专利名称：井下工程参数随钻测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于石油天然气钻井时使用的工具，具体涉及一种石油天然气钻井井下工程参数随钻测量装置。
背景技术：
在石油天然气钻井工作中，无论是钻定向井、水平井，或是直井，为了更好地控制钻井，地面工程技术人员需要更好的了解井下的工程参数——钻压、扭矩、弯曲应力、钻柱内压力及环空压力等。目前国内外钻井施工过程中，获取钻压、扭矩、弯曲应力、钻柱内压力及环空压力等井下工程参数的方法可分为地面(或近井口)间接获取、井下直接获取两种，其中间接获取的方法由于成本低而最为常用。对钻压的测量和了解主要是利用地面指重表，但地面测量的数据不能真实的反应作用在钻头上的钻压；对扭矩的测量，是在井口装置或电机轴上进行，更不是钻头处的作用扭矩；对环空压力、弯曲应力等工程参数，地面更是无法了解。随着现代电子测量技术的发展，各种传感器和数据处理装置已经能够从井下恶劣的环境中获取数据并处理。将传感器和数据处理装置尽量靠近钻头，就可实现钻压、扭矩、弯曲应力、钻柱内压力及环空压力的测量。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种在入井后能够平稳测量钻压、扭矩、钻柱内压力及环空压力的井下工程参数随钻测量装置。它在入井后，不仅可以记录、存储钻压数值，而且可以与井下脉冲发生器合用将测量数据直接传输到地面。使地面工程技术人员及时了解和掌握地下钻具的实际工作状况。并且，该测量装置结构简单，制造成本不高，工作寿命长，有利于提高钻井技术水平。为了达到上述目的和要求，本发明采用以下技术方案一种井下工程参数随钻测量装置，属于随钻测量仪的一部分，其特征在于包括一带有中空腔的测试主轴，在测试主轴上固定有电阻应变片、测量电路板及环空压力传感器、管内压力传感器；所述电阻应变片有多片，组成多个电桥与所述测量电路板连接，所述环空压力传感器、管内压力传感器与相应的储油装置连通感受油压变化，并与所述测量电路板连接；两所述储油装置均有压力感应薄膜，与所述环空压力传感器相应的储油装置上，压力感应薄膜露于测试主轴外的环空管柱中，与所述管内压力传感器相应的储油装置上，压力感应薄膜露于测试主轴的中空腔内；在所述测试主轴的中空腔内，设置有扶正管，扶正管内放置有电池筒，沿所述测试主轴径向设置一空心螺钉，导线穿过空心螺钉一端连接所述测量电路板，另一端连接所述电池筒；亦沿所述测试主轴径向设置一电源开关，一端与所述电池筒触发接通，另一端通过导线与测量电路板连接；所述测量电路板与上位机相连。上述测试主轴外由保护壳体保护，包括哈弗保护半壳和保护外壳，依次套设在测试主轴的外部。
在测试主轴某一段外缘铣扁，扁部固定有电阻应变片、测量电路板及环空压力传感器、管内压力传感器。上述环空压力传感器、管内压力传感器上有一个油压感应孔，通过油路与储油装置相连。上述测试主轴内壁与扶正管之间支撑有翼型扶正器；测试主轴两端连接上接头和下接头，并由卡簧锁定其轴向位置。一般地，空心螺钉、电源开关穿过扶正器。上述电源开关包括一固定在测试主轴上的开关外壳，开关外壳里装一拨转轴，与开关外壳沿径向嵌装；拨转轴的顶端铣削一台阶，触发开关一端紧邻电池，另一端位于台阶上，当拨转轴旋转时，碰触触发开关与电池接通。本装置可通过专用连接装置与泥浆脉冲发生器连接，经泥浆脉冲发生器将测量信号发送到地面。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明在一测试主轴内外安装测量部件，无自运动部件，直接反映钻头和钻具工作状况；2、本发明测试主轴上安装应变片，本体可以传递正常钻井使用的钻压、扭矩载荷，利用应变片组成电桥随钻测量钻压、扭矩，数据可靠，准确性高；3、本发明在测试主轴内部装配有两个压力传感器，一个压力传感器的测试端连通保护壳体的外部，以测量井下环空压力；另外一个压力传感器的测试端连通测试主轴内部，以测量钻柱内部的压力。泥浆压力通过储油装置的液压油将压力的变化传到压力传感器，经连接导线将信号传递到测量电路板，进行记录、存储或发送到上传装置；4、本发明依靠测量电路板不仅可以记录、存储数据，还可以上传数据；5、本发明结构简单，入井后工作可靠，使用寿命长。
