CN117823142A - 井下多工程参数随钻测传工具及工程参数的传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油或天然气钻井井下随钻测量技术领域，公开了一种井下多工程参数随钻测传工具及工程参数的传输方法，包括钻铤和绝缘短节，绝缘短节包括绝缘连接的第一短节和第二短节；钻铤可拆卸的连接于第一短节，钻铤的侧壁设置若干密封槽盒，以安置测量件、电源组件以及数据调节组件；测量件为测量井下的工程参数；数据调节组件包括发射端、返回端以及数据接口，发射端连接钻铤，返回端连接第二短节，数据接口连接测量件；数据调节组件将井下的工程参数形成电磁波实时传输至井上；电源组件为向测量件以及数据调节组件供电。方便现场操作及检修维护，有效降低工具水力压耗，工程参数的传输方法采用上述工具能够提升数据传输的速度。

Description

井下多工程参数随钻测传工具及工程参数的传输方法

技术领域

本发明涉及石油或天然气钻井井下随钻测量技术领域，尤其涉及一种井下多工程参数随钻测传工具及工程参数的传输方法。

背景技术

在石油或天然气钻井作业时，工程人员需要及时准确了解各项钻井过程中的随钻工程参数，例如：井下钻具所承受的钻压、扭矩，以预判钻具破损或断裂风险；钻柱内的水眼压力以及钻柱与地层间的环空压力，以预判井漏或气侵等井下异常状态；井下纵、横向和扭转振动，以预判井下复杂情况下的异常振动；所钻井眼的轮廓及井径尺寸，以预判井眼稳定性和局部压力信息等，上述随钻工程参数的获取有利于降低钻井风险，减少损失。井下多工程参数随钻测量工具利用安装于其内部的各类传感器可测量井下的钻压、扭矩、压力、振动、井径等工程数据，并通过MWD工具将数据传输至地面，使井下钻井状况可被实时监测并应对。

公开号为“CN115126476A”的中国专利文件“一种近钻头工程参数测量工具及使用方法”公开了一种井下多工程参数测量工具结构，该测量工具包括本体、供电单元、应变测量单元和电缆线，具有可简化钻压扭矩贴片和现场维护流程等特点，但其用于为应变仓和电路仓的供电单元居中放置于测量工具的中心水眼中，更换电池时需将电池从测量工具本体中拆卸出，不利于钻井现场操作和检修维护，另外这种居中放置的结构布局使得钻井液通过测量工具时产生额外水力压耗也不利于工程使用。

公开号为“CN115576254A”的中国专利文件“一种小尺寸的钻井参数监控系统”公开了一种钻井参数监控系统，该监测系统包括需悬挂钻铤、脉冲器、流量开关、电池短节、探管、接收短节和参数测量短节，可实时采集井下钻井参数数据，并发送至地面，从而监测钻井状态，提高钻井安全，但由于其系统过于复杂，工具钻铤过长造成现场操作及检修维护的不便，另外，该监测系统采用泥浆脉冲器传输，数据传输速率有限，不利于井下多工程参数的实时快速上传。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下多工程参数随钻测传工具，方便现场操作及检修维护，且不占据钻铤内水眼，有效降低工具水力压耗，并且能够提升数据传输的速度。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

井下多工程参数随钻测传工具，包括：

钻铤，所述钻铤的侧壁设置若干密封槽盒，所述密封槽盒被配置为安置测量件、电源组件以及数据调节组件；所述测量件被配置为测量井下的工程参数；

绝缘短节，包括轴向绝缘连接的第一短节和第二短节；所述钻铤的一端与所述第一短节远离所述第二短节的端部可拆卸连接；

所述数据调节组件包括发射端、返回端以及数据接口，所述发射端连接所述钻铤，所述返回端连接所述第二短节，所述数据接口连接所述测量件；所述数据调节组件被配置为将井下的所述工程参数形成电磁波实时传输至井上的接收组件；

