CN212337263U - 一种新型随钻井径成像测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及钻探技术领域，尤其是涉及一种新型随钻井径成像测量装置。本实用新型提供的一种新型随钻井径成像测量装置包括钻铤，钻铤包括形成流道的第一本体和第二本体，第一本体的壁厚大于所述第二本体的壁厚，通过对壁厚较厚的第一本体外壁设有安装槽，用于安装测距传感器，测量钻铤外壁与孔壁之间的距离，实时得到孔径的大小数据，并通过过线孔内的连接线，传输到传感器处理器，同时，在壁厚较薄的第二本体内部设有内置姿态传感器组件，并设有连接测距传感器的电源及信号的井下电池和传感器处理器，实现对内部传感器与外设测距传感器的数据互通，整合多传感器数据，实现对孔壁及孔径的多维度测量。

Description

一种新型随钻井径成像测量装置

技术领域

本实用新型涉及钻探技术领域，尤其是涉及一种新型随钻井径成像测量装置。

背景技术

石油或地质钻孔由于受到井下不同地层特征的影响，经常出现坍塌、掉块、缩径、扩径等变化。某些地层在钻孔经过的区域也存在裂缝等地质特征。对上述现象进行精确测量是规避钻井井下风险、了解井下地层发育的重要指标。

现有的产品主要有两种类型装置进行井径变化的测量：一种是使用机械式的卡钳进行井径测量，这种设备需要伸出一个机械面接触井壁，无法测量裂隙等细微变化，并且由于机械装置容易在井下遇卡出现井下风险。另一种使用单独的超声传感器测量井壁，但是这种单独的距离测量无法校正由于钻柱在进行偏心、蜗转、振动带来的影响，测量的结果和实际井下井径变化不一致。

由此可见，上述已有井径测量方法或测量精度低、存在井下风险、或无法消除井下钻具偏心因素影响，测量失真。

钻柱作为连接地表面与地层钻头的中间部件，是下部钻具组合的主要组成部分。其主要特点是壁厚大(一般为38～53mm,相当于钻杆壁厚的4～6倍)，具有较大的重力和刚度。其形成了钻头与地面的液体流通通道，该通道用于流通地表面水龙头提供的由井口流向钻头的钻井液，以及流通由钻头流向井口的高压泥浆。其中，钻铤位于钻柱的最下端，其连接动力钻具和钻头，用于给钻头施加钻压，因其最接近于钻头，因此钻铤周边的地层情况最能反映钻头的工作状况，包括井径、井斜、坍塌、掉块、缩径、扩径等工作状况。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种新型随钻井径成像测量装置，该新型随钻井径成像测量装置能够实时测量钻柱钻进时井径参数，且井径参数测量精度高，失真率低。

为了实现上述目的，根据本实用新型实施例提出一种新型随钻井径成像测量装置，所述新型随钻井径成像测量装置包括：钻铤，所述钻铤用于连接钻头等钻具组合中；

所述钻铤包括：本体，所述本体为内部形成流道的圆柱体；所述流道包括第一流道和所述第二流道；其中，所述第一流道内壁与所述本体的外壁之间形成第一本体，所述第二流道与所述本体的外壁之间形成第二本体，所述第一本体的壁厚大于所述第二本体的壁厚；其中，所述第二流道包括连通与所述第一流道的第三环流通道，以及密闭与所述第二本体内的第一安装腔；所述第一本体的外壁周向形成有多个安装槽，所述安装槽均匀布设在所述第一本体的周壁；所述第一安装腔与所述安装槽之间形成过线孔，所述过线孔内布设连接线；外置传感器组，包括多个测距传感器，所述多个测距传感器分别安装与所述安装槽，且所述安装槽由密封盖板密封；内置传感器组件，所述内置传感器组件内置于所述第一安装腔，所述内置传感器组件包括中置耐高压仪器管，以及沿靠近所述外置传感器组的方向依次布置的姿态传感器、传感器处理器和井下电池；其中，所述中置耐高压仪器管悬挂连接与所述第二本体的内壁；其中，所述测距传感器通过所述连接线连接与所述传感器处理器和所述井下电池；其中，所述姿态传感器、所述传感器处理器和所述井下电池密封于所述中置耐高压仪器管内，且所述姿态传感器连接与所述传感器处理器和所述井下电池；所述第一流道与所述第三环流通道之间设有光滑过渡段，且中置耐高压仪器管靠近所述光滑过渡段包括安装在第二本体内壁上的悬挂过线短节，所述第一安装腔位于悬挂短节的下方，第一安装腔由耐高压管内部空间形成，并能依照安装传感器的多少增加耐高压管长度。

