一种井下振动测量装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种井下振动测量装置，包括中心为空腔结构的钻铤、固定设置在所述空腔结构内部的硬连接件和承压筒，所述硬连接件具有中空结构且第一端与所述承压筒的第一端密闭对接，所述硬连接件的第二端和所述承压筒的第二端均密封、以使所述硬连接件和所述承压筒内部形成密闭空腔；所述硬连接件的第二端内部设有数据口插座，所述密闭空腔内固定设有用于测量振动数据的电气模块和用于向所述电气模块提供电能的电源模块。如此设置，本实用新型提供的井下振动测量装置，其能够在井下对钻头钻柱的振动进行准确地实时测量。
【专利说明】
一种井下振动测量装置
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及石油钻井设备技术领域，更具体地说，涉及一种井下振动测量装置。
【背景技术】
[0002]石油钻井过程中，钻头、钻柱在井下会受到多种激励作用而发生振动，剧烈的振动会造成钻头牙齿断裂、轴承密封失效、PDC复合片崩碎等多种钻头先期破坏，还会造成钻柱的疲劳损坏，严重影响机械钻速，制约钻井效率的提升。为了提高钻头运行平稳度，改善井下钻井工况，需要制定相应的减振措施。井下钻头、钻柱的振动、转速等工况参数是分析不良振动产生原因的数据基础，更是制定减振技术方案，并确保其有效性重要依据。
[0003]目前现场获取钻柱振动参数多采用地面仪器设备，其测量结果与井下实际情况存在极大误差，不能满足钻头-钻柱系统动力学分析的要求。
[0004]现有的井下振动测量装置，能够安装在钻头和钻铤之间下入井内，在钻井施工过程中，能进行钻头、钻柱振动信号的测量和存储。但存在以下不足:仪器及相关元器件多安装在钻铤本体内，受钻铤壁厚的限制，元器件及电池安装空间受限，不能保持长时间高频测量;相关主控系统、电源组件与钻铤固定，未采取减振措施，在高频高强度振动下易损坏。
[0005]因此，设计一种安装在底部钻具上，尤其是近钻头位置的，能够精确测量并存储钻头、钻柱原始振动参数的仪器装置，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。
【实用新型内容】
[0006]有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种井下振动测量装置，其能够在井下对钻头钻柱的振动进行准确地实时测量。
[0007]本实用新型提供的一种井下振动测量装置，包括中心为空腔结构的钻铤、固定设置在所述空腔结构内部的硬连接件和承压筒，所述硬连接件具有中空结构且第一端与所述承压筒的第一端密闭对接，所述硬连接件的第二端和所述承压筒的第二端均密封、以使所述硬连接件和所述承压筒内部形成密闭空腔;所述硬连接件的第二端内部设有数据口插座，所述密闭空腔内固定设有用于测量振动数据的电气模块和用于向所述电气模块提供电能的电源模块。
[0008]优选地，所述电气模块包括:
[0009]固定设置在所述硬连接件内的振动传感器；
[0010]固定设置在所述承压筒内的用于测量所述钻铤自身转速的转速传感器，用于对井下测量数据进行采集、处理和存储的控制、以及执行地面控制系统的读取、设置指令的主控芯片，实时存储测得的振动、转速参数存储芯片和附属电路。
[0011]优选地，还包括固定设置在所述承压筒内的电路板骨架，所述转速传感器、主控芯片、存储芯片和附属电路都集成在电路板上，所述电路板固定设置在所述电路板骨架上。
[0012]优选地，还包括用于减少所述电路板骨架振动的减震器。
[0013]优选地，所述电路板骨架设有凹槽结构，所述电路板安装在所述凹槽结构内、并采用胶材灌封。
[0014]优选地，所述硬连接件的外壁设有能够与所述钻铤的内腔壁贴合的弧形钣金结构，所述钻铤的侧壁设有螺纹孔，插装于所述螺纹孔的螺钉与所述弧形钣金结构相抵、以将所述硬连接件固定在所述钻铤的内腔内。
[0015]优选地，所述承压筒和所述钻铤内腔壁之间设有扶正器。
[0016]优选地，所述振动传感器为三轴加速度传感器。
[0017]优选地，所述电源模块包括电池外筒、设置在所述电池外筒内部的电池组、密封固定在所述电池外筒两端的上端头和下端头。
