CN109798105B - 随钻测量仪器和随钻测量*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种随钻测量仪器，包括：圆柱形的测量短节，在所述测量短节内设有沿轴向延伸的钻井液过流通道；布置在所述测量短节内的转换接头；以及连接在所述测量短节的一端上的测量模块；其中，在所述转换接头与所述测量模块之间设有接插件，所述转换接头通过所述接插件与所述测量模块连接。本发明还涉及一种随钻测量***，包括：钻杆和地面设备，其中，在所述钻杆上安装有如上所述的随钻测量仪器。

Description

随钻测量仪器和随钻测量***

技术领域

本发明涉及石油钻井井下信息测量领域，更具体地涉及一种随钻测量仪器。本发明还涉及一种包含这种随钻测量仪器的随钻测量***。

背景技术

目前，国内外随钻测量***普遍采用钻井液脉冲随钻测量来上传井下测量数据，在钻井工程中发挥了重要作用。然而，在充气或有堵漏材料的钻井液中工作时，采用钻井液脉冲随钻测量而发送至地面的信号很弱，甚至不能正常工作。

为此，在现有技术中开发了电磁随钻测量技术。电磁随钻测量仪器使用钻杆、钻井液及地层组成的闭合回路作为传输信道，具有不受钻井液介质影响、能适用于各种钻井工艺、测量时间短、操作简单、易损件少、应用成本低等特点。电磁随钻测量解决了钻井液脉冲随钻测量在非液相钻井液中不能正常工作的技术难题，是使用空气等非液相流体的定向井、水平井及提高低压、低渗油气田产量的关键技术。

然而，电磁传输受到地层电阻率的的影响，一般来说，电磁随钻测量的测量深度为2000米到3000米的范围内，地层电阻率过高或过低时则无法正常工作。而泥浆脉冲传输则不受地层电阻率的影响，其测量深度能达到6000米以上。但是，泥浆脉冲随钻测量时使用钻井液作为传输信道，在空气和泡沫钻井、欠平衡钻井、随钻堵漏等场合无法正常工作。

因此，基于现有技术，亟需一种既能连接泥浆脉冲发生器也能连接电磁随钻测量仪器的多用途随钻测量仪器，这对提高低渗地层的钻井效率至关重要。

发明内容

针对至少一些如上所述的技术问题，本发明旨在提供一种随钻测量仪器，其可分别挂接电磁波传输模块和泥浆脉冲信号传输模块，具有较好的适用性，拓展了仪器的使用范围。同时，这种随钻测量仪器具有很高的集成度，缩短了仪器的长度，能够方便地安装在钻杆上，并且体积较小，显著地节省了井下空间。

本发明还提供了一种随钻测量***，其包括如上所述的随钻测量仪器。

根据本发明的第一方面，提供了一种随钻测量仪器，包括：具有圆柱形结构的测量短节，其两端分别构造成具有正、负锥形连接扣，且在所述测量短节的中心沿轴向设有钻井液过流通道；布置在所述测量短节的靠近负锥形连接扣的内部的转换接头，所述转换接头设有圆柱形本体部分，且在所述本体部分的一端设有凸肩；以及连接在所述测量短节的负锥形连接扣上的测量模块；其中，在所述转换接头与所述测量模块之间设有接插件，所述转换接头的凸肩部分通过所述接插针与所述测量模块对接安装。

在一个优选的实施例中，所述转换接头包括大直径的第一圆柱体部分和小直径的第二圆柱体部分。

在一个优选的实施例中，所述第二圆柱体部分设有沿直径方向的通孔，且在所述转换接头内设有中心孔道，所述中心孔道贯穿所述第二圆柱体部分而终止于所述通孔并与所述通孔连通。

在一个优选的实施例中，在所述侧量短节的的外周表面沿周向均匀设有若干用于安装电子元器件的凹槽，所述凹槽底部设有可与所述转换接头中的通孔对齐的接线孔。

在一个优选的实施例中，所述接插件包括设置在所述测量模块端部的母插针和安装在所述转换接头的第二圆柱体部分端部的公插针。

在一个优选的实施例中，所述转换接头与所述测量模块通过所述母插针和公插针对接安装连接在一起，且在所述母插针与公插针之间设有密封圈。

在一个优选的实施例中，所述测量模块的远离所述转换接头连接的一端连接有钻杆天线和绝缘组件。

在一个优选的实施例中，所述测量模块的远离所述转换接头连接的一端连接有无磁钻铤和绝缘组件。

在一个优选的实施例中，在所述测量短节的的与所述测量模块相连的一端设有直径大于所述钻井液过流通道的圆柱形腔体，从而在所述圆柱形腔体的底部形成台肩，所述转换接头安装在所述台肩上。

