CN112761622A - 一种近钻头随钻测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种近钻头随钻测量装置，其使得装置具有无线传输功能、多参数测量功能和智能分析功能，确保无线传输的稳定性和连续性，且满足测量需求。其包括发射钻铤组件、接收钻铤组件、螺杆，所述发射钻铤组件的一端用于连接钻头，所述发射钻铤组件的另一端固套于所述螺杆的长度方向一端，所述螺杆的长度方向另一端固接所述接收钻铤组件的连接端，所述发射钻铤组件的内凹槽内固设有电磁无线传输发射模块、温度校正模块、参数测量模块，所述接收钻铤组件内集成有电磁无线接收模块、温度校正模块、智能分析模块。
Description
技术领域
本发明涉及近钻头随钻测量的技术领域，具体为一种近钻头随钻测量装置，本发明还提供了该随钻测量装置的测量方法。
背景技术
现有技术的近钻头测量装置在井下高温环境中的无线发射模块会因高温问题而产生温度漂移，导致无线传输的中断，故无法保证无线传输的稳定性和连续性。现有技术的近钻头测量仅通过伽玛能谱测量等方式进行地层识别，其测量数据相对单一，不能满足现代化测量的需求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种近钻头随钻测量装置，其使得装置具有无线传输功能、多参数测量功能和智能分析功能，确保无线传输的稳定性和连续性，且满足测量需求。
一种近钻头随钻测量装置，其特征在于：其包括发射钻铤组件、接收钻铤组件、螺杆，所述发射钻铤组件的一端用于连接钻头，所述发射钻铤组件的另一端固套于所述螺杆的长度方向一端，所述螺杆的长度方向另一端固接所述接收钻铤组件的连接端，所述发射钻铤组件的内凹槽内固设有电磁无线传输发射模块、温度校正模块、参数测量模块，所述接收钻铤组件内集成有电磁无线接收模块、温度校正模块、智能分析模块。
其进一步特征在于：
所述参数测量模块具体包括伽玛能谱、井斜角度、温度、转速、钻压、扭矩的参数测量模块；
所述电磁无线传输发射模块、温度校正模块布置于所述发射钻铤组件的靠近钻头的外环区域位置，所述参数测量模块环布于所述发射钻铤组件的靠近螺杆的环布凹槽布置；
所述智能分析模块内置于所述接收钻铤组件的轴向内凹安装腔内，所述电磁无线接收模块、温度校正模块分别环布于所述接收钻铤组件的对应外周内凹槽内。
一种近钻头随钻测量方法，其特征在于：仪器工作时，发射组件对地层进行伽玛能谱、井斜角度、温度、转速、钻压、扭矩的参数测量，再通过无线传输发射模块将所测得的数据进行FSK等方式的编码调制和发射，而后由接收组件中无线传输接收功能模块对所接收到的信息进行接收和解码，通过智能分析模块对所受到的信息进行技术和分析，进而进行模式识别。
其进一步特征在于：当工作温度发射变化时，仪器通过温度校正模块改变电磁波发射、接收线圈的谐振频率和所发射电信号的频率，以保证电磁波传输功能的稳定性；
所述温度校正模块由监测***和校正***组成，监测***用于实时监测由参数测量模块的温度传感器采集到的周围工作环境温度，校正***根据监测到的温度通过芯片进行校正运算，并对无线传输发射模块和无线传输接收功能模块的电子线路进行反馈、调整电磁波的发射频率保证传输的稳定性；
所述温度校正模块由监测***和校正***组成，监测***用于实时监测由参数测量模块的温度传感器采集到的周围工作环境温度，校正***根据监测到的温度通过芯片进行校正运算，进行运算之后通过继电器/MOS管和调谐电容对接收线圈的谐振频率进行调整，使其谐振频率始终保持不变，保证无线通信的稳定性；
其通过参数测量模块实时采集工作环境温度，而后根据环境温度实时计算和改变电磁波的发射和接收频率，避免了因温漂问题而导致的传输中断；
电磁无线传输发射模块、电磁无线接收模块中的电磁波发射和接收线圈部分单独加设保护罩，所述保护罩和线圈基底的钻铤部分采用了镀层处理技术，使其对天线发射效率的影响降低50％-75％；
所述镀层处理技术具体为镀铜或镀铜类的镀层处理技术；
伽玛能谱测试功能通过滤波算法识别钻铤周围不同方位的地层扇区和地层状况，结合转速、井斜角度之类的参数进行联合计算和分析，判定出随钻***所处的整体工作环境，进行工作模式的识别，并作为输入参数提供给旋转导向和地质导向决策控制***以将不同的测井和钻井模块切换到相应的工作模式。
采用上述技术后，其使得装置具有无线传输功能、多参数测量功能和智能分析功能，确保无线传输的稳定性和连续性，且满足测量需求。
附图说明
图1为本发明的立体图结构示意图；
图2为发明的接收钻铤组件的立体图；
图3为本发明的发射钻铤组件的立体图；
