CN116255134B - 一种卡针式井斜仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种卡针式井斜仪，包括井斜筒体、井斜感应部件和井斜信号产生部件，当针式井斜仪进行测量时，需要适当的增加钻井液(高于正常钻井过程中的流量)的排量，当内部在钻井液的作用下增加时，外旁通活塞在内部压力的作用下，压缩下部外旁通弹簧向下移动，外旁通活塞堵塞内脉冲筒下部的过流孔，使得内脉冲筒内部压力升高，压力推进控制弹簧向上移，从而使得摆针插入到相应的定位孔中，通过吊锤在重力作用下的偏摆定位不同来感应井斜变化，进行控制配流轴的过流孔数量发生变化，随着井斜角的变化，在过流孔位置产生连续周期波形幅值数量变化的脉冲信号波，地面即可通过脉冲信号波形形式分析出所感应的井斜角。

Description

一种卡针式井斜仪

技术领域

本发明涉及随钻井斜测量装置技术领域，特别是涉及一种卡针式井斜仪。

背景技术

在油气、地热资源的勘探过程中不可避免的面临高温高压等恶劣井下工况。国内外现有的传统电控式随钻测量工具在温度高于200℃时，由于其内部电器元件以及材料的耐温性能，极易在高温环境下出现失效现象，影响钻井进度，而且只能进行单点测量，无法进行随钻测量，大大增加施工成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种卡针式井斜仪，以解决上述现有技术存在的问题，该井斜仪为机械式井下工具面压力信号传输装置，采用纯机械结构，内部不含任何电子元器件，因此，不受高温的影响，环境适应性强，能够实现超高温钻井中井斜角的测量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种卡针式井斜仪，包括

井斜筒体，所述井斜筒体包括同轴设置的外筒和内脉冲筒，所述内脉冲筒位于所述外筒的内腔中，所述外筒和内脉冲筒之间设置有外旁通活塞，所述外旁通活塞的下部设置有外旁通弹簧，所述外旁通活塞用于堵塞所述内脉冲筒下部的过流孔；以及

井斜感应部件，所述井斜感应部件包括设置于所述内脉冲筒内部的吊锤、活塞座和控制弹簧，所述吊锤的顶部与所述内脉冲筒的上吊盖相铰接，所述吊锤的底部设置有摆针，所述活塞座的顶部设置有用于与所述摆针插套配合的多个定位孔，所述吊锤的外侧位于所述上吊盖的底部与活塞座的顶部之间安装有所述控制弹簧，所述活塞座与控制弹簧底部相连；以及

井斜信号产生部件，所述井斜信号产生部件包括配流轴和配流座，所述活塞座的底部连接有所述配流轴，所述配流座装配在所述配流轴上，所述配流轴上开设有多个编码孔，所述配流座中均分有多个配流阀块，各所述配流阀块分别对应各编码孔的位置；钻井液自配流轴上的通孔进入后流经编码孔，所述配流阀块在流体压力作用下使得复位弹簧压缩，打开所述配流阀块上的过流孔，所述过流孔驱动所述配流座底部的阀块涡轮旋转，所述阀块涡轮上设计有阀块，所述阀块可扫略配流座产生压力脉冲波，从而在过流孔位置产生连续周期波形幅值数量变化的脉冲信号波，地面即可通过脉冲信号波形形式分析出所感应的井斜角。

在其中一个实施例中，所述外筒的上下两端分别设置有上接头和下接头，所述内脉冲筒的顶部设置有上导流压帽。

在其中一个实施例中，所述活塞座和配流座之间设置有隔套，所述隔套的周向设置有配流孔。

在其中一个实施例中，所述内脉冲筒的内腔下部设置有下支撑轴承座，所述配流轴的底部通过轴承装配在所述下支撑轴承座中。

在其中一个实施例中，所述吊锤的顶部通过铰接件二与转轴相连，所述转轴的顶部通过铰接件一与所述上吊盖相连。

在其中一个实施例中，中间的定位孔两侧对称分布有长度递减的定位孔，定位孔为五个测量段位。

在其中一个实施例中，所述配流轴的顶部与所述活塞座的底部螺纹连接。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明的卡针式井斜仪，包括井斜筒体、井斜感应部件和井斜信号产生部件，当针式井斜仪进行测量时，需要适当的增加钻井液（高于正常钻井过程中的流量）的排量，当内部在钻井液的作用下增加时，外旁通活塞在内部压力的作用下，压缩下部外旁通弹簧向下移动，外旁通活塞堵塞内脉冲筒下部的过流孔，使得内脉冲筒内部压力升高，压力推进控制弹簧向上移，从而使得摆针插入到相应的定位孔中，通过吊锤在重力作用下的偏摆定位不同来感应井斜变化，进行控制配流轴的过流孔数量发生变化，随着井斜角的变化，在过流孔位置产生连续周期波形幅值数量变化的脉冲信号波，地面即可通过脉冲信号波形形式分析出所感应的井斜角。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中卡针式井斜仪的整体结构示意图；

