CN1888387A - 一种下井探管机械骨架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种下井探管机械骨架，由上连接件、下连接件、井下电源骨架和传感器组件骨架组成，其具有三维坐标系关系，且为多段式结构。上连接件通过接头与传感器组件骨架的耐压壳一端连接，接头另一端螺纹连接有挂勾，光缆固定在挂勾上，且通孔穿过；下连接件通过接头与传感器组件骨架的耐压壳另一端连接；井下电源骨架安装在传感器组件骨架的耐压壳内。本发明下井探管机械骨架结构分布布局合理，使得空间利用好；导线和光纤走线短并且合理，信号干扰小；并且这样的结构增加了结构的强度；在保证空间位置精度基础上，陀螺部分和加表部分分开减小了信号干扰，并且使得电路的分布变得合理。

Description

一种下井探管机械骨架

技术领域

本发明涉及一种全光纤测斜仪中用于固定传感器组件、控制电路板、电源电路板用的机械骨架结构。

背量技术

现代油井、天然气井的钻探技术可提供更小井眼，以满足石油及天然气的不同开采要求。例如，在海上钻井平台或钻探船上，往往需要在一个平台上钻探多个井眼到达目标油层；此外矿产资源的贫化以及在深地层较大的矿藏沉积，使得油气井的钻进深度越来越深，目标靶区的半径越来越小。同时由于地下地层一般具有3℃/100m温度梯度，故钻进深度越深，仪器的工作环境温度越高，在某些超深井井底温度可达200℃以上高温。现有的测井设备往往受限于尺寸和耐温极限，以至于对此类井无法实现测量要求。

为了实现上述油井、天然气井的井眼轨迹测量，一般采用机械骨架将传感器件固定在其上，达到结构紧凑、小巧的目的。陀螺测斜仪是套管井等有磁干扰油井井眼轨迹的主要测量工具。目前国内外使用的陀螺测斜仪主要采用机械陀螺作为角速度传感器测量井斜及方位角。由于机械式陀螺测斜仪由框架支承、高速旋转的陀螺电机、框架支承的悬垂以及电刷组件组成，使得这类测斜仪器存在着结构复杂、易损坏、抗振性差、寿命短、漂移大、精度差以及操作维修不方便的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种下井探管机械骨架，该机械骨架为多段式中空结构，其结构设计合理，各器件安装方便、定位精确。本发明下井探管机械结构能够实现小尺寸井眼轨迹的测量，由于采用高效抽真空保温瓶，瓶内传感器采用低功耗设计，使用该结构的下井探管可工作于高温工作环境，可用于小尺寸井眼的测量。

本发明是一种下井探管机械骨架，由上连接件、下连接件、井下电源骨架和传感器组件骨架组成，上连接件通过接头与传感器组件骨架的耐压壳一端连接，接头另一端螺纹连接有挂勾，光缆固定在挂勾上，且通孔穿过；下连接件通过接头与传感器组件骨架的耐压壳另一端连接；井下电源骨架安装在传感器组件骨架的耐压壳内。该机械骨架具有三维坐标系关系，且为多段式结构，骨架体上设有用于固定传感器组件和固定屏蔽罩的多个螺纹孔；传感器组件分别安装在不同部位的机械骨架上，然后再将多块屏蔽罩与骨架体上的螺纹孔连接。

本发明下井探管机械骨架设计成多段式中空结构使陀螺和加表构成了一体，减少了传感器组件因安装引入的测量误差信息，同时也扩大了传感器组件的采集范围；各电路板的分离安装，降低了其的加工难度、加工成本和维修成本；同时传感器组件安装、拆卸方便，定位精确；采用多块屏蔽罩构成机械骨架的外壳体，不仅减少了各器件之间的信号相互干扰，同时也方便了对安装在不同部位器件的维修，也减小了机械骨架的体积；本发明下井探管机械骨架尺寸小于54mm；传感器组件外部采用高效抽真空保温瓶有效地提高了下井探管的耐温性能，无测量井深限制；井下电源采用独立的骨架设计，且置于保温瓶外，有效地降低了保温瓶内的温升，延长了测量时间；上下连接件采用螺旋连接方式，有利于下井探管的拆卸。