图4为本发明的接收钻铤组件的线圈部分的局部放大结构示意图；
图5为本发明的发射钻铤组件的线圈部分的局部放大结构示意图；
图6为本发明的温度校正工作流程示意图；
图7为本发明的模式识别工作流程图；
图8为本发明的发射钻铤组件的横截面剖视结构示意图；
图9为本发明的接收钻铤组件的局部剖视结构示意图；
图中序号所对应的名称如下：
射钻铤组件1、接收钻铤组件2、螺杆3、电磁无线传输发射模块4、温度校正模块5、参数测量模块6、电磁无线接收模块7、温度校正模块8、智能分析模块9、轴向内凹安装腔10、线圈部分11。
具体实施方式
一种近钻头随钻测量装置，见图1-图3、图8和图9：其包括发射钻铤组件1、接收钻铤组件2、螺杆3，发射钻铤组件1的一端用于连接钻头，发射钻铤组件1的另一端固套于螺杆3的长度方向一端，螺杆3的长度方向另一端固接接收钻铤组件2的连接端，发射钻铤组件1的内凹槽内固设有电磁无线传输发射模块4、温度校正模块5、参数测量模块6，接收钻铤组件2内集成有电磁无线接收模块7、温度校正模块8、智能分析模块9。
参数测量模块6具体包括伽玛能谱、井斜角度、温度、转速、钻压、扭矩的参数测量模块；
电磁无线传输发射模块4、温度校正模块5布置于发射钻铤组件1的靠近钻头的外环区域位置，参数测量模块6环布于发射钻铤组件1的靠近螺杆3的环布凹槽布置；
智能分析模块9内置于接收钻铤组件2的轴向内凹安装腔10内，电磁无线接收模块7、温度校正模块8分别环布于接收钻铤组件2的对应外周内凹槽内；
发射钻铤组件1、接收钻铤组件2均为无磁金属材质制成。
一种近钻头随钻测量方法，见图4-图7：仪器工作时，发射组件对地层进行伽玛能谱、井斜角度、温度、转速、钻压、扭矩的参数测量，再通过无线传输发射模块将所测得的数据进行FSK等方式的编码调制和发射，而后由接收组件中无线传输接收功能模块对所接收到的信息进行接收和解码，通过智能分析模块对所受到的信息进行技术和分析，进而进行模式识别。
当工作温度发射变化时，仪器通过温度校正模块改变电磁波发射、接收线圈的谐振频率和所发射电信号的频率，以保证电磁波传输功能的稳定性；
具体实施方式一：温度校正模块由监测***和校正***组成，监测***用于实时监测由参数测量模块的温度传感器采集到的周围工作环境温度，校正***根据监测到的温度通过芯片进行校正运算，并对无线传输发射模块和无线传输接收功能模块的电子线路进行反馈、调整电磁波的发射频率保证传输的稳定性。
具体实施方式二：所温度校正模块由监测***和校正***组成，监测***用于实时监测由参数测量模块的温度传感器采集到的周围工作环境温度，校正***根据监测到的温度通过芯片进行校正运算，进行运算之后通过继电器/MOS管和调谐电容对接收线圈的谐振频率进行调整，使其谐振频率始终保持不变，保证无线通信的稳定性。
具体实施例中，电磁无线传输发射模块、电磁无线接收模块中的电磁波发射和接收线圈部分11单独加设保护罩，保护罩和线圈基底的钻铤部分采用了镀层处理技术，使其对天线发射效率的影响降低50％-75％；
镀层处理技术具体为镀铜或镀铜类的镀层处理技术。
其通过参数测量模块实时采集工作环境温度，而后根据环境温度实时计算和改变电磁波的发射和接收频率，避免了因温漂问题而导致的传输中断；
伽玛能谱测试功能通过滤波算法识别钻铤周围不同方位的地层扇区和地层状况，结合转速、井斜角度之类的参数进行联合计算和分析，判定出随钻***所处的整体工作环境，进行工作模式的识别，并作为输入参数提供给旋转导向和地质导向决策控制***以将不同的测井和钻井模块切换到相应的工作模式。
装置具有无限传输功能、多参数测量功能和智能分析功能，安装集成在无磁金属材质制成的发射钻铤组件和接收钻铤组件上。发射钻铤组件主要集成和安装了伽玛能谱、井斜角度、温度、转速、钻压、扭矩等参数测量模块、电磁无线传输发射模块和温度校正模块。接收钻铤组件主要集成和安装了电磁无线接收模块、温度校正模块和智能分析模块。发射钻铤组件一段连接钻头，另一端通过螺杆与接收钻铤组件相连。仪器进行工作时，发射组件对地层进行伽玛能谱、井斜角度、温度、转速、钻压、扭矩等参数测量，再通过无线传输发射模块将所测得的数据进行FSK等方式的编码调制和发射，而后由接收组件中无线传输接收功能模块对所接收到的信息进行接收和解码，通过智能分析模块对所受到的信息进行技术和分析，进而进行模式识别。当工作温度发射变化时，仪器通过温度校正模块改变电磁波发射、接收线圈的谐振频率和所发射电信号的频率，以保证电磁波传输功能的稳定性。
