CN112696193B - 一种存储设备及包含其的钻铤 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种存储设备及包含其的钻铤，该存储设备包括密封室、设置在密封室中的控制器、密封舱、能设置在密封舱中的微存储器和动力装置，其中，微存储器能与控制器连接，以在控制器读取LWD数据或者随钻中控模块中的数据后将数据传送到微存储器，并且该控制器能发送指令使得动力装置促动密封舱打开而令微存储器脱落到井筒中该存储设备用于实现快速稳定地将LWD测量数据或者随钻中控模块中的转存至微存储器，然后在井底将微存储器从钻铤中有效释放至环空，该微存储器随钻井液循环返回地面，在地面被回收并读取数据，由此大大提高了精细化大数据量的随钻测量数据应用时效。

Description

一种存储设备及包含其的钻铤

技术领域

本发明涉及随钻石油钻探领域中的随钻测量领域，具体涉及一种存储设备及包含其的钻铤。

背景技术

井下随钻测量技术在目前已经得到了大力的发展。井下测量工具所产生的LWD数据或者随钻中控模块中的数据也日益增大，如精细化成像数据、声波测量数据、磁共振测量数据等等，这些数据都精确地反映地下地层的各种物理和油气信息，在认识、评价储层、地质导向作业等方面发挥着重要作用。但是，这些数据的容量都很大，而目前采用井下到井上的数据无线实时传输手段有限，井下数据上传方式主要采用泥浆或电磁波的方式，数据传输速率为每秒几个位(bps)，在实时传输中，这种数据传输速率带宽几乎不能完全上传井下精细化测量数据，只能有选择地上传基础数据，在实钻过程中，限制了井下测量仪器在认识储层和钻井工程中的作用。而起钻后读取井下测量数据，使测量信息的应用严重滞后，因此也限制了井下测量工具的应用。

由此，需要一种有效的存储设备以实现井下分时数据的传输。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种存储设备及包含其的钻铤。该存储设备用于实现快速稳定地将LWD测量数据或者随钻中控模块中的转存至微存储器，然后在井底将微存储器从钻铤中有效释放至环空，该微存储器随钻井液循环返回地面，在地面被回收并读取数据，由此大大提高了精细化大数据量的应用时效。

根据本发明的一方面，提出了一种存储设备，包括：

密封室，

设置在密封室中的控制器，

密封舱，

能设置在密封舱中的微存储器，

动力装置，

其中，微存储器能与控制器连接，以在控制器读取LWD数据或者随钻中控模块中的数据后将数据传送到微存储器，并且该控制器能发送指令使得动力装置促动密封舱打开而令微存储器脱落到井筒中。

