CN116950644A - 一种集成式定向与方位伽马随钻测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种集成式定向与方位伽马随钻测量仪，包括测量仪以及移动终端；所述测量仪安装于钻机钻头，所述测量仪用于检测钻头状态信息，并无线传输至所述移动终端上；所述测量仪包括无磁主筒和无磁副筒，所述无磁主筒以及所述无磁副筒之间均设置有缓冲囊包，所述缓冲囊包内安装有用于测量随钻参数的测量系统，所述测量系统与所述移动终端无线连接。本发明利用缓冲囊包对测量系统进行包裹，能够有效降低随钻测量过程中的振动，进而保护了测量系统的电路部分，另外，测量系统在减震过程中能够促进气体流动，能够有效携带测量系统工作过程中的热量，从而保证测量系统工作在稳定的温度环境下。

Description

一种集成式定向与方位伽马随钻测量仪

技术领域

本发明涉及随钻测量仪领域，特别是涉及一种集成式定向与方位伽马随钻测量仪。

背景技术

随钻测量MWD是指钻机在钻进的同时连续不断地检测有关钻孔或钻头的信息，随钻测量仪靠跟踪与导向仪实现。因此，跟踪与导向仪是水平定向钻机施工的必备测量设备。随钻测井LWD（Logging While Drilling）是在MWD（随钻测量Measure While Drilling）的基础上, 增加若干用于地层评价的参数传感器, 如补偿双侧向电阻率、自然伽马、方位中子密度、声波、补偿中子密度等发展起来的。

现有技术中，例如中国专利公开号为CN102061908B，专利名称为适用于随钻测量仪器的轴向减振器。该发明采取一筒多种减震的结构，设计了一种适用于随钻测量仪器的轴向减振器，包括储油仓、减震筒、弹簧和支撑连接杆，储油仓与减震仓之间有间隙，弹簧设置在储油仓的下端面，支撑连接杆固定在储油仓的底面并穿过弹簧下部连接承载筒；可解决气体钻井时的振动和冲击， 具有液体减震、弹簧减震和横向间隙减震三种不同的减振组合特点。

该专利在同一个承载筒中同时采用了液体减震、弹簧减震和横向间隙减震三种不同的减振组合，可以在钻进的过程由装有液压油的橡胶储油仓和弹簧共同消除来自钻具纵向的震动，在储油仓与减震筒之间留有间隙，而且由于储油仓是由橡胶制作的，所以即使钻具与井壁发生碰撞，留出的间隙和由橡胶制作的储油仓也会将碰撞产生的震动大量削减；经过多次试验，本发明设置减振设计可削弱探管振动的50％以上，可有效的保护随钻测量探管中的精密电子元器件，因此可以保证钻井过程中井下信号可靠的分段传输。

但是，该发明多为硬性连接的减震结构，测量电路与减震器之间属于硬性连接，由于振动本身可发生碰撞撞击，进而对测量系统的电路结构造成损伤甚至损坏，影响了随钻测量仪的使用寿命，存在一定的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种集成式定向与方位伽马随钻测量仪，以实现随钻测量仪的缓冲减震以及散热，保证随钻测量仪的稳定工作以及延长使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提供一种集成式定向与方位伽马随钻测量仪，包括测量仪以及移动终端；

所述测量仪安装于钻机钻头，所述测量仪用于检测钻头状态信息，并无线传输至所述移动终端上；

所述测量仪包括无磁主筒和无磁副筒，所述无磁主筒以及所述无磁副筒之间均设置有缓冲囊包，所述缓冲囊包内安装有用于测量随钻参数的测量系统，所述测量系统与所述移动终端无线连接。

