CN112096289A - 一种近钻头地质导向钻进*** - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种近钻头地质导向钻进***，包括与钻头相连的螺杆钻具、与螺杆钻具集成于一体的近钻头测量短节、井下接收短节、MWD井下短节和地面信息处理***，近钻头测量短节获取近钻头地质参数信息和轨迹参数信息，并通过有线传输方式将信息传输至井下接收短节；井下接收短节将接收到的信息转发至MWD井下短节中，MWD井下短节对信息进行归类编码，产生有规律的泥浆压力变化信号，地面信息处理***采集泥浆压力变化信号，并对泥浆压力变化信号进行处理，以显示相应信息。本发明通过将近钻头测量短节与螺杆钻具集成于一体，使螺杆钻具可正常钻进，同时采用有线信号传输的方式，提高了信息传输的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气勘探技术领域，尤其是涉及一种近钻头地质导向钻进***。
背景技术
石油测井是石油天然气勘探开发过程中钻井工程必不可少的技术服务组成部分，常规用于测量的测井工具都属于钻后测量，不能实时有效的分析和控制井眼轨迹。随着开采需求，要求工程技术人员更为及时的了解井眼轨迹和地层信息变化，及时调整姿态，特别对于识别薄油层提高钻井效率，意义重大。随着井下测量技术的不断发展，随钻测量(MWD，MeasurementWhile Drilling)和随钻测井(LWD，Logging While Drilling)可满足上述需求，随钻测量(MeasurementWhile Drilling，MWD)可以不间断的定向钻进，并测量近钻头的一些信息，将信息即刻传送到地表；随钻测井(Logging While Drilling，LWD)，不仅可以监控定向钻进，还可以进行综合测井，获取定向数据(井斜角、方位角、工具面角)、地层特性(伽马射线、电阻率测井记录)、钻井参数等等。
目前的随钻测量***和随钻测井***中，采集到的信息通过无线传输方式发送至井下信号接收***中，然而在一些地层中，该地层可能对无线信号起到一些屏蔽作用，使得无线信号传输不稳定。另外，目前的随钻测量***和随钻测井***中，近钻头测量短节与螺杆钻具采用分体式设计，以适应不同的螺杆钻具，然而采用分体式设计时，螺杆钻具在钻进过程中近钻头测量短节存在脱离的风险，影响钻头的钻进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种信号传输稳定、螺杆钻具可正常钻进的近钻头地质导向钻进***。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种近钻头地质导向钻进***，所述***包括
螺杆钻具，与钻头相连；
近钻头测量短节，与所述螺杆钻具集成于一体，用于获取近钻头地质参数信息和轨迹参数信息，并将信息传输至井下接收短节；
井下接收短节，与所述螺杆钻具相连，且与所述近钻头测量短节通过数据传输信号线线相连，用于将接收到的信息转发至MWD井下短节中，
MWD井下短节，与所述井下接收短节相连，用于对信息进行归类编码，产生有规律的泥浆压力变化信号；
地面信息处理***，与所述MWD井下短节相连，用于采集泥浆压力变化信号，并对泥浆压力变化信号进行处理，以显示相应信息。
优选地，所述近钻头测量短节包括测量短节钻铤本体和设于所述测量短节钻铤本体上的第一密封盖板，所述第一密封盖板与测量短节钻铤本体之间形成有第一收容空间，所述第一收容空间内设有
信号处理电路模块；
通信接口模块，与所述信号处理电路模块相连，并通过数据传输信号线与所述井下接收短节相连；
第一测量模块，与信号处理电路模块相连，用于获取近钻头地质参数信息和轨迹参数信息。
优选地，所述第一测量模块包括方位伽马测量模块、井斜测量模块、电阻率测量模块中的一种或多种。
优选地，所述井下接收短节包括接收短节钻铤本体和设于所述测量短节钻铤本体上的第二密封盖板，所述第二密封盖板与测量短节钻铤本体之间形成有第二收容空间，所述第二收容空间内设有
控制单元模块；
