超高温钻孔轨迹测斜测温控制系统及方法、测斜测温仪与流程

文档序号:15578762发布日期:2018-09-29 06:16

本发明属于高温地热钻探技术领域,尤其涉及一种超高温钻孔轨迹测斜测温控制系统及方法、测斜测温仪。



背景技术:

目前,业内常用的现有技术是这样的:钻孔倾斜测温是钻探施工中经常遇到的现象,如果钻孔测斜测温不准,将耗费大量的物资生产时间,延长钻进周期,不能保证快速钻探的需求,影响开采工作。随着矿产资源勘探工作逐渐朝着深部发展,钻井内的温度也在不断增加,在一般地区,钻井深度达到8000米时,其温度将达到250℃,在地温梯度异常的干热岩地热地区,温度还将更高。而现有技术中用于超高温环境的测斜仪器只能适用于250℃以下的环境测斜,带来了高温干热岩地层钻孔开采热容量没法计算问题,而测温仪只能适用于测温,极大地限制了深井资源的开采,使得高温干热岩地层钻孔不能采用高效两个钻孔对接开采问题。而且,随着钻井深度增加,井内压力也在增加。因此提供一种耐高温、耐高压、精度高的钻孔测斜测温仪是十分必要的。

综上所述,现有技术存在的问题是

现有的测斜仪器只能适用于250℃以下的环境测斜,带来了高温干热岩地层钻孔开采热容量没法计算问题,而只能适用于测温,使得高温干热岩地层钻孔不能采用高效两个钻孔对接开采问题,极大地限制了深井资源的开采。现有的非超高温高压环境下,单一钻孔轨迹或温度测量,不能满足现在的超高温高压环境下钻孔轨迹和温度的同时并行测量,导致资源的开采效能差。

解决上述技术问题的难度和意义:在超高温高压环境下的钻孔轨迹和温度的不能同时测量的难题,带来了高温干热岩地层钻孔开采热容量计算和两个钻孔轨迹测量对接开采问题,极大地限制了深井资源的开采,在超高温高压环境下钻孔轨迹和温度的同时测量,同时解决了高温干热岩地层钻孔开采热容量计算和两个钻孔轨迹测量对接开采问题,极大地提高深井资源的开采效能,提供了超高温高压环境下钻孔轨迹和温度测量的技术支撑。现有的非超高温高压环境下,单一钻孔轨迹或温度测量,不能满足现在的超高温高压环境下钻孔轨迹和温度的同时并行测量。



技术实现要素:

针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种超高温钻孔轨迹测斜测温控制系统及方法、测斜测温仪。

本发明是这样实现的,一种超高温钻孔轨迹测斜测温控制系统,所述超高温钻孔轨迹测斜测温控制系统包括:

测控系统、上位机;测控系统:就是将三维光纤陀螺组件和三维加速度计组件及热电偶传感器敏感到的角加速度、加速度、温度电信号转换为数据信号,并对其进行数据计算处理,得到顶角、方位角、温度的数据量值,并保存在存储器中;上位机:在地面上和测控系统连接,1.初始化测控系统让测控系统内部数据清零,并对测控系统进行初始信息参数进行设置,它包括:经度、纬度、标高设置,绝对时间设置,连续采集时间间隔设置等;2.将保存在存储器中的测量数据顶角、方位角、温度读出并存盘,形成数据库。

所述测控系统、上位机与测量模块、耐高温测量数据存储模块、井下电源连接,安装在承压保温管内,保持在0-80℃环境范围内,使其内耐高温测量数据存储模块、井下电源模块能正常工作;

所述井下电源通过导线与测量模块连接。为测量模块提供电源。

所述测量模块进一步包括:

光纤陀螺组件和加速度计组件及温度传感器,用于测得井眼的顶角、方位角及工具面角和钻孔温度,并将数据传输给FPGA数据采集及其接口电路;

FPGA数据采集及其接口电路,用于将采集的数据传输给存储器,同时将数据传输给DSP数字信号处理器;