附图说明

图1是本发明下井探管机械骨架外部结构图。

图2是耐压管内部结构图。

图3A是传感器组件骨架结构图。

图3B是第一固定板结构图。

图4是井下电源骨架结构图。

图5是上连接件结构图。

图中：1.第一固定板    11.环形右端框    12.环形左端框    13.条形孔14.凸形孔    2.第二固定板    21.凹腔    22.条形孔    3.第三固定板31.凹腔    32.条形槽    4.第一定位圆桶    41.楔形孔    42.安装面43.平面    44.凹槽    5.第二定位圆桶    51.凹槽    53.圆孔54.安装面    6.X轴向安装台    61.安装面    62.圆孔    7.Y轴向安装台71.安装面    72.圆孔    8.X轴向矩形腔    81.上面板    82.下面板83.槽口    84.环形端框    9.Y轴向矩形腔    91.左面板    92.右面板93.上环形端框    94.下环形端框    95.槽口    96.走纤槽    101.耐压壳102上连接件    103.挂勾    104.接头    105.通孔    106.下连接件107.保温瓶    108.连接头    109.井下电源骨架    110.第一定位架111.前侧板    112.环形右端框    113.环形左端框    114.条形孔    115.安装孔116.过渡端框    117.孔    118.后侧板    119.第一变压器    120.第二变压器

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种用于光纤陀螺油井测斜仪的下井探管机械骨架，该机械骨架具有三维坐标系关系，且为多段式结构，即上连接件102一段、下连接件106一段、下井下电源骨架一段和用于安装传感器组件的骨架体(图3A所示)一段。本发明下井探管机械骨架由上连接件102、下连接件106、井下电源骨架和传感器组件骨架组成(参见图1、图3A所示)，上连接件102通过接头104与传感器组件骨架的耐压壳101一端连接，接头104另一端螺纹连接有挂勾103，光缆8固定在挂勾103上，且通孔105穿过；下连接件106通过接头与传感器组件骨架的耐压壳101另一端连接；井下电源骨架安装在传感器组件骨架的耐压壳101内(参见图2所示)。其骨架体上设有用于固定传感器组件和固定屏蔽罩的多个螺纹孔；传感器组件分别安装在不同部位的机械骨架上，然后再将多块屏蔽罩与骨架体上的螺纹孔连接。

参见图4所示，在本发明中，井下电源骨架用于安装提供井下所需电源的AC/DC模块(AC/DC模块固定在第二定位板111上)和滤波电路板(滤波电路板固定在第一定位板110上)，其井下所需电源为±15V、±5V。井下电源骨架为一体成型件，其第一定位板110与保温瓶107一端螺纹连接，第二定位板111置入上连接件102的通孔105内。第一定位板110的一端为环形右端框112，其板面上设有条形孔114、安装孔115，第一定位板110的另一端为过渡圆框116，过渡圆框116的中心开有孔117，过渡圆框116与环形左端框113之间有前侧板111、后侧板118，第一变压器119和第二变压器120平行且固定安装在前侧板111和后侧板118上。

参见图3A所示，在本发明中，传感器组件的骨架体上设有用于固定传感器组件(传感器组件一般有三个光纤陀螺和三个加速度计)和固定屏蔽罩(屏蔽罩是由多块弧形钢板分别通过机械骨架上的螺纹孔连接构成)的多个螺纹孔；传感器组件分别安装在不同部位的机械骨架上，然后再将多块屏蔽罩与骨架体上的螺纹孔连接，采用多块屏蔽罩构成机械骨架的外壳体，不仅减少了各器件之间的信号相互干扰，同时也方便了对安装在不同部位上的传感器组件的维修，也减小了机械骨架的体积。机械骨架设计成具有三维坐标系关系，是为了保证传感器组件数据采集的范围，两段式机械骨架的设计是因有一个加速度计安装位置以及与光纤陀螺油井连续测斜仪的其它部件连接而设计的。

本发明的传感器组件的骨架是以其中一个基准面作为坐标轴向的，固定安装在骨架上的三个光纤陀螺和三个加速度计，以及多块电路板，是以Z轴向为基准面的进行轴向划分的。请参见图3A所示，骨架由第一定位圆桶4、第二定位圆桶5、X轴向安装台6、Y轴向安装台7、X轴向矩形腔8、Y轴向矩形腔9和用于安装电路板的第一固定板1、第二固定板2和第三固定板3组成，第一固定板1连接在第一定位圆桶4的一端，第一定位圆桶4与X轴向矩形腔8之间是Y轴向安装台7和X轴向安装台6，X轴向矩形腔8与Y轴向矩形腔9之间是第二固定板2，Y轴向矩形腔9与第二定位圆桶5之间是第三固定板3。

