一種井下振動測量裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種井下振動測量裝置，包括中心為空腔結(jié)構(gòu)的鉆鋌、固定設置在所述空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)部的硬連接件和承壓筒，所述硬連接件具有中空結(jié)構(gòu)且第一端與所述承壓筒的第一端密閉對接，所述硬連接件的第二端和所述承壓筒的第二端均密封、以使所述硬連接件和所述承壓筒內(nèi)部形成密閉空腔；所述硬連接件的第二端內(nèi)部設有數(shù)據(jù)口插座，所述密閉空腔內(nèi)固定設有用于測量振動數(shù)據(jù)的電氣模塊和用于向所述電氣模塊提供電能的電源模塊。如此設置，本實用新型提供的井下振動測量裝置，其能夠在井下對鉆頭鉆柱的振動進行準確地實時測量。
【專利說明】
一種井下振動測量裝置
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及石油鉆井設備技術領域，更具體地說，涉及一種井下振動測量裝置。
【背景技術】
[0002]石油鉆井過程中，鉆頭、鉆柱在井下會受到多種激勵作用而發(fā)生振動，劇烈的振動會造成鉆頭牙齒斷裂、軸承密封失效、PDC復合片崩碎等多種鉆頭先期破壞，還會造成鉆柱的疲勞損壞，嚴重影響機械鉆速，制約鉆井效率的提升。為了提高鉆頭運行平穩(wěn)度，改善井下鉆井工況，需要制定相應的減振措施。井下鉆頭、鉆柱的振動、轉(zhuǎn)速等工況參數(shù)是分析不良振動產(chǎn)生原因的數(shù)據(jù)基礎，更是制定減振技術方案，并確保其有效性重要依據(jù)。
[0003]目前現(xiàn)場獲取鉆柱振動參數(shù)多采用地面儀器設備，其測量結(jié)果與井下實際情況存在極大誤差，不能滿足鉆頭-鉆柱系統(tǒng)動力學分析的要求。
[0004]現(xiàn)有的井下振動測量裝置，能夠安裝在鉆頭和鉆鋌之間下入井內(nèi)，在鉆井施工過程中，能進行鉆頭、鉆柱振動信號的測量和存儲。但存在以下不足:儀器及相關元器件多安裝在鉆鋌本體內(nèi)，受鉆鋌壁厚的限制，元器件及電池安裝空間受限，不能保持長時間高頻測量;相關主控系統(tǒng)、電源組件與鉆鋌固定，未采取減振措施，在高頻高強度振動下易損壞。
[0005]因此，設計一種安裝在底部鉆具上，尤其是近鉆頭位置的，能夠精確測量并存儲鉆頭、鉆柱原始振動參數(shù)的儀器裝置，成為本領域技術人員所要解決的重要技術問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種井下振動測量裝置，其能夠在井下對鉆頭鉆柱的振動進行準確地實時測量。
[0007]本實用新型提供的一種井下振動測量裝置，包括中心為空腔結(jié)構(gòu)的鉆鋌、固定設置在所述空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)部的硬連接件和承壓筒，所述硬連接件具有中空結(jié)構(gòu)且第一端與所述承壓筒的第一端密閉對接，所述硬連接件的第二端和所述承壓筒的第二端均密封、以使所述硬連接件和所述承壓筒內(nèi)部形成密閉空腔;所述硬連接件的第二端內(nèi)部設有數(shù)據(jù)口插座，所述密閉空腔內(nèi)固定設有用于測量振動數(shù)據(jù)的電氣模塊和用于向所述電氣模塊提供電能的電源模塊。
[0008]優(yōu)選地，所述電氣模塊包括:
[0009]固定設置在所述硬連接件內(nèi)的振動傳感器；
[0010]固定設置在所述承壓筒內(nèi)的用于測量所述鉆鋌自身轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器，用于對井下測量數(shù)據(jù)進行采集、處理和存儲的控制、以及執(zhí)行地面控制系統(tǒng)的讀取、設置指令的主控芯片，實時存儲測得的振動、轉(zhuǎn)速參數(shù)存儲芯片和附屬電路。