进一步的，所述无磁主筒与所述无磁副筒之间一体成型，所述无磁主筒与所述无磁副筒之间设置隔离固定套，且所述隔离固定套位于两个所述缓冲囊包之间。

进一步的，所述隔离固定套螺纹安装在所述无磁主筒内壁上，所述隔离固定套上对称设置有两个紧固孔，且两个所述紧固孔贯穿设置，所述隔离固定套中心位置设置有线孔，所述线孔内壁上设置有护线圈。

进一步的，所述隔离固定套外边缘进行倒角处理，且所述隔离固定套表面与所述缓冲囊包贴合接触。

进一步的，所述隔离固定套上下底面均设置有限位孔，且当所述缓冲囊包挤压时，所述缓冲囊包部分进入到所述限位孔内。

进一步的，所述无磁副筒端部螺纹安装有密封筒，且所述密封筒远离所述无磁副筒一端设置有用于紧固所述密封筒的紧固槽。

进一步的，所述无磁副筒外侧圆周面与所述密封筒外侧圆周面平齐，所述无磁副筒靠近所述密封筒的一端设置有多道密封槽，所述密封槽内设置有密封圈。

进一步的，所述密封槽与所述密封圈一一对应，且相邻两个所述密封圈之间涂覆有密封硅脂。

进一步的，所述缓冲囊包包括圆筒状的缓冲气囊，所述缓冲气囊侧面上贯穿设置有凹腔，且相邻所述凹腔之间设置有内凹通道，且所述内凹通道通过所述缓冲气囊凹陷形成。

进一步的，所述测量系统包括控制器，所述控制器输入端设置有检测单元，所述检测单元用于检测随钻参数信息，所述控制器输出端设置有通信单元，且所述通信单元与所述移动终端无线连接。

进一步的，所述测量系统还包括供电电源、存储单元以及开关单元，所述供电电源用于提供电源电压，所述开关单元串联在所述供电电源输出端，所述存储单元与所述控制器连接，且所述存储单元用于存储随钻测量信息。

相比于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：

本发明利用缓冲囊包对测量系统进行包裹，能够有效降低随钻测量过程中的振动，进而保护了测量系统的电路部分，另外，测量系统在减震过程中能够促进气体流动，能够有效携带测量系统工作过程中的热量，从而保证测量系统工作在稳定的温度环境下。

附图说明

图1为本发明集成式定向与方位伽马随钻测量仪的整体结构示意图；

图2为本发明集成式定向与方位伽马随钻测量仪的剖面结构示意图；

图3为本发明集成式定向与方位伽马随钻测量仪的缓冲囊包俯视结构示意图；

图4为本发明集成式定向与方位伽马随钻测量仪的缓冲囊包正面结构示意图；

图5为本发明集成式定向与方位伽马随钻测量仪的隔离固定套俯视结构示意图；

图6为本发明集成式定向与方位伽马随钻测量仪的U型紧固件结构示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的集成式定向与方位伽马随钻测量仪进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

如图1和图2所示，本发明实施例提出了一种集成式定向与方位伽马随钻测量仪1，包括测量仪1以及移动终端2。

具体的，所述测量仪1安装于钻机钻头，所述测量仪1用于检测钻头状态信息，并无线传输至所述移动终端2上。

所述测量仪1包括无磁主筒3和无磁副筒4，所述无磁主筒3以及所述无磁副筒4之间均设置有缓冲囊包6，所述缓冲囊包6内安装有用于测量随钻参数的测量系统，所述测量系统与所述移动终端2无线连接。

在本实施方式中，测量仪1安装在钻井钻头的头部，在钻井钻头行进过程中，由于测量系统安装在缓冲囊包6内，缓冲囊包6能够对钻井钻头工作时产生的振动进行减缓，进而有效地减少钻井钻头的振动对测量仪1造成损伤或损坏，从而有效地延长了随钻测量仪1的使用寿命。