在一个实施例中，包括：

外筒，在外筒的壁上设置开口，

设置在外筒内腔中的内推杆，在内推杆的壁上设置有内凹槽，内推杆能与动力装置连接以被促动而相对外筒移动，

其中，在内推杆相对外筒移动过程中，内凹槽能选择性与外筒的壁形成密封舱或能与开口相对。

在一个实施例中，动力装置具有：

动力源，

一端与动力源固定连接的丝杠，丝杠的另一端能穿过密封室的壁而与内推杆连接，

能与丝杠配合的丝杠支座，丝杠支座固定在密封室的相应壁上。

在一个实施例中，包括用于连接微存储器与控制器的传输数据线，传输数据线的部分沿着内推杆的轴线在内推杆中延伸。

在一个实施例中，在密封室的壁上密封式设置高压插针用于连接处于密封室的壁的两端的传输数据线，

和/或，在内推杆上设置弹簧触件用于连接传输数据线和微存储器。

在一个实施例中，在微存储器上与相应的内凹槽之间设置用于限定微存储器的卡接组件。

在一个实施例中，卡接组件包括：

设置在内凹槽的一端壁上的第一定位槽，

设置在内凹槽的另一端壁上的第二定位槽，

设置在微存储器的一端的第一凸出体，第一凸出体能匹配式延伸到第一定位槽中，

设置在微存储器的另一端的第二凸出体，第二凸出体能匹配式延伸到第二定位槽中，并且第一定位槽与第二定位槽的宽度不相同。

在一个实施例中，在密封室内填充有不导电的液压油。

在一个实施例中，在内推杆上设置多个轴向间隔的内凹槽，且一个或者多个内凹槽为一组，并在一组内凹槽的两端的内推杆上套设密封圈。

根据本发明的另一方面，提供一种钻铤，包括上述的存储设备。

与现有技术相比，本发明的优点在于，该存储设备设置在钻铤上，能随着钻井工具下入到井筒内，通过控制器的控制而能收集LWD测量数据或者随钻中控模块中的并转存至微存储器，并在井底将微存储器从密封舱中有效释放至环空。微存储器随着钻井液返回地面以将成像等精细化LWD数据传输至地面，用于随钻过程中精细评价地层。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的钻铤；

图2显示了根据本发明的一个实施例的存储设备的密封室；

图3a显示了根据本发明的一个实施例的密封舱关闭状态示意图；

图3b显示了根据本发明的一个实施例的密封舱打开状态示意图；

图4显示了根据本发明的一个实施例的外筒的俯视图；

图5显示了根据本发明的另一个实施例的外筒的俯视图；

图6显示了根据本发明的另一个实施例的外筒的截面图；

图7显示了根本本发明的一个实施例的内推杆的俯视图；

图8显示了根本本发明的另一个实施例的内推杆的俯视图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1显示了根据本发明的一个实施例的钻铤200。如图1所示，在钻铤200上设置有存储设备100。并且该存储设备100包括密封室7、控制器1、密封舱2、微存储器3(图3a中所示)和动力装置8。其中，密封室7用于存储控制器1和动力装置8等，以避免接触钻井液等，保证控制器1和动力装置8能正常工作。控制器1能读取LWD数据或者随钻中控模块中的数据，且微存储器3能与控制器1连接，以使得数据能传送并保存到微存储器3。同时，在钻铤下入初期，微存储器3存储在密封舱2中。而控制器1还能发送指令使得动力装置8运作。而动力装置8用于驱动密封舱2打开而将微存储器3释放到井筒中。

从而，通过本申请的存储设备100能完成微存储器3与井下的测量工具进行数据交换，将精细化大数据量的随钻测量数据转存到微存储器3内。在随钻过程中，如需要获取精细化数据，可以发送指令，让微存储器释从密封舱2中释放到钻井井筒的环空中，随钻井液循环返回地面，在地面回收并读取数据，大大提高了精细化大数据量的随钻测量信息的应用时效。虽然不能在线获取数据，但能在随钻过程中，不用停钻就能根据需要实时获取井下数据，提升了井下随钻测量工具的应用效率。另外，该存储设备100在井下近距离完成数据传输，传输速率高，结构布设简单。

其中，需要说明的是，由如图1所示的，密封室7可以由开设在钻铤200上的第一槽201以及密封式盖合在第一槽201的开口处的端盖202而形成，密封室7还可以为设置在钻铤200上的外部构件。密封室7的设置目的就是容纳一些诸如控制器1等部件，保护其正常工作。同时，根据钻铤200的结构空间的不同，可以将电子部件等分散安置在不同的密封室7内。也由此，密封室7可以为整体化的一个腔室，也可以为分体式的两个或更多个腔室。而图1中，密封室7就包括两个腔室，其中一个用于放控制器1，另一个用布设动力装置8。

在一个实施例中，存储设备100还包括外筒4和内推杆5，如图3a所示。其中，外筒4具有轴向延伸的内腔，并在其壁上设置有开口41以与其内腔连通，图6显示了一个外筒4的具体截面，在这种情况下，可在钻铤200的壁上设置第二槽203，该外筒4能结构匹配式嵌入到第二槽203中。内推杆5设置在外筒4的内腔中。同时，在内推杆5的壁上设置有内凹槽51。在内推杆5在第一位置时，内凹槽51和开口41完全错开，以使得内凹槽51能与外筒4的壁形成密封舱2，如图3a所示。而在动力装置8推动内推杆5沿着轴向相对于外筒4移动时，内凹槽51能对应开口41，相当于密封舱2被打开，如图3b所示。此时，位于原密封舱2中的微存储器3可以被释放出去。