[0018]优选地，所述电池外筒内浇注有用于减震的胶材。
[0019]本实用新型提供的技术方案中，硬连接件和承压筒都设置在钻铤自身的空腔结构内，不需要在钻铤本体上开槽安装振动测量仪器，具有安全性高、安装维护简易方便的优点。硬连接件和承压筒对接在一起，二者形成的整体结构的两端也都进行密封，如此，二者形成了一个整体的密闭空腔，密闭空间内固定设有用于测量振动数据的电气模块和用于向电气模块提供电能的电源模块，由于硬连接件和承压筒固定在钻铤内部，电气模块测得的振动数据即为钻柱振动数据。另外，硬连接件的第二端内部设有数据口插座，地面控制系统可通过地面接口盒及数据传输线与硬连接件上端的数据口插座连接，以对电气模块进行参数设置。如此设置，本实用新型提供的井下振动测量装置，其能够在井下对钻头钻柱的振动进行准确地实时测量。
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021 ]图1为本实用新型【具体实施方式】中井下振动测量装置的示意图；
[0022]图1中:
[0023]1-上堵头、2-数据口插座、3-钻铤、4-硬连接件、5-衬板、6-螺栓、7-振动测量短节、8-振动传感器、9-减震器、10-电路板骨架、11-电路板、12-承压筒、13-电池上端头、14-电池组、15-扶正器、16-电池下端头、17-下堵头。
【具体实施方式】
[0024]本【具体实施方式】提供了一种井下振动测量装置，其能够在井下对钻头钻柱的振动进行准确地实时测量。
[0025]以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的【实用新型内容】起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的实用新型的解决方案所必需的。
[0026]请参阅图1，本【具体实施方式】提供的井下振动测量装置的井下部分包括钻铤3、振动测量短节7、电池组14、扶正器15。
[0027]其中，钻铤3作用是为振动测量短节7提供安装、固定的载体，并满足避磁要求，钻铤3的中心为空腔结构，以将振动测量短节7安装到空腔结构内。
[0028]具体地，在钻铤3侧壁可以开设有通孔，连接件穿过该通孔将振动测量短节7进行固定，比如，上述通孔可以具体为螺纹孔，螺栓6旋入到螺纹孔内，将振动测量短节7抵紧在钻铤3的中心腔内。
[0029]钻铤3两端可设的钻铤螺纹，钻铤3通过公母口螺纹安装在底部钻柱的钻头与钻铤之间，能够保持与钻头、钻柱相同的振动频率，使固定在其中的振动测量短节7能够测得钻头、钻柱的原始振动、转速参数。
[0030]上述振动测量短节7自上而下可以包括上堵头1、硬连接件4、减震器9、电路板骨架
10、电路板11、承压筒12、下堵头17，上堵头I与硬连接件4的上端可以使用丝扣连接，下堵头17与承压筒12也可以使用丝扣连接。
[0031]硬连接件4可以包括圆筒主体和一个与圆筒主体为一体式结构的长圆形的衬板5，衬板5外壁为弧面，可与钻铤3内壁贴合。衬板5外壁可以开有2个螺栓孔，组装时与钻铤上的圆孔对齐，使用螺栓6将二者连接固定。
[0032]硬连接件4上部装有数据口插座2，硬连接件4的下部封装有振动传感器8，该振动传感器8优选采用三轴加速度传感器，加速度传感器和数据口通过电线与主控芯片相连。因为硬连接件4与钻铤3通过螺栓6刚性连接，所以此处封装的加速度传感器所测得的振动参数即为钻柱振动参数。
[0033]减震器9连接于电路板骨架10和硬连接件4之间，主要用于保护电路板11在高温、高频振动条件下的正常工作。
[0034]电路板骨架10可以双面开槽，主控芯片、转速传感器和存储芯片及附属电路集成在电路板11上，电路板11安装到电路板骨架10的槽中后，用硅胶灌封，以降低振动对电路板的影响。
[0035]承压筒12为长圆筒状，起到保护电气模块和电池组14的作用。上堵头1、下堵头17与硬连接件4和承压筒12—起形成一个密封空腔，保护内部电气模块和电池组14不被井下高温高压的钻井液环境损坏。
[0036]电池组14是将高温锂电池组装在电池外筒中，与电池上端头13、电池下端头16—起用粘胶固定，再用螺钉机械固定，最后采用有机硅灌封胶充满电池外筒，起到减震、保护电池和防止电线损坏的作用。