DSP数字信号处理器,DSP数字信号处理器是一种耐高温的带数据处理计算和逻辑运算功能单片机芯片。接受程序存储器存储的程序,按照程序,程序:编写的软件程序存储存储器中,开机后,测控系统将按照此编写的软件程序流程运行。首先对三维光纤陀螺组件、三维加速度计组件、温度组件、电压等进行A/D转换,转换为数据量,再对数据进行处理,计算得到的顶角、方位角、温度的数据量值,将其按时间顺序保存在存储器中,处理过程受监控复位电路的监控,遇到异常情况复位DSP数字信号处理器,对电路模块进行保护性关闭处理,恢复正常情况后再打开;

内部电源通过导线与光纤陀螺组件、加速度计组件、温度传感器组件、FPGA数据采集及其接口电路、DSP数字信号处理器连接。

本发明的另一目的在于提供一种安装有所述超高温钻孔轨迹测斜测温控制系统的测斜测温仪。

本发明的另一目的在于提供一种所述超高温钻孔轨迹测斜测温控制系统的超高温钻孔轨迹测斜测温控制方法,所述超高温钻孔轨迹测斜测温控制方法包括:

步骤一,用数据线将超高温钻井测斜测温仪连接至电脑,对超高温钻井测斜测温仪进行设定;

步骤二,通过钢丝绳连接、直接投入或者捞矛头打捞的方式下放超高温钻井测斜测温仪;

步骤三,在下钻和提钻过程中进行测斜和对钻孔测温工作,存储式光纤陀螺测斜测温探管沿钻孔轨迹对顶角、方位角、钻孔温度参量进行数值化测量并存储;

步骤四,通过钢丝绳连接、直接投入或者捞矛头打捞的方式提升超高温钻井测斜测温仪;

步骤五,取出存储式光纤陀螺测斜测温探管,将存储式光纤陀螺测斜测温探管通过数据线与计算机连接,由计算机处理和显示,得到轨迹和温度测量结果。

热敏温度传感器安装在承压管接头上,通过高温电缆线穿过保温瓶塞和保温瓶内的测量组件相连接,并将测得的钻孔温度信息传输到测量组件中存储。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述超高温钻孔轨迹测斜测温控制方法的测斜测温仪。

综上所述,本发明的优点及积极效果为:耐高温、耐高压、精度高,可以实现0-280℃高温环境条件下钻孔内井斜角、方位角、仪器工具面向角、钻孔温度的同时连续测量,不受磁干扰影响,为超高温280℃超高压120MPa环境下的矿山资源勘察开采提供了测量技术支撑。

本发明由四川省科学技术信息研究所查新(国家一级科技查新咨询单位),查新结论为:1、国内外未见具有下述特点的存储式钻孔轨迹测量仪的文献报道,其特点为:采用存储式三维高精度光纤陀螺、三维高精度石英加速度计及高精度的铂电阻温度传感器,采用存储数据方式实现了无电缆对方位角、井斜角和井温度的同时测量,同时获得井身轨迹和温度数据。2、国内外未见具有下述特点的存储式钻孔轨迹测量仪的文献报道,其特点为:该测量仪采用了耐高温高压复合外管,实现了0-270℃高温、120Mpa压力环境下测斜测温。3、国内外未见具有下述特点的存储式钻孔轨迹测量仪的文献报道,其技术指标为:方位角测量范围与精度0-360°±1.5°(井斜>3°时);井斜测量范围与精度0-90°±0.15°,钻井温度测量范围与精度0-300°±0.2℃°。

附图说明

图1是本发明实施例提供的超高温钻孔轨迹测斜测温控制系统结构示意图;

图中:1、测控系统;2、上位机;3、测量模块;3-1、光纤陀螺组件;3-2、加速度计组件;3-3、FPGA数据采集及其接口电路;3-4、存储器;3-5、DSP数字信号处理器;3-6、监控复位电路;3-7、程序存储器;3-8、内部电源;3-9、钻孔温度传感器;4、耐高温测量数据存储模块;5、井下电源。