在具体的结构中，一个开口41可以对应一个内凹槽51，当然还可以对应多个内凹槽51。也就是说，内凹槽51可以一个成组安装也可以多个成组安装，分别如图7和8所示。在图4中，可以在外筒4的壁上设置多个轴向间隔的开口41，以与图7中的内凹槽51一一匹配式对应。这种设置在内推杆5相对于外筒4移动一定距离时，开口41与内凹槽51一一匹配式连通，该设置使得内推杆5的行程短。而在图5中，在外筒4上设置轴向长条状的开口41，以与图8中的成为一组的多个内凹槽51相对。在内推杆5相对于外筒4移动过程中，一组中的内凹槽51依次与开口41连通，这种设置方式使得内推杆5的结构相对简单。优选地，可以设置多个例如8个内凹槽51以同时放置多个微存储器3，并使得每个微存储器3存储的数据都是相同的，以保证钻井现场微存储器3的返出井口的成功率。

容易理解地，开口41的有效直径要大于微存储器3的有效直径，以保证微存储器3能顺利释放。另外，在结构上，在一组内凹槽51(一组内凹槽51中可以包括一个或者多个内凹槽51)的两端的内推杆5上均设置有密封圈6，以在内推杆5相对于外筒4移动过程中，两端的密封圈6均与内筒4的内壁抵接，从而在外筒4与内推杆5之间形成密封舱2。而密封舱2在关闭状态下，密封圈6实现了密封舱2的密闭，避免钻井液等进入密封舱2而影响电力和数据的传输。

在实际使用过程中，上述的外筒4和内推杆5组合后可以嵌入式设置在钻铤200的第二槽203处。当然，外筒4可以是独立的能嵌入到第二槽203的外部构件，还可以是由第二槽203和密封式盖合在其上的盖板等形成的组合构件。另外，为了布设方便，第二槽203可以与第一槽201临近，以简化传动装置的布设。例如，第一槽201和第二槽203可以临近，并相当于第一槽201和第二槽203中间设置隔板204。

如图2所示，动力装置8包括动力源81、丝杠82和丝杠支座(图中未示出)。其中，动力源81设置在密封室7内，用于提供动力。丝杠82的一端与动力源81固定连接，以接收动力，另一端穿过密封室7的壁(在图1中为隔板204)而与内推杆5连接。丝杠支座能与丝杠82配合，并密封式固定在密封室的相应壁上。在动力源81运作过程中，促动丝杠82旋转，在丝杠82旋转过程中，能相对于丝杠支座螺旋配合，从而完成内推杆5的轴向移动。上述动力装置8结构简单，容易实现。当然，根据实际需要，动力源81还包括动力电机83和减速机84。其中，动力电机83的电机传动轴85用于向减速机84输出动力，而减速机84的动力输出轴86与丝杠82连接。通过设置减速机84提高输出扭矩，保证释放动力。使用过程中，在当需要释放微存储器3时，断开微存储器3与控制器1的连接，使微存储器3进入无电状态，然后向动力装置8发出释放指令，控制动力电机83转动，并依此带动减速机84和丝杠82运动。丝杠82促动内推杆5沿着外筒4的轴线移动，在内凹槽51与开口41相对应后，微存储器3到达释放位置。

设置传输数据线9用于连接控制器1和微存储器3，以通过传输数据线9向微存储器3提供电源和输送数据，如图3b所示。在传输数据线9实际安装过程中，如果遇到类似隔板204一样的板件或者壁，可以在隔板204上密封式设置高压插针(图中未示出)或其它电缆连接器(图中未示出)用于连接隔板204两端的传输数据线9。而在内推杆5部分，传输数据线9在内推杆内延伸，可以通过开槽或者开孔方式实现。