通过对壁厚较厚的第一本体外壁设有安装槽，用于安装测距传感器，测量钻铤外壁与井壁之间的距离，实时得到孔径的大小数据，并通过过线孔内的连接线，传输到传感器处理器，同时，在壁厚较薄的第二本体内部设有内置传感器组件，并设有连接测距传感器的电源及信号的井下电池和传感器处理器，实现对内部传感器与外设测距传感及的数据互通，整合多传感器数据，实现对孔壁及孔径的多维度测量。

本申请一些实施例中，所述光滑过渡段包括连接所述第一流道和所述第三环流通道的弧形段，并保证流体流通面积保持不变，减少泥浆对悬挂短节头部的冲刷。

本申请一些实施例中，所述光滑过渡段包括沿所述第一流道径向延伸并朝向所述第三环流通道的扩径保护段，以保护第一安装腔内的功能器件不被高压泥浆和高压水流的冲刷。

本申请一些实施例中，所述中置耐高压仪器管上端外壁贴合与所述第二本体的内壁，所述耐高压悬挂管通过多个螺栓悬挂连接于所述第二本体，第一个螺栓内部有一个过线孔以连通外部测距传感器和内部姿态传感器，实现对外部测距传感器和内部姿态传感器数据的整合，并将外部测距传感器的数据传输到传感器处理器，其他螺栓实现对功能器件的整合和安装固定。

本申请一些实施例中，所述测距传感器安装于所述密封盖板朝向井壁的一面，并且，所述测距传感器密封于所述安装槽内，所述密封盖板与通过密封条密封所述安装槽。

本申请一些实施例中，所述测距传感器为超声传感器或专用激光传感器，以适应钻铤的工作环境及保证测量精度。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述优点结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的新型随钻井径成像测量装置的整体结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的新型随钻井径成像测量装置的分解结构示意图；

图3是图2中A处的局部放大图。

附图标记：

新型随钻井径成像测量装置1

本体10

第一本体11

安装槽111

过线孔112

第二本体12

流道20

第一流道21

第二流道22

第三环流通道221

第一安装腔222

弧形段23

扩径保护段231

中置耐高压仪器管31

井下电池32

传感器处理器33

姿态传感器34

扶正器35

连接线40

高压过线密封螺栓51

普通悬挂螺栓52

密封盖板61

测距传感器62。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本实用新型的实施例。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

一种新型随钻井径成像测量装置用于石油、地质钻井，实时测量井筒内径变化的随钻测量装置。

下面参考附图描述根据本实用新型实施例的新型随钻井径成像测量装置1。

如图1-图3示，新型随钻井径成像测量装置1包括钻铤,钻铤用于连接动力钻具或钻头，用于给钻头施加钻压，因其最接近于钻头，因此钻铤周边的地层情况最能反映钻头的工作状况，包括井径、井斜、坍塌、掉块、缩径、扩径等工作状况。

具体地，钻铤包括：本体10，本体10为内部形成流道20的圆柱体；该圆柱体的形成钻铤的外观，圆柱体的形状有利地可传递来自底面的动力，实现通过钻铤带动钻头的旋转钻进或钻出。并且，钻铤的内部形成的流道用于流通来自底面的水流，冲洗钻铤及钻头位置，防止钻进过程时的堵塞。另一方面，钻铤的内部形成的流道20用于流通来自钻头的污泥、泥浆，将污泥、泥浆导出到地面，以保证钻头的顺利工作。

为了对本实施例中钻铤的结构及其方案做详细完整的描述，对钻铤的一些特征做了进一步的描述，其中，流道20包括第一流道21和第二流道22。

其中，第一流道21内壁与本体的外壁之间形成第一本体11，第二流道22与本体的外壁之间形成第二本体12，第一本体11的壁厚大于第二本体12的壁厚。

其中，第二流道22包括连通与第一流道21的第三环流通道221，以及密闭与第二本体12内的第一安装腔222，第一安装腔在第二本体中居中放置；该第一安装腔可由耐高压管的内部空间形成，并能依照安装传感器的多少增加耐高压管的长度。

因此，为了方便对钻铤的内部结构的描述，将钻铤分为位于上部的第一本体11和位于下部的第二本体12，且第一本体11与第二本体12的厚度不同，本方案公开的实施例中，第一本体11的壁厚大于第二本体12的壁厚，该特征为后续对钻铤内置部件的设计提供了前提。另外，钻铤内部的流道包括第一流道21和第三环流通道221空间形成的流体流道，用于流通底面的水流，以及流通来自钻头的污泥、泥浆，还包括密闭与钻铤内且与靠近钻铤下方的第一安装腔222。本实施例通，第一安装腔222用于安装用于实现该新型随钻井径成像测量装置功能的传感器等功能组件，并且，该第一安装腔可由耐高压管的内部空间形成，并能依照安装传感器的多少增加耐高压管的长度。

