CN86207607U - 自调机械式随钻测斜仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于8(1/2)″以上井眼的 可以自动调节测斜范围、也可以从外部装上一个“哈 夫”零件在一定范围内测斜的机械式随钻测斜仪，结 构简单，工作可靠，使用维修方便。仪器的测量增量 0.5°，测量精度±0.5°，测斜范围0°～21°，可供石油 钻井随钻监控井斜。

Description

本发明涉及一种改进的机械式随钻测斜仪，它能够自动调节测斜范围，或从外部加上一个“哈夫”零件把测斜角定在0°－3°、3°－6°、……18°－21°范围内。在测量增量和测量精度仍分别为0.5°和±0.5°的情况下，测斜范围较国外现有同类仪器扩大一倍，适用于直井或21°以内定向井的测斜。

国外现有的随钻测斜仪（美国专利3455401、3466755、3468035）例如美国BJ公司的测斜仪，测量增量0.5°，测量精度±0.5°，测量范围0.5°～10°，需起钻后才能手工调节。其摆锤系采用“上挂”定位，止动环呈锥形延伸，摆锤中心线和仪器中心线的夹角始终等于井斜角，角度变化较大。这样由于手调机构的复杂和受仪器直径的约束，就限制了测斜范围的扩大。同时国外有种仍为“上挂”定位的广角测斜仪（美国专利4216590，尚未形成仪器），测量增量1°，测斜范围可达56°。其内摆为半球形，中间掏空安装齿板、外摆及其齿闩，构造复杂，难以加工，精度上也满足不了一般直井的测斜要求。

本发明的目的是保证在较小测量增量0.5°下能获得较大的测斜范围，并实现自动调节。

本发明是这样实现的：锥形塞在泥浆流的压差作用下向下移动，通过脉冲环外筒中最小过流断面的各个脉冲环时，压力瞬间升高形成脉冲，脉冲压力波以泥浆为介质传输至地面立管，由记录仪加以记录。由于结构上已经保证每次停泵后锥形塞在主弹簧作用下的回升高度是随井斜角的改变而改变的，换言之，不同的井斜角度锥形塞回升高度不同，再次开泵时，出现的脉冲个数也不同。所以井斜角的大小，可以通过脉冲个数来反映。仪器组装后，整个内部空间充满阻尼油液，一方面井底泥浆通过呼吸活塞将压力传给仪器内部油液，使仪器内外保持静力平衡；另一方面锥形塞杆轴下移时，迫使油液通过阻尼器，降低锥形塞移动速度，使脉冲得以正确形成。这样由于信号通道就是循环在钻杆里的泥浆本身，故转盘静止后，停一次泵再开一次泵，便可测得井斜脉冲。

下面将结合附图对本发明的主要机构作进一步的详细叙述。

图1是本发明剖面图。

图2－1、图2－2、图2－3、图2－4和图2－5是本发明的双轴双摆自调测斜机构及其工作原理。

一.变行程倒向机构

参见图1.为实现摆的“下压”定位的工作方式并利于自调，本发明设有一个变行程倒向机构，主要是由两个导程不同旋向也不同的螺旋机构构成。在开泵后泥浆流作用下，锥形塞（1）经中空的锥形塞杆轴（2）〔刮泥环（7）和密封环（8）分别起刮泥和密封作用〕推动活塞（9）和与之相固定的来复棒轴套（12）。在平键（11）的导引作用下，来复棒轴套（12）直线向下移动，它迫使大导程的来复棒（10）旋转。来复棒（10）的下端和不能作轴向移动的螺杆（14）固定在一起，此螺杆（14）和花键轴（16）系螺纹配合。花键轴（16）在和管子固定的花键轴套（15）限制下只能轴向移动而不能转动，故来复棒（10）转动时便使花键轴（16）上升。停泵后主弹簧（13）使活塞（9）和来复棒轴套（12）直线回升，来复棒（10）反转，又使花键轴（16）向下移动。总之，锥形塞（1）和花键轴（16）的移动方向总是相反，只不过因导程不同，花键轴（16）的移动行程只有锥形塞（1）移动行程的若干分之一。显然，如花键轴（16）因某个限制不能向下移动，锥形塞（1）也就不能继续回升而停留在某二个脉冲环之间，再次开泵，出现的脉冲个数也就不同。

和一般的刚性或挠性传动机构不同，本发明这种传动方式零件少，结构最为紧凑。只要螺纹升角选择配比得适当，在摆头（35）接触止动环（36）的台肩时，也不会使摆杆（31）和摆头（35）上的作用力太大。