第二测量模块，与所述控制单元模块相连，用于获取近钻头地质参数信息；
FSK感应模块，与所述控制单元模块和MWD井下短节相连，用于将近钻头地质参数信息发送至MWD井下短节中。
优选地，所述第二测量模块包括环空压力测量模块，用于测量环空压力。
优选地，所述MWD井下短节包括
定向测量探管短节，用于测量定向参数信息；
脉冲信号发生器，用于产生泥浆压力变化信号；
探管控制中心，与所述定向测量探管短节和脉冲信号发生器相连，用于接收井下接收短节转送的参数信息并分析，将有效数据与定向测量探管短节测量的参数信息归类编码，形成完整的序列，并控制脉冲信号发生器产生有规律的泥浆压力信号，将泥浆压力信号发送至地面信息处理***中。
优选地，所述近钻头测量短节与钻头之间的距离小于或等于2m。
优选地，所述近钻头测量短节与钻头之间的距离为1.5m。
优选地，所述井斜测量模块包括用于测量物体在第一方向上的加速度的第一加速度计、用于测量物体在第二方向上的加速度的第二加速度计和用于测量物体在第三方向上的加速度的第三加速度计，其中，第一方向、第二方向和第三方向两两相互垂直。
优选地，所述井下接收短节的一端与螺杆钻具通过螺纹连接，相对端与MWD井下短节通过螺纹连接。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所述的近钻头地质导向钻进***，一方面通过将近钻头测量短节与螺杆钻具集成于一体，避免近钻头测量短节脱离的风险，提高螺杆钻具整体稳定性，使螺杆钻具可正常钻进，另一方面通过数据传输信号线线代替无线信号传输，提高信息传输的稳定性，使得近钻头地质导向钻进***的适用范围更广。
(2)本发明所述的近钻头地质导向钻进***，可在旋转钻进的过程中进行近钻头地质参数的采集，数据测量点靠近钻头，并且可在旋转过程中实现方位伽马测量功能。
附图说明
图1是本发明的***结构框图示意图；
图2是图1中近钻头测量短节的结构示意图；
图3是图1中井下接收短节的结构示意图；
图4是图1中MWD井下短节的结构示意图。
附图标记：10、螺杆钻具，20、近钻头测量短节，21、测量短节钻铤本体，22、第一密封盖板，23、信号处理电路模块，24、通信接口模块，25、方位伽马探测模块，26、井斜测量模块，27、电阻率测量模块及天线，30、井下接收短节，31、接收短节钻铤本体，32、第二密封盖板，33、控制单元模块，34、FSK感应模块，35、电源模块，36、环空压力测量模块，40、MWD井下短节，41、定向测量探管短节，42、脉冲信号发生器，50、地面信息处理***，60、钻头，70、数据传输信号线。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
本发明所揭示的一种近钻头地质导向钻进***，通过将近钻头测量短节20与螺杆钻具10集成于一体，使螺杆钻具10可正常钻进，同时采用有线信号传输的方式，将近钻头测量短节20测量的信息传输至地面信息处理***50，提高了信息传输的稳定性。
如图1所示，为本发明所揭示的一种近钻头地质导向钻进***，包括螺杆钻具10、近钻头测量短节20、井下接收短节30、MWD井下短节40和地面信息处理***50，其中，螺杆钻具10与钻头60相连，用于驱动钻头60工作，其包括马达总成和传动总成；近钻头测量短节20与螺杆钻具10集成于一体，用于获取近钻头地质参数信息和轨迹参数信息，并将信息传输至井下接收短节30，如近钻头测量短节20将获取的地层信息、井眼轨迹等等传输至井下接收短节30中；井下接收短节30与螺杆钻具10通过螺纹方式相连，并且井下接收短节30通过数据传输信号线70与近钻头测量短节20相连，用于将接收到的信息转发至MWD井下短节40中；MWD井下短节40与井下接收短节30通过螺纹方式相连，用于对信息进行归类编码，并产生有规律的泥浆压力变化信号；地面信息处理***50与MWD井下短节40相连，用于采集泥浆压力变化信号，并对泥浆压力变化信号进行解调、滤波和解码并显示相应信息。
本实施例中，集成于螺杆钻具10内的近钻头测量短节20与钻头60之间的距离小于2米，实施时，以近钻头测量短节20与钻头60之间的距离为1.5米为最佳，当然，在其他实施例中，可根据实际需求设置近钻头测量短节20与钻头60之间的距离。