图2为井斜感应部件的结构组成图；

图3为内部脉冲发生测量结构图；

图4为井斜信号产生部件的俯视图；

图5为井斜信号产生部件的结构组成图；

图6为配流轴的结构图；

图7为阀块涡轮的结构图；

图8为五组编码孔产生的压力脉冲信号波对比图；

其中，1上接头；2上导流压帽；3上吊盖；4控制弹簧；5外筒；6活塞座；7隔套；8外旁通弹簧；9轴承；10配流轴；11下接头；12下支撑轴承座；13轴承；14阀块涡轮；15配流阀块；16配流座；17吊锤；18内脉冲筒；19转轴；20铰接件一；21铰接件二；22摆针；23定位孔；24配流轴过流孔；25配流孔；26复位弹簧；27编码孔；28过流孔；29螺纹；30阀块；31中心孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种卡针式井斜仪，以解决上述现有技术存在的问题，该井斜仪为机械式井下工具面压力信号传输装置，采用纯机械结构，内部不含任何电子元器件，因此，不受高温的影响，环境适应性强，能够实现超高温钻井中井斜角的测量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图8所示，本发明提供一种卡针式井斜仪，包括

井斜筒体，井斜筒体包括同轴设置的外筒5和内脉冲筒18，内脉冲筒18位于外筒5的内腔中，外筒5和内脉冲筒18之间设置有外旁通活塞，外旁通活塞的下部设置有外旁通弹簧8，外旁通活塞用于堵塞内脉冲筒下部的过流孔；以及

井斜感应部件，井斜感应部件包括设置于内脉冲筒18内部的吊锤17、活塞座6和控制弹簧4，吊锤17的顶部与内脉冲筒18的上吊盖3相铰接，吊锤17的底部设置有摆针22，活塞座6的顶部设置有用于与摆针22插套配合的多个定位孔23，吊锤17的外侧位于上吊盖3的底部与活塞座6的顶部之间安装有控制弹簧4，活塞座6与控制弹簧4底部相连；以及

井斜信号产生部件，井斜信号产生部件包括配流轴10和配流座16，活塞座6的底部连接有配流轴10，配流座16装配在配流轴10上，配流轴10上开设有多个编码孔27，配流座16中均分有多个配流阀块15，各配流阀块15分别对应各编码孔27的位置；钻井液自配流轴10上的通孔进入后流经编码孔27，配流阀块15在流体压力作用下使得复位弹簧26压缩，打开配流阀块15上的过流孔28，过流孔28驱动配流座16底部的阀块涡轮14旋转，阀块涡轮14上设计有阀块30，阀块30可扫略配流座16产生压力脉冲波，从而在过流孔28位置产生连续周期波形幅值数量变化的脉冲信号波，地面即可通过脉冲信号波形形式分析出所感应的井斜角。

在其中一个实施例中，外筒5的上下两端分别设置有上接头1和下接头11，内脉冲筒18的顶部设置有上导流压帽2，活塞座6和配流座16之间设置有隔套7，隔套7的周向设置有配流孔25，内脉冲筒18的内腔下部设置有下支撑轴承座12，配流轴10的底部通过轴承13装配在下支撑轴承座12中。

在其中一个实施例中，吊锤17的顶部通过铰接件二21与转轴19相连，转轴19的顶部通过铰接件一20与上吊盖3相连，配流轴10的顶部与活塞座6的底部螺纹29连接。

如图2所示，井斜感应部件主要为吊锤17，吊锤17上端部通过铰接方式与上吊盖3进行连接，下端设计有摆针22，摆针22与活塞座6进行插套式连接。在感应井斜角时，本发明通过吊锤17在重力作用下，会随着井斜角的变化相对于工具轴线产生偏摆，其下部吊锤摆针22插入活塞座6内不同的位置处，即限制了控制弹簧4的轴向移动位置，进而可实现不同位置对应不同的感应井斜角，实现对井斜角感应信号的转化，如图2所示设置5个测量段位，如图设计最大感应井斜角为10°，测量精度为2°，并可根据井斜测量精度进行调整，具体为，在工具外径不变的条件下，通过调整图1中吊锤17的长度可以实现最大感应井斜角的调整，而测量精度的大小则与摆针22直径密切相关，通过采用高强度材料及倍程机构可有效提高测量精度。

