CN106014392A - 一种井场无线式随钻参数测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钻井工程技术领域，特别涉及一种井场无线式随钻参数测量装置。该装置的测量短节安装在方钻杆下端，测量短节包括测量短节本体，测量短节本体中部外壁上轴向开有安装槽Ⅰ和安装槽Ⅱ，安装槽Ⅰ和安装槽Ⅱ之间通过过线槽Ⅱ相连通，安装槽Ⅰ内安装有主控电路和温度传感器，主控电路和温度传感器相连接。本发明实现了能够准确测量井口处钻杆的扭矩、轴向力以及钻井液密度，并通过无线信号发射的方式与地面设备进行数据实时传输，从而实现准确预测井下风险和复杂情况的效果，同时，大幅提高了钻井地面参数测量精度和频率。
Description
技术领域：
本发明涉及钻井工程技术领域，特别涉及一种井场无线式随钻参数测量装置。
背景技术：
钻井过程中，通过分析钻柱受力情况可以预测钻头工况、井眼质量和地层情况。目前测量井口处钻柱的受力情况多采用过桥轮式、顶丝式和霍尔元件式三种方式来测量转盘扭矩，进而反算钻柱所受的机械扭矩，测量仪器结构复杂，安装困难，误差很大；而电动钻机、万向轴驱动钻机的大量使用使转盘驱动结构发生了变化，以往三种测量方式无法监测到扭矩的变化。因而，直接测量井口处钻柱的受力情况是最为真实准确的，但存在着无合适测量方式和信号屏蔽等问题。
钻井过程中，如果钻井液密度控制不当，可能发生井塌、井漏或井喷等事故。目前测量钻井液密度一般通过测量泥浆池不同液面高度的压力来推算井内钻井液密度，然而泥浆罐内的钻井液长期处于相对流动性差的环境下，由于泥浆罐内沉积物的沉淀或分散，会引起局部钻井液密度的差异，而且泥浆罐长期大面积处于露天条件下，所以雨雪天气、阳光暴晒也会对泥浆池内钻井液密度的测量结果造成影响。相对来说，井口处密度更能反应返出钻井液的真实性能参数。
钻井液流量和钻机大钩高度也是钻井作业时的两项重要的工程参数，目前测量泥浆泵的钻井液排量一般通过安装于泥浆泵上的传感器对泵冲进行测量，进而换算得到钻井液排量，该测量方式的精确度受到泵效率的影响，并且油污和金属屑也可能影响传感器感应面的测量可靠性；测量钻机大钩高度一般通过安装于绞车上的传感器测量绞车的转速后进行一系列数据标定，进而换算得到大钩高度的变化。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供一种井场无线式随钻参数测量装置，该装置实现了能够准确测量井口处钻杆的扭矩、轴向力以及钻井液密度，并通过无线信号发射的方式与地面设备进行数据实时传输，从而实现准确预测井下风险和复杂情况的效果，同时，大幅提高了钻井地面参数测量精度和频率。克服了现有仪器无法直接准确测量井口处钻具扭矩和钻井液密度，钻井液流量和钻机大钩高度测量不准确的不足。
本发明所采取的技术方案是：一种井场无线式随钻参数测量装置，包括测量短节、位移信号收发装置和复合流量测量装置；测量短节安装在方钻杆下端，测量短节包括测量短节本体，测量短节本体中部外壁上轴向开有安装槽Ⅰ和安装槽Ⅱ，安装槽Ⅰ和安装槽Ⅱ之间通过过线槽Ⅱ相连通，安装槽Ⅰ内安装有主控电路和温度传感器，主控电路和温度传感器相连接，安装槽Ⅱ内安装有电源，主控电路通过设置在过线槽Ⅱ内的导线与电源相连接，测量短节本体下部外壁上设有环形凹槽，环形凹槽内周向布置有应变片组，环形凹槽与安装槽Ⅰ之间通过过线槽Ⅰ相连通，应变片组通过设置在过线槽Ⅰ内的导线与主控电路相连接，密封套筒通过套筒螺纹连接在测量短节本体外侧并通过套筒密封圈进行密封，密封套筒密封住安装槽Ⅰ、安装槽Ⅱ和环形凹槽，测量短节本体上端外壁上开有预留槽Ⅰ和预留槽Ⅱ，测量短节本体下端外壁上开有预留槽Ⅲ，预留槽Ⅱ和预留槽Ⅲ内分别安装有上部压力传感器和下部压力