参见图3B所示，在第一固定板1的两端是环形右端框11、环形左端框12，其板面上设有条形孔13和凸形孔14，凸形孔14设在环形右端框11的内侧面，环形左端框12连接在第一定位圆桶4上并与内腔的平面43接触，环形左端框12外径与第一定位圆桶4内径大小适配；第一固定板1是用来固定光纤陀螺油井测斜仪中井下仪器部分的系统处理器用的，即可以用来固定如DSP+FPGA的电路板，电源驱动电路板等。板面上的条形孔13和凸形孔14是用于连接线的通过。

在第一定位圆桶4内设有安装面42、平面43和楔形孔41，其外部设有用于安装扁平缆的凹槽44；第一定位圆桶4的内腔是用来安装Z轴向加速度计的，Z轴向加速度计是固定在安装面42上的，安装面42与安装面71的垂直设计保证Z轴向加速度计与Y轴向加速度计的敏感轴相互正交，Z轴向加速度计的连接线经楔形孔41伸出，凹槽44内可以安装扁平缆，凹槽44上方用屏蔽罩遮盖。

在Y轴向安装台7的安装面71上设有用于放置Y轴向加速度计的圆孔72。X轴向安装台6的安装面61上设有用于放置X轴向加速度计的圆孔62。安装面71与安装面61的垂直设计保证Y轴向加速度计与X轴向加速度计的敏感轴相互正交。在本发明中，安装面42与安装面71垂直，安装面71与安装面61垂直，安装面42与安装面61垂直，通过加速度计的固定位实现了三个加速度计的敏感轴相互正交。

在第二固定板2上设有椭圆形凹腔21，凹腔21的中心有一条形孔22；第二二固定板2两个面板的凹腔21上分别安装有电路板，电路板的连接线以及光纤陀螺的光纤从条形孔22中穿过。椭圆形凹腔21的设计减小了光纤的弯曲损耗。

在X轴向矩形腔8的上面板81与下面板82平行且与三维坐标系X轴垂直，X轴向矩形腔8的环形端框84上设有槽口83。Y轴向矩形腔9的左面板91与右面板92平行且与三维坐标系Y轴垂直，右面板92上开有走纤槽96，Y轴向矩形腔9的上环形端框93和下环形端框94上设有槽口95。X轴向矩形腔8和Y轴向矩形腔9的开口方向是垂直的，两个光纤陀螺分别放入X轴向矩形腔8和Y轴向矩形腔9腔内，通过固定在不同的面板位置使光纤陀螺具有采集X轴方向或者采集Y轴方向数据的特性。槽口83、槽口95、走纤槽96的设计优化了走纤路径，减小了光纤信号传输损耗。

在第三固定板3上设有椭圆形凹腔31，第三固定板3与第二定位圆桶5接合处设有条形槽32，条形槽32内固定有光纤耦合器，第三固定板3两个面板的凹腔31上分别安装有电路板，电路板的连接线以及光纤陀螺的光纤从从条形槽32中穿过。椭圆形凹腔31的设计减小了光纤的弯曲损耗。

在第二定位圆桶5内设有安装面53，安装面53的中心开有一圆孔52，其外部设有用于安装扁平缆的凹槽51，凹槽51上方用屏蔽罩遮盖。第二定位圆桶5内安装的是Z轴向光纤陀螺，Z轴向光纤陀螺固定在安装面53上，连接线通过圆孔52伸出至第三固定板3。Y轴向矩形腔9的左面板91和右面板92与第二定位圆桶5的安装面53垂直，Y轴向矩形腔9的左面板91和右面板92与X轴向矩形腔8的上面板81和下面板82相互分别垂直，X轴向矩形腔8的上面板81和下面板82与第二定位圆桶5的安装面53垂直保证了三个光纤陀螺的敏感轴相互正交。

