CN117514145A - 随钻测斜工具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种随钻测斜工具，所述测斜工具包括依次连接的阀体单元、驱动单元、测斜单元及电源单元，阀体单元包括阀体、定子和转子，定子和转子依次穿设在阀体中；驱动单元的上端与转子相连，驱动单元可驱动转子转动产生压力脉冲传输信号；测斜单元包括集成设置的主控模块、振动感应模块、电路电源模块及传感器，传感器可测量井斜角数据，主控模块可接收、存储并传输井斜角数据，振动感应模块可感应测斜工具是否振动以指示主控模块及传感器是否运行；电路电源模块可对测斜单元中各模块供电进行分配；电源单元可对驱动单元和测斜单元供电。本发明的随钻测斜工具可仅在需要时进入工作状态，工具损耗及电力消耗极低，极大提升了整体续航能力。
Description
技术领域
本发明涉及油气钻采井下工具技术领域，具体来讲，涉及一种随钻测斜工具。
背景技术
随着油气田勘探开发向深部及非常规油气资源不断推进，地质工程条件更加复杂、钻井井深与水平段长不断加大，对钻井工程的顺利实施带来巨大挑战。理论及实践经验表明：优良的直井段轨迹质量是井眼防碰、减小钻井井眼摩阻扭矩、降低后续井段施工难度，安全高效实现地质工程目标的基础，对于复杂深井及长水平段水平井降低工程难度具有重要意义。
常规直井段钻井作业监测井斜的方式主要有：一是钻进50~100m井段后，停止钻进，使用专用测斜绞车用钢丝缆绳将单点测斜仪通过钻具内孔下放至井底附近，测量完毕后将单点测斜仪再次通过钢丝缆绳起出井口，然后在地面读取单点测斜仪存储的井斜数据，这种方式耽误大量的钻井时间、操作过程复杂，每次测斜一般需要耗时2~3h，同时带来的井控风险问题也不容忽视；二是钻进一定井段后，在钻具内孔放入自浮式测斜工具，通过开泵循环钻井液将测斜仪循环至井底，测斜完成后停止循环等待仪器自然浮出井口，这种方式同样耗时长、效率低，同时难以准确预估仪器到达井底时间，一旦预估不准就会测斜失败；三是采用起钻前投入测斜仪，等待20分钟左右测斜仪到达井底后再起钻，等起钻完后读取测斜数据，以上三种方式均存在测斜效率低、耗时长问题，同时数据滞后，无法及时在井斜超标前采取相应技术措施。四是采用常规MWD进行随钻监测，但这种连续测量方式成本高、存在极大浪费，仪器在直井段50~70L/s及以上大排量钻井参数及井下强烈振动环境下仪器故障率达20%以上，单趟入井续航寿命仅200h小时左右。上述几种监测方式已不满足现场低成本、高效井斜监测需求，急需一种高效低成本直井随钻测斜工具，为直井防斜打快提供随钻测量数据支持。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种随钻测斜工具，用以解决常规直井段轨迹监测方式面临的故障率高、续航能力不足及作业成本高等难题，为直井段井眼轨迹质量与作业效率提升，提供可靠的随钻测斜数据支撑。
为了实现上述目的，本发明提供了一种随钻测斜工具，所述测斜工具可包括阀体单元、驱动单元、测斜单元及电源单元，其中，阀体单元、驱动单元、测斜单元及电源单元由上至下依次连接，阀体单元包括阀体、定子和转子，定子和转子都穿设在阀体中且定子间隔设置在转子的上方；驱动单元的上端连接在转子的下端，驱动单元能够驱动转子在阀体中相对于定子转动以产生压力脉冲传输测斜数据信号；测斜单元包括集成设置的主控模块、振动感应模块、电路电源模块及至少一个传感器，传感器能够测量井斜角数据，主控模块能够接收、存储并控制驱动单元传输井斜角数据，振动感应模块能够感应所述测斜工具是否振动以指示主控模块及传感器是否运行；电路电源模块用于对测斜单元中各模块的电路供电进行分配；电源单元用于对驱动单元和测斜单元提供电能。
