CN107829726A - 一种随钻测井仪器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种随钻测井仪器，其属于油气勘探技术领域，包括外壳、芯轴和传感器，外壳呈管状，芯轴设置于外壳内，芯轴的内部中空形成泥浆通道，传感器包括设置于外壳上的测量井径的超声波传感器、测量外壳的外部泥浆压力第一压力传感器、测量外壳的外部泥浆温度第一温度传感器及测量钻压力与钻扭矩的桥式应变仪，传感器还包括设置于芯轴上的通过测量磁场强度变化而获得仪器转速的磁力计、通过测量加速度而获得井斜及振动参数的加速度传感器、测量芯轴的内部泥浆压力的第二压力传感器及测量芯轴的内部泥浆温度的第二温度传感器，实现对井况与力学参数综合测量，并通过各个参数之间相互校正，及时掌握钻井过程的实际工作状态并进行科学施工。

Description

一种随钻测井仪器
技术领域
本发明涉及油气勘探技术领域，尤其涉及一种随钻测井仪器。
背景技术
钻井过程中的井况及力学参数主要包括实时井斜、井径、转动参数、振动参数、内外压力与温度、钻压力与钻扭矩等，对这些参数的追踪了解有重要的意义。
实时井斜提供更精确的钻井定向；井径测量可以及时了解钻头的磨损情况、泥浆流速与化学成分对地层的影响并进行调整，对地层电阻率、密度、孔隙度等各类测量进行校正，并对未来封隔器的安装及固井操作提供数据。转动参数的测量可以为一些方位测量提供定位信息，转速的不稳定性也是振动的重要来源；振动参数的测量与控制可以提高钻井效率，减少钻具磨损，提高钻探精度，并且延长钻具与钻探设备的使用寿命。内外压力的测量与控制可以维持钻井的安全与稳定性，对内外压力的突然变化进行监控能对钻具或者井眼出现的问题提供及时的警示。钻压力与钻扭矩是钻井的动力，对它们的及时调整与优化可以提高钻井效率，并且保护钻具与钻探工具。
目前在钻井过程中，对一些重要参数如钻压力与钻扭矩的井下测量还没有实现，专注于井况与力学参数的仪器还有待发展，对力学参数的测量一般用作地层物理参数测量的辅助，测量参数的种类少，精度低。测量仪器不能综合测量井况与各个力学参数，而力学参数之间存在着互相影响的关系，例如钻压力和钻扭矩之间、钻压力和内外压力之间、实时井斜与转动参数与振动参数之间以及转动参数与振动参数之间。如果不能全面综合的测量各个参数并且相互校正，测量数据就会存在误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种随钻测井仪器，以解决现有技术中存在的不能综合测量井况与各个力学参数、测量精度低、误差大的技术问题。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
一种随钻测井仪器，包括：
外壳，呈管状；
芯轴，设置于所述外壳内，所述芯轴的内部中空形成泥浆通道；
传感器，包括设置于所述外壳上的用于测量井径的超声波传感器、用于测量所述外壳的外部泥浆压力的第一压力传感器、用于测量所述外壳的外部泥浆温度的第一温度传感器及用于测量钻压力与钻扭矩的桥式应变仪；所述传感器还包括设置于所述芯轴上的通过测量磁场强度变化而获得仪器转速的磁力计、通过测量加速度而获得井斜及振动参数的加速度传感器、用于测量所述芯轴的内部泥浆压力的第二压力传感器及用于测量所述芯轴的内部泥浆温度的第二温度传感器。
其中，若干个所述超声波传感器设置于所述外壳内并沿所述芯轴的周向均匀间隔排布。
其中，所述芯轴的外表面沿周向开设有第一容置槽，所述磁力计位于所述第一容置槽内并测量所述芯轴转动时的磁场强度。
其中，所述加速度传感器包括：
第一单轴加速度传感器，位于所述第一容置槽内并与所述磁力计间隔设置；
三轴加速度传感器，位于所述第一容置槽内，所述三轴加速度传感器与所述第一单轴加速度传感器沿所述芯轴的径向正对设置。
其中，所述芯轴的外表面沿周向开设有第二容置槽，所述第二容置槽与所述第一容置槽沿所述芯轴的轴向间隔分布，所述加速度传感器还包括位于所述第二容置槽内的第二单轴加速度传感器。
其中，沿所述外壳的轴向，所述第一温度传感器位于所述第一压力传感器的一侧，沿所述芯轴的轴向，所述第二温度传感器位于所述第二压力传感器的一侧。
其中，所述第一压力传感器与所述第二压力传感器在轴向位于同一位置。
其中，两个所述桥式应变仪均密封于所述外壳内并位于所述外壳的内外壁均与泥浆接触的位置。
其中，两个所述桥式应变仪沿所述外壳的轴向位于同一位置，两个所述桥式应变仪沿所述外壳的径向正对设置。
其中，所述外壳的长度不大于2.5m。
本发明的有益效果：