二.自调测斜机构

参见图1，在花键轴（16）的端部，通过滚珠轴承（17）装有一轻合金制的偏心摆座（18），其一侧固定有一重合金制的偏心重（19）。故仪器转动停止时，偏心重总是位在钻孔、亦即位在仪器外管的低侧。

参见图1和图2－2，偏心摆座（18）的下部呈叉状，内摆（27）和经用平衡块（20）仔细平衡过的叉状平衡杆（29）（为叙述方便，以后改称外摆）通过滚珠轴承（24）和（26）分别装在通过偏心摆座（18）叉部的各自的轴（23）和（25）上。采用双摆轴，通过迥转半径R和2R的几何关系，可使外摆（29）的摆动角度较内摆（27）的摆动角度增大一倍。这样可减小外摆（29）的总长，而又不影响止动环（36）台肩的宽度。

在内摆（27）的圆弧形边缘上开有若干个锯形齿，圆弧中心为摆轴（23）的轴心。齿的直边也是通过摆轴（23）轴心的射线，齿间夹角均为a。外摆（29）中的活动齿闩（32）在弹簧（34）的作用下，其齿部可与内摆（27）边缘的某个齿间相啮合。齿闩齿的垂直边始终切于外摆（29）的中心线。为使外摆（29）能自由地向一侧摆动，齿闩齿的斜边要加以修正，即其齿顶要增大一齿间角a，如图2－2B放大部分。

正常钻进时，锥形塞（1）已被泥浆流压到底，这时摆锤机构上升到顶，档环（21）已通过轴承（30）和由定位螺钉（33）固定的齿闩轴（28）将齿闩（32）下压，使本来啮合着的齿脱开；与此同时，外摆（29）则被导正销（22）导正在仪器中心线上。关泵后锥形塞（1）回升，摆锤机构下降，在导正销（22）尚未离开档环（21）的内壁时，齿闩的齿已开始和内摆（27）的齿间啮合。因不管井斜如何，内摆（27）总是呈铅垂状态，而齿在脱开和啮合的初期，外摆（29）又总是被导正在仪器中心线上。因此随着井斜度的不同，齿闩的齿就会和内摆（27）边缘不同的齿间相啮合，从而自动改变测斜范围。

为加工和组装方便，内摆（27）和外摆（29）也可装在同一摆轴（23）上构成单轴双摆机构，工作原理相同，齿闩齿也无须修正。

为使出现的脉冲个数和井斜角大小呈正的比例增减关系，以符合一般读数习惯，避免出错，本发明对脉冲进行了倒相。图2－2到图2－5清楚表明了这种方法和过程：即在加工和最后调整时，使内摆（27）的齿间相对齿闩的齿预先错开相当于内摆（27）上一个齿间角a，故当齿部啮合时，内摆（27）的重心G便被抬高（见图2－3）。其后，摆锤继续下降，导正销（22）脱离档环（21）的内壁，内摆（27）重心G所造成的恢复力矩就使外摆预先偏斜了2a角，使摆头（35）顶在最上面的止动环台肩g′上（图2－4）。这时锥形塞（1）位在倒数的二脉冲环f与g之间，再次开泵，只会出现一个检验脉冲。以后随着井孔的继续增斜，摆头（35）便逐步依次进入直到最下面的止动环a′中（图2－5），锥形塞（1）则回到最高位置a环上面，再一次开泵，就显示出全部脉冲。图示脉冲环处标注的a、b、c、d、e、f、g和图2－2止动环台肩上标注的a′、b′、c′、d′、e′、f′、g′一一对应顺序相反，就表明这种渐变关系。如井斜继续增到大于a度、2a度……7a度，齿闩的齿便自动切换到内摆（27）的第2、第3、……第7个齿间，整个过程又恢复如图2－2到图2－5所示。因此只需要少数几个止动环便可获得较大的侧斜范围。这样既省去现有随钻测斜仪复杂的编码机构和复杂的手调机构，而且工作中摆杆和仪器中心线的夹角最大也不超过2a角而与绝对井斜角无关，工作比较合理。不过在非连续钻进或中途使用本发明时，和现有随钻测斜仪一样，仍必须依靠常规测斜仪测得当时的井斜范围。

三.仪器的使用

根据本发明的井下试验和过去钻井实践表明，每钻进一个单根（一般9～10米），井斜角不可能发生骤变；即使偶有大于1°的变化，也可根据脉冲的连续性判断出来，或重测一次。故根据下表，便可找出和脉冲个数对应的井斜角度。设脉冲总个数为7，测量增量0.5°，内摆（27）上共有7个齿间，就得出下表：