所述电源组件被配置为向所述测量件以及所述数据调节组件供电。

作为优选，所述密封槽盒包括槽体和密封端盖，所述槽体沿所述钻铤的表面向所述钻铤的轴线延伸，所述密封端盖密封所述槽体开口，所述密封端盖与所述槽体之间设置有密封件，所述密封端盖表面不突出于所述钻铤的外壁表面。

作为优选，所述钻铤的外径与所述绝缘短节的外径相同，所述钻铤的外壁设置有凸出于所述钻铤外壁的耐磨带。

作为优选，所述测量件至少包括多组应变片、超声波换能器、内水眼压力传感器、外环空压力传感器、三轴振动加速度计、磁通门以及重力加速度计中的一个。

作为优选，所述钻铤设置发射电极，所述发射端与所述发射电极连接；所述第二短节上设置返回电极，所述返回端与所述返回电极连接。

作为优选，所述钻铤的侧壁设置有沿其轴向的第一轴向走线孔以及若干沿其径向的径向走线孔以进行走线，所述第一轴向走线孔连通所述径向走线孔；所述绝缘短节设置有沿其轴向的第二轴向走线孔以进行走线，所述第二轴向走线孔贯穿所述第一短节，所述第一轴向走线孔与所述第二轴向走线孔连通。

作为优选，所述钻铤与所述第一短节螺接，所述第一轴向走线孔与所述第二轴向走线孔相连接处设置有导电滑环。

作为优选，所述第一短节远离所述钻铤的一端设置第一限位阶梯，所述第一限位阶梯设置有外螺纹；所述第二短节的中心孔内设置有与所述第一限位阶梯配合的第二限位阶梯，所述第二限位阶梯设置有内螺纹，所述第一短节插入所述第二短节并与其螺接，所述第一短节与所述第二短节的连接螺纹处喷涂绝缘涂层；

所述第一短节套接有外绝缘隔套，第一限位阶梯的端面与第二限位阶梯的端面互相夹持所述外绝缘隔套；

所述第一短节的中心孔插接有内绝缘隔套，所述内绝缘隔套远离所述第一短节端部插接于所述第二短节的中心孔内。

作为优选，所述电源组件由多组并联的高温锂电池组成。

还提供一种工程参数的传输方法，应用上述的井下多工程参数随钻测传工具，包括：

测量件对井下参数进行测量，并传输给数据调节组件；

所述数据调节组件将采集到的数据存储并筛选出部分数据进行编码，并以电磁波传输的形式发送至井上的接收组件。

本发明的有益效果：

通过设置密封槽盒，使用于测量的测量件、电源组件以及数据调节组件设置在钻铤的侧壁，从而避免在水眼中布置仪器，一方面能够方便各种仪器的安装与检修，另一方面还能够有效的降低水力压耗；并且通过设置绝缘短节能够采用电磁波传送测量件采集的数据，避免使用泥浆脉冲工具传输数据，提升传输的效率，传输不受钻井循环介质的影响，适用范围更广。

附图说明

图1是本发明井下多工程参数随钻测传工具的示意图；

图2是图中A-A处剖面图；

图3是本发明工程参数的传输方法的原理图。

图中：

1、钻铤；11、密封槽盒；111、密封端盖；112、槽体；113、密封件；12、第一轴向走线孔；13、径向走线孔；

2、绝缘短节；21、第一短节；22、第二短节；23、外绝缘隔套；24、内绝缘隔套；25、第二轴向走线孔；

3、测量件；

4、电源组件；

5、数据调节组件；

6、发射电极；

7、返回电极；

8、导电滑环；

9、耐磨带；

10、接收组件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1至图3所示，本实施例提供一种井下多工程参数随钻测传工具，包括钻铤1和绝缘短节2，其中绝缘短节2包括轴向绝缘连接的第一短节21和第二短节22；而钻铤1的一端可拆卸的连接于第一短节21远离第二短节22的端部，钻铤1的侧壁设置若干密封槽盒11，密封槽盒11被配置为安置测量件3、电源组件4以及数据调节组件5；测量件3被配置为测量井下的工程参数；数据调节组件5包括发射端、返回端以及数据接口，发射端连接钻铤1，返回端连接第二短节22，数据接口连接测量件3；数据调节组件5被配置为将井下的工程参数形成电磁波实时传输至井上的接收组件10；电源组件4被配置为向测量件3以及数据调节组件5供电。