可选择地，所述驱动单元可包括传动主轴、联轴器、减速器、柔性联轴器和电机，传动主轴、联轴器、减速器、柔性联轴器和电机依次连接在所述转子的下端，电机输出的动力能够依次由柔性联轴器、减速器、联轴器、传动主轴输入至所述转子，以驱动所述转子在所述阀体中转动。
可选择地，所述传动主轴上可套设有第一抗压筒，第一抗压筒的上端固定连接在所述阀体的下端；第一抗压筒与所述传动主轴之间安装有扶正环，用于防止所述传动主轴在转动时产生径向晃动；所述联轴器、减速器、柔性联轴器、电机及所述测斜单元上套设有第二抗压筒，第二抗压筒连接在第一抗压筒的下端，第一抗压筒和第二抗压筒用于密封所述驱动单元和所述测斜单元并承受外侧流体压力。
可选择地，所述第一抗压筒的外壁上可设有耐冲蚀涂层，耐冲蚀涂层用于提升所述第一抗压筒的耐冲蚀性能。
可选择地，所述第一抗压筒与所述传动主轴之间还可安装有动密封件，动密封件用于所述传动主轴转动时保持和所述第一抗压筒之间的密封。
可选择地，所述测斜单元还可包括三向电路骨架，三向电路骨架的上端与所述驱动单元的下端固定连接，所述主控模块、振动感应模块和电路电源模块都集成安装在三向电路骨架上；所述测斜单元包括两个传感器，两个传感器都安装在三向电路骨架中，两个传感器相互垂直且都与三向电路骨架的轴线垂直；三向电路骨架用于缩短所述测斜单元的轴向长度。
可选择地，所述测斜工具还可包括第一扶正器、第二扶正器、弹性件和一体式尾椎，第一扶正器连接在所述电源单元和所述测斜单元之间，弹性件、第二扶正器和一体式尾椎依次连接在所述电源单元的下端；第一扶正器和第二扶正器的外壁上都设有若干个周向分布的扶正翼；第一扶正器和第二扶正器用于使所述测斜工具在井筒中保持居中，弹性件用于对所述测斜工具进行减振。
可选择地，所述电源单元上可套设有第三抗压筒，第三抗压筒用于将所述电源单元密封并承受外侧流体压力。
可选择地，所述测斜工具还可包括悬挂短节，悬挂短节套设在所述阀体单元、驱动单元、测斜单元和电源单元上，所述阀体单元的下端能够抵接在悬挂短节的内壁的台阶上进行固定，悬挂短节的上端能够与上部钻柱连接，悬挂短节用于将所述测斜工具固定悬挂在上部钻柱的下端。
可选择地，所述悬挂短节与所述驱动单元、测斜单元和电源单元之间可形成有流体通道，流经所述阀体单元中的钻井液流体能够沿流体通道流入下方井筒。
可选择地，所述两个传感器都可为重力加速度传感器，所述两个传感器都可采用井斜角测量方法进行井斜角测量，井斜角测量方法可包括分别使用所述两个传感器测得两个重力加速度的测量值，分别为Gx和Gy；判断Gx和Gy是否都在设定的预期范围内；若是，则井斜角的计算公式为：
；
式中：θx和θy为分别为基于x轴和y轴传感器计算的倾斜角度；若Gx和Gy中任意一个不在设定的预期范围内，则井斜角的计算公式为：
；
式中：GT为当地重力总加速度值。
可选择地，所述设定的预期范围可为0~0.35。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：
1、本发明的随钻测斜工具95%以上时间处于休眠状态，仅在需要测斜时进入工作状态，工具损耗及电力消耗极低，整体续航能力由200h左右提升至1个月以上；
2、本发明的随钻测斜工具在钻进时可将钻井液流道开启至最大状态，钻井液高流速的过流强度和持续时间大幅降低，随钻测斜工具中产生的冲蚀、机械部件的损耗程度大幅降低，从而将工具的耐大排量冲蚀时间由百小时级别提升至千小时级别、故障率降低至每个月1~2次极低水平；
3、本发明的随钻测斜工具的测斜过程对于作业人员来说处于无感状态，完全不耽误钻井作业时效，测斜效率高；
4、本发明的随钻测斜工具的电子电路集成度高，工具整体长度由常规的7m以上缩短至不足3m，可以采用一辆小货车即可实现运输，同时组合入井流程大幅简化，提高了运输便捷性，运输成本降低30%以上；