根据本发明的第二方面，提供了一种随钻测量***，包括：钻杆；和地面设备，其中，在所述钻杆上安装有如上所述的随钻测量仪器。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1显示了根据本发明的连接电磁随钻测量仪的随钻测量仪器的结构剖视图。

图2显示了图1所示随钻测量仪器中的转换接头的结构。

图3显示了根据本发明的连接泥浆脉冲发生器的随钻测量仪器的结构剖视图。

图4显示了根据本发明的随钻测量***。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

以下通过附图来对本发明进行介绍。

图1显示了根据本发明的连接电磁随钻测量仪的随钻测量仪器100的结构剖视图。如图1所示，随钻测量仪器100包括测量短节6，测量短节6包括大致呈圆柱体形的本体部分6-1，本体部分6-1的两端分别设置有正锥形连接扣61和负锥形连接扣62。在本体部分6-1的中心沿轴向设有钻井液过流通道60。测量短节6的这种结构不仅能够安全有效地过流钻井液，而且本体部分6-1可以快速方便地通过锥形连接扣连接安装到钻杆(未示出)上。这种连接方式是本领域所熟知的，在此不再详述。

根据本发明，随钻测量仪器100还包括转换接头5。如图1所示，转换接头5设置在靠近测量短节6的设有负锥形连接扣62的一端。为此，在测量短节6的设有负锥形连接扣62的一端设有直径大于钻井液过流通道60的圆柱形腔体，从而在圆柱形腔体的底部形成台肩64，转换接头5则安装在台肩64上。这样，转换接头5通过与测量短节6的本体部分6-1及台肩64的配合而固定住。

图2显示了转换接头5的结构。如图2所示，转换接头5包括大直径的第一圆柱体部分5-6和小直径的第二圆柱体部分5-7。第一圆柱体部分5-6安装在台肩64上，第二圆柱体部分5-7朝向测量短节6的轴向外侧。在转换接头5的内部设有中心通道5-2，该中心通道5-2贯穿第二圆柱体部分5-7而终止于第一圆柱体部分5-6的中部位置。同时，转换接头内部设有钻井液循环通道(未示出)，用于钻井液从中流过。

另外，在转换接头5的第一圆柱体部分5-6中设有若干沿径向方向的侧边孔。侧边孔沿轴向均匀分布，例如，在图示实施例中设有两个径向对称的侧边孔5-3和5-4。并且侧边孔在第一圆柱体部分5-6的中部位置与中心孔道5-2相连通。

在本实施例中，为了保证转换接头5的中心孔道5-2与测量短节6的钻井液过流通道60之间的相对密封性。在转换接头5与测量短节6的本体部分6-1的接合处设置有密封圈。例如，在转换接头5的第一圆柱体部分5-6与测量短节6的本体部分6-1的内壁之间设有密封圈5-5。密封圈5-5尤其确保了转换接头5的中心孔道5-2的密封性，防止了钻井液进入到转换接头5的内部而影响转换接头5内的元件的使用性能。

根据本发明，随钻测量仪器100还包括连接在测量短节6的一端(图1中的上端)的测量模块3。测量模块3包括外壳部分3-1，外壳部分3-1构造成与测量短节6的本体部分6-1相类似的圆柱体形结构，其两端分别设置有与测量短节6的锥形连接扣相适配的正锥形连接扣和负锥形连接扣。如图1所示，测量模块3的正锥形连接口与测量短节6的负锥形连接扣62连接。这种锥形连接扣结构能够将测量模块3与测量短节6快速地连接在一起，使得安装简单便捷，大大提高了安装效率。

在本实施例中，测量模块3还包括安装在外壳部分3-1内部的绝缘组件3-2，绝缘组件3-2呈圆柱体形，其一端(图1中的下端)与转换接头5的第二圆柱体部分5-7相连。根据本发明，在转换接头5与绝缘组件3-2之间设有接插件，转换接头5通过接插件与测量模块3连接。