具体地，本实施例中，钻铤上对传感器等功能组件的布局及安装具体的结构设计为：

第一本体11的外壁周向形成有多个安装槽111，安装槽111均匀布设在第一本体11的周壁；其中，安装槽111的数量可以根据实际测量要求确定，在一些实施例中，安装槽111的数量为三个，且该三个安装槽111相互之间呈60度，均匀布置在第一本体11的周壁外表面上；在一些实时例中，安装槽111的数量为四个，且该四个安装槽111相互之间程90度，均匀布置在第一本体11的周壁外表面上。可以知道地，安装槽111的数量根据测量需求，例如测量精度，并考虑成本综合考虑选择，本领域技术人员对上述描述的变形可在本专利的保护范围之内。

其中，为了实现对安装槽111内功能器件与第一安装槽111内器件的电性连接或数据传输等，第一安装腔222与安装槽111之间形成过线孔112，过线孔112内布设连接线40；该连接线40可以为电连接线40、数据传输线、信号传输线等，以及电连接线40、数据连接线40、信号传输线的组合等，在此不予限定。

外置传感器组，包括多个测距传感器62，多个测距传感器62分别安装与安装槽111，且安装槽111由密封盖板61密封。

其中，在一些实施例中，测距传感器62优选为超声传感器或专用激光传感器，由于钻铤在工作时，工作环境恶劣，且为较黑暗的环境，基于超声传感器通过声波反射测距的原理，恶劣或流体的环境可较好的适用测量，并提供较精确的测量数据。

内置传感器组件，内置传感器组件内置于第一安装腔222，内置传感器组件包括中置耐高压仪器管31，以及沿靠近外置传感器组的方向依次布置的姿态传感器34、传感器处理器33井下电池32。并且，为保持姿态传感器34等功能器件的位置始终保持固定位置，且使其位置不偏斜，在姿态传感器34的外侧抗压管上还设有扶正器35，当姿态传感器34等功能器件在钻铤中间位置时，扶正器35起作用用于对其扶正和减振作用。

需要进一步说明的使，中置耐高压仪器管31靠近光滑过渡段包括安装在第二本体12内壁上的悬挂过线短节，且第一安装腔222位于光滑过渡段的悬挂短节的下方，第一安装腔由耐高压管内部空间形成，并能依照安装传感器的多少增加耐高压管长度。

其中，悬挂短节头部是一个子弹头类似圆滑圆锥体；可以将泥浆导流到环形空间。

悬挂短节由多个螺栓固定，第一个螺栓为高压过线密封螺栓51即起到过线左右，又能起到密封悬挂作用。

悬挂短节下部连接有多节丝扣密封连接的耐高压管，用于容纳内部传感器、传感器处理器33和井下电池32。

其中，中置耐高压仪器管31悬挂连接与第二本体12的内壁。

其中，测距传感器62通过连接线40连接与传感器处理器33和井下电池32。

具体地，连接线40一端连接测距传感器62。依次穿入过线孔112、中置耐高压仪器管31，使另一端连接连接与传感器处理器33和井下电池32，井下电池32用于为测距传感器62供电，传感器处理器33用于接收测距传感器62的数据并处理。

并且，中置耐高压仪器管31起到设备悬挂、过线、密封的作用，使得外部测距传感器62和内部井下电池32，传感器处理器33和姿态传感器34连为一体，使该装置结构密封性好，结构紧凑。

其中，姿态传感器34、传感器处理器33和井下电池32密封于中置耐高压仪器管31内；且姿态传感器34连接与传感器处理器33和井下电池32。

由于钻铤工作时，第一流道21和第三环流通道221中流通有高压泥浆和高压水流，因此为保护第一安装腔222内功能器件不受影响，由第一流道21与第三环流通道221之间设有光滑过渡段，且第一安装腔222位于光滑过渡段的下方，因此高压泥浆和高压水流可经过该光滑过渡段流通与第一流道21和第三环流通道221，且第一安装腔222内的功能器件不受影响。因此该，光滑过渡段一方面具有导流作用，另一方面该光滑过渡段可防止高压泥浆和高压水流形成的物理损坏第一安装腔222内的功能器件。