5、本发明的随钻测斜工具可根据实际测斜需求，满足任意钻进段之后获取测斜数据，从而确保井斜不超标，并根据测量情况调整钻井参数，达到控制井斜的目的，确保直井段井身质量。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了本发明示例性实施例的随钻测斜工具中的阀体单元、传动主轴和第一抗压筒的装配结构图。
图2示出了本发明示例性实施例的随钻测斜工具中的驱动单元和测斜单元的结构图。
图3示出了本发明示例性实施例的随钻测斜工具中的第一扶正器、电源单元、弹簧、第二扶正器和一体式尾椎的装配结构图。
图4示出了本发明示例性实施例的随钻测斜工具中的悬挂短节的结构图。
图5示出了本发明示例性实施例的随钻测斜工具中的三向电路骨架的立体结构图。
附图标记说明：
1、阀体单元，11、阀体，12、定子，13、转子，14、阀盖，2、驱动单元，21、传动主轴，211、半圆键，212、动密封件，22、联轴器，23、减速器，24、柔性联轴器，25、电机，3、测斜单元，31、主控模块，32、振动感应模块，33、电路电源模块，34、三向电路骨架，4、电源单元，5、第一抗压筒，51、扶正环，52、耐冲蚀涂层，6、第二抗压筒，7、第三抗压筒，8、第一扶正器，81、扶正翼，9、弹性件，10、第二扶正器，101、一体式尾椎，102、悬挂短节，1021、定位键，1022、卡簧槽，1023、流体通道。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的随钻测斜工具。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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申请和简化描述，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申请的限制。
术语“第一”、“第二”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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
相关技术中所采用的常规MWD进行随钻监测，但这种连续测量方式成本高、存在极大浪费，仪器在直井段50~70L/s及以上大排量钻井参数及井下强烈振动环境下仪器故障率达20%以上，单趟入井续航寿命仅200h小时左右。上述测斜方式已不满足现场低成本、高效井斜监测需求。
基于此，本发明提供了一种随钻测斜工具，所述测斜工具包括阀体单元、驱动单元、测斜单元及电源单元，其中，阀体单元、驱动单元、测斜单元及电源单元由上至下依次连接，阀体单元包括阀体、定子和转子，定子和转子都穿设在阀体中且定子间隔设置在转子的上方；驱动单元的上端连接在转子的下端，驱动单元能够驱动转子在阀体中相对于定子转动以产生压力脉冲传输测斜数据信号；测斜单元包括集成设置的主控模块、振动感应模块、电路电源模块及至少一个传感器，传感器能够测量井斜角数据，主控模块能够接收、存储并控制驱动单元传输井斜角数据，振动感应模块能够感应所述测斜工具是否振动以指示主控模块及传感器是否运行；电路电源模块用于对测斜单元中各模块的电路供电进行分配；电源单元用于对驱动单元和测斜单元提供电能。
本发明的随钻测斜工具95%以上时间处于休眠状态，仅在需要测斜时进入工作状态，工具损耗及电力消耗极低，整体续航能力由200h左右提升至1个月以上；本发明的随钻测斜工具在钻进时可将钻井液流道开启至最大状态，钻井液高流速的过流强度和持续时间大幅降低，随钻测斜工具中产生的冲蚀、机械部件的损耗程度大幅降低，从而将工具的耐大排量冲蚀时间由百小时级别提升至千小时级别、故障率降低至每个月1~2次极低水平；本发明的随钻测斜工具的测斜过程对于作业人员来说处于无感状态，完全不耽误钻井作业时效，测斜效率高；本发明的随钻测斜工具的电子电路集成度高，工具整体长度由常规的7m以上缩短至不足3m，可以采用一辆小货车即可实现运输，同时组合入井流程大幅简化，提高了运输便捷性，运输成本降低30%以上；本发明的随钻测斜工具可根据实际测斜需求，满足任意钻进段之后获取测斜数据，从而确保井斜不超标，并根据测量情况调整钻井参数，达到控制井斜的目的，确保直井段井身质量。