传感器，预留槽Ⅰ内安装有无线信号收发单元并通过非屏蔽密封盖板密封，预留槽Ⅰ和预留槽Ⅱ之间通过过线孔Ⅲ相连通，预留槽Ⅱ通过过线孔Ⅰ与安装槽Ⅰ相连通，预留槽Ⅲ通过过线孔Ⅱ与环形凹槽相连通，上部压力传感器和下部压力传感器分别通过导线与主控电路相连接，主控电路通过导线与无线信号收发单元相连接；位移信号收发装置安装在钻机大钩上，复合流量测量装置连接在钻井液入口的高压管线上，地面信号收发装置置于地面，地面信号收发装置内置位移测量单元，位移信号收发装置能够接收和发送位移测量单元发射的无线信号，地面信号收发装置能够接收复合流量测量装置和无线信号收发单元发送的信号，地面信号收发装置能够将信号经过处理整合后发送到参数监控终端。
本发明的有益效果是：本发明能够准确测量井口处钻杆的扭矩、轴向力以及钻井液密度，并通过无线信号发射的方式与地面设备进行数据实时传输，从而实现准确预测井下风险和复杂情况的效果，同时，大幅提高了钻井地面参数测量精度和频率。
附图说明：
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为测量短节的结构示意图。
图3为上部压力传感器和无线信号收发单元的示意图。
图4为测量短节本体的结构示意图。
具体实施方式：
如图1、图2、图3、图4所示，一种井场无线式随钻参数测量装置，包括测量短节1、位移信号收发装置3和复合流量测量装置4；测量短节1安装在方钻杆2下端，测量短节1包括测量短节本体9，测量短节本体9中部外壁上轴向开有安装槽Ⅰ和安装槽Ⅱ，安装槽Ⅰ和安装槽Ⅱ之间通过过线槽Ⅱ24相连通，安装槽Ⅰ内安装有主控电路15和温度传感器16，主控电路15和温度传感器16相连接，安装槽Ⅱ内安装有电源25，主控电路15通过设置在过线槽Ⅱ24内的导线与电源25相连接，测量短节本体9下部外壁上设有环形凹槽，环形凹槽内周向布置有应变片组18，应变片组18采用两组应变片桥式电路，分别用于测量测量短节本体9所受轴向力和扭矩，环形凹槽与安装槽Ⅰ之间通过过线槽Ⅰ17相连通，应变片组18通过设置在过线槽Ⅰ17内的导线与主控电路15相连接，密封套筒14通过套筒螺纹13连接在测量短节本体9外侧并通过套筒密封圈12进行密封，密封套筒14密封住安装槽Ⅰ、安装槽Ⅱ和环形凹槽，测量短节本体9上端外壁上开有预留槽Ⅰ和预留槽Ⅱ，测量短节本体9下端外壁上开有预留槽Ⅲ，预留槽Ⅱ和预留槽Ⅲ内分别安装有上部压力传感器10和下部压力传感器20，预留槽Ⅰ内安装有无线信号收发单元22并通过非屏蔽密封盖板23密封，非屏蔽密封盖板23采用非屏蔽材料，用以保证无线信号不被屏蔽，预留槽Ⅰ和预留槽Ⅱ之间通过过线孔Ⅲ21相连通，预留槽Ⅱ通过过线孔Ⅰ11与安装槽Ⅰ相连通，预留槽Ⅲ通过过线孔Ⅱ19与环形凹槽相连通，上部压力传感器10通过穿过过线孔Ⅰ11的导线与主控电路15相连接，下部压力传感器20通过穿过过线孔Ⅱ19、过线槽Ⅰ17的导线与主控电路15相连接，主控电路15通过穿过过线孔Ⅰ11、过线孔Ⅲ21的导线与无线信号收发单元22相连接；位移信号收发装置3安装在钻机大钩上，复合流量测量装置4连接在钻井液入口的高压管线5上，高压管线5与泥浆泵6相连接，地面信号收发装置7置于地面，地面信号收发装置7内置位移测量单元，位移信号收发装置3能够接收和发送位移测量单元发射的无线信号，地面信号收发装置7能够接收复合流量测量装置4和无线信号收发单元22发送的信号，地面信号收发装置7能够将信号经过处理整合后发送到参数监控终端8。
整个测量***中需测量的参数包括钻井液流量、钻机大钩高度、井口钻井液密度、井口处钻具扭矩与轴向力。测量钻机大钩高度参数时，地面信号收发装置7内的位移测量单元发出无线信号，无线信号遇到位移信号收发装置3后，信号返回，进而计算得到钻机大钩的高度变化；测量钻井液流量时，将复合流量测量装置4测量得到的流量信号传输到地面信号收发装置7内。信号经过处理整合后，发送到参数监控终端8进行显示和读取。