图2是本发明实施例提供的超高温钻孔轨迹测斜测温控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

随着钻井深度增加,井内压力也在增加;因此提供一种耐高温、耐高压、精度高的钻孔测斜测温仪是十分必要的。

如图1所示,本发明实施例提供的超高温钻孔轨迹测斜测温控制系统包括:测控系统1、上位机2、测量模块3、耐高温测量数据存储模块4、井下电源5。

测控系统1、测控系统1与测量模块3、耐高温测量数据存储模块4、井下电源5连接。

井下电源5通过导线与测量模块3连接。

测量模块3进一步包括:光纤陀螺组件3-1、加速度计组件3-2、钻孔温度传感器3-9、FPGA数据采集及其接口电路3-3、存储器3-4、DSP数字信号处理器3-5、监控复位电路3-6、程序存储器3-7、电路内部电源3-8、井下电源5。

光纤陀螺组件3-1和加速度计组件3-2及钻孔温度传感器3-9,用于测得井眼的倾角、方位角及工具面角和钻孔温度,并将数据传输给FPGA数据采集及其接口电路3-3。

FPGA数据采集及其接口电路3-3,用于将采集的数据传输给存储器3-4,同时将数据传输给DSP数字信号处理器3-5;

DSP数字信号处理器3-5,接受程序存储器3-7存储的程序,按照程序对数据进行处理,处理过程受监控复位电路3-6的监控,遇到异常情况可以复位DSP数字信号处理器3-5。

电源包括井下电源5和电路内部电源3-8,以保证突发情况下可以继续工作。

内部电源3-8通过导线与光纤陀螺组件3-1、加速度计组件3-2、钻孔温度传感器3-9、FPGA数据采集及其接口电路3-3、DSP数字信号处理器3-5连接;井下电源5为测量模块3和耐高温测量数据存储模块4供电。

测控系统:就是将三维光纤陀螺组件和三维加速度计组件及热电偶传感器敏感到的角加速度、加速度、温度电信号转换为数据信号,并对其进行数据计算处理,得到顶角、方位角、温度的数据量值,并保存在存储器中;上位机:在地面上和测控系统连接,1.初始化测控系统让测控系统内部数据清零,并对测控系统进行初始信息参数进行设置,它包括:经度、纬度、标高设置,绝对时间设置,连续采集时间间隔设置等;2.将保存在存储器中的测量数据顶角、方位角、温度读出并存盘,形成数据库。

DSP数字信号处理器是一种耐高温的带数据处理计算和逻辑运算功能单片机芯片。接受程序存储器存储的程序,按照程序,程序:编写的软件程序存储存储器中,开机后,测控系统将按照此编写的软件程序流程运行。首先对三维光纤陀螺组件、三维加速度计组件、温度组件、电压等进行A/D转换,转换为数据量,再对数据进行处理,计算得到的顶角、方位角、温度的数据量值,将其按时间顺序保存在存储器中,处理过程受监控复位电路的监控,遇到异常情况复位DSP数字信号处理器,对电路模块进行保护性关闭处理,恢复正常情况后再打开;

如图2所示,本发明实施例提供的超高温钻孔轨迹测斜测温控制方法包括:

S201:用数据线将超高温钻井测斜测温仪连接至电脑,对超高温钻井测斜测温仪进行设定;

S202:通过钢丝绳连接、直接投入或者捞矛头打捞的方式下放超高温钻井测斜仪;

S203:在下钻和提钻过程中进行测斜工作,存储式光纤陀螺测斜测温探管沿钻孔轨迹对顶角、方位角、钻孔温度参量进行数值化测量并存储;

S204:通过钢丝绳连接、直接投入或者捞矛头打捞的方式提升超高温钻井测斜测温仪;

S205:取出存储式光纤陀螺测斜测温探管,将存储式光纤陀螺测斜测温探管通过数据线与计算机连接,由计算机处理和显示,得到轨迹温度测量结果。

本发明满足高温地热能钻探工程、干热岩钻探工程、科学钻探工程、深部矿产资源勘探和深部油气资源勘探工程的巨大需求,解决高温环境钻探施工轨迹、温度测量问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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