示例性实施例1
本示例性实施例提供了一种随钻测斜工具。
图1示出了本发明示例性实施例的随钻测斜工具中的阀体单元、传动主轴和第一抗压筒的装配结构图；图2示出了本发明示例性实施例的随钻测斜工具中的驱动单元和测斜单元的结构图；图3示出了本发明示例性实施例的随钻测斜工具中的第一扶正器、电源单元、弹簧、第二扶正器和一体式尾椎的装配结构图；图4示出了本发明示例性实施例的随钻测斜工具中的悬挂短节的结构图；图5示出了本发明示例性实施例的随钻测斜工具中的三向电路骨架的立体结构图。
如图1至图5中所示，本示例性实施例所述的随钻测斜工具可包括阀体单元1、驱动单元2、测斜单元3和电源单元4，其中，阀体单元1、驱动单元2、测斜单元3和电源单元4可由上至下依次固定连接，阀体单元1可包括阀体11、定子12、转子13和阀盖14，定子12和转子13都可穿设在阀体11中且定子12间隔设置在转子13的上方，阀盖14安装在阀体11的上端；驱动单元2的上端可连接在转子13的下端，驱动单元2可驱动转子13在阀体11中相对于定子12转动以产生压力脉冲传输测斜数据信号。
测斜单元3可包括集成设置的主控模块31、振动感应模块32、电路电源模块33及传感器（图中未示出），这里，传感器可为重力加速度传感器，重力加速度传感器可测量井斜角数据，主控模块31可接收、存储并控制驱动单元2向地面传输井斜角数据。
由于直井段井斜角较小一般在0°~5°之间，最大不超过20°，钻井作业现场进行直井段钻进时最关注的是所钻井眼轴线与重力方向的倾斜角大小是否超过设计值，而对倾斜的方向无实际需求。因此本示例性实施例所述的随钻测斜工具中对测量传感器种类和数量进行了针对性优减，具体来说可将常规MWD工具中用于测量方位角的3个磁通门传感器全部减掉，再将用于测量重力加速度的3个加速度传感器减少为2个，总体将测量传感器由6个减少为2个。2个重力加速度传感器在测量电路上的布置方向相互垂直且都与所述测斜工具的轴线方向垂直（在井下时也即与井身方向垂直），同时两者也呈90°夹角，采用上述2个重力加速度传感器测量并计算井斜角的方法与公式如下：
a）首先测取并获得2个重力加速度传感器的测量值，分别为Gx和Gy；
b）判断Gx和Gy的测量值是否在预期范围内，预期范围一般存在一个设定区间，例如该设定区间可为[0~0.35]；
c）当Gx和Gy都在预期范围时井斜角计算公式可为：
；
式中：θx和θy为分别为基于x轴和y轴加速度传感器计算的倾斜角度。
d）当Gx和Gy中任意一个不在预期范围时，表明2个传感器中有一个损坏失效，此时大致计算井斜角计算公式为：
；
式中：GT为当地重力总加速度值。
采用2个重力加速度传感器测量井斜角具有2个优点，一是测量精度较高，二是在其中一个传感器失效时仍然可以大致计算井斜角。
主控模块31包括具有休眠唤醒功能的MCU微型控制单元、电机运动控制电路单元、传感器信息处理单元等，作用是协调测量、数据收集及处理中心。
振动感应模块32可感应所述测斜工具是否发生振动以指示主控模块31及传感器是否运行；具体地，当振动感应模块32感应到所述测斜工具发生振动则代表钻柱正在钻进过程中，振动感应模块32不唤醒主控模块31及传感器，此时主控模块31及传感器处于休眠状态；当振动感应模块32感应到所述测斜工具未发生振动则代表钻进过程已经结束，振动感应模块32可唤醒主控模块31及传感器，此时主控模块31及传感器可由休眠状态切换为工作状态，则可对当前井斜数据进行测量、存储和传输。