即在中置耐高压仪器管31的顶部，对钻铤做了扩径处理，使得高压流体径光滑过渡段的流经面积不变，且减少对内部功能器件的冲刷。

本申请一些实施例，如图3所示，光滑过渡段包括连接第一流道21和第三环流通道221的弧形段23。

本申请一些实施例，如图3所示，光滑过渡段包括沿第一流道21径向延伸并朝向第三环流通道221的钩形保护段231。

本申请一些实施例，中置耐高压仪器管31外壁贴合与第二本体12的内壁，中置耐高压仪器管31通过螺栓悬挂连接于第二本体12。该螺栓包括高压过线密封螺栓51和普通悬挂螺栓52，其中高压过线密封螺栓51还用于传设连接线40。且外端设有卡簧防止松动。并且，钻铤的第一本体11和第二本体12之间设有过渡段，有利于防止泥浆涡流的产生，保护第二本体12内部功能器件因高压泥浆和高压水流的影响。

本申请一些实施例，如图2所示，测距传感器62安装于密封盖板61朝向井壁的一面，并且，测距传感器62密封于安装槽111内，密封盖板61与通过密封条密封安装槽111。

具体地，超声传感器和盖板密封盖板61形成单独的骨架，一体地安装与安装槽111内，并通过螺栓将密封盖板61固定在第一本体11上。

本申请的一些实施例，测距传感器62和姿态传感器34使用统一的RTC实时时钟，可以同步测量特定时刻的钻柱瞬间数据，使测量数据时间一致，从而使数据分析更加准确。

通过对壁厚较厚的第一本体11外壁设有安装槽111，用于安装测距传感器62，测量钻铤外壁与孔壁之间的距离，实时得到孔径的大小数据，并通过过线孔112内的连接线40，传输到传感器处理器33，同时，在壁厚较薄的第二本体12内部设有内置传感器组件，并设有连接测距传感器62的电源及信号的井下电池32和传感器处理器33，实现对内部传感器与外设测距传感及的数据互通，整合多传感器数据，实现对孔壁及孔径的多维度测量。

根据本实用新型实施例的新型随钻井径成像测量装置1的其他构成对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种新型随钻井径成像测量装置，包括：

钻铤，所述钻铤用于连接钻具组合中；

所述钻铤包括：

本体，所述本体为内部形成流道的圆柱体；

所述流道包括第一流道和第二流道；

其中，所述第一流道内壁与所述本体的外壁之间形成第一本体，所述第二流道与所述本体的外壁之间形成第二本体，所述第一本体的壁厚大于所述第二本体的壁厚；

其中，所述第二流道包括连通与所述第一流道的第三环流通道，以及密闭与所述第二本体内的第一安装腔；

所述第一本体的外壁周向形成有多个安装槽，所述安装槽均匀布设在所述第一本体的周壁；

所述第一安装腔与所述安装槽之间形成过线孔，所述过线孔内布设连接线；

外置传感器组，包括多个测距传感器，所述多个测距传感器分别安装与所述安装槽，且所述安装槽由密封盖板密封；

内置传感器组件，所述内置传感器组件内置于所述第一安装腔，所述内置传感器组件包括中置耐高压仪器管，以及沿靠近所述外置传感器组的方向依次布置的姿态传感器、传感器处理器和井下电池；

其中，所述中置耐高压仪器管悬挂连接与所述第二本体的内壁；

其中，所述测距传感器通过所述连接线连接于所述传感器处理器和所述井下电池；其中，所述姿态传感器、所述传感器处理器和所述井下电池密封于所述中置耐高压仪器管内，且所述姿态传感器连接于所述传感器处理器和所述井下电池；

所述第一流道与所述第三环流通道之间设有光滑过渡段，且所述第一安装腔位于所述光滑过渡段的下方。

2.根据权利要求1所述的新型随钻井径成像测量装置，其特征在于，所述光滑过渡段包括连接所述第一流道和所述第三环流通道的弧形段。

3.根据权利要求2所述的新型随钻井径成像测量装置，其特征在于，所述光滑过渡段包括沿所述第一流道径向延伸并朝向所述第三环流通道的扩径保护段。

4.根据权利要求1所述的新型随钻井径成像测量装置，其特征在于，所述中置耐高压仪器管外壁贴合与所述第二本体的内壁，所述中置耐高压仪器管通过多个螺栓悬挂连接于所述第二本体。

5.根据权利要求1所述的新型随钻井径成像测量装置，其特征在于，所述测距传感器安装于所述密封盖板朝向井筒壁的一面，所述密封盖板通过密封条密封安装于钻铤安装槽中。

6.根据权利要求1所述的新型随钻井径成像测量装置，其特征在于，所述测距传感器为超声传感器或激光测距传感器。

Images