在钻井钻头行进过程中，测量系统实时对随钻参数信息进行采集，并无线传输至移动终端2，移动终端2上显示出随钻参数信息，操作人员可直接读取该信息。

特别的是，本发明测量系统安装在缓冲囊包6内，缓冲囊包6将测量系统包覆在其内部，并且缓冲囊包6与测量系统之间属于柔性且弹性连接，在钻井钻头下钻过程中，测量系统不会与缓冲囊包6发生碰撞，进而能够有效地对测量系统进行保护，从而延长了测量仪的使用寿命。

进一步的，所述无磁主筒3与所述无磁副筒4之间一体成型，所述无磁主筒3与所述无磁副筒4之间设置隔离固定套5，且所述隔离固定套5位于两个所述缓冲囊包6之间。

具体的，隔离固定套5将无磁主筒3以及无磁副筒4进行隔离，同时对缓冲囊包6进行固定。利用隔离固定套5能够将测量系统中的检测部分与发射部分分隔开，进而有效降低了电磁信号对发射部分造成的干扰，从而保证了测量结果的准确性。

需要说明的是，隔离固定套5可采用隔磁材料，可采用但不限于隔磁片。隔磁片既是一种具有磁吸收的磁介质，又是一种具有电吸收的电介质。在低频段，吸波材料隔磁片主要依靠磁滞效应、涡流效应及磁后效的损耗来造成铁氧体对电磁波的损耗；在高频段，则主要来源于自然共振损耗、畴壁共振损耗及介电损耗。

隔磁片是经过恒高温烧结而成的软磁性材料，具有高磁导率低磁损因子。它是利用功能成分晶格电场热运动引起的电子散射以及电子与电子之间的相互作用，吸收电磁波能量并将其转化为热能，从而达到衰减电磁波的目的。

进一步的，所述隔离固定套5螺纹安装在所述无磁主筒3内壁上，所述隔离固定套5上对称设置有两个紧固孔13，且两个所述紧固孔13贯穿设置，所述隔离固定套5中心位置设置有线孔14，所述线孔内壁上设置有护线圈。

具体的，如图5和图6所示，隔离固定套5可通过U型紧固件从无磁副筒4旋入到无磁主筒3上，在隔离固定套5旋入的过程中，隔离固定套5对无磁主筒3内的缓冲囊包6进行挤压固定，从而完成无磁主筒3内缓冲囊包6的固定。同时，隔离固定套5实现了无磁主筒3与无磁副筒4之间的隔离，降低了电磁信号之间的干扰，从而保证了随钻参数信息的正常发射。

另外，U型紧固件的尺寸型号可根据紧固孔13的间距来确定，U型紧固件可以为非标件，可根据紧固孔的间距以及内径大小进行设计制造。在进行隔离固定套5的固定时，只需要将U型紧固件的开口插入到两个紧固孔13内，随后正向或反向旋转即可实现隔离固定套5的安装和拆卸。

与此同时，紧固孔13为微孔设计，在降低无磁主筒3与无磁副筒4之间信号干扰的同时，还能够使得无磁主筒3与无磁副筒4之间连通，方便其内部气流流动，从而加快了测量系统的热量散失，保证了测量系统工作在稳定的温度环境内。而测量系统中信号线或电源线从护线圈内穿过，以实现无磁主筒3与无磁副筒4之间电路结构的连接。

为了方便对测量系统进行开启和关闭状态的控制，由于无磁主筒3两端处于封闭状态以及隔离固定套5隔离状态，测量系统中的开关控制部分设置在无磁副筒4内，通过打开无磁副筒4即可实现测量系统的开启和关闭状态的切换。

在一具体实施例中，所述隔离固定套5外边缘进行倒角处理，且所述隔离固定套5表面与所述缓冲囊包6贴合接触。隔离固定套5外边缘进行倒角处理后形成斜面，从而方便引导隔离固定套5进入到无磁副筒4内，方便进行隔离固定套5的安装。