本发明提出的随钻测井仪器，包括外壳、芯轴和传感器，外壳呈管状，芯轴设置于外壳内，芯轴的内部中空形成泥浆通道，传感器有多个，其中，超声波传感器用于测量井径，磁力计通过测量磁场强度变化而获得仪器的转速，加速度传感器既能测量振动参数，也能在经过磁力计转速测量的离心力校正后用来作实时井斜测量；第一压力传感器和第一温度传感器用于测量外壳外部泥浆的压力和温度，第二压力传感器和第二温度传感器用于测量芯轴内部泥浆的压力和温度，桥式应变仪经过内外压力校正可以得到钻压力与钻扭矩。因此，该仪器实现了对井况与力学参数进行综合测量，并通过各个参数之间的相互校正，获得更准确的钻井参数，便于及时掌握钻井过程的实际工作状态并进行科学施工，降低故障率；且仪器结构简单，易于安装和更换，适合批量生产。
附图说明
图1是本发明提供的随钻测井仪器的结构示意图；
图2是本发明提供的随钻测井仪器的加速度传感器的检测示意图；
图3是本发明提供的随钻测井仪器在使用时的结构示意图。
图中：
100、随钻测井仪器；200、钻杆；300、地层；400、井架；500、钻头；600、随钻测量工具；
1、外壳；2、芯轴；3、超声波传感器；4、第一压力传感器；5、第一温度传感器；6、桥式应变仪；7、磁力计；8、加速度传感器；9、第二压力传感器；10、第二温度传感器；
21、第一容置槽；22、第二容置槽；
81、第一单轴加速度传感器；82、三轴加速度传感器；83、第二单轴加速度传感器。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。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。
参见图1和图2，一种随钻测井仪器100，主要用于对井况及钻井过程中力学参数的综合测量。
随钻测井仪器100包括外壳1、芯轴2和传感器，外壳1呈管状，芯轴2设置于外壳1内，芯轴2的内部中空形成泥浆通道；传感器有多个类型，包括设置于外壳1上的超声波传感器3、第一压力传感器4、第一温度传感器5及桥式应变仪6和设置于芯轴2上的磁力计7、加速度传感器8、第二压力传感器9及第二温度传感器10；其中，超声波传感器3用于测量井径，磁力计7通过测量磁场强度变化而获得仪器的转速，加速度传感器8既能测量振动参数，也能在经过磁力计7转速测量的离心力校正后可以用来作实时井斜测量；第一压力传感器4和第一温度传感器5用于测量外壳1外部泥浆的压力和温度，第二压力传感器9和第二温度传感器10用于测量芯轴2内部泥浆的压力和温度，桥式应变仪6经过内外压力校正可以得到钻压力与钻扭矩。
若干个超声波传感器3设置于外壳1内并沿芯轴2的周向均匀间隔排布。在本实施例中，设置有三个超声波传感器3，每个超声波传感器3测量自身与井壁的距离，三个测量值与仪器外径一起经过数据处理得到井径值。超声波传感器3的信号会在泥浆中迅速弱化，因此安装时，超声波传感器3的所处的位置与井径靠近，但又不会引起岩屑堆积，阻挡泥浆通过而引起磨蚀。
芯轴2的外表面沿周向开设有第一容置槽21和第二容置槽22，第二容置槽22与第一容置槽21沿芯轴2的轴向间隔分布。磁力计7位于第一容置槽21内并通过测量磁场强度的变化而获得仪器的转速。
加速度传感器8包括第一单轴加速度传感器81、三轴加速度传感器82和第二单轴加速度传感器83，第一单轴加速度传感器81位于第一容置槽21内并与磁力计7间隔设置，三轴加速度传感器82位于第一容置槽21内，三轴加速度传感器82与第一单轴加速度传感器81沿芯轴2的径向正对设置，第二单轴加速度传感器83位于第二容置槽22内。加速度传感器8应尽量置于接近芯轴2中心线的位置，即在不影响芯轴2强度的前提下，第一容置槽21和第二容置槽22应开的尽量深，从而减小离心力的影响，降低校正难度。
三轴加速度传感器82、第一单轴加速度传感器81、第二单轴加速度传感器83与磁力计7进行振动参数的测量。如图2中箭头方向所示，三轴加速度传感器82中的第一轴与芯轴2的轴向平行测量轴向加速度，第二轴与芯轴2的径向平行并与第一轴垂直，测量值经过用磁力计7的转速来计算的离心力校正后得到径向加速度；第三轴与芯轴2的周向相切并与第一轴、第二轴均垂直，第一单轴加速度传感器81与第三轴反向放置在芯轴2的径向对称位置，第三轴与第一单轴加速度传感器81的两个测量值的相加均值得到周向加速度，相减均值得到切向加速度。
第二单轴加速度传感器83经过用磁力计7的转速来计算的离心力校正后可以用来作实时井斜测量。
沿外壳1的轴向，第一温度传感器5位于第一压力传感器4的一侧，第一温度传感器5与第一压力传感器4的间距小于10cm；沿芯轴2的轴向，第二温度传感器10位于第二压力传感器9的一侧，第二温度传感器10与第二压力传感器9的间距小于10cm。温度传感器与压力传感器需要近距离放置，压力传感器需要温度传感器的测量值进行校正，分隔太远会影响压力测量的准确度。
