一种用于超深井的井底钻进参数传输系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于超深井的井底钻进参数传输系统，至少包括设置于地面上的钻机操作台和钻塔，以及位于钻孔内的钻杆柱和钻头，所述的钻杆柱与钻头之间设置有外管，所述的外管中设置有数据采集单元、上压环和下压环。所述数据采集单元至少包括内管、上过水接头以及下过水接头，上过水接头、下过水接头通过丝扣与内管连接形成一个密闭空间，所述密闭空间内设置有电池组、无线信号发射器和测量短节，无线信号发射器用于将测量短节获取的信号通过编码后以无线方式发送，电池组用于给无线信号发射器和测量短节供电，本发明解决了现有技术中的不足，该传输系统不受信号传输距离的限制，能够及时获取井底的钻进参数，并且获取的参数准确度高。
【专利说明】一种用于超深井的井底钻进参数传输系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钻探系统，尤其涉及一种用于超深井的井底钻进参数传输系统，主要应用于科学超深钻、石油钻井等领域，属于钻探领域。
【背景技术】
[0002]在超深井钻进过程中，及时监测掌握井底钻进参数、尤其是井眼轨迹状态参数至关重要。目前，井底钻进参数监测和传输方法主要有以下几种:(I)存储式井底钻进参数传输系统。井底钻进参数通过传感器测量后先存储在井下测量短节内，起钻后卸开测量短节，取出存储器后，与电脑连接，通过电脑读取井底钻进参数。(2)泥浆脉冲式随钻测量系统。该方法借助钻井液压力脉冲或连续压力波实现地面与井下的双向通信，不足之处是对钻井液的含气和含砂量有严格要求。(3)电磁波随钻测量系统。该方法将测量的井底钻进参数经发射器编码后以无线电磁波形式通过地层传输至地表，地面接收系统接收到信号后通过放大、滤波、去噪等处理后在电脑上以图表等形式显示和保存。其特点是数据传输速度快、数据量大，但电磁波信号传输的质量受钻井设备电磁干扰，信号强度在地层传输过程中会逐步衰减，衰减速度的快慢与地层电阻率等因素密切相关。
[0003]由于超深井提钻时间较长，存储式井底钻进参数传输系统不能及时将孔底钻进参数传输至地表，需提钻后才能获取井底参数。显然，存储式井底钻进参数传输系统不能满足超深井钻进要求。
[0004]泥浆脉冲式随钻测量系统和电磁波随钻测量系统目前在石油钻进中使用较多，但由于这两种方法信号在传输过程中都受到一些因素的干扰和影响，制约了信号传输的距离，也即这两种方法适用的井深，这两种方法使用的最大井深一般为三、四千米(使用深度与地层、钻进条件等因素密切相关)。随着井深的进一步增加，这两种方法不能再使用。超深井现阶段是指井深超过6000米的钻井，目前，我国部分油气井及国家正执行的深部大陆科学钻探计划所钻进的井，深度都超过6000米。对于这些超深井，目前，国内监测和传输井底钻进参数仍有一定困难。基于此，本发明专利旨在提出一种用于超深井的井底钻进参数传输新方法，解决超深井井底钻进参数传输问题。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种用于超深井的井底钻进参数传输系统，解决了【背景技术】中的不足，该传输系统不受信号传输距离的限制，能够及时获取井底的钻进参数，并且获取的参数准确度高。
[0006]实现本发明上述目的所采用的技术方案为:
[0007]—种用于超深井的井底钻进参数传输系统，至少包括设置于地面上的钻机操作台和钻塔，以及位于钻孔内的钻杆柱和钻头,钻塔内设置有水龙头和主动钻杆,钻杆柱通过钻杆接头与主动钻杆连接并在主动钻杆带动下旋转，钻头安装于钻杆柱的底端，所述的钻杆柱与钻头之间设置有外管，外管的顶端通过异径接头与钻杆柱连接，外管的底端通过接头与钻头连接，所述的外管中设置有数据采集单元、上压环和下压环，上压环和下压环均通过丝扣与外管相连接，并分别位于数据采集单元的顶部和底部，从而将数据采集单元固定，