本发明机械骨架结构分布采用电源+滤波电路板+信号采集电路板+陀螺+电路板+陀螺+电路板+陀螺+三只加速度计，布局合理，使得空间利用好；导线和光纤走线短并且合理，信号干扰小；并且这样的结构增加了结构的强度；在保证空间位置精度基础上，陀螺部分和加表部分分开减小了信号干扰，并且使得电路的分布变得合理。

Claims (6)

1、一种下井探管机械骨架，其特征在于：由上连接件(102)、下连接件(106)、井下电源骨架和传感器组件骨架组成，

所述上连接件(102)通过接头(104)与传感器组件骨架的耐压壳(101)一端连接，接头(104)另一端螺纹连接有挂勾(103)，光缆(8)固定在挂勾(103)上，且通孔(105)穿过；

所述下连接件(106)通过接头与传感器组件骨架的耐压壳(101)另一端连接；

所述传感器组件骨架的第一固定板(1)连接在第一定位圆桶(4)的一端，第一定位圆桶(4)与X轴向矩形腔(8)之间是Y轴向安装台(7)和X轴向安装台(6)，X轴向矩形腔(8)与Y轴向矩形腔(9)之间是第二固定板(2)，Y轴向矩形腔(9)与第二定位圆桶(5)之间是第三固定板(3)；在第一固定板(1)的两端是环形端框(11、12)，其板面上设有条形孔(13)和凸形孔(14)，凸形孔(14)设在环形端框(11)的内侧面，环形端框(12)连接在第一定位圆桶(4)上；在第一定位圆桶(4)内设有安装面(42)、平面(43)和楔形孔(41)，其外部设有用于安装扁平缆的凹槽(44)；在Y轴向安装台(7)的安装面(71)上设有用于放置传感器组件的圆孔(72)；在X轴向安装台(6)的安装面(61)上设有用于放置传感器组件的圆孔(62)；在X轴向矩形腔(8)的上面板(81)与下面板(82)平行且与三维坐标系X轴垂直，X轴向矩形腔(8)的环形端框(84)上对称设有槽口(83)；在第二固定板(2)上设有凹腔(21)，凹腔(21)的中心有一条形孔(22)；在Y轴向矩形腔(9)的左面板(91)与右面板(92)平行且与三维坐标系Y轴垂直，右面板(92)上开有走纤槽(96)，Y轴向矩形腔(9)的上环形端框(93)和下环形端框(94)上设有槽口(95)；在第三固定板(3)上设有凹腔(31)，第三固定板(3)与第二定位圆桶(5)接合处设有条形槽(32)；在第二定位圆桶(5)内设有安装面(53)，安装面(53)的中心开有一圆孔(52)，其外部设有用于安装扁平缆的凹槽(51)；

所述井下电源骨架为一体成型件，其第一定位板(110)与保温瓶(107)一端螺纹连接，第二定位板(111)置入上连接件(102)的通孔(105)内。第一定位板(110)的一端为环形右端框(112)，其板面上设有条形孔(114)、安装孔(115)，第一定位板(110)的另一端为过渡圆框(116)，过渡圆框(116)的中心开有孔(117)，过渡圆框(116)与环形左端框(113)之间有前侧板(111)、后侧板(118)，第一变压器(119)和第二变压器(120)平行且固定安装在前侧板(111)和后侧板(118)上。

2、根据权利要求1所述的下井探管机械骨架，其特征在于：第一定位圆桶(4)的安装面(42)与Y轴向安装台(7)的安装面(71)垂直，Y轴向安装台(7)的安装面(71)垂直与X轴向安装台(6)的安装面(61)垂直，第一定位圆桶(4)的安装面(42)与X轴向安装台(6)的安装面(61)垂直。

3、根据权利要求1所述的下井探管机械骨架，其特征在于：X轴向矩形腔(8)与Y轴向矩形腔(9)的安装面法线垂直。

4、根据权利要求1所述的下井探管机械骨架，其特征在于：环形端框(12)外径与第一定位圆桶(4)内径大小适配。

5、根据权利要求1所述的下井探管机械骨架，其特征在于：第二固定板(2)上的凹腔(21)为椭圆形；第三固定板(3)上的凹腔(31)为椭圆形。

6、根据权利要求1所述的下井探管机械骨架，其特征在于：光纤从槽口(95)、走纤槽(96)和槽口(83)通过，减小了光纤陀螺油井测斜仪的光纤信号传输损耗。

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