專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的導(dǎo)向外套轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的導(dǎo)向外套轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，特別是涉及一種石油鉆探工具領(lǐng)域的用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的導(dǎo)向外套轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具在石油鉆探領(lǐng)域主要用于大位移井、超薄油層水平井、多分支井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井中。從20世紀(jì)80年代后期以來(lái)，國(guó)內(nèi)油田大都進(jìn)入開(kāi)采后期，新開(kāi)發(fā)油田大部分位于沙漠、海洋、山前陡坡等特殊環(huán)境中，因而對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的使用日益增多。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具在鉆進(jìn)過(guò)程中，因井底鉆具組合、地層及地質(zhì)參數(shù)的變化，不旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)向外套會(huì)出現(xiàn)不同程度的緩慢旋轉(zhuǎn)，在美國(guó)專(zhuān)利US6427783中提到，當(dāng)導(dǎo)向工具的芯軸轉(zhuǎn)速達(dá)到100RPM-600RPM (轉(zhuǎn)/分鐘)時(shí)，導(dǎo)向外套也會(huì)出現(xiàn)不超過(guò)2RPM的轉(zhuǎn)速。在結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具類(lèi)似的自動(dòng)垂直鉆井工具的多次鉆井試驗(yàn)中，也同樣發(fā)現(xiàn)不旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)向外套會(huì)出現(xiàn)不同程度的轉(zhuǎn)動(dòng)，地層穩(wěn)定時(shí)轉(zhuǎn)速小于O. 1RPM，地層條件比較惡劣時(shí)，轉(zhuǎn)速達(dá)到10RPM以上。當(dāng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的導(dǎo)向外套快速旋轉(zhuǎn)時(shí)(大于2RPM)，高邊工具面角也會(huì)出現(xiàn)劇烈變化，對(duì)于采用電機(jī)泵獨(dú)立液壓節(jié)方案的導(dǎo)向工具，因微型泵的排量很小，推靠巴掌伸出和收回需要1-5分鐘的時(shí)間，無(wú)法響應(yīng)快速的高邊工具面角變化，一旦出現(xiàn)導(dǎo)向外套快速旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)向鉆井工具將失去導(dǎo)向作用。現(xiàn)有技術(shù)中，并不對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的導(dǎo)向外套轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，只是在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具提鉆后，分析存儲(chǔ)在井下工具中的近鉆頭測(cè)斜儀數(shù)據(jù)波動(dòng)，來(lái)進(jìn)行導(dǎo)向外套旋轉(zhuǎn)激烈程度的估計(jì)，無(wú)法得出導(dǎo)向外套具體的旋轉(zhuǎn)速度。因此亟需提供一種新型的用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的導(dǎo)向外套轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可以隨鉆應(yīng)用的用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的導(dǎo)向外套轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型一種用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的導(dǎo)向外套轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，包括位于電子節(jié)中的電路板、以及安裝于電路板上的MEMS角速率陀螺儀、帶有外圍電路的CPU電路、CAN總線(xiàn)、和為上述裝置供電的電源電路；MEMS角速率陀螺儀與CPU電路采用SPI總線(xiàn)通信；CPU電路把計(jì)算出的導(dǎo)向外套平均轉(zhuǎn)速通過(guò)Can總線(xiàn)發(fā)送到電子節(jié)中的主控電路。MEMS角速率陀螺儀為ADI公司的ADX RS450或ADXRS453型號(hào)的MEMS角速率陀螺儀。MEMS角速率陀螺儀邊緣距離電路板邊緣固定孔中心線(xiàn)連線(xiàn)的距離為Icm 5cm。電路板的諧振頻率必須高于800Hz。本實(shí)用新型能夠在鉆進(jìn)時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)量導(dǎo)向外套的旋轉(zhuǎn)速度，并在旋轉(zhuǎn)速度超過(guò)一定數(shù)值后，通過(guò)泥漿脈沖向地面報(bào)警，這樣鉆井工程師便可及時(shí)調(diào)整鉆壓、鉆速等鉆井參數(shù)，間接調(diào)整外套的旋轉(zhuǎn)速度到允許范圍內(nèi)，避免不必要的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間損失。

圖I為本實(shí)用新型所提供的用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的導(dǎo)向外套轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置的示意圖。圖2為電路板的示意圖。圖中1為芯軸，2為不旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向管，3為電子節(jié)，4為導(dǎo)向外套轉(zhuǎn)速測(cè)量電路，5為液壓節(jié)，6為推靠巴掌，7為MEMS角速率陀螺儀，8為電路板，9為CPU電路，10為Can總線(xiàn)，11為電源電路。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。在圖I中，芯軸I由鉆桿帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)速一般為60-200RPM)，不旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向套2因液壓節(jié)5中推靠巴掌6支撐住井壁，只隨著芯軸I緩慢旋轉(zhuǎn)，正常情況下，因轉(zhuǎn)速很慢，認(rèn)為導(dǎo)向套不旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具導(dǎo)向外套的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置4位于電子節(jié)3中，是電子節(jié)3中電路板的一個(gè)組成部分。