本发明所设计的近钻头测量装置工作在高温高压的井下环境，其中电磁波发射和接收线圈部分因其物理机制问题需要部分暴露在井下钻井液和泥浆环境当中，但其结构相对脆弱，承受不住恶劣的井下环境，需要单独加设保护罩。但常规近钻头测量装置中保护罩的加入对线圈的性能造成了极大影响，本发明中保护罩和线圈基底的钻铤部分采用了特殊的铜、银等镀层处理技术，使其对天线发射效率的影响降低50％-75％。
常规近钻头随钻测量方法和装置中的电磁波传输模块受温度影响较大，仪器在地面室温调试后可正常工作，但在井下环境中，随着温度的不断升高，发射和接收线圈的谐振频率产生温度漂移，最终导致电磁波信号传输的中断。本发明所设计的近钻头随钻测量装置中具有温度采集和校正功能，可通过测量模块实时采集工作环境温度，而后根据环境温度实时计算和改变电磁波的发射和接收频率，避免了因温漂问题而导致的传输中断。
本发明所设计的近钻头随钻测量装置具有模式识别和方位识别功能，伽玛能谱测试功能通过特殊的滤波算法可识别钻铤周围不同方位的地层扇区和地层状况，结合转速、井斜等其他参数进行联合计算和分析，可判定出随钻***所处的整体工作环境，进行工作模式的识别，并作为输入参数提供给旋转导向和地质导向决策控制***以将不同的测井和钻井模块切换到相应的工作模式。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种近钻头随钻测量装置，其特征在于：其包括发射钻铤组件、接收钻铤组件、螺杆，所述发射钻铤组件的一端用于连接钻头，所述发射钻铤组件的另一端固套于所述螺杆的长度方向一端，所述螺杆的长度方向另一端固接所述接收钻铤组件的连接端，所述发射钻铤组件的内凹槽内固设有电磁无线传输发射模块、温度校正模块、参数测量模块，所述接收钻铤组件内集成有电磁无线接收模块、温度校正模块、智能分析模块。
2.如权利要求1所述的一种近钻头随钻测量装置，其特征在于：所述参数测量模块具体包括伽玛能谱、井斜角度、温度、转速、钻压、扭矩的参数测量模块。
3.如权利要求2所述的一种近钻头随钻测量装置，其特征在于：所述电磁无线传输发射模块、温度校正模块布置于所述发射钻铤组件的靠近钻头的外环区域位置，所述参数测量模块环布于所述发射钻铤组件的靠近螺杆的环布凹槽布置。
4.如权利要求3所述的一种近钻头随钻测量装置，其特征在于：所述智能分析模块内置于所述接收钻铤组件的轴向内凹安装腔内，所述电磁无线接收模块、温度校正模块分别环布于所述接收钻铤组件的对应外周内凹槽内。
5.一种近钻头随钻测量方法，其特征在于：仪器工作时，发射组件对地层进行伽玛能谱、井斜角度、温度、转速、钻压、扭矩的参数测量，再通过无线传输发射模块将所测得的数据进行FSK等方式的编码调制和发射，而后由接收组件中无线传输接收功能模块对所接收到的信息进行接收和解码，通过智能分析模块对所受到的信息进行技术和分析，进而进行模式识别。
6.如权利要求5所述的一种近钻头随钻测量方法，其特征在于：当工作温度发射变化时，仪器通过温度校正模块改变电磁波发射、接收线圈的谐振频率和所发射电信号的频率，以保证电磁波传输功能的稳定性。
7.如权利要求6所述的一种近钻头随钻测量方法，其特征在于：所述温度校正模块由监测***和校正***组成，监测***用于实时监测由参数测量模块的温度传感器采集到的周围工作环境温度，校正***根据监测到的温度通过芯片进行校正运算，并对无线传输发射模块和无线传输接收功能模块的电子线路进行反馈、调整电磁波的发射频率保证传输的稳定性。
8.如权利要求6所述的一种近钻头随钻测量方法，其特征在于：所述温度校正模块由监测***和校正***组成，监测***用于实时监测由参数测量模块的温度传感器采集到的周围工作环境温度，校正***根据监测到的温度通过芯片进行校正运算，进行运算之后通过继电器/MOS管和调谐电容对接收线圈的谐振频率进行调整，使其谐振频率始终保持不变，保证无线通信的稳定性。
9.如权利要求5所述的一种近钻头随钻测量方法，其特征在于：电磁无线传输发射模块、电磁无线接收模块中的电磁波发射和接收线圈部分单独加设保护罩，所述保护罩和线圈基底的钻铤部分采用了镀层处理技术，使其对天线发射效率的影响降低50％-75％。
10.如权利要求5所述的一种近钻头随钻测量方法，其特征在于：伽玛能谱测试功能通过滤波算法识别钻铤周围不同方位的地层扇区和地层状况，结合转速、井斜角度之类的参数进行联合计算和分析，判定出随钻***所处的整体工作环境，进行工作模式的识别，并作为输入参数提供给旋转导向和地质导向决策控制***以将不同的测井和钻井模块切换到相应的工作模式。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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