电路电源模块33可用于对测斜单元中各模块的电路供电进行分配，具体地，当主控模块31及传感器处于休眠状态时，电路电源模块33可切断对主控模块31及传感器的供电电路，无需对主控模块31及传感器供电；当主控模块31及传感器被唤醒处于工作状态后，电路电源模块33可开启供电电路，恢复对主控模块31及传感器的供电。
电源单元4中可存储电能，用于对驱动单元2和测斜单元3供电。
在本实施例中，驱动单元2可包括传动主轴21、联轴器22、减速器23、柔性联轴器24和电机25，传动主轴21、联轴器22、减速器23、柔性联轴器24和电机25可依次连接在转子13的下端，具体地，传动主轴21可通过半圆键211与转子13连接并通过半圆键211传递扭矩，电机25输出的动力可依次由柔性联轴器24、减速器23、联轴器22、传动主轴21输入至所述转子13，可驱动转子13在阀体11中转动，转动的转子13和定子12之间可产生钻井液压力脉冲从而将测斜数据信号传输到地面设备。
减速器23可为齿轮箱，可用于对电机进行减速并放大和传递输出扭矩，联轴器22、减速器23、柔性联轴器24中、以及与传动主轴21之间的连接部位可填充耐高温润滑油以对机械配合部分进行润滑，从而降低磨损。
传动主轴21可用于传递驱动转子13转动的扭矩，传动主轴21的上端连接转子13并可通过2个半圆键211输出扭矩，中部可用铜环机构（扶正环51）保证居中防止晃动、下端可与联轴器22连接输入扭矩。传动主轴21由于需要承受较高的交变扭矩，若采用普通合金刚材质容易出现疲劳、应力断裂等问题，寿命一般仅200~300h，故可采用镍-钴基类高强度合金钢，如MP35N等加工制造，表面可采用真空淬火、碳氮共渗工艺处理，提高其表面耐开裂及应力疲劳损坏性能，采用上述材质加工及处理工艺后传动主轴寿命可达2000h以上，从而大幅降低故障率。
在本实施例中，传动主轴21上可套设有第一抗压筒5，第一抗压筒5的上端可通过螺钉固定连接在阀体11的下端，第一抗压筒5与传动主轴21之间可安装有扶正环51，可用于防止传动主轴21在转动时产生径向晃动；具体地，扶正环51可为铜环，扶正环51可安装在第一抗压筒5的下端与传动主轴21之间的凹槽中，扶正环51的内外壁可分别抵接在传动主轴21的外壁上以及第一抗压筒5的下端的内壁上；扶正环51的数量可为3个；但本发明不限于此，第一抗压筒5与阀体11之间也可通过其他连接方式连接，扶正环51的材料和数量也可根据实际需求任意选择，本发明对此不作具体限定。
联轴器22、减速器23、柔性联轴器24、电机25及测斜单元3上可套设有第二抗压筒6，第二抗压筒6可固定连接在第一抗压筒5的下端，电源单元4上可套设有第三抗压筒7，第一抗压筒5和第二抗压筒6可用于密封驱动单元2和测斜单元3，第三抗压筒7可用于密封电源单元4，第一抗压筒5、第二抗压筒6和第三抗压筒7可承受外侧流体压力。
可选择地，第一抗压筒5的外壁上可设有耐冲蚀涂层52，耐冲蚀涂层52可用于提升第一抗压筒5的外壁的耐冲蚀性能。具体地，耐冲蚀涂层52可设置在第一抗压筒5的外壁上的变径段处，耐冲蚀涂层52可为硬质合金涂层，可采用激光熔覆钨钴类或钨钛类硬质合金，例如YG8、YT15等；第一抗压筒5、第二抗压筒6和第三抗压筒7的材质可选用为无磁不锈钢718或17-4等，除此之外，第一抗压筒5、第二抗压筒6、第三抗压筒7以及耐冲蚀涂层52的材质也可根据实际需求任意选择，本发明对此不作具体限定。
可选择地，第一抗压筒5与传动主轴21之间可安装有动密封件212，动密封件212可用于在传动主轴21转动时保持传动主轴21和第一抗压筒5之间的密封性能；动密封件212可包括密封座、密封垫片和轴承，且均与第一抗压筒5和传动主轴21相配合，动密封件212的具体类型及组件可根据实际需求任意选择，本发明对此不作具体限定。