如圖2所示，角速率陀螺儀7安裝在電路板8的邊緣固定孔附近。MEMS角速率陀螺儀優(yōu)選為ADI公司的ADXRS450或ADXRS453型號(hào)。將角速率陀螺7安裝在牢固安裝孔附近有助于確保焊裝陀螺儀的電路板諧振頻率高于內(nèi)部電子元件發(fā)生有害混疊的頻率，優(yōu)選MEMS角速率陀螺儀邊緣距離電路板邊緣固定孔中心線(xiàn)連線(xiàn)的距離為Icm 5cm。必須確?；殳B信號(hào)不會(huì)耦合至基帶測(cè)量范圍，導(dǎo)向外套的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置4的電路板8諧振頻率必須高于800Hz。導(dǎo)向外套轉(zhuǎn)速測(cè)量電路包括MEMS角速率陀螺儀7和CPU電路9，它們之間采用SPI總線(xiàn)通信，由CPU定時(shí)Ims (包括但不限于)通過(guò)SPI總線(xiàn)采集MEMS角速率陀螺儀7的輸出，在CPU中經(jīng)過(guò)數(shù)字積分，即可獲得單位時(shí)間內(nèi)(包括但不限于)的導(dǎo)向外套轉(zhuǎn)動(dòng)角度，同時(shí)可求出單位時(shí)間內(nèi)的導(dǎo)向外套平均轉(zhuǎn)速。CPU電路9把計(jì)算出的導(dǎo)向外套平均轉(zhuǎn)速通過(guò)Can總線(xiàn)10發(fā)送到電子節(jié)中的主控電路，并最終把該轉(zhuǎn)速通過(guò)泥漿脈沖發(fā)送到地面?，F(xiàn)有技術(shù)中，測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法很多，比如光電編碼器、霍爾效應(yīng)傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器等，但這些傳感器要不是用于較高轉(zhuǎn)速測(cè)量，要不就是體積較大或在導(dǎo)向外套上安裝比較復(fù)雜。因?qū)蛲馓椎霓D(zhuǎn)速即便在高速時(shí)，一般也小于10RPM，正常情況下外套轉(zhuǎn)速只有0.5° -5° /min,并且旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向外套的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置只能安裝在導(dǎo)向套內(nèi)部的電子節(jié)中，只有采用角速率陀螺儀能滿(mǎn)足現(xiàn)有應(yīng)用。目前應(yīng)用于石油井下測(cè)量的角速率陀螺儀，主要有動(dòng)調(diào)陀螺和光纖陀螺兩種，但都只是用于測(cè)井，隨鉆應(yīng)用很少，主要原因是它們對(duì)高溫和振動(dòng)的要求太苛刻，隨鉆時(shí)，井下的條件太惡劣，這兩種陀螺儀無(wú)法工作。本發(fā)明中，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具導(dǎo)向外套的測(cè)量使用MEMS角速率陀螺儀7，該陀螺儀具備±300° /秒角速率檢測(cè)能力，O. 01° /sec/g的超高抗振性，具有16° /小時(shí)出色的零點(diǎn)偏置穩(wěn)定性，能耐受2000g的沖擊而不損壞，降額設(shè)計(jì)后可在125°C的高溫下長(zhǎng)期工作。非常適合隨鉆低轉(zhuǎn)速的應(yīng)用。
權(quán)利要求1.一種用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的導(dǎo)向外套轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，其特征在于包括位于電子節(jié)中的電路板、以及安裝于電路板上的MEMS角速率陀螺儀、帶有外圍電路的CPU電路、CAN總線(xiàn)、和為上述裝置供電的電源電路；所述MEMS角速率陀螺儀與所述CPU電路采用SPI總線(xiàn)通信；所述CPU電路把計(jì)算出的導(dǎo)向外套平均轉(zhuǎn)速通過(guò)Can總線(xiàn)發(fā)送到電子節(jié)中的主控電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的導(dǎo)向外套轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，其特征在于所述MEMS角速率陀螺儀為ADI公司的ADX RS450或ADXRS453型號(hào)的MEMS角速率陀螺儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的導(dǎo)向外套轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，其特征在于所述MEMS角速率陀螺儀邊緣距離所述電路板邊緣固定孔中心線(xiàn)連線(xiàn)的距離為Icm 5cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的導(dǎo)向外套轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，其特征在于所述電路板的諧振頻率高于800Hz。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的導(dǎo)向外套轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，包括位于電子節(jié)中的電路板、以及安裝于電路板上的MEMS角速率陀螺儀、帶有外圍電路的CPU電路、CAN總線(xiàn)、和為上述裝置供電的電源電路；所述MEMS角速率陀螺儀與所述CPU電路采用SPI總線(xiàn)通信；所述CPU電路把計(jì)算出的導(dǎo)向外套平均轉(zhuǎn)速通過(guò)Can總線(xiàn)發(fā)送到電子節(jié)中的主控電路。本實(shí)用新型能夠在鉆進(jìn)時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)量導(dǎo)向外套的旋轉(zhuǎn)速度，并在旋轉(zhuǎn)速度超過(guò)一定數(shù)值后，通過(guò)泥漿脈沖向地面報(bào)警，這樣鉆井工程師便可及時(shí)調(diào)整鉆壓、鉆速等鉆井參數(shù)，間接調(diào)整外套的旋轉(zhuǎn)速度到允許范圍內(nèi)，避免不必要的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間損失。
文檔編號(hào)G01C19/00GK202814404SQ20122034985
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月18日
發(fā)明者白玉新, 梁軍, 張建國(guó), 李廣偉, 張博 申請(qǐng)人:北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所, 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院