌封结构位于所述限位台阶和其中一个所述密封结构之间。
进一步的，所述测斜基体的安装孔内还设有电池，所述电池和所述限位台阶之间的所述安装孔内连接有限位块，所述电池位于另外一个所述密封结构和所述限位块之间；
所述限位块上设有过线孔，所述电池通过设置在所述过线孔中的连接线与所述测斜电路板连接。
进一步的，所述加速度传感器包括两组加速度计，其中一组所述加速度计包括测量所述钻具的轴线方向的加速度的加速度计和测量与所述轴线方向垂直的第一方向的加速度的加速度计；另外一组所述加速度计包括测量所述钻具的轴线方向的加速度的加速度计和测量与所述轴线方向垂直的第二方向的加速度的加速度计，所述第一方向和所述第二方向垂直。
根据本发明的另一方面，提供了一种井下作业工具，包括钻具，所述钻具上开设有沿其轴线方向延伸的泥浆通道，还包括以上任一项所述的随钻测斜仪，所述随钻测斜仪设置在所述钻具的泥浆通道内，且所述随钻测斜仪的测斜基体通过所述连接结构与所述钻具的内壁连接，所述连接结构上开设有供泥浆流通的流通孔。
进一步的，所述连接结构为连接法兰，所述连接法兰包括法兰内圈和法兰外圈，所述法兰内圈套设于所述测斜基体的外壁，所述法兰外圈用于与所述钻具连接，所述法兰外圈和所述法兰内圈之间通过若干个连接翼连接，相邻两个所述连接翼之间形成供泥浆流通的流通孔。
进一步的，所述测斜基体的轴线与所述钻具的轴线重合。
由上述技术方案可知，本发明提供的一种随钻测斜仪及井下作业工具，具有如下有益效果：
本发明随钻测斜仪的测斜单元设置在钻具的泥浆通道内，从而实现了在钻进的过程中实时测量井斜角信息和方位角信息，提高了测量精度，减少了下钻次数。
附图说明
图1为本发明实施例的测斜仪于钻具之间的连接示意图；
图2为本发明实施例的连接法兰的平面图；
图3为本发明实施例的测斜仪的剖视图；
图4为本发明实施例的加速度计的示意图；
图5为方位角和井斜角的示意图；
图中附图标记为：密封结构1、端帽11、密封堵头12、钻具2、限位块3、连接法兰4、连接翼41、流通孔42、测斜基体5、限位台阶51、电池6、测斜单元7、存储器71、第一组加速度计711、第二组加速度计712、测斜传感器72、测斜电路板73、灌封结构8。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种随钻测斜仪及井下作业工具做进一步详细的描述。
如图1所示，其示出了本发明实施例的一种随钻测斜仪，包括安装在钻具2的泥浆通道内的测斜基体5，所述测斜基体5的内部开设有沿其轴线方向延伸至贯穿所述测斜基体5的安装孔，所述测斜基体5两端的所述安装孔内均密封连接有密封结构1，所述密封结构1用于使所述测斜基体5的内部形成一密封舱，所述密封舱内安装有测斜单元7，所述测斜单元7用于经过计算得到井斜角信息和方位角信息。
具体的，钻具2为中空的柱状结构，钻具2的中空的空间形成泥浆通道，在钻具2钻进的过程中，钻具2的泥浆通道内会填充泥浆，本实施例的测斜基体5安装在钻具2的泥浆通道内，测斜基体5内设置测斜单元7，相比现有技术中测斜仪直接安装在钻具2侧壁上的安装槽里的安装方式而言，本发明实施例通过将测斜基体安装于钻具的泥浆通道中，提高了使用测斜基体5内的测斜单元7进行测量时的测量精度；另外为了避免泥浆进入测斜基体5的安装孔内对测斜单元7造成影响，本实施例中，安装孔两端的测斜基体5上均连接有密封结构1，所述密封结构1与测斜基体5密封连接从而使测斜基体5内的安装孔形成密封舱，测斜单元7则设置在该密封舱内。本实施例中将测斜仪安装在钻具2内，能够实时测量井斜角信息和方位角信息，省去了打钻后再下一趟钻测量轨迹的过程，其中，井斜角是指轨迹上某点的切线方向与竖直方向之间的夹角，方位角是指轨迹上某点的切线在水平面上的投影与正北方向之间的夹角。