在本实施例中，测斜单元3还可包括三向电路骨架34，三向电路骨架34的上端可与驱动单元2的下端固定连接，具体地，三向电路骨架34的上端可固定连接在电机25的下端；主控模块31、振动感应模块32和电路电源模块33都可集成安装在三向电路骨架34上；具体地，主控模块31、振动感应模块32和电路电源模块33可沿周向分别安装在三向电路骨架34的三个平面上，从而可缩短测斜单元3的长度至0.5m左右，而常规测斜模块可由运动控制短节、测量短节和流量开关短节三部分组成，长度可达2.2m以上；因此，本示例性实施例所述的随钻测斜工具中的测斜单元所采用的三向电路骨架将各个模块集成设置的方式可大幅缩短工具长度。
可选择地，测斜单元3可包括两个传感器，两个传感器都安装在三向电路骨架中，两个传感器相互垂直且都可始终与三向电路骨架的轴线垂直（也即与井身方向垂直）；但在实际作业中也可根据需求选择任意数量及类型的传感器，本发明对此不作具体限定。
在本实施例中，所述测斜工具还可包括第一扶正器8、第二扶正器10、弹性件9和一体式尾椎101，第一扶正器8可连接在电源单元4和测斜单元3之间，弹性件9、第二扶正器10和一体式尾椎101可依次连接在电源单元4的下端；第一扶正器8和第二扶正器10的外壁上都可设有若干个周向分布的扶正翼81；第一扶正器8和第二扶正器10可通过扶正翼81的作用使所述测斜工具在井筒中保持居中，弹性件9可用于对所述测斜工具进行减振；具体地，第一扶正器8和第二扶正器10可为套筒式三翼或四翼橡胶扶正器，弹性件9可为弹簧，第一扶正器8的上下两端可分别通过航空插头与电源单元4和测斜单元3进行连接，这里，第一扶正器8、第二扶正器10和弹性件9的具体类型、第一扶正器8与电源单元4和测斜单元3的连接方式都可根据实际需求任意选择，本发明对此不作具体限定。
可选择地，电源单元4的内部采用10节单节3.6V的锂电池，锂电池外部可包裹导热减振胶，以对锂电池减振；一体式尾椎101可配合扶正器及弹性件对上部电池减振，也起到了将所述测斜工具的下端封闭的作用；一体式尾椎101的内部可为弹簧减振器，可与上部电源单元的下端连接，可降低电池振动并确保电池各触点可靠接触。
在本实施例中，所述测斜工具还可包括悬挂短节102，悬挂短节102可套设在阀体单元1、驱动单元2、测斜单元3和电源单元4上，具体地，阀体单元1、驱动单元2、测斜单元3、电源单元4、第一抗压筒5、第二抗压筒6、第三抗压筒7、第一扶正器8、弹性件9、第二扶正器10和一体式尾椎101都可容纳在悬挂短节102中，阀体单元1的下端能够抵接在悬挂短节102的内壁的台阶上进行固定，具体地，悬挂短节102的内壁的台阶上安装有定位键1021，定位键1021可与阀体单元1的下端的缺口进行配合安装，使阀体单元1在悬挂短节102中实现周向固定，避免所述测斜工具在悬挂短节102中周向转动；悬挂短节102的上端可与上部钻柱通过丝扣连接，悬挂短节102可用于将所述测斜工具固定悬挂在上部钻柱的下端。
可选择地，悬挂短节102的内壁上还开设有卡簧槽1022，卡簧槽1022中可安装卡簧，可将阀体单元1轴向锁定在悬挂短节102中，从而实现所述测斜工具在悬挂短节102中的轴向固定，防止发生上下移动。
可选择地，悬挂短节102与穿设在其中的驱动单元2、测斜单元3、电源单元4之间可形成有流体通道1023，流经阀体单元1中的钻井液流体能够沿流体通道1023流入下方井筒。此处，相比于常规的悬挂短节结构，驱动单元2之外的流体通道1023采用加大的内径结构，设为扩径区，可由常规的74mm~82.5mm内径扩大至100mm~110mm内径，可通过扩大内部流道面积的方式降低过流钻井液的流速；但在实际作业中，也可根据需求任意选择流体通道1023的内径，不限于上述内径范围，本发明对此不作具体限定。
可选择地，悬挂短节102的内壁的下端可通过采用缓变径的方式逐步减小内径，从而保证在悬挂短节102的下端公扣处保证足够的壁厚，可使下端公扣处的弯曲强度比在2.0以上，满足钻具强度要求。
示例性实施例2
本示例性实施例提供了一种随钻测斜方法。