图1是本发明装置的结构轴剖图。图2是安装环空压力传感器的剖面构造图。图3是安装管内压力传感器的剖面构造图。图4是粘贴电阻应变片组成多个电桥，及安装空心螺钉的剖面构造图。图5是安装电源开关的剖面构造图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。本发明主要由测试主轴、保护壳体、扶正管、测量处理电路、压力传感器、电阻应变片等组成，通过测试主轴上安装的压力传感器、电阻应变片，实时地向测量处理电路传递信号，解读当前测试主轴的受力状态，并由测量处理电路记录、解读、存储、上传测试信息。具体讲，如图1所示，测试主轴1的某一段外缘铣扁，依次套设两片哈弗(ha]f)保护半壳2和一保护外壳3作为保护。由于测试主轴1外侧铣扁，所以使得它与哈弗保护半壳2之间留有空隙，在空隙内，安装有环空压力传感器4，以及相应配套的储油装置5 ；还安装有管内压力传感器6，以及相应配套的储油装置7 ；还安装有测量电路板8。如图1、2所示，环空压力传感器4安装在空隙中，它有一个油压感应孔41，通过油路42与储油装置5相连，储油装置5上安装有压力感应薄膜51，露于环空管柱中，当环空压力发生变化时，压力感应薄膜51产生变化，带动储油装置5内液压变化，油路42将液压变化传递到环空压力传感器4，由此测得环空压力。环空压力传感器4与测量电路板8相连，将测得信号传递给测量系统。如图3所示，管内压力传感器6与储油装置7的工作原理同环空压力传感器，只不过是储油装置7的压力感应薄膜71露于测试主轴1的中空腔内，用于测试管内压力。如图4所示，测试主轴1的扁平面上还粘贴有若干个电阻应变片9，若干个应变片组成多个电桥，与测量电路板8连接，进行记录、存储与发送信号到上传装置。如图1所示，测试主轴1轴心处开设有中空腔，内装扶正管10和扶正器11，翼型扶正器11支撑在测试主轴1与扶正管10之间，起到径向减震及限位的作用；扶正管10两端螺纹连接上接头12和下接头13，并由卡簧14锁定其轴向位置。在扶正管10内装有电池筒15。一空心螺钉16穿过测试主轴1侧壁，作为导线的连接通道，导线穿过空心螺钉16，一端连接测量电路板8，另一端连接电池筒15。若空心螺钉16同时穿过一扶正器11，将对此扶正器起到轴向限位的作用。同时，一电源开关17也穿过测试主轴1侧壁，作为电池筒15的通电开关，其原理类似于手电筒。如图5所示，电源开关17包括一沿径向固定在测试主轴1上的开关外壳171，开关外壳171里装一拨转轴172，拨转轴172与开关外壳171沿径向嵌装以防拨转轴172脱出。拨转轴172的顶端铣削有一台阶，触发开关173的拨钮端位于台阶上，触发端紧邻电池。当拨转轴172旋转时，转过台阶处时就会碰触拨钮端，拨钮端带动触发端与电池导通。电源开关17的另一接线端与测量电路板8相连。若电源开关17同时穿过一扶正器11，将对此扶正器起到轴向限位的作用。具体实施时，在测试主轴1加工完成后，进行如下一些装配操作1)将电阻应变片9粘贴在测试主轴1外缘的铣削平面上，组成多个测量电桥，将测量电路板8也固定在测试主轴1的铣削平面上，利用导线将电阻应变片9与测量电路板8连接；2)预先将电池筒15固定到扶正管10内部，电池筒上导线预留，将扶正器11固定到扶正管10外部，然后利用上、下接头封堵扶正管两端，放入到测试主轴1内部，由卡簧14锁定内部零件的轴向位置；3)装配好空心螺钉16，利用导线将电池筒15与测量电路板8连接；4)装配好电源开关17，利用导线将电源开关17与测量电路板8连接；5)安装环空压力传感器4、管内压力传感器6和相应的储油装置5、7，并将各传感器与测量电路板8连接；6)以上部件都装配好后，再装配哈弗保护半壳2、保护外壳3 ；最后将整个装置连接到钻柱中，下入井内，即可以进行随钻参数测量；测量电路板8与上位机相连可进行数据上传。