井斜角与脉冲个数对应关系

例某次起钻前测得为3°七个脉冲，下钻钻进一个单根后再测只有一个检验脉冲，则根据前述，必是井斜增为3.0°～3.5°，而决不是降为0°～0.5°。

这里所谓的检验脉冲，指其波形与井斜脉冲波形稍有不同，可以辨认。检验脉冲的出现，一方面表明是在换齿，锥形塞（1）已完全被压到底，仪器工作正常；另一方面表明其后不再有井斜脉冲出现，可以减少测斜时间。因此仪器的脉冲环外筒（3）中设有检验脉冲环（5）。

为扩大本发明的用途，必要时，可在中空的锥心塞杆轴（2）上装上一个“哈夫”（6），其作用是阻止锥形塞（1）被压到底而致齿部脱开；换言之，即使齿闩的齿固定啮合在内摆（27）上某一已知的齿间内。这样知道了测斜范围，测得的便为绝对井斜角。例如在1000米处起钻前，已测得井斜角为1.5°（4个脉冲），现要求继续钻进到1400米井斜不超过3°，就可在起钻后加上“哈夫”（6）。因此即使多隔几个单根再测，也不致判错读数。宜于这样做的范围最好是表上斜线阴影部分，增斜或减斜都可适应。

四.阻尼器及其它

本发明中过滤网（37）、阻尼器（38）、单向阀（41）、安全阀（39）和注油螺塞（图上未示出）都装在同一接头里。阻尼器（38）在仪器中系径向安装，必要时可随时打开丝堵（40）从侧面取出进行检查、清洗或调整。通过注油螺塞也可以检查阻尼器是否堵塞和向仪器内部补充注油。这和现有同类仪器的阻尼器作轴向安装且无注油螺塞的相比要方便得多；而且允许必要时采用一般机油，不一定必须高级阻尼油。

本发明内部的真空注油，是取下锥形塞（1）后在中空的锥形塞杆轴（2）的端部处进行，比较方便可靠。

Claims (7)

1、一种由锥形塞(1)在泥浆流的压差作用下向下移动，通过脉冲环外筒(3)中最小过流断面的各个脉冲环(4)时的压力瞬间升高形成脉冲，脉冲压力波以泥浆为介质传输至地面立管，由记录仪加以记录的机械式随钻测斜装置，其特征在于：该装置采用由活塞(9)、平键(11)、来复棒轴套(12)、来复棒(10)、螺杆(14)、花键轴(16)和花键轴套(15)构成的不同导程的螺旋机构，来改变锥形塞(9)和摆锤机构的行程比例并获得相反的运动方向，使外摆摆头(35)和止动环(36)的台肩之间形成一种“下压”的定位关系；测斜范围的自动调节，是将一个呈不规则矩形的平面内摆(27)和经过仔细平衡的外摆(29)分别装在通过偏心摆座(18)叉部的摆轴(23)和(25)上，使内摆(27)和外摆(29)获得不同的摆动角度，摆和摆轴之间置有滚珠轴承(24)和(26)；脉冲环外筒(3)中最后置有一个检验脉冲环(5)，使泥浆流过时产生的脉冲波形和井斜脉冲波形有区别，可以辩认；阻尼器(38)在该装置的接头中作径向安装，打开密封堵头(40)，可随时从该装置侧面取出，同时接头上备有注油螺塞，用于该装置内部补充注油和检查阻尼器有无堵塞。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征是内摆（27）和外摆（29）也可通过滚珠轴承安装在同一摆轴（23）上，构成单轴双摆机构，内外摆摆动角度相同，齿闩齿无须修正。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征是在内摆（27）的圆弧形边缘上开有若干个锯形齿，圆弧的圆心是摆轴（23）的轴心，通过活动齿闩（32），可使内摆（27）和外摆（29）相互结合或分离。

4、根据权利要求1、3所述的装置，其特征是可根据需要在中空的锥形塞杆轴（2）上装上一个“哈夫”（6），使活动齿闩限在一定的测斜范围内，测出绝对井斜角。

5、根据权利要求3所述的装置，其特征是锯形齿的直边是通过摆轴（23）轴心的射线，齿间夹角均为a，活动齿闩的垂直边切于外摆（29）的中心线，齿顶角则较内摆齿间的顶角大a角。

6、根据权利要求3所述的装置，其特征是活动齿闩的脱开或啮合是通过档环（21）、轴承（30）、齿闩轴（28）和弹簧（34）来实现，脱开和啮合前，导正销（22）和档环（21）的内壁将外摆（29）导正在该装置的中心线上。

7、根据权利要求3、5所述的装置，其特征是加工调整内摆（27）时，将内摆（27）边缘上的齿间相对活动齿闩的齿预先错开一个齿间角a，以此实现脉冲的倒相，使在每一个齿间中，脉冲个数的多少均与井斜角大小呈正的比例增减的关系。

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