通过上述若干密封槽盒11的设置，使用于测量的测量件3、电源组件4以及数据调节组件5设置在钻铤1的侧壁，从而避免在水眼中布置仪器，一方面能够方便各种仪器的安装与检修，另一方面还能够有效的降低水力压耗；并且通过设置绝缘短节2能够采用电磁波传送测量件3采集的数据，避免使用泥浆脉冲工具传输数据，提升传输的效率，传输不受钻井循环介质的影响，适用范围更广。

下面详细介绍本实施例，井下多工程参数随钻测传工具包括钻铤1，钻铤1的侧壁设置有若干密封槽盒11，密封槽盒11被配置为安置测量件3、电源组件4以及数据调节组件5。需要进行说明的是，密封槽盒11在钻铤1上可以根据不同的使用情况进行分布。示例性的，钻铤1可以沿其轴向分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区；其中每个区域均设置多个沿密封槽盒11，Ⅰ区的密封槽盒11用于安置电源组件4；Ⅱ区的密封槽盒11用于安置数据调节组件5；Ⅲ区安置不同种类的测量件3。具体的，密封槽盒11包括槽体112以及设置在槽体112上的密封端盖111，槽体112沿钻铤1的表面向钻铤1的轴线延伸，槽体112的深度可以根据设置在槽体112内的用具决定，此处不做具体的限制。密封端盖111用于密封槽体112开口，密封端盖111的表面不突出于钻铤1的外壁表面，为了进一步地提升密封性，密封端盖111与槽体112之间还设置有密封件113，密封件113优选采用橡胶密封圈，当密封端盖111被压紧后，密封件113受压变形使槽体112内外密封隔离。

本实施例中，为了测量井下多种工程参数，测量件3设置多种，为了使测量件3之间互不干扰，每个密封槽盒11只安置一个测量件。示例性的，可以安置多组应变片，其可以按设定120°的角度分布，以能够用于测量钻柱所受钻压和扭矩；四组超声波换能器呈90°放置，可测量井径尺寸；还可以设置内水眼压力传感器，其感应探头与钻柱内孔相通(此时需要将密封槽盒11连通钻铤1的内孔)，用于测量钻柱内的流体压力；还可以设置外环空压力传感器，其感应探头与钻柱的外壁相通，用于测量钻柱与井壁之间的环空流体压力；还可以设置三轴振动加速度计，其用于测量钻柱纵、横向和扭转振动；还可以设置磁通门和重力加速度计用于测量钻柱转速，当井斜角小于5°时以磁通门计量转速，当井斜角大于5°时以重力加速度计计量转速。可以理解的是，上述只是一部分常用的测量件，还可以设置其他测量件，本实施例不做具体的限制。

为了将上述测量件3的测量数据传输至井上，数据调节组件5与测量件3进行连接，以能够将测量件3测量的井下的工程参数形成电磁波实时传输至井上的接收组件10。具体的，数据调节组件5包括用于传输电磁波的各种部件，诸如选择部分数据重新编码并发射的控制解调器等，电磁波的生成是现有技术，此处不做介绍。数据调节组件5包括发射端、返回端以及数据接口，其中数据接口连接测量件3以接收测量件3传输的数据。此处需要进行说明的是，根据随钻电磁波数据传输原理，想要在井上的接收组件10接收到井下电磁波信号，需使井下多工程参数随钻测传工具、钻柱、井上接收、地层形成闭合回路；为形成该闭合回路，测传工具中数据调节组件5的发射端和返回端要相互电绝缘，即发射端和返回端存在电势差才能使电磁波信号在该闭合回路中传输。由此，井下多工程参数随钻测传工具还包括绝缘短节2，绝缘短节2包括轴向绝缘连接的第一短节21和第二短节22，钻铤1的一端与第一短节21远离第二短节22的端部可拆卸连接，绝缘短节2远离钻铤1的一端以及钻铤1远离第一短节21的一端均用于连接钻柱。数据调节组件5的发射端连接钻铤1，返回端连接第二短节22，以能够实现发射端和返回端相互电绝缘。更为具体的，钻铤1设置发射电极6，发射端与发射电极6连接；第二短节22上设置返回电极7，返回端与返回电极7连接。从而发射端向钻柱发射加载有测量数据的电磁波信号，电磁波信号沿钻柱向上传输至井上，经井上的接收组件10接收后，沿地层向下传输至第二短节22，再引至控制解调电路的返回端形成闭合路径，接收组件10作为此传输路径的组成部分，可随时采集电磁波信号并解码得到井下测量数据。