[0037]本【具体实施方式】提供的井下振动测量装置，在现场使用时，先将电池组14装入振动测量短节7的承压筒12内，下堵头17通过丝扣与承压筒12连接使其密封，再将扶正器15用螺丝固定在承压筒外壁上，然后将地面控制系统通过地面接口盒及数据传输线与硬连接件4上端的数据口插座2连接，对振动测量短节7进行参数设置。参数设置完成后，将上堵头I通过丝扣与硬连接件4连接使其密封，完成振动测量短节7的组装，再将振动测量短节7装入钻铤3，并用螺栓6通过钻铤3上的螺栓孔将振动测量短节7与钻铤3固定在一起。然后将钻铤3通过两端丝扣连接到底部钻具组合的钻头与钻铤之间，进行入井工作。
[0038]在井下工作时，加速度传感器自动测量钻柱的X、Y、Z三轴加速度，并与转速传感器测得的钻柱转速一起传输到电路板上的主控芯片，再经主控芯片处理后存储到存储芯片。
[0039]当工具出井以后，再将振动测量短节7与地面控制系统用数据传输线和地面接口盒连接，对振动测量短节7中存储的数据进行读取，并清空存储芯片，以备再次入井。
[0040]如此设置，本【具体实施方式】提供的井下振动测量装置在测量钻柱三轴振动的同时还能测量自身转速，进而计算得到粘滑振动情况。另外，测量短节安装固定在专用无磁钻铤水眼内，与在钻铤本体上开槽安装仪器筒相比，具有安全性高，安装维护简易方便，拥有更大的空间来扩充电池容量以延长井下工作时间等优点。而且主控系统与加速度传感器之间有减震装置，并在电池筒处装有扶正器，不影响振动参数测量的同时能够有效减少振动对主控系统和电源模块的损害。
[0041]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种井下振动测量装置，其特征在于，包括中心为空腔结构的钻铤、固定设置在所述空腔结构内部的硬连接件和承压筒，所述硬连接件具有中空结构且第一端与所述承压筒的第一端密闭对接，所述硬连接件的第二端和所述承压筒的第二端均密封、以使所述硬连接件和所述承压筒内部形成密闭空腔;所述硬连接件的第二端内部设有数据口插座，所述密闭空腔内固定设有用于测量振动数据的电气模块和用于向所述电气模块提供电能的电源模块。2.如权利要求1所述的井下振动测量装置，其特征在于，所述电气模块包括: 固定设置在所述硬连接件内的振动传感器； 固定设置在所述承压筒内的用于测量所述钻铤自身转速的转速传感器，用于对井下测量数据进行采集、处理和存储的控制、以及执行地面控制系统的读取、设置指令的主控芯片，实时存储测得的振动、转速参数存储芯片和附属电路。3.如权利要求2所述的井下振动测量装置，其特征在于，还包括固定设置在所述承压筒内的电路板骨架，所述转速传感器、主控芯片、存储芯片和附属电路都集成在电路板上，所述电路板固定设置在所述电路板骨架上。4.如权利要求3所述的井下振动测量装置，其特征在于，还包括用于减少所述电路板骨架振动的减震器。5.如权利要求3所述的井下振动测量装置，其特征在于，所述电路板骨架设有凹槽结构，所述电路板安装在所述凹槽结构内、并采用胶材灌封。6.如权利要求1-5任一项所述的井下振动测量装置，其特征在于，所述硬连接件的外壁设有能够与所述钻铤的内腔壁贴合的弧形钣金结构，所述钻铤的侧壁设有螺纹孔，插装于所述螺纹孔的螺钉与所述弧形钣金结构相抵、以将所述硬连接件固定在所述钻铤的内腔内。7.如权利要求6所述的井下振动测量装置，其特征在于，所述承压筒和所述钻铤内腔壁之间设有扶正器。8.如权利要求2所述的井下振动测量装置，其特征在于，所述振动传感器为三轴加速度传感器。9.如权利要求1所述的井下振动测量装置，其特征在于，所述电源模块包括电池外筒、设置在所述电池外筒内部的电池组、密封固定在所述电池外筒两端的上端头和下端头。10.如权利要求9所述的井下振动测量装置，其特征在于，所述电池外筒内浇注有用于减震的胶材。
【文档编号】E21B44/00GK205537948SQ201620307288
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】兰凯, 孔华, 张敏, 晁文学
【申请人】中石化石油工程技术服务有限公司, 中石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院