在一具体实施例中，如图1、图3所示，每个所述密封结构1均包括密封堵头12，所述密封堵头12设置在所述安装孔内，且与所述测斜基体5密封连接。本实施例中密封结构1是指密封堵头12，且密封堵头12与测斜基体5密封连接，通过密封堵头12的设置能够实现对安装孔两端的测斜基体5的密封，从而实现使所述测斜基体5内的安装孔形成一密封舱的目的。
在一具体实施例中，如图1、图3所示，每个所述密封结构1还包括端帽11，所述端帽11设置在对应的所述密封堵头12远离所述密封舱的一端，所述端帽11与所述测斜基体5之间密封连接。本实施例中密封结构1还包括端帽11，端帽11与测斜基体5之间同样为密封连接，本实施例的设置实现了对安装孔的双重密封，从而可以提高密封的性能，另外端帽11和密封堵头12之间同样可以采取螺纹连接，具体的在密封堵头12上设置螺纹孔，端帽11上设置与螺纹孔配合的外螺纹结构即可。
在一具体实施例中，所述端帽11露出所述测斜基体5的一端为流线型结构，且所述端帽11靠近所述测斜基体5处设置有铣扁。本实施例中所述端帽11采取流线型结构从而可以有效减少泥浆的冲刷，降低流道的压降；另外所述铣扁设置在端帽11靠近测斜基体5处，铣扁的设置能够便于端帽11的安装和拆卸。
在一具体实施例中，所述端帽11和对应的所述密封堵头12之间设置有弹簧垫圈。本实施例中，弹簧垫圈的设置能够起到减震的目的，另外还可以在端帽11和密封堵头12之间设置平垫圈。
在一具体实施例中，如图3所示，所述测斜单元7包括测斜传感器72、测斜电路板73和存储器71，其中，所述测斜传感器72包括用于测量磁通门值的磁通门传感器和用于测量加速度值的加速度传感器，所述磁通门传感器、加速度传感器、测斜电路板73和存储器71组成的整体结构设置在灌封结构8内，所述灌封结构8位于所述安装孔内，所述测斜基体5内设有限位台阶51，所述灌封结构8位于所述限位台阶51和其中一个所述密封结构1之间，具体的，例如灌封结构8采用灌封橡胶。
本实施例中，所述磁通门传感器用于测量磁通门测量值，所述磁通门传感器为三轴磁通门传感器，加速度传感器用于测量加速度值；所述测斜电路板73用于接收采集的磁通门测量值和加速度测量值，并根据磁通门测量值和加速度测量值计算得到井斜角和方位角，将计算得到的井斜角和方位角存储在存储器71中，所述测斜电路板73还用于和上位机进行数据传输和通信；所述存储器71用于存储方位角信息和井斜角信息，因此仪器出井后，根据内存数据和时间戳，即可得到对应深度上的井斜角数据和方位角数据，其中限位台阶51的设置使得灌封结构8被限位在限位台阶51和密封结构1之间，从而可以降低灌封结构8在测斜基体5内的晃动。
在一具体实施例中，如图1、图3所示，所述测斜基体5的安装孔内还设有电池6，所述电池6和所述限位台阶51之间的所述安装孔内连接有限位块3，所述电池6位于另外一个所述密封结构1和所述限位块3之间；所述限位块3上设有过线孔，所述电池6通过设置在所述过线孔中的连接线与所述测斜电路板73连接。
本实施例中，所述电池6用于为所述测斜电路板73供电，所述限位块3用于对电池6起到限位作用，限位块3上的过线孔用于放置连接线，连接线连接电池6和测斜电路板73。
在一具体实施例中，如图4所示，所述加速度传感器包括两组加速度计，其中一组所述加速度计包括测量所述钻具2的轴线方向的加速度的加速度计和测量与所述轴线方向垂直的第一方向的加速度的加速度计；另外一组所述加速度计包括测量所述钻具2的轴线方向的加速度的加速度计和测量与所述轴线方向垂直的第二方向的加速度的加速度计，所述第一方向和所述第二方向垂直。