另外，隔离固定套5一方面对位于无磁主筒3内的缓冲囊包6进行固定，同时对位于无磁副筒4内的缓冲囊包6进行支撑，以便于分别对位于无磁主筒3和无磁副筒4内的缓冲囊包6进行固定。

特殊的是，所述隔离固定套5上下底面均设置有限位孔16，且当所述缓冲囊包6挤压时，所述缓冲囊包6部分进入到所述限位孔16内。当隔离固定套5紧固后，缓冲囊包6与隔离固定套5紧密接触，此时缓冲囊包6部分进入到限位孔16内，此时限位孔16能够对缓冲囊包6进行限位，避免了缓冲囊包6发生转动，进而使得测量系统处于稳定状态。

进一步的，所述无磁副筒4端部螺纹安装有密封筒7，且所述密封筒7远离所述无磁副筒4一端设置有用于紧固所述密封筒7的紧固槽15。

具体的，随钻测量仪1随钻井钻头深入到地下室，地下水具备一定水压，对与无磁副筒4侧的水密封性具有较高要求，否则地下水容易从无磁副筒4侧进入其内部，从而影响测量系统的正常工作。

在本实施方式中，当需要对密封筒7进行紧固时，首先采取手旋的方式将密封筒7旋入到无磁副筒4上，随后使用扳手工具对密封筒7进行紧固，此时能够将密封筒7牢靠紧固在无磁副筒4上，从而提高了密封筒7与无磁副筒4之间的密封性，避免了钻孔过程中地下水压过大而进入到无磁副筒4内部。

更进一步的，所述无磁副筒4外侧圆周面与所述密封筒7外侧圆周面平齐，所述无磁副筒4靠近所述密封筒7的一端设置有多道密封槽8，所述密封槽8内设置有密封圈9。

具体的，无磁副筒4与密封筒7螺纹连接后，其外侧圆周面平齐。若无磁副筒4与密封筒7外侧圆周面不平齐而产生阶梯状的凸起时，不便于将测量仪牢靠固定到钻井钻头内部。而本设计能够使得测量仪外侧圆周面与钻井钻头内的安装孔内壁贴合接触，方便将测量仪1安装到钻井钻头内部，同时方便进行测量仪1的安装和固定。

另外，为了提高密封筒7内壁与无磁副筒4外侧面之间的良好密封性，无磁副筒4侧面上设置密封圈9，密封圈9位于密封槽8内，在密封筒7旋入过程中，密封圈9不会从密封槽8内移出，密封圈9挤压在无磁副筒4与密封筒7之间，从而提高了密封筒7与无磁内筒之间的连接密封性。

特别的是，所述密封槽8与所述密封圈9一一对应，密封圈9位于密封槽8内，此时，在密封筒7旋入的过程中，不会带动密封圈9偏移，从而能够实现密封筒7与无磁副筒4之间的牢靠密封。另外，相邻两个所述密封圈9之间涂覆有密封硅脂，进一步提高了密封筒7与无磁副筒4之间连接的密封性，从而保证了测量仪在下钻过程中高水压过程中依然稳定工作。

上述方案在实际应用过程中，能够有效降低测量系统与无磁主筒以及无磁副筒之间的振动碰撞，降低了因振动碰撞造成的损耗，从而延长了测量仪的使用寿命。

实施例二

在实施例一的基础上，实施例二对缓冲囊包进一步限定，以提高测量系统的缓震效果以及散热效果。具体为：

所述缓冲囊包6包括圆筒状的缓冲气囊10，所述缓冲气囊10侧面上贯穿设置有凹腔11，且相邻所述凹腔11之间设置有内凹通道12，且所述内凹通道12通过所述缓冲气囊10凹陷形成。

具体的，如图3和图4所示，测量系统安装于缓冲气囊10内部，同时缓冲气囊10上的凹腔11以及凸起部分能够与测量系统之间形成卡接，从而完成测量系统中电路结构的固定。另外，缓冲气囊10在振动过程中，会有微小起伏，使得内凹通道12之间形成气流，进而能够对测量系统进行热量携带，从而能够使得测量系统处于正常的稳定环境内，保证了测量系统的正常运转。