如图2所示，近钻头测量短节20包括测量短节钻铤本体21和第一密封盖板22，测量短节钻铤本体21上设有泥浆通道a，第一密封盖板22安装于测量短节钻铤本体21上，并与测量短节钻铤本体21之间形成第一收容空间，第一收容空间用于安装各功能模块，使各功能模块与外界泥浆隔绝。第一收容空间内设有信号处理电路模块23、通信接口模块24和第一测量模块，其中，通信接口模块24通过数据传输信号线线与井下接收短节30相连，同时通信接口模块24还与信号处理电路模块23相连，第一测量模块与信号处理电路模块23相连，实施时，第一测量模块将采集到的各种参数信息发送至信号处理电路模块23中，经信号处理电路模块23处理后通过通信接口模块24将信息实时上传至井下接收短节30。与现有技术相比，通过数据传输信号线线代替无线信号传输，可提高信息传输的稳定性，使得近钻头60地质导向钻进***的适用范围更广。
进一步地，第一测量模块包括但不限于方位伽马探测模块25、井斜测量模块26、电阻率测量模块及天线27，在其他实施例中，可根据实际需求设置相应的测量模块。其中，井斜测量模块26是以测量实际重力在物体轴向上的分量来计算倾斜度的，其包括第一加速度计、第二加速度计和第三加速度计，第一加速度计用于测量物体在第一方向上的重力加速度Gx，第二加速度计用于测量物体在第二方向上的重力加速度Gy，第三加速度用于测量物体在第三方向上的重力加速度Gz，第一方向、第二方向和第三方向两两相互垂直。当获取物体在上述三个方向上的重力加速度后，通过如下公式可计算出总的重力加速度Gt、倾斜角α和高边工具面角β：
本实施例中，近钻头测量短节20通过各测量模块采集到相应数据后，进行换算和分析，并将有效数据进行存储，进一步提取地面所需的数据，由信号处理电路模块23控制，通过数据传输信号线线将数据传输至井下接收短节30中。
如图3所示，井下接收短节30包括接收短节钻铤本体31和第二密封盖板32，接收短节钻铤本体31上同样设有泥浆通道a，第二密封盖板32安装于接收短节钻铤本体31上，并与接收短节钻铤本体31之间形成第二收容空间，第二收容空间用于安装各功能模块，使各功能模块与外界泥浆隔绝。第二收容空间内设有控制单元模块33、FSK感应模块34、电源模块35和第二测量模块，其中，第二测量模块与控制单元模块33相连，电源模块35与近钻头测量短节20和控制单元模块33相连，实施时，电源模块35输出直流电源，为近钻头测量短节20内各模块，如信号处理电路模块23、方位伽马探测模块25、井斜测量模块26等提供电源支持，同时，第二测量模块对采集到的相应数据进行换算和分析，并将有效数据进行存储，进一步提取地面所需的数据传输至控制单元模块33中，控制单元模块33进一步将通过FSK感应模块34将数据传输至MWD井下短节40中。
本实施例中，控制单元模块33通过CAN总线控制各模块之间的数据交换及各模块的功能实现。
进一步地，第二测量模块包括但不限于环空压力测量模块36，实施时可根据实际需求进行选择。
如图4所示，MWD井下短节40包括定向测量探管短节41、脉冲信号发生器42和探管控制中心，其中，定向测量探管短节41与探管控制中心相连，用于测量定向参数信息，如井斜角、方位角或工具面角等等，并将参数信息发送至探管控制中心；脉冲信号发生器42与探管控制中心相连，用于产生泥浆压力变化信号。实施时，MWD井下短节40在通过定向测量探管短节41完成常规定向测量的基础上，也即完成测量定向数据的基础上，通过探管控制中心接收井下接收短节30转送的近钻头测量参数信息，进一步对近钻头测量参数信息进行分析，将有效数据与自身测量的数据归类编码，形成完整的序列，并控制脉冲信号发生器42，使脉冲信号发生器42产生有规律的泥浆压力信号，泥浆压力信号进一步输送至地面信息处理***50中。本实施例中，脉冲信号发生器42可根据实际需求配置不同的规格型号。
本发明所述的近钻头60地质导向钻进***，一方面通过将近钻头测量短节20与螺杆钻具10集成于一体，提高螺杆钻具10整体稳定性，使螺杆钻具10可正常钻进，另一方面通过数据传输信号线线代替无线信号传输，提高信息传输的稳定性，使得近钻头地质导向钻进***的适用范围更广。