上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种井下工程参数随钻测量装置，属于随钻测量仪的一部分，其特征在于包括一带有中空腔的测试主轴，在测试主轴上固定有电阻应变片、测量电路板及环空压力传感器、管内压力传感器；所述电阻应变片有多片，组成多个电桥与所述测量电路板连接，所述环空压力传感器、管内压力传感器与相应的储油装置连通感受油压变化，并与所述测量电路板连接；两所述储油装置均有压力感应薄膜，与所述环空压力传感器相应的储油装置上，压力感应薄膜露于测试主轴外的环空管柱中，与所述管内压力传感器相应的储油装置上，压力感应薄膜露于测试主轴的中空腔内；在所述测试主轴的中空腔内，设置有扶正管，扶正管内放置有电池筒，沿所述测试主轴径向设置一空心螺钉，导线穿过空心螺钉一端连接所述测量电路板，另一端连接所述电池筒；亦沿所述测试主轴径向设置一电源开关，一端与所述电池筒触发接通，另一端通过导线与测量电路板连接；所述测量电路板与上位机相连。
2.如权利要求1所述的井下工程参数随钻测量装置，其特征在于所述测试主轴外由保护壳体保护，在测试主轴某一段外缘铣扁，扁部固定有电阻应变片、测量电路板及环空压力传感器、管内压力传感器。
3.如权利要求2所述的井下工程参数随钻测量装置，其特征在于所述保护壳体有哈弗保护半壳和保护外壳，依次套设在测试主轴的外部。
4.如权利要求1或2或3所述的井下工程参数随钻测量装置，其特征在于所述环空压力传感器、管内压力传感器上有一个油压感应孔，通过油路与储油装置相连。
5.如权利要求1或2或3所述的井下工程参数随钻测量装置，其特征在于所述测试主轴内壁与扶正管之间支撑有翼型扶正器；所述测试主轴两端连接上接头和下接头，并由卡簧锁定其轴向位置。
6.如权利要求5所述的井下工程参数随钻测量装置，其特征在于所述空心螺钉、电源开关穿过扶正器。
7.如权利要求1或2或3或6所述的井下工程参数随钻测量装置，其特征在于所述电源开关包括一固定在测试主轴上的开关外壳，开关外壳里装一拨转轴，与开关外壳沿径向嵌装；拨转轴的顶端铣削一台阶，触发开关一端紧邻电池，另一端位于台阶上，当拨转轴旋转时，碰触触发开关与电池接通。
8.如权利要求4所述的井下工程参数随钻测量装置，其特征在于所述电源开关包括一固定在测试主轴上的开关外壳，开关外壳里装一拨转轴，与开关外壳沿径向嵌装；拨转轴的顶端铣削一台阶，触发开关一端紧邻电池，另一端位于台阶上，当拨转轴旋转时，碰触触发开关与电池接通。
9.如权利要求5所述的井下工程参数随钻测量装置，其特征在于所述电源开关包括一固定在测试主轴上的开关外壳，开关外壳里装一拨转轴，与开关外壳沿径向嵌装；拨转轴的顶端铣削一台阶，触发开关一端紧邻电池，另一端位于台阶上，当拨转轴旋转时，碰触触发开关与电池接通。
全文摘要
本发明涉及一种井下工程参数随钻测量装置，用于随钻测量钻压、扭矩、钻柱内压力及环空压力。包括一测试主轴，其上固定有电阻应变片、测量电路板及环空压力传感器、管内压力传感器；电阻应变片组成多个电桥与测量电路板连接，环空压力传感器、管内压力传感器与相应的储油装置连通感受油压变化，并与测量电路板连接；在测试主轴内，设置有扶正管，扶正管内放置有电池筒，沿测试主轴径向设置一空心螺钉、一电源开关，导线连接测量电路板、电池筒及电源开关，测量电路板记录、存储、上传数据。本发明在一测试主轴内外安装测量部件，无自运动部件，直接反映钻头和钻具工作状况，数据可靠，准确性高。
文档编号E21B47/18GK102562035SQ20121000847
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者吴光武, 李峰飞, 李汉兴, 程载斌, 蒋世全, 陈平, 马天寿, 黄万志 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油研究总院, 西南石油大学