[0011]優(yōu)選地，還包括固定設置在所述承壓筒內(nèi)的電路板骨架，所述轉(zhuǎn)速傳感器、主控芯片、存儲芯片和附屬電路都集成在電路板上，所述電路板固定設置在所述電路板骨架上。
[0012]優(yōu)選地，還包括用于減少所述電路板骨架振動的減震器。
[0013]優(yōu)選地，所述電路板骨架設有凹槽結(jié)構(gòu)，所述電路板安裝在所述凹槽結(jié)構(gòu)內(nèi)、并采用膠材灌封。
[0014]優(yōu)選地，所述硬連接件的外壁設有能夠與所述鉆鋌的內(nèi)腔壁貼合的弧形鈑金結(jié)構(gòu)，所述鉆鋌的側(cè)壁設有螺紋孔，插裝于所述螺紋孔的螺釘與所述弧形鈑金結(jié)構(gòu)相抵、以將所述硬連接件固定在所述鉆鋌的內(nèi)腔內(nèi)。
[0015]優(yōu)選地，所述承壓筒和所述鉆鋌內(nèi)腔壁之間設有扶正器。
[0016]優(yōu)選地，所述振動傳感器為三軸加速度傳感器。
[0017]優(yōu)選地，所述電源模塊包括電池外筒、設置在所述電池外筒內(nèi)部的電池組、密封固定在所述電池外筒兩端的上端頭和下端頭。
[0018]優(yōu)選地，所述電池外筒內(nèi)澆注有用于減震的膠材。
[0019]本實用新型提供的技術方案中，硬連接件和承壓筒都設置在鉆鋌自身的空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)，不需要在鉆鋌本體上開槽安裝振動測量儀器，具有安全性高、安裝維護簡易方便的優(yōu)點。硬連接件和承壓筒對接在一起，二者形成的整體結(jié)構(gòu)的兩端也都進行密封，如此，二者形成了一個整體的密閉空腔，密閉空間內(nèi)固定設有用于測量振動數(shù)據(jù)的電氣模塊和用于向電氣模塊提供電能的電源模塊，由于硬連接件和承壓筒固定在鉆鋌內(nèi)部，電氣模塊測得的振動數(shù)據(jù)即為鉆柱振動數(shù)據(jù)。另外，硬連接件的第二端內(nèi)部設有數(shù)據(jù)口插座，地面控制系統(tǒng)可通過地面接口盒及數(shù)據(jù)傳輸線與硬連接件上端的數(shù)據(jù)口插座連接，以對電氣模塊進行參數(shù)設置。如此設置，本實用新型提供的井下振動測量裝置，其能夠在井下對鉆頭鉆柱的振動進行準確地實時測量。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021 ]圖1為本實用新型【具體實施方式】中井下振動測量裝置的示意圖；
[0022]圖1中:
[0023]1-上堵頭、2-數(shù)據(jù)口插座、3-鉆鋌、4-硬連接件、5-襯板、6-螺栓、7-振動測量短節(jié)、8-振動傳感器、9-減震器、10-電路板骨架、11-電路板、12-承壓筒、13-電池上端頭、14-電池組、15-扶正器、16-電池下端頭、17-下堵頭。
【具體實施方式】
[0024]本【具體實施方式】提供了一種井下振動測量裝置，其能夠在井下對鉆頭鉆柱的振動進行準確地實時測量。
[0025]以下，參照附圖對實施例進行說明。此外，下面所示的實施例不對權(quán)利要求所記載的【實用新型內(nèi)容】起任何限定作用。另外，下面實施例所表示的構(gòu)成的全部內(nèi)容不限于作為權(quán)利要求所記載的實用新型的解決方案所必需的。
[0026]請參閱圖1，本【具體實施方式】提供的井下振動測量裝置的井下部分包括鉆鋌3、振動測量短節(jié)7、電池組14、扶正器15。