本实施例中，所述加速度传感器包括两组加速度计，两组加速度计与所述钻铤之间的位置关系如图4所示，第一组加速度计711包括设置在钻具的轴线方向(图4中Z轴方向)，用于测量钻铤的轴线方向的加速度的加速度计(该加速度计的测量结果为gz)，和用于测量与钻铤的轴线方向垂直的X轴的加速度的加速度计(该加速度计的测量结果为gx)；第二组加速度计712包括设置在钻具的轴线方向(图4中Z轴方向)，用于测量钻铤的轴线方向(图2中Z轴方向)的加速度的加速度计(该加速度计的测量结果为gz)，和用于测量与钻铤的轴线方向垂直的Y轴的加速度的加速度计(该加速度计的测量结果为gy)，且X轴方向和Y轴方向垂直，其中X轴方向即为前述第一方向，Y轴方向即为前述第二方向。其中，Z轴方向采用两个加速度计的设置方式，起到了冗余备份的目的，可以提高加速度传感器工作的可靠性。
下面根据本发明上述实施例，对本发明实施例中测斜单元7测量计算方位角和井斜角的过程说明如下：
加速度计采集加速度的测量值gx、gy和gz，磁通门传感器采集磁通门测量值HX、Hy和Hz，方位角和井斜角如图5所示：其中井斜角用α表示，方位角用β表示，则根据加速度测量值，可得：
Figure BDA0004138390200000061
另外根据加速度测量值还可以得到高边工具面角，记作θg，则
Figure BDA0004138390200000062
根据计算得到的井斜角和高边工具面角，将采集的磁通门测量值向V2方向和V1方向分解，然后通过反正切函数即可求得磁方位角，具体的：
Hvl＝Hzsinα+(Hxsinθg+Hycosθg)cosg
Hv2＝Hxcosθg-Hysinθg
Figure BDA0004138390200000071
本发明实施例的随钻测井仪能够用于得到井斜角信息和方位角信息，避免了二次下钻，且测井仪居中设置，提高了测量的精度。
其次，本发明实施例还提供一种井下作业工具，具体的，如图1所示，该井下作业工具包括钻具2，所述钻具2上开设有沿其轴线方向延伸的泥浆通道，还包括以上任意一项实施例所述的随钻测斜仪，所述随钻测斜仪设置在所述钻具2的泥浆通道内，且所述随钻测斜仪的测斜基体5通过所述连接结构与所述钻具2的内壁连接，所述连接结构上开设有供泥浆流通的流通孔。本实施例中，钻具2用于进行井下钻井，钻具2的中部开设有沿其轴线方向延伸的泥浆通道，所述泥浆通道用于在钻井的过程中供泥浆流动，本实施例中随钻测斜仪和钻具2通过连接结构连接，且所述连接结构上设有供泥浆流通的流通孔，通过流通孔的设置可以避免由于连接结构的存在对泥浆的流动产生影响导致泥浆对连接结构产生较大压力的问题，使得泥浆可以在钻具2的泥浆通道内流动。
在一具体实施例中，所述连接结构包括连接法兰4，所述测斜基体5通过连接法兰4与所述钻具2连接；如图2所示，所述连接法兰4包括法兰内圈和法兰外圈，所述法兰内圈套设于所述测斜基体5的外壁，所述法兰外圈用于与所述钻具2连接，所述法兰外圈和所述法兰内圈之间通过若干个连接翼41连接，相邻两个所述连接翼41之间形成供泥浆流通的所述流通孔42。
本实施例中，所述连接法兰4的设置使得泥浆通道内的泥浆能够顺畅的从所述连接法兰4的一侧流动至所述连接法兰4的另一侧，不影响泥浆的流速和压力；所述连接法兰4的连接翼41具体设置时可以设置为2个或者2个以上，例如设置为3个，且3个连接翼41均布在法兰内圈的圆周上；另外连接法兰4的法兰内圈和法兰外圈可以根据需要采取同轴设置；最后，法兰外圈与钻具2之间具体实施时可以采用细牙螺纹连接。另外图1中采用的一个连接法兰4连接测斜基体5和钻具2，为了提高测斜基体5的稳定性，还可以采用两个连接法兰4将测斜基体5的两端分别与钻具2连接，两个连接法兰4均需要有流通孔42。