在内推杆5上设置弹簧触件52(图7所示)，用于连接传输数据线9。同时，在微存储器3上设置能与弹簧触件52连接的触点。也就是，微存储器3的触点与弹簧触件52连接，设置在每一个内凹槽51中的弹簧触件52与传输数据线9相连。这种设置方式使得通过弹簧触件52为微存储器3提供电源，又向微存储器3传输数据。例如，每个微存储器3可以有四个触点，分别为两个触点供电，两个触点进行数据交换，数据交换采用485总线协议，与MWD数据协议一致。相应地，传输数据线9和弹簧触件52匹配式设置。

上述设置采用有线的数据传输方式，解决了微存储器3与井下测量工具之间的数据通信问题。相较于无线传输，有线传输能保证大量数据快速稳定地存储在微存储器3内，同时不用担心井下振动、温度等影响，能保证数据传输质量更好和更稳定。需要说明的是，为了实现微存储器3与控制器1的电连接和数据连接，传输数据线9的布设可以根据结构的不同进行布设调整，例如是否需要穿过实体壁等。通过设置弹簧触件52，方便了微存储器3的电和数据信号连接。同时，在释放微存储器3的过程中，该弹簧触件52还能起到促动微存储器3离开内凹槽51的作用，保证微存储器3的有效释放。

可以通过在内推杆5上钻设安装孔或槽的方式设置传输数据线9。同时，在传输数据线9穿入或设置到安装孔或槽后，并在将弹簧触件52和传输数据线9连接后，在槽内或安装孔内设置密封胶进行电气密封，以防止短路等电气故障，保证安全。

在微存储器3上与相应的内凹槽51的两端壁之间设置卡接组件。具体地，如图7所示，卡接组件包括设置在内凹槽51的一端壁上的第一定位槽53、设置在内凹槽51的另一端壁上的第二定位槽54、设置在微存储器3的一端的第一凸出体(图中未示出)和设置在微存储器3的另一端的第二凸出体(图中未示出)。其中，第一凸出体能匹配式径向延伸到第一定位槽53中，第二凸出体能匹配式径向延伸到第二定位槽54中。优选地，第一定位槽53与第二定位槽53的宽度不相同，第一凸出体和第二凸出体相匹配式设置。上述设置能为微存储器3和内凹槽51之间形成安装定位，保证快速准确的安装，避免错误安装而引起故障。同时，能保证微存储器3与内推杆5的稳定的位置关系，进而保证数据等稳定传输。

在密封室7内可以填充有不导电的液压油，用于降低或平衡井下压力，并保证电路电子部件的绝缘。

内推杆5放入外筒4并一起放入到第二槽203中后，在内推杆5的轴向两端之外分别与外筒4和第二槽203一起形成了空间10，如图3b所示。在内推杆5相对于外筒4轴向移动过程中，该空间10被压缩或者扩大。在外筒4的壁上设置有压力平衡孔42与该空间10相连通，用于平衡空间10与井眼环空的压力，有助于保证内推杆5能顺利滑动，从而保证微存储器3的释放性能。

在使用过程中，控制器1放置在密封室7中，靠近钻铤200的MWD中控短节，与MWD中控***连接，以接收中控***数据和指令。根据需要，可以在一个钻铤200上设置一个或者多个存储设备100，还可以在不同的钻铤200上设置多个存储设备100，以满足多种数据转存和数据分时通信要求。

下面根据图1到8详细描述存储设备100的使用方法。

首先，将存储设备100设置在钻铤200上，并使得微存储器3处于密封舱2内。使得钻铤200随着钻柱下入到井内。

在钻柱工作时，控制器1检测到LWD测量仪器或MWD井下中控***数据流，开始检测微存储器3的工作状态。如果微存储器3工作状态正常，且密封舱2密封良好。则开始通过传输数据线9和弹簧触件52向微存储器2进行供电，并传输数据。如果有某个微存储器3工作状态不正常，则断开此微存储器3的连接通道。