[0027]其中，鉆鋌3作用是為振動測量短節(jié)7提供安裝、固定的載體，并滿足避磁要求，鉆鋌3的中心為空腔結(jié)構(gòu)，以將振動測量短節(jié)7安裝到空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)。
[0028]具體地，在鉆鋌3側(cè)壁可以開設有通孔，連接件穿過該通孔將振動測量短節(jié)7進行固定，比如，上述通孔可以具體為螺紋孔，螺栓6旋入到螺紋孔內(nèi)，將振動測量短節(jié)7抵緊在鉆鋌3的中心腔內(nèi)。
[0029]鉆鋌3兩端可設的鉆鋌螺紋，鉆鋌3通過公母口螺紋安裝在底部鉆柱的鉆頭與鉆鋌之間，能夠保持與鉆頭、鉆柱相同的振動頻率，使固定在其中的振動測量短節(jié)7能夠測得鉆頭、鉆柱的原始振動、轉(zhuǎn)速參數(shù)。
[0030]上述振動測量短節(jié)7自上而下可以包括上堵頭1、硬連接件4、減震器9、電路板骨架
10、電路板11、承壓筒12、下堵頭17，上堵頭I與硬連接件4的上端可以使用絲扣連接，下堵頭17與承壓筒12也可以使用絲扣連接。
[0031]硬連接件4可以包括圓筒主體和一個與圓筒主體為一體式結(jié)構(gòu)的長圓形的襯板5，襯板5外壁為弧面，可與鉆鋌3內(nèi)壁貼合。襯板5外壁可以開有2個螺栓孔，組裝時與鉆鋌上的圓孔對齊，使用螺栓6將二者連接固定。
[0032]硬連接件4上部裝有數(shù)據(jù)口插座2，硬連接件4的下部封裝有振動傳感器8，該振動傳感器8優(yōu)選采用三軸加速度傳感器，加速度傳感器和數(shù)據(jù)口通過電線與主控芯片相連。因為硬連接件4與鉆鋌3通過螺栓6剛性連接，所以此處封裝的加速度傳感器所測得的振動參數(shù)即為鉆柱振動參數(shù)。
[0033]減震器9連接于電路板骨架10和硬連接件4之間，主要用于保護電路板11在高溫、高頻振動條件下的正常工作。
[0034]電路板骨架10可以雙面開槽，主控芯片、轉(zhuǎn)速傳感器和存儲芯片及附屬電路集成在電路板11上，電路板11安裝到電路板骨架10的槽中后，用硅膠灌封，以降低振動對電路板的影響。
[0035]承壓筒12為長圓筒狀，起到保護電氣模塊和電池組14的作用。上堵頭1、下堵頭17與硬連接件4和承壓筒12—起形成一個密封空腔，保護內(nèi)部電氣模塊和電池組14不被井下高溫高壓的鉆井液環(huán)境損壞。
[0036]電池組14是將高溫鋰電池組裝在電池外筒中，與電池上端頭13、電池下端頭16—起用粘膠固定，再用螺釘機械固定，最后采用有機硅灌封膠充滿電池外筒，起到減震、保護電池和防止電線損壞的作用。
[0037]本【具體實施方式】提供的井下振動測量裝置，在現(xiàn)場使用時，先將電池組14裝入振動測量短節(jié)7的承壓筒12內(nèi)，下堵頭17通過絲扣與承壓筒12連接使其密封，再將扶正器15用螺絲固定在承壓筒外壁上，然后將地面控制系統(tǒng)通過地面接口盒及數(shù)據(jù)傳輸線與硬連接件4上端的數(shù)據(jù)口插座2連接，對振動測量短節(jié)7進行參數(shù)設置。參數(shù)設置完成后，將上堵頭I通過絲扣與硬連接件4連接使其密封，完成振動測量短節(jié)7的組裝，再將振動測量短節(jié)7裝入鉆鋌3，并用螺栓6通過鉆鋌3上的螺栓孔將振動測量短節(jié)7與鉆鋌3固定在一起。然后將鉆鋌3通過兩端絲扣連接到底部鉆具組合的鉆頭與鉆鋌之間，進行入井工作。
[0038]在井下工作時，加速度傳感器自動測量鉆柱的X、Y、Z三軸加速度，并與轉(zhuǎn)速傳感器測得的鉆柱轉(zhuǎn)速一起傳輸?shù)诫娐钒迳系闹骺匦酒?，再?jīng)主控芯片處理后存儲到存儲芯片。
[0039]當工具出井以后，再將振動測量短節(jié)7與地面控制系統(tǒng)用數(shù)據(jù)傳輸線和地面接口盒連接，對振動測量短節(jié)7中存儲的數(shù)據(jù)進行讀取，并清空存儲芯片，以備再次入井。