另外，本发明所述的近钻头地质导向钻进***，可在旋转钻进的过程中进行近钻头地质参数的采集，数据测量点靠近钻头，并且可在旋转过程中实现方位伽马测量功能。
本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种近钻头地质导向钻进***，其特征在于，所述***包括
螺杆钻具，与钻头相连；
近钻头测量短节，与所述螺杆钻具集成于一体，用于获取近钻头地质参数信息和轨迹参数信息，并将信息传输至井下接收短节；
井下接收短节，与所述螺杆钻具相连，且与所述近钻头测量短节通过数据传输信号线线相连，用于将接收到的信息转发至MWD井下短节中，
MWD井下短节，与所述井下接收短节相连，用于对信息进行归类编码，产生有规律的泥浆压力变化信号；
地面信息处理***，与所述MWD井下短节相连，用于采集泥浆压力变化信号，并对泥浆压力变化信号进行处理，以显示相应信息。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述近钻头测量短节包括测量短节钻铤本体和设于所述测量短节钻铤本体上的第一密封盖板，所述第一密封盖板与测量短节钻铤本体之间形成有第一收容空间，所述第一收容空间内设有
信号处理电路模块；
通信接口模块，与所述信号处理电路模块相连，并通过数据传输信号线与所述井下接收短节相连；
第一测量模块，与信号处理电路模块相连，用于获取近钻头地质参数信息和轨迹参数信息。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述第一测量模块包括方位伽马测量模块、井斜测量模块、电阻率测量模块中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述井下接收短节包括接收短节钻铤本体和设于所述测量短节钻铤本体上的第二密封盖板，所述第二密封盖板与测量短节钻铤本体之间形成有第二收容空间，所述第二收容空间内设有
控制单元模块；
第二测量模块，与所述控制单元模块相连，用于获取近钻头地质参数信息；
FSK感应模块，与所述控制单元模块和MWD井下短节相连，用于将近钻头地质参数信息发送至MWD井下短节中。
5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述第二测量模块包括环空压力测量模块，用于测量环空压力。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述MWD井下短节包括定向测量探管短节，用于测量定向参数信息；
脉冲信号发生器，用于产生泥浆压力变化信号；
探管控制中心，与所述定向测量探管短节和脉冲信号发生器相连，用于接收井下接收短节转送的参数信息并分析，将有效数据与定向测量探管短节测量的参数信息归类编码，形成完整的序列，并控制脉冲信号发生器产生有规律的泥浆压力信号，将泥浆压力信号发送至地面信息处理***中。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述近钻头测量短节与钻头之间的距离小于或等于2m。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述近钻头测量短节与钻头之间的距离为1.5m。
9.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述井斜测量模块包括用于测量物体在第一方向上的加速度的第一加速度计、用于测量物体在第二方向上的加速度的第二加速度计和用于测量物体在第三方向上的加速度的第三加速度计，其中，第一方向、第二方向和第三方向两两相互垂直。
10.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述井下接收短节的一端与螺杆钻具通过螺纹连接，相对端与MWD井下短节通过螺纹连接。
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