如图1所示，接插件包括母插针4-1和公插针4-2。母插针4-1设置在绝缘组件3-2的与转换接头5的第二圆柱体部分5-7相连的一端，公插针4-2安装在转换接头5的第二圆柱体部分5-6的端部。这样，转换接头5与测量模块3通过母插针4-1和公插针4-2稳定地对接安装在一起。母插针4-1与公插针4-2分别设置在测量模块3与测量短节6上，这种结构极大地方便了测量模块3与测量短节6的安装、拆卸与维护。

根据本发明，在测量短节6的外周表面上设置有若干凹槽，这些凹槽在周向上均匀布置。为便于讨论，在图1显示出了两个在径向上相对的凹槽6-2和6-5。在凹槽6-2和6-5的靠近测量短节6的设有负锥形扣62的一端的底部分别设置有接线孔6-8和6-9。安装后，转换接头5的侧边孔5-3和5-4分别与接线孔6-8和6-9对齐，使得凹槽6-2及6-5与转换接头5的中心孔道5-2连通。这样，转换接头5的中心孔道5-2与凹槽通过侧面孔和连线孔形成连通的通道，在这个通道内可设置有必要的导线，从而将悬挂在仪器中央的线路转换到测量短节6的凹槽6-2和6-5中。当然，出于具体情况的需要，设置更多或更少的凹槽也是本领域的技术人员所容易想到的。例如，可以开设更多的凹槽，以容纳各种功能的测量模块，如伽马、钻压、扭矩、钻井液压力等测量模块，从而拓展了随钻测量仪器100的使用范围。

在凹槽6-2和6-5内可布置随钻测量仪器100的必要的电子模块。例如，在图1所示的实施例中，在凹槽6-2内安装了电源7，该电源7可以为电池组。同时，在凹槽6-5内安装了电路板8。通过如上所述的通道，电源7和电路板8利用导线彼此连接，使得电源7能够向电路板8供电。凹槽6-2和6-5分别利用盖板6-3和6-4封闭，并通过螺钉6-7固定。为了增强凹槽6-2和6-5的密封性，在盖板6-3和6-4处分别设置有密封圈6-6。

这样，随钻测量仪器100的必要的电子模块，例如电源7和电路板8都集成在一个测量短节6上。因此，整个仪器的长度得以大大缩短，集成度得以提高。由于随钻测量仪器100可以制成为一个紧凑的短节，其能够节省宝贵的井下空间，使得用于安装随钻测量仪器100的钻杆能有更大的空间来安装其它电子仪器。另外，这种结构的随钻测量仪器的安装、拆卸、维护和运输都很方便。

根据本发明，测量模块3的外壳部分3-1的负锥形连接扣上连接有钻井天线1。如图1所示，钻井天线1包括钻井天线上段2-1和钻井天线下段2-2。钻井天线上段2-1和钻井天线下段2-2均设置成与测量模块3的外壳部分3-1的结构相类似的具有正负锥形连接扣的圆柱体形。由此，钻井天线上段2-1和钻井天线下段2-2通过正负锥形连接扣连接在一起而形成钻井天线1。钻井天线1通过钻井天线下段2-2的正锥形连接扣与连接在测量短节6上的测量模块3的负锥形连接扣相连接，从而形成了随钻测量仪器100。

在本实施例中，如图1所示，在钻井天线下段2-2内部设有绝缘组件1-3，绝缘组件1-3的一端(图1中的下端)与测量模块3的内部的绝缘组件3-2连接在一起。在钻井天线上段2-1的内部设有连接在绝缘组件1-3的另一端(图1中的上端)的上座键1-2，在上座键1-2的远离绝缘组件1-3的一端设有打捞头1-1。随钻测量仪器100通过打捞头1-1与钻井天线上段2-1的负锥形连接扣连接到钻杆上。随钻测量仪器100的这种结构具有很强的稳定性，工作安全可靠且安装连接简单快捷，拆卸、维护方便。

图3显示了根据本发明的另一实施例的随钻测量仪器200的结构剖视图。该实施例的随钻测量仪器200用于连接泥浆脉冲发生器。如图2所示，连接泥浆脉冲发生器的随钻测量仪器200相比较于连接电磁随钻测量仪的随钻测量仪器100的结构，其不同之处在于，随钻测量仪器200的测量模块3的远离测量短节6的一端与无磁钻铤20相连。且在无磁钻铤20内部设有绝缘组件、上座键1-2和打捞头1-1。