[0040]如此設置，本【具體實施方式】提供的井下振動測量裝置在測量鉆柱三軸振動的同時還能測量自身轉(zhuǎn)速，進而計算得到粘滑振動情況。另外，測量短節(jié)安裝固定在專用無磁鉆鋌水眼內(nèi)，與在鉆鋌本體上開槽安裝儀器筒相比，具有安全性高，安裝維護簡易方便，擁有更大的空間來擴充電池容量以延長井下工作時間等優(yōu)點。而且主控系統(tǒng)與加速度傳感器之間有減震裝置，并在電池筒處裝有扶正器，不影響振動參數(shù)測量的同時能夠有效減少振動對主控系統(tǒng)和電源模塊的損害。
[0041]對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種井下振動測量裝置，其特征在于，包括中心為空腔結(jié)構(gòu)的鉆鋌、固定設置在所述空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)部的硬連接件和承壓筒，所述硬連接件具有中空結(jié)構(gòu)且第一端與所述承壓筒的第一端密閉對接，所述硬連接件的第二端和所述承壓筒的第二端均密封、以使所述硬連接件和所述承壓筒內(nèi)部形成密閉空腔;所述硬連接件的第二端內(nèi)部設有數(shù)據(jù)口插座，所述密閉空腔內(nèi)固定設有用于測量振動數(shù)據(jù)的電氣模塊和用于向所述電氣模塊提供電能的電源模塊。2.如權(quán)利要求1所述的井下振動測量裝置，其特征在于，所述電氣模塊包括: 固定設置在所述硬連接件內(nèi)的振動傳感器； 固定設置在所述承壓筒內(nèi)的用于測量所述鉆鋌自身轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器，用于對井下測量數(shù)據(jù)進行采集、處理和存儲的控制、以及執(zhí)行地面控制系統(tǒng)的讀取、設置指令的主控芯片，實時存儲測得的振動、轉(zhuǎn)速參數(shù)存儲芯片和附屬電路。3.如權(quán)利要求2所述的井下振動測量裝置，其特征在于，還包括固定設置在所述承壓筒內(nèi)的電路板骨架，所述轉(zhuǎn)速傳感器、主控芯片、存儲芯片和附屬電路都集成在電路板上，所述電路板固定設置在所述電路板骨架上。4.如權(quán)利要求3所述的井下振動測量裝置，其特征在于，還包括用于減少所述電路板骨架振動的減震器。5.如權(quán)利要求3所述的井下振動測量裝置，其特征在于，所述電路板骨架設有凹槽結(jié)構(gòu)，所述電路板安裝在所述凹槽結(jié)構(gòu)內(nèi)、并采用膠材灌封。6.如權(quán)利要求1-5任一項所述的井下振動測量裝置，其特征在于，所述硬連接件的外壁設有能夠與所述鉆鋌的內(nèi)腔壁貼合的弧形鈑金結(jié)構(gòu)，所述鉆鋌的側(cè)壁設有螺紋孔，插裝于所述螺紋孔的螺釘與所述弧形鈑金結(jié)構(gòu)相抵、以將所述硬連接件固定在所述鉆鋌的內(nèi)腔內(nèi)。7.如權(quán)利要求6所述的井下振動測量裝置，其特征在于，所述承壓筒和所述鉆鋌內(nèi)腔壁之間設有扶正器。8.如權(quán)利要求2所述的井下振動測量裝置，其特征在于，所述振動傳感器為三軸加速度傳感器。9.如權(quán)利要求1所述的井下振動測量裝置，其特征在于，所述電源模塊包括電池外筒、設置在所述電池外筒內(nèi)部的電池組、密封固定在所述電池外筒兩端的上端頭和下端頭。10.如權(quán)利要求9所述的井下振動測量裝置，其特征在于，所述電池外筒內(nèi)澆注有用于減震的膠材。
【文檔編號】E21B44/00GK205537948SQ201620307288
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】蘭凱, 孔華, 張敏, 晁文學
【申請人】中石化石油工程技術服務有限公司, 中石化中原石油工程有限公司鉆井工程技術研究院