在本实施例中，测量系统位于缓冲囊包6内，一方面能够在径向对测量系统进行缓冲，另一方面，能够在轴向对测量系统进行缓冲，二者相结合，能够对测量系统进行全面的缓冲，从而有效地缓冲了振动对测量系统造成的损伤，延长了测量系统的使用寿命。

另外，缓冲囊包6微小的弹性变化，能够带动气流流动，从而加快测量系统的散热效率，保证了测量系统工作在正常的稳定环境中。

综上所述，本发明在缓冲囊包6弹性缓冲过程中，带动无磁主筒3以及无磁副筒4内的气流流动，能够将测量系统产生的热量带走，增加了测量系统的散热功能，从而使得测量系统工作在稳定的温度环境内，保证了测量系统的稳定工作。

实施例三

实施例三在实施例一的基础上，对测量系统进一步限定，通过将定向和方位伽马技术相结合，来扩大测量仪的实际应用范围，具体为：

所述测量系统包括控制器，所述控制器输入端设置有检测单元，所述检测单元用于检测随钻参数信息，所述控制器输出端设置有通信单元，且所述通信单元与所述移动终端2无线连接。

具体的，随着钻进工艺和技术的不断提升，水平井和大斜度井等定向钻进中能够有效控制轨迹向煤层气藏的富集区域钻进。定向钻进对实现探放水作业、及煤层气高效开发有重要意义。传统测井方法已不能满足定向井钻进，为适应钻进实时测量需求，近年来煤矿井下孔中随钻测量技术发展迅速。在煤矿区使用随钻方位 伽马能够实时探测钻进煤岩层的自然放射性，测量的 伽马数据具有方位，能够实现煤层顶底板探测应用，对煤岩层伽马数据进行方位成像处理，并与其他测井仪器组合使用可达到顺煤层钻进地质导向目的。为满足随钻方位伽马地质导向钻进需求，现有技术中通过数值模拟研究围岩厚度和吸收系数不同情况下伽马射线强度响应值。

为了适用不同钻井的随钻测量要求，测量系统中的检测单元将定向和方位伽马技术相结合。

测量系统在钻井钻头行进过程中，检测单元实时对随钻参数信息进行测量，并将测量信息传输至控制器，控制器对信息进行处理后通过通信单元无线传输至移动终端2，现场测量人员通过移动终端2即可直观地观察到钻进钻头的状态信息。

在本实施例中，无线传输可选择但不限于蓝牙传输。蓝牙技术是一种无线数据和语音通信开放的全球规范，它是基于低成本的近距离无线连接，为固定和移动设备建立通信环境的一种特殊的近距离无线技术连接。蓝牙使当前的一些便携移动设备和计算机设备能够不需要电缆就能连接到互联网，并且可以无线接入互联网。

另外，无线传输还可以是4G、5G等信号传输，具体可根据实际使用环境以及使用需求进行选择。

更进一步的，所述测量系统还包括供电电源、存储单元以及开关单元，所述供电电源用于提供电源电压，所述开关单元串联在所述供电电源输出端，所述存储单元与所述控制器连接，且所述存储单元用于存储随钻测量信息。

具体的，当通信单元信号接收出现故障，或移动终端2无法工作时，检测单元所测量的随钻参数信息存储到存储单元内，后续随钻测量仪1驶离地面时，操作人员可通过USB数据线将随钻参数信息导出，不会造成信息丢失。

另外，开关单元以及通信单元位于无磁副筒4内，通过隔离固定套5将信号发射端独立出来，能够降低测量系统自身工作时各电子元器件以及线路造成的电磁干扰，保证了通信单元输出传输结果的准确性和稳定性。