当满足两个状态时，一是微存储器3存储空间为零时(数据已存满)，二是接收到MWD的释放指令，控制器1将首先断开与微存储器3的电源和数据传输连接，使微存储器3进入无电状态。然后控制器1向动力装置8发出释放指令，控制动力电机83转动，直至推动内推杆5在外筒4内移动以打开密封舱，直至开口41与内凹槽51的开口相对，微存储器3到达释放位置。

通过弹簧触件52的弹力，以及钻柱旋转的离心力，使微存储器3释放到井眼环空之中，随钻井液上返到地面。再对微存储器3进行捕捉和读取数据，从而实现井下成像等不能被MWD上传的大量数据的上传。

本发明中，通过密封舱2的结构，有效提升了微存储器3释放的成功率，增强了释放的稳定性和可靠性；采用微存储器3与控制器1采用有线的数据传输方式，解决了微存储器3与井下测量工具之间的数据通信问题，使大量数据可以快速稳定地存储在微存储器3内，而不用担心井下振动、温度等对无线数据传输的影响；存储设备100结构较为简单，可动部件少，提高了存储设备100在井下工作的稳定性和可靠性；用于释放和存储微存储器3的外筒4和内推杆5装置为独立结构，可以根据需要，定制井下钻铤，从而有效扩展外筒4和内推杆5的安装数量，按需配置微存储器3的数量，保障井下数据分时传输。

以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种用于井下分时数据传输的存储设备，其特征在于，包括：

密封室，

设置在所述密封室中的控制器，

密封舱，

能设置在所述密封舱中的微存储器，

设置在所述密封室中的动力装置，

其中，所述微存储器能与所述控制器连接，以在所述控制器读取LWD数据或者随钻中控模块中的数据后将数据传送到所述微存储器，并且该所述控制器能发送指令使得所述动力装置运作并促动所述密封舱打开而令所述微存储器脱落到井筒中，

所述存储设备还包括：

外筒，在所述外筒的壁上设置开口，

设置在所述外筒内腔中的内推杆，在所述内推杆的壁上设置有内凹槽，所述内推杆能与所述动力装置连接以被促动而相对所述外筒移动，

其中，在所述内推杆相对所述外筒移动过程中，所述内凹槽能选择性与所述外筒的壁形成所述密封舱或能与所述开口相对，

在所述微存储器上与相应的所述内凹槽之间设置用于限定所述微存储器的卡接组件，所述卡接组件包括：

设置在所述内凹槽的一端壁上的第一定位槽，

设置在所述内凹槽的另一端壁上的第二定位槽，

设置在所述微存储器的一端的第一凸出体，所述第一凸出体能匹配式延伸到所述第一定位槽中，

设置在所述微存储器的另一端的第二凸出体，所述第二凸出体能匹配式延伸到所述第二定位槽中，并且所述第一定位槽与所述第二定位槽的宽度不相同。

2.根据权利要求1所述的存储设备，其特征在于，所述动力装置具有：

动力源，

一端与所述动力源固定连接的丝杠，所述丝杠的另一端能穿过所述密封室的壁而与所述内推杆连接，

能与所述丝杠配合的丝杠支座，所述丝杠支座固定在所述密封室的相应壁上。

3.根据权利要求1或2所述的存储设备，其特征在于，包括用于连接所述微存储器与所述控制器的传输数据线，所述传输数据线的部分沿着所述内推杆的轴线在所述内推杆中延伸。

4.根据权利要求3所述的存储设备，其特征在于，在所述密封室的壁上密封式设置高压插针用于连接处于所述密封室的壁的两端的所述传输数据线，

和/或，在所述内推杆上设置弹簧触件用于连接所述传输数据线和所述微存储器。

5.根据权利要求1所述的存储设备，其特征在于，在所述密封室内填充有不导电的液压油。

6.根据权利要求1或2所述的存储设备，其特征在于，在所述内推杆上设置多个轴向间隔的内凹槽，且一个或者多个所述内凹槽为一组，并在一组所述内凹槽的两端的所述内推杆上套设密封圈。

7.一种钻铤，其特征在于，包括根据权利要求1到6中任一项所述的存储设备。

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