具体的，第一短节21与第二短节22均采用的是较短的钻铤，可以保证足够的强度以进行正常的钻进。第一短节21远离钻铤1的一端设置第一限位阶梯，第一限位阶梯设置有外螺纹；第二短节22的中心孔内设置有与第一限位阶梯配合的第二限位阶梯，第二限位阶梯设置有内螺纹，第一短节21插入第二短节22并与其螺接，第一短节21与第二短节22的连接螺纹处喷涂绝缘涂层；第一短节21套接有外绝缘隔套23，第一限位阶梯的端面与第二限位阶梯的端面互相夹持外绝缘隔套23，以能够隔离第一短节21与第二短节22的外接触面；第一短节21的中心孔插接有内绝缘隔套24，内绝缘隔套24远离第一短节21的端部插接于第二短节22的中心孔内，以能够隔离第一短节21与第二短节22的内接触面，外绝缘隔套23和内绝缘隔套24均为陶瓷隔套。

本实施例中，为了便于走线，钻铤1的侧壁设置有沿其轴向的第一轴向走线孔12以及若干沿其径向的径向走线孔13以进行走线，第一轴向走线孔12连通径向走线孔13，径向走线孔13连接各个密封槽盒11，从而能够将各个密封槽盒11进行连通。而绝缘短节2设置有沿其轴向的第二轴向走线孔25，第二轴向走线孔25贯穿第一短节21以进行走线，第一轴向走线孔12与第二轴向走线孔25连通。从而通过第二轴向走线孔25方便返回端连接第二短节22的走线。本实施例中，钻铤1与第一短节21螺接，第一轴向走线孔12与第二轴向走线孔25相连接处设置有导电滑环8。导电滑环8可以不受螺纹对接时相对旋转的影响，可以使返回端电极在第一短节21的侧壁中的第二轴向走线孔25中贯穿，导电滑环8为现有技术，此处不做具体赘述。

具体的，本实施例中电源组件4连接各个测量件3以及数据调节组件5以进行供电。电源组件4由多组并联的高温锂电池组成，以增加电池容量，以满足井下长时间工作需求。

具体的，所述钻铤1的外径与所述绝缘短节2的外径相同，所述钻铤1的外壁设置有凸出于所述钻铤1外壁的耐磨带9，耐磨带9可以沿钻铤1的轴向设置多个，耐磨带9避免钻铤1上的密封端盖111以及绝缘短节2被井壁频繁摩擦受损坏的风险。

本实施例还提供一种工程参数的传输方法，应用上述的井下多工程参数随钻测传工具，包括如下步骤：

将井下多工程参数随钻测传工具连接至钻柱上，

在进行井下工程时，位于钻铤1上的各个不同的测量件3对井下的多种参数进行测量，并将检测的数据传输给数据调节组件5；

数据调节组件5将所有数据做存储处理，存储后的数据按照预先设置好的约定协议将其中部分重新编码并以电磁波传输的形式发送至井上的接收组件10。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.井下多工程参数随钻测传工具，其特征在于，包括：

钻铤(1)，所述钻铤(1)的侧壁设置若干密封槽盒(11)，所述密封槽盒(11)被配置为安置测量件(3)、电源组件(4)以及数据调节组件(5)；所述测量件(3)被配置为测量井下的工程参数；