测量井口处钻杆受力情况和钻井液密度的方式如下：测量短节1使用前设置主控电路15的数据采样频率，正常钻进时，测量短节1随方钻杆2一起转动，钻井动力通过测量短节1传递到井下钻具；应变片组18采用两组应变片桥式电路，分别用于测量测量短节本体9所受轴向力和扭矩，测量信号直接通过电线传给主控电路15进行信号处理；温度传感器16测量测量短节本体9的温度用以补偿应变片温度特性的变化，温度测量信号直接传给主控电路15进行信息整合处理，进而完成钻杆受力情况的测量；钻井过程中，井口位置处返出钻井液为紊流或层流，相对静止。此时，上部压力传感器10和下部压力传感器20将测量的压力信号传输给主控电路15进行信号整合处理，计算得到由井下返出的钻井液密度参数。主控电路15将所有处理过的电信号传递至无线信号收发单元22，无线信号收发单元22将电信号透过非屏蔽密封盖板23传输到地面信号收发装置7，电源25连接主控电路15，进而为测量装置内所有耗电元件提供能量；地面信号收发装置7将所有收集到的钻杆扭矩、轴力信号、钻井液密度信号、钻机大钩高度信号和钻井液流量信号进行整合处理，统一发送到参数监控终端8，显示为可读取的数据变化曲线，供地面作业人员观察。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种井场无线式随钻参数测量装置，包括测量短节(1)、位移信号收发装置(3)和复合流量测量装置(4)；其特征在于：测量短节(1)安装在方钻杆(2)下端，测量短节(1)包括测量短节本体(9)，测量短节本体(9)中部外壁上轴向开有安装槽Ⅰ和安装槽Ⅱ，安装槽Ⅰ和安装槽Ⅱ之间通过过线槽Ⅱ(24)相连通，安装槽Ⅰ内安装有主控电路(15)和温度传感器(16)，主控电路(15)和温度传感器(16)相连接，安装槽Ⅱ内安装有电源(25)，主控电路(15)通过设置在过线槽Ⅱ(24)内的导线与电源(25)相连接，测量短节本体(9)下部外壁上设有环形凹槽，环形凹槽内周向布置有应变片组(18)，环形凹槽与安装槽Ⅰ之间通过过线槽Ⅰ(17)相连通，应变片组(18)通过设置在过线槽Ⅰ(17)内的导线与主控电路(15)相连接，密封套筒(14)通过套筒螺纹(13)连接在测量短节本体(9)外侧并通过套筒密封圈(12)进行密封，密封套筒(14)密封住安装槽Ⅰ、安装槽Ⅱ和环形凹槽，测量短节本体(9)上端外壁上开有预留槽Ⅰ和预留槽Ⅱ，测量短节本体(9)下端外壁上开有预留槽Ⅲ，预留槽Ⅱ和预留槽Ⅲ内分别安装有上部压力传感器(10)和下部压力传感器(20)，预留槽Ⅰ内安装有无线信号收发单元(22)并通过非屏蔽密封盖板(23)密封，预留槽Ⅰ和预留槽Ⅱ之间通过过线孔Ⅲ(21)相连通，预留槽Ⅱ通过过线孔Ⅰ(11)与安装槽Ⅰ相连通，预留槽Ⅲ通过过线孔Ⅱ(19)与环形凹槽相连通，上部压力传感器(10)和下部压力传感器(20)分别通过导线与主控电路(15)相连接，主控电路(15)通过导线与无线信号收发单元(22)相连接；位移信号收发装置(3)安装在钻机大钩上，复合流量测量装置(4)连接在钻井液入口的高压管线(5)上，地面信号收发装置(7)置于地面，地面信号收发装置(7)内置位移测量单元，位移信号收发装置(3)能够接收和发送位移测量单元发射的无线信号，地面信号收发装置(7)能够接收复合流量测量装置(4)和无线信号收发单元(22)发送的信号，地面信号收发装置(7)能够将信号经过处理整合后发送到参数监控终端(8)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20161012 |