与此同时，开关单元以及通信单元位于无磁副筒4内，可通过打开密封筒7即可将开关单元和通信单元暴露在无磁副筒4外部，方便对测量系统进行开启和关闭状态的切换。

相比于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：

本发明利用缓冲囊包对测量系统进行包裹，能够有效降低随钻测量过程中的振动，进而保护了测量系统的电路部分，另外，测量系统在减震过程中能够促进气体流动，能够有效携带测量系统工作过程中的热量，从而保证测量系统工作在稳定的温度环境下。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种集成式定向与方位伽马随钻测量仪，其特征在于，包括测量仪以及移动终端；

所述测量仪安装于钻机钻头，所述测量仪用于检测钻头状态信息，并无线传输至所述移动终端上；

所述测量仪包括无磁主筒和无磁副筒，所述无磁主筒以及所述无磁副筒之间均设置有缓冲囊包，所述缓冲囊包内安装有用于测量随钻参数的测量系统，所述缓冲囊包与所述测量系统之间属于柔性且弹性连接，所述测量系统与所述移动终端无线连接；

所述缓冲囊包包括圆筒状的缓冲气囊，所述缓冲气囊侧面上贯穿设置有凹腔，且相邻所述凹腔之间设置有内凹通道，且所述内凹通道通过所述缓冲气囊凹陷形成，所述缓冲气囊在振动过程中，会有微小起伏，使得所述内凹通道之间形成气流，进而能够对所述测量系统进行热量携带。

2.如权利要求1所述的集成式定向与方位伽马随钻测量仪，其特征在于，所述无磁主筒与所述无磁副筒之间一体成型，所述无磁主筒与所述无磁副筒之间设置隔离固定套，且所述隔离固定套位于两个所述缓冲囊包之间。

3.如权利要求2所述的集成式定向与方位伽马随钻测量仪，其特征在于，所述隔离固定套螺纹安装在所述无磁主筒内壁上，所述隔离固定套上对称设置有两个紧固孔，且两个所述紧固孔贯穿设置，所述隔离固定套中心位置设置有线孔，所述线孔内壁上设置有护线圈。

4.如权利要求2所述的集成式定向与方位伽马随钻测量仪，其特征在于，所述隔离固定套外边缘进行倒角处理，且所述隔离固定套表面与所述缓冲囊包贴合接触。

5.如权利要求2所述的集成式定向与方位伽马随钻测量仪，其特征在于，所述隔离固定套上下底面均设置有限位孔，且当所述缓冲囊包挤压时，所述缓冲囊包部分进入到所述限位孔内。

6.如权利要求1所述的集成式定向与方位伽马随钻测量仪，其特征在于，所述无磁副筒端部螺纹安装有密封筒，且所述密封筒远离所述无磁副筒一端设置有用于紧固所述密封筒的紧固槽。

7.如权利要求6所述的集成式定向与方位伽马随钻测量仪，其特征在于，所述无磁副筒外侧圆周面与所述密封筒外侧圆周面平齐，所述无磁副筒靠近所述密封筒的一端设置有多道密封槽，所述密封槽内设置有密封圈。

8.如权利要求7所述的集成式定向与方位伽马随钻测量仪，其特征在于，所述密封槽与所述密封圈一一对应，且相邻两个所述密封圈之间涂覆有密封硅脂。

9.如权利要求1所述的集成式定向与方位伽马随钻测量仪，其特征在于，所述测量系统包括控制器，所述控制器输入端设置有检测单元，所述检测单元用于检测随钻参数信息，所述控制器输出端设置有通信单元，且所述通信单元与所述移动终端无线连接。

10.如权利要求9所述的集成式定向与方位伽马随钻测量仪，其特征在于，所述测量系统还包括供电电源、存储单元以及开关单元，所述供电电源用于提供电源电压，所述开关单元串联在所述供电电源输出端，所述存储单元与所述控制器连接，且所述存储单元用于存储随钻测量信息。