绝缘短节(2)，包括轴向绝缘连接的第一短节(21)和第二短节(22)；所述钻铤(1)的一端与所述第一短节(21)远离所述第二短节(22)的端部可拆卸连接；

所述数据调节组件(5)包括发射端、返回端以及数据接口，所述发射端连接所述钻铤(1)，所述返回端连接所述第二短节(22)，所述数据接口连接所述测量件(3)；所述数据调节组件(5)被配置为将井下的所述工程参数形成电磁波实时传输至井上的接收组件(10)；

所述电源组件(4)被配置为向所述测量件(3)以及所述数据调节组件(5)供电。

2.根据权利要求1所述的井下多工程参数随钻测传工具，其特征在于，所述密封槽盒(11)包括槽体(112)和密封端盖(111)，所述槽体(112)沿所述钻铤(1)的表面向所述钻铤(1)的轴线延伸，所述密封端盖(111)密封所述槽体(112)开口，所述密封端盖(111)与所述槽体(112)之间设置有密封件(113)，所述密封端盖(111)表面不突出于所述钻铤(1)的外壁表面。

3.根据权利要求2所述的井下多工程参数随钻测传工具，其特征在于，所述钻铤(1)的外径与所述绝缘短节(2)的外径相同，所述钻铤(1)的外壁设置有凸出于所述钻铤(1)外壁的耐磨带(9)。

4.根据权利要求1所述的井下多工程参数随钻测传工具，其特征在于，所述测量件(3)至少包括多组应变片、超声波换能器、内水眼压力传感器、外环空压力传感器、三轴振动加速度计、磁通门以及重力加速度计中的一个。

5.根据权利要求1所述的井下多工程参数随钻测传工具，其特征在于，所述钻铤(1)设置发射电极(6)，所述发射端与所述发射电极(6)连接；所述第二短节(22)上设置返回电极(7)，所述返回端与所述返回电极(7)连接。

6.根据权利要求1所述的井下多工程参数随钻测传工具，其特征在于，所述钻铤(1)的侧壁设置有沿其轴向的第一轴向走线孔(12)以及若干沿其径向的径向走线孔(13)以进行走线，所述第一轴向走线孔(12)连通所述径向走线孔(13)；所述绝缘短节(2)设置有沿其轴向的第二轴向走线孔(25)以进行走线，所述第二轴向走线孔(25)贯穿所述第一短节(21)，所述第一轴向走线孔(12)与所述第二轴向走线孔(25)连通。

7.根据权利要求6所述的井下多工程参数随钻测传工具，其特征在于，所述钻铤(1)与所述第一短节(21)螺接，所述第一轴向走线孔(12)与所述第二轴向走线孔(25)相连接处设置有导电滑环(8)。

8.根据权利要求1所述的井下多工程参数随钻测传工具，其特征在于，所述第一短节(21)远离所述钻铤(1)的一端设置第一限位阶梯，所述第一限位阶梯设置有外螺纹；所述第二短节(22)的中心孔内设置有与所述第一限位阶梯配合的第二限位阶梯，所述第二限位阶梯设置有内螺纹，所述第一短节(21)插入所述第二短节(22)并与其螺接，所述第一短节(21)与所述第二短节(22)的连接螺纹处喷涂绝缘涂层；

所述第一短节(21)套接有外绝缘隔套(23)，第一限位阶梯的端面与第二限位阶梯的端面互相夹持所述外绝缘隔套(23)；

所述第一短节(21)的中心孔插接有内绝缘隔套(24)，所述内绝缘隔套(24)远离所述第一短节(21)端部插接于所述第二短节(22)的中心孔内。

9.根据权利要求1所述的井下多工程参数随钻测传工具，其特征在于，所述电源组件(4)由多组并联的高温锂电池组成。

10.工程参数的传输方法，应用如权利要求1-9任一所述的井下多工程参数随钻测传工具，其特征在于，包括：

测量件(3)对井下参数进行测量，并传输给数据调节组件(5)；

所述数据调节组件(5)将采集到的数据存储并筛选出部分数据进行编码，并以电磁波传输的形式发送至井上的接收组件(10)。