本示例性实施例所述的随钻测斜方法可采用示例性实施例1中所述的随钻测斜工具。
本示例性实施例所述的随钻测斜方法可包括如下内容：
根据直井段钻进测斜需求，采用休眠-唤醒循环间歇工作模式，正常钻进时所述测斜工具处于停止工作状态，即处于休眠状态，从而可减少工具本身的电能损耗，接立柱静止时工具可自动测斜并保存数据，接完立柱开泵后工具可发送测斜数据至地面，具体来说包括下述几个方面：
1、系统间歇工作流程逻辑
阀体单元在在钻进时可使定子和转子处于重合状态，此时转子叶片也位于定子上相邻的两个过流通道之间，可使定子的过流通道的过流面积保持在最大状态，从而可降低对机械及电子部件冲蚀和损耗、同时使工具中的电子部件处于低功耗状态；测斜数据传输时阀体单元中的定子和转子可在仅工作约2分钟后即可将数据发送至地面，之后阀体单元中转子可转动再次与定子进入重合状态，使定子的过流通道的过流面积恢复至最大状态，从而降低仪器及电能耗费。
正常钻进时，主控模块中的MCU微型控制单元处于休眠-检测工作模式，即检测运行0.5s、休眠5s，如此循环，振动感应模块处于运行状态并每隔20s~30s向MCU发送一次状态信息，正常钻进时由于振动感应模块始终为检测到振动信号，因此MCU判断为无需工作，即整个测斜单元处于休眠状态。
当停止钻进，接立柱时，井下处于停泵静止状态，振动感应模块发出信号，MCU检测到信号后停止休眠，控制整个系统启动运行，加速度传感器测量2组加速度测量数据并发送至MCU处理转换并编码保存至存储器，完成后MCU控制整个系统再次进入休眠状态，等待振动感应模块发出工作信号。
接立柱完毕开泵后，振动感应模块检测到开泵信号，MCU接收到信号后，控制系统启动，将存储器数据通过控制转子转动与定子配合产生压力脉冲波的方式发送至地面处理器，获得测斜数据，发送完成后MCU控制系统进入休眠-检测模式，直到振动传感器再次检测到停泵信号。
2、测斜操作流程
a）钻进完一柱后划眼至井眼顺畅；
b）停泵开始接立柱，随钻测斜工具自动判断状态并完成测斜编码；
c）接立柱后，开泵至测斜排量25~50L/s，静置或缓慢活动钻具约2分钟；
d）地面系统接收到信号，解码后得到测斜数据；
e）将排量提高至钻进排量并进行钻进作业。
上述过程往复执行，测斜工具基本处于无感状态，不影响钻进工作。
综上所述，本发明的随钻测斜工具95%以上时间处于休眠状态，仅在需要测斜时进入工作状态，工具损耗及电力消耗极低，整体续航能力由200h左右提升至1个月以上；本发明的随钻测斜工具在钻进时可将钻井液流道开启至最大状态，钻井液高流速的过流强度和持续时间大幅降低，随钻测斜工具中产生的冲蚀、机械部件的损耗程度大幅降低，从而将工具的耐大排量冲蚀时间由百小时级别提升至千小时级别、故障率降低至每个月1~2次极低水平；本发明的随钻测斜工具的测斜过程对于作业人员来说处于无感状态，完全不耽误钻井作业时效，测斜效率高；本发明的随钻测斜工具的电子电路集成度高，工具整体长度由常规的7m以上缩短至不足3m，可以采用一辆小货车即可实现运输，同时组合入井流程大幅简化，提高了运输便捷性，运输成本降低30%以上；本发明的随钻测斜工具可根据实际测斜需求，满足任意钻进段之后获取测斜数据，从而确保井斜不超标，并根据测量情况调整钻井参数，达到控制井斜的目的，确保直井段井身质量。
尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
Claims (12)
1.一种随钻测斜工具，其特征在于，所述测斜工具包括阀体单元、驱动单元、测斜单元及电源单元，其中，
阀体单元、驱动单元、测斜单元及电源单元由上至下依次连接，阀体单元包括阀体、定子和转子，定子和转子都穿设在阀体中且定子间隔设置在转子的上方；驱动单元的上端连接在转子的下端，驱动单元能够驱动转子在阀体中相对于定子转动以产生压力脉冲传输测斜数据信号；