第一压力传感器4与第二压力传感器9在轴向位于同一位置，两个压力的差值能够用来评估井漏，因为泥浆流动中会产生压差，第一压力传感器4与第二压力传感器9不宜分隔太远，否则会引起测量不精确。
两个桥式应变仪6均密封于外壳1内并位于外壳的内外壁均与泥浆接触的位置，从而最大限度减小内外压差产生的应变。两个桥式应变仪6沿外壳1的轴向位于同一位置，两个桥式应变仪6沿外壳1的径向正对设置，即两个桥式应变仪6呈180度夹角，从而易于校正。两个桥式应变仪6经过内外压力校正可以得到钻压力与钻扭矩。在本实施例中，采用惠斯通桥式应变仪。
在本实施例中，通过对各种类型的传感器进行优化布置，外壳1的长度不大于2.5m，外壳的直径在120mm～210mm之间，从而可以用于从六英寸到十二英寸的井径中。
如图3所示，随钻测井仪器100在使用时，随钻杆200伸入到地层300内，钻杆200的一端与井架400连接，另一端安装钻头500，随钻测井仪器100安装于钻杆200的底部接近钻头500的位置，可以置于随钻测量工具600的两端中的任一端，随钻测井仪器100的电力由电池提供，而测量数据可存储于随钻测量仪器100内部，也可以通过随钻测量工具600实时上传至地面设备。
综上，随钻测井仪器100能够对井况与力学参数进行综合测量，各个测量值之间相互校正，通过对测量参数的选择与对它们之间相对关系的研究，制定出互相之间的校正关系。另外，完成众多参数测量的同时能够有效控制仪器长度，从而减小测量点与钻头500的距离。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种随钻测井仪器，其特征在于，包括：
外壳(1)，呈管状；
芯轴(2)，设置于所述外壳(1)内，所述芯轴(2)的内部中空形成泥浆通道；
传感器，包括设置于所述外壳(1)上的用于测量井径的超声波传感器(3)、用于测量所述外壳(1)的外部泥浆压力的第一压力传感器(4)、用于测量所述外壳(1)的外部泥浆温度的第一温度传感器(5)及用于测量钻压力与钻扭矩的桥式应变仪(6)；所述传感器还包括设置于所述芯轴(2)上的通过测量磁场强度变化而获得仪器转速的磁力计(7)、通过测量加速度而获得井斜及振动参数的加速度传感器(8)、用于测量所述芯轴(2)的内部泥浆压力的第二压力传感器(9)及用于测量所述芯轴(2)的内部泥浆温度的第二温度传感器(10)。
2.根据权利要求1所述的随钻测井仪器，其特征在于，若干个所述超声波传感器(3)设置于所述外壳(1)内并沿所述芯轴(2)的周向均匀间隔排布。
3.根据权利要求1所述的随钻测井仪器，其特征在于，所述芯轴(2)的外表面沿周向开设有第一容置槽(21)，所述磁力计(7)位于所述第一容置槽(21)内并测量所述芯轴(2)转动时的磁场强度。
4.根据权利要求3所述的随钻测井仪器，其特征在于，所述加速度传感器(8)包括：
第一单轴加速度传感器(81)，位于所述第一容置槽(21)内并与所述磁力计(7)间隔设置；
三轴加速度传感器(82)，位于所述第一容置槽(21)内，所述三轴加速度传感器(82)与所述第一单轴加速度传感器(81)沿所述芯轴(2)的径向正对设置。
5.根据权利要求4所述的随钻测井仪器，其特征在于，所述芯轴(2)的外表面沿周向开设有第二容置槽(22)，所述第二容置槽(22)与所述第一容置槽(21)沿所述芯轴(2)的轴向间隔分布，所述加速度传感器(8)还包括位于所述第二容置槽(22)内的第二单轴加速度传感器(83)。
6.根据权利要求1所述的随钻测井仪器，其特征在于，沿所述外壳(1)的轴向，所述第一温度传感器(5)位于所述第一压力传感器(4)的一侧，沿所述芯轴(2)的轴向，所述第二温度传感器(10)位于所述第二压力传感器(9)的一侧。
7.根据权利要求6所述的随钻测井仪器，其特征在于，所述第一压力传感器(4)与所述第二压力传感器(9)在轴向位于同一位置。
8.根据权利要求1所述的随钻测井仪器，其特征在于，两个所述桥式应变仪(6)均密封于所述外壳(1)内并位于所述外壳(1)的内外壁均与泥浆接触的位置。
9.根据权利要求8所述的随钻测井仪器，其特征在于，两个所述桥式应变仪(6)沿所述外壳(1)的轴向位于同一位置，两个所述桥式应变仪(6)沿所述外壳(1)的径向正对设置。
10.根据权利要求1-9任一项所述的随钻测井仪器，其特征在于，所述外壳(1)的长度不大于2.5m。
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