如图3-图7所示，当井斜感应部件完成井斜的感应后，需要将井斜信号进行转化成泥浆脉冲信号，上传至地面，此处为主要井斜信号的发生部件作用原理。当摆针22与定位孔23完成井斜角的感应后，控制了配流轴10上脉冲发生孔的位置及数量变化，可实现不同井斜对应不同的径向配流轴10的编码孔27设计数量，如图6所示。进一步结构说明如图4-图5所示，当工具进行测量时，配流轴过流孔24其为钻井液的主要流通通道。当配流轴10位置确定后，其所对应的编码孔27与配流阀块15，配流座16上均分5个配流阀块15，分别对应编码孔27的位置。钻井液流经编码孔27，配流阀块15在流体压力作用下使得复位弹簧26压缩，打开下部过流孔25。不同编码孔27所能开启的配流阀块15的数量不同，从而完成编码。此时过流孔28驱动阀块涡轮14旋转，阀块涡轮14设计有阀块30可扫略配流座16产生压力脉冲波，阀块涡轮14结构如图7所示。

图6为配流轴结构图，布置5组编码孔27与活塞座6相对应，不限于如图所示的配流轴10的尺寸及布孔的数量，可通过实际对井斜测量精度的要求进行设计。当井斜角发生变化时，配流轴10的位置发生移动所对应的过流孔28数量变化，产生单位周期内不同脉动数量的泥浆脉冲信号，实现对井下井斜角的信息转化，如图8所示。

本发明中的卡针式井斜仪的特点如下：

1.本发明工具整体采用机械式结构，不受温度限制；

2.可通过测量需求对结构进行改进，完成0°-90°的井斜角度测量，相对于现有的机械式井斜仪所采用的偏摆式结构存在的测量范围小，结构加工困难，在实现性及可加工性上具有友好性；

2.通过吊锤17结构结合水力涡轮结构通过单位周期内幅值数量实现机械式井斜测量，可实现随钻测量；

3.通过吊锤17及活塞座6配合限制配流轴10的移动距离，控制不同井斜对应不同数量的过流孔28，在配流涡轮的作用下实现单位周期内波形幅值变化的井斜角信号；

4.通过控制弹簧4型号不同压力大小设定测量开启，可满足不同井下工况、随钻测量任务。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种卡针式井斜仪，其特征在于：包括

井斜筒体，所述井斜筒体包括同轴设置的外筒和内脉冲筒，所述内脉冲筒位于所述外筒的内腔中，所述外筒和内脉冲筒之间设置有外旁通活塞，所述外旁通活塞的下部设置有外旁通弹簧，所述外旁通活塞用于堵塞所述内脉冲筒下部的过流孔；以及

井斜感应部件，所述井斜感应部件包括设置于所述内脉冲筒内部的吊锤、活塞座和控制弹簧，所述吊锤的顶部与所述内脉冲筒的上吊盖相铰接，所述吊锤的底部设置有摆针，所述活塞座的顶部设置有用于与所述摆针插套配合的多个定位孔，所述吊锤的外侧位于所述上吊盖的底部与活塞座的顶部之间安装有所述控制弹簧，所述活塞座与控制弹簧底部相连；以及

井斜信号产生部件，所述井斜信号产生部件包括配流轴和配流座，所述活塞座的底部连接有所述配流轴，所述配流座装配在所述配流轴上，所述配流轴上开设有多个编码孔，所述配流座中均分有多个配流阀块，各所述配流阀块分别对应各编码孔的位置；钻井液自配流轴上的通孔进入后流经编码孔，所述配流阀块在流体压力作用下使得复位弹簧压缩，打开所述配流阀块上的过流孔，所述过流孔驱动所述配流座底部的阀块涡轮旋转，所述阀块涡轮上设计有阀块，所述阀块扫略配流座产生压力脉冲波，从而在过流孔位置产生连续周期波形幅值数量变化的脉冲信号波，在地面通过脉冲信号波形形式分析出所感应的井斜角；

所述活塞座和配流座之间设置有隔套，所述隔套的周向设置有配流孔；所述内脉冲筒的内腔下部设置有下支撑轴承座，所述配流轴的底部通过轴承装配在所述下支撑轴承座中；所述吊锤的顶部通过铰接件二与转轴相连，所述转轴的顶部通过铰接件一与所述上吊盖相连；中间的定位孔两侧对称分布有长度递减的定位孔，定位孔为五个测量段位；所述配流轴的顶部与所述活塞座的底部螺纹连接；

当针式井斜仪进行测量时，增加钻井液的排量，当内部在钻井液的作用下增加时，外旁通活塞在内部压力的作用下，压缩下部外旁通弹簧向下移动，外旁通活塞堵塞内脉冲筒下部的过流孔，使得内脉冲筒内部压力升高，压力推进控制弹簧向上移，从而使得摆针插入到相应的定位孔中，通过吊锤在重力作用下的偏摆定位不同来感应井斜变化，进行控制配流轴的过流孔数量发生变化，随着井斜角的变化，在过流孔位置产生连续周期波形幅值数量变化的脉冲信号波。

2.根据权利要求1所述的卡针式井斜仪，其特征在于：所述外筒的上下两端分别设置有上接头和下接头，所述内脉冲筒的顶部设置有上导流压帽。