测斜单元包括集成设置的主控模块、振动感应模块、电路电源模块及至少一个传感器，传感器能够测量井斜角数据，主控模块能够接收、存储并控制驱动单元传输井斜角数据，振动感应模块能够感应所述测斜工具是否振动以指示主控模块及传感器是否运行；电路电源模块用于对测斜单元中各模块的电路供电进行分配；
电源单元用于对驱动单元和测斜单元提供电能。
2.根据权利要求1所述的随钻测斜工具，其特征在于，所述驱动单元包括传动主轴、联轴器、减速器、柔性联轴器和电机，传动主轴、联轴器、减速器、柔性联轴器和电机依次连接在所述转子的下端，电机输出的动力能够依次由柔性联轴器、减速器、联轴器、传动主轴输入至所述转子，以驱动所述转子在所述阀体中转动。
3.根据权利要求2所述的随钻测斜工具，其特征在于，所述传动主轴上套设有第一抗压筒，第一抗压筒的上端固定连接在所述阀体的下端；第一抗压筒与所述传动主轴之间安装有扶正环，用于防止所述传动主轴在转动时产生径向晃动；
所述联轴器、减速器、柔性联轴器、电机及所述测斜单元上套设有第二抗压筒，第二抗压筒连接在第一抗压筒的下端，第一抗压筒和第二抗压筒用于密封所述驱动单元和所述测斜单元并承受外侧流体压力。
4.根据权利要求3所述的随钻测斜工具，其特征在于，所述第一抗压筒的外壁上设有耐冲蚀涂层，耐冲蚀涂层用于提升所述第一抗压筒的耐冲蚀性能。
5.根据权利要求3所述的随钻测斜工具，其特征在于，所述第一抗压筒与所述传动主轴之间还安装有动密封件，动密封件用于所述传动主轴转动时保持和所述第一抗压筒之间的密封。
6.根据权利要求1所述的随钻测斜工具，其特征在于，所述测斜单元还包括三向电路骨架，三向电路骨架的上端与所述驱动单元的下端固定连接，所述主控模块、振动感应模块和电路电源模块都集成安装在三向电路骨架上；所述测斜单元包括两个传感器，两个传感器都安装在三向电路骨架中，两个传感器相互垂直且都与三向电路骨架的轴线垂直；三向电路骨架用于缩短所述测斜单元的轴向长度。
7.根据权利要求1所述的随钻测斜工具，其特征在于，所述测斜工具还包括第一扶正器、第二扶正器、弹性件和一体式尾椎，第一扶正器连接在所述电源单元和所述测斜单元之间，弹性件、第二扶正器和一体式尾椎依次连接在所述电源单元的下端；第一扶正器和第二扶正器的外壁上都设有若干个周向分布的扶正翼；第一扶正器和第二扶正器用于使所述测斜工具在井筒中保持居中，弹性件用于对所述测斜工具进行减振。
8.根据权利要求1所述的随钻测斜工具，其特征在于，所述电源单元上套设有第三抗压筒，第三抗压筒用于将所述电源单元密封并承受外侧流体压力。
9.根据权利要求1所述的随钻测斜工具，其特征在于，所述测斜工具还包括悬挂短节，悬挂短节套设在所述阀体单元、驱动单元、测斜单元和电源单元上，所述阀体单元的下端能够抵接在悬挂短节的内壁的台阶上进行固定，悬挂短节的上端能够与上部钻柱连接，悬挂短节用于将所述测斜工具固定悬挂在上部钻柱的下端。
10.根据权利要求9所述的随钻测斜工具，其特征在于，所述悬挂短节与所述驱动单元、测斜单元和电源单元之间形成有流体通道，流经所述阀体单元中的钻井液流体能够沿流体通道流入下方井筒。
11.根据权利要求6所述的随钻测斜工具，其特征在于，所述两个传感器都为重力加速度传感器，所述两个传感器都采用井斜角测量方法进行井斜角测量，井斜角测量方法包括分别使用所述两个传感器测得两个重力加速度的测量值，分别为Gx和Gy；判断Gx和Gy是否都在设定的预期范围内；若是，则井斜角的计算公式为：
；
式中：θx和θy为分别为基于x轴和y轴传感器计算的倾斜角度；
若Gx和Gy中任意一个不在设定的预期范围内，则井斜角的计算公式为：
；
式中：GT为当地重力总加速度值。
12.根据权利要求11所述的随钻测斜工具，其特征在于，所述设定的预期范围为0~0.35。
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