下面简述根据本发明的随钻测量仪器100的安装方法。首先，将电池组7和电路板78分别安装在本体部分6-1的凹槽6-2和6-5内。用导线穿过将凹槽6-2和6-5相连的孔道，使得电池组7可通过导线向电路板8等电子模块供电。之后，在凹槽6-2和6-5内均安装密封圈6-6，并将盖板6-3和6-4封盖凹槽6-2和6-5，且用螺钉6-7固定。随后，将公插针4-2安装到转换接头5的第二圆柱体部分5-7的端部。然后，将转换接头5安装到测量短节6的内部台肩64上，此时，要保证转换接头5的侧边孔5-3和5-4分别与凹槽6-2和6-5底部的接线孔6-8和6-9对齐，且在转换接头5的第一圆柱体部分5-6的外壁于与测量短节6的内壁之间安装密封圈5-5。通过布置在转换接头5的与凹槽7-2之间的通道内的导线，将电路板8与测量模块3相连。之后，组装钻井天线上段2-1与钻井天线下段2-2，且在各锥形连接扣之间的螺纹(未示出)处进行绝缘处理，然后，依次连接打捞头1-1、上座键1-2、绝缘组件3、测量模块3、接插件母插针4-1。最后，将母插针4-1与公插针4-2对接安装，再将测量模块3及与之连接的组件连接到测量短节6的本体部分6-1上，由此，得到了根据本发明的随钻测量仪器100。

根据本发明的另一方面，还提供了一种随钻测量***。如图4所示，该随钻测量***包括套设有套管170的钻杆150、安装在钻杆150上的根据本发明的随钻测量仪器100、以及处理信号的地面设备400。图2中的箭头180显示了信号传输的路径。也就是说，由随钻测量仪器100所测得的数据信号传输给地面设备400进行处理。

根据本发明的随钻测量仪器100，其电池组7、电路板8集成在测量短节6上，提高了仪器整体集成度，缩短了仪器长度。同时，随钻测量仪器100可兼容电磁随钻测量仪器或者泥浆脉冲发生器，投拓宽了仪器的适用范围。并且通过设有孔道的转换接头5实现了整套仪器的机械及电气连通，从测量模块3通过导线与测量短节内6的电源或者电路连通。测量信号通过钻井天线1或者泥浆脉冲发生器上传至地面。这些均使得根据本发明的随钻测量仪器100具有了较高的集成度和较为广泛的适用范围。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种随钻测量仪器，包括：

圆柱形的测量短节，在所述测量短节内设有沿轴向延伸的钻井液过流通道；

布置在所述测量短节内的转换接头；以及

连接在所述测量短节的一端上的测量模块；

其中，在所述转换接头与所述测量模块之间设有接插件，所述转换接头通过所述接插件与所述测量模块连接，所述转换接头包括大直径的第一圆柱体部分和小直径的第二圆柱体部分，在所述第二圆柱体部分内设有中心通道，在所述第一圆柱体部分内设有沿直径方向的通孔，所述中心通道与所述通孔连通，在所述测量短节的外周表面沿周向均匀设有若干用于安装电子元器件的凹槽，所述凹槽底部设有与所述转换接头中的通孔对齐的接线孔，从而能够将悬挂在仪器中央的线路转换到所述凹槽中，并能够将电子模块均集成在一个测量短节上。

2.根据权利要求1所述的随钻测量仪器，其特征在于，所述接插件包括设置在所述测量模块端部的母插针和安装在所述转换接头的第二圆柱体部分内的公插针。

3.根据权利要求2所述的随钻测量仪器，其特征在于，所述转换接头与所述测量模块通过所述母插针和公插针对接安装连接在一起，且在所述母插针与公插针之间设有密封圈。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的随钻测量仪器，其特征在于，所述测量模块的远离所述转换接头连接的一端连接有钻杆天线和绝缘组件。

5.根据权利要求1到3中任一项所述的随钻测量仪器，其特征在于，所述测量模块的远离所述转换接头连接的一端连接有无磁钻铤和绝缘组件。

6.根据权利要求1所述的随钻测量仪器，其特征在于，所述测量短节的与所述测量模块相连的一端设有直径大于所述钻井液过流通道的圆柱形腔体，从而在所述圆柱形腔体的底部形成台肩，所述转换接头安装在所述台肩上。

7.一种随钻测量***，包括：

钻杆；和

地面设备，

其特征在于，在所述钻杆上安装有根据权利要求1到6中任一项所述的随钻测量仪器。

Images