在一具体实施例中，所述测斜基体5的轴线与所述钻具2的轴线重合。本实施例中，测斜基体5居中设置，安装在钻具2中心，具有拆卸方便的优点，且在钻具2旋转钻进的过程中，测斜基体5的轴线始终与钻具2的轴线重合，也即可以认为测斜基体5始终位于井眼的中心，从而通过设置在测斜基体5内的测斜单元7能够得到比较准确的方位角和井斜角信息，轨迹测量准确。。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
此外，术语“一”、“二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (11)

1.一种随钻测斜仪，其特征在于，包括安装在钻具的泥浆通道内的测斜基体，所述测斜基体的内部开设有沿其轴线方向延伸至贯穿所述测斜基体的安装孔，所述测斜基体两端的所述安装孔内均密封连接有密封结构，所述密封结构用于使所述测斜基体的内部形成一密封舱，所述密封舱内安装有测斜单元，所述测斜单元用于经过计算得到井斜角信息和方位角信息。
2.根据权利要求1所述的随钻测斜仪，其特征在于，每个所述密封结构均包括密封堵头，所述密封堵头设置在所述安装孔内，且与所述测斜基体密封连接。
3.根据权利要求2所述的随钻测斜仪，其特征在于，每个所述密封结构还包括端帽，所述端帽设置在对应的所述密封堵头远离所述密封舱的一端，所述端帽与所述测斜基体之间密封连接。
4.根据权利要求3所述的随钻测斜仪，其特征在于，所述端帽露出所述测斜基体的一端为流线型结构，且所述端帽靠近所述测斜基体处设置有铣扁。
5.根据权利要求3所述的随钻测斜仪，其特征在于，所述端帽和对应的所述密封堵头之间设置有弹簧垫圈。
6.根据权利要求1所述的随钻测斜仪，其特征在于，所述测斜单元包括测斜传感器、测斜电路板和存储器，其中，所述测斜传感器包括用于测量磁通门值的磁通门传感器和用于测量加速度值的加速度传感器，所述磁通门传感器、加速度传感器、测斜电路板和存储器组成的整体结构设置在灌封结构内，所述灌封结构位于所述安装孔内，所述测斜基体内设有限位台阶，所述灌封结构位于所述限位台阶和其中一个所述密封结构之间。
7.根据权利要求6所述的随钻测斜仪，其特征在于，所述测斜基体的安装孔内还设有电池，所述电池和所述限位台阶之间的所述安装孔内连接有限位块，所述电池位于另外一个所述密封结构和所述限位块之间；
所述限位块上设有过线孔，所述电池通过设置在所述过线孔中的连接线与所述测斜电路板连接。
8.根据权利要求6所述的随钻测斜仪，其特征在于，所述加速度传感器包括两组加速度计，其中一组所述加速度计包括测量所述钻具的轴线方向的加速度的加速度计和测量与所述轴线方向垂直的第一方向的加速度的加速度计；另外一组所述加速度计包括测量所述钻具的轴线方向的加速度的加速度计和测量与所述轴线方向垂直的第二方向的加速度的加速度计，所述第一方向和所述第二方向垂直。
9.一种井下作业工具，包括钻具，所述钻具上开设有沿其轴线方向延伸的泥浆通道，其特征在于，还包括权利要求1-8任意一项所述的随钻测斜仪，所述随钻测斜仪设置在所述钻具的泥浆通道内，且所述随钻测斜仪的测斜基体通过连接结构与所述钻具的内壁连接，所述连接结构上开设有供泥浆流通的流通孔。
10.根据权利要求9所述的井下作业工具，其特征在于，所述测斜基体的轴线与所述钻具的轴线重合。
11.根据权利要求9所述的井下作业工具，其特征在于，所述连接结构为连接法兰，所述连接法兰包括与所述测斜基体连接的法兰内圈和与所述钻具连接的法兰外圈，所述法兰外圈和所述法兰内圈之间通过若干个连接翼连接，相邻两个所述连接翼之间形成所述流通孔。
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