[0008]所述数据采集单元至少包括内管、上过水接头以及下过水接头，上过水接头和下过水接头上均设有过水通道，两者与外管之间为滑动配合，上过水接头、下过水接头通过丝扣与内管连接形成一个密闭空间，所述密闭空间内设置有电池组、无线信号发射器和测量短节，测量短节内安装有用于测量井底钻进参数的高精度三轴陀螺仪、压力及温度传感器，无线信号发射器用于将测量短节获取的信号通过编码后以无线方式发送，电池组用于给无线信号发射器和测量短节供电；
[0009]所述的地面上设置有过滤液循环单元，所述过滤液循环单元包括泥浆池、吸水管、泥浆泵以及高压胶管，所述的泥浆池与钻孔连通，吸水管和高压胶管的一端分别连接在泥浆泵的入口和出口上，吸水管的另一端位于泥浆池内，高压胶管的另一端与水龙头连接，钻井液依次经过水龙头、钻杆柱、异径接头、外管进入钻孔的底部，然后沿钻孔向上流入泥浆池，再经过吸水管、泥浆泵、高压胶管以及水龙头重新注入，所述钻井液中分布有密度小于钻井液密度的微接收器，所述的微接收器随钻井液流动而移动，当微接收器移动至外管时能够接收无线信号发射器发射的信号并存储。
[0010]所述的泥浆池与钻孔之间设置有用于拦截微接收器的过滤网，所述微接收器的直径大于过滤网的网孔直径。
[0011]所述的地面上设有无线读卡器，无线读卡器从微接收器读取井底钻进参数信号后通过导线传输给钻机操作台。
[0012]与现有技术相比，本发明提供的井底钻进参数传输系统有以下优点:在本申请中由于钻杆柱的下方的外管中设置有数据采集单元，数据采集单元能够采集井底的钻进参数，然后将参数转化为电信号发射至外管附近的微接收器，微接收器接收到信号后随着钻井液的流动回到地面上，由于其密度小于钻井液的密度，因此微接收器会漂浮于钻井液上，便于收集。本发明中由于采用了以上工作方式，因此能够克服信号传输距离的限制，准确地采集到井底的钻进数据。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明提供的井底钻进参数传输系统的整体结构示意图；
[0014]图中:1_钻塔，2-水龙头，3-主动钻杆，4-钻杆接头，5-钻杆柱，6-无线读卡器，7-导线，8-异径接头，9-上压环，10-外管，11-上过水接头，12-内管，13-电池组，14-微接收器，15-钻机操作台，16-无线信号发射器，17-测量短节，18-下过水接头，19-下压环，20-接头，21-钻头，22-泥浆池，23-吸水管，24-泥浆泵，25-高压胶管，26-过滤网。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。
[0016]本发明提供的用于超深井的井底钻进参数传输系统的结构如图1所示，包括设置于地面上的钻机操作台15和钻塔1，以及位于钻孔内的钻杆柱5和钻头21，钻塔I内设置有水龙头2和主动钻杆3，钻杆柱5通过钻杆接头4与主动钻杆3连接并在主动钻杆3带动下旋转，钻头21安装于钻杆柱5的底端。
[0017]所述的钻杆柱5与钻头21之间设置有外管10，外管10的顶端通过异径接头8与钻杆柱5连接，外管10的底端通过接头20与钻头21连接，所述的外管10中设置有数据采集单元、上压环9和下压环19，上压环9和下压环19均通过丝扣与外管10相连接，并分别位于数据采集单元的顶部和底部，从而将数据采集单元固定。
[0018]所述数据采集单元至少包括内管12、上过水接头11以及下过水接头18，上过水接头11和下过水接头18上均设有过水通道，两者与外管之间为滑动配合，上过水接头11、下过水接头18通过丝扣与内管12连接形成一个密闭空间，所述密闭空间内设置有电池组13、无线信号发射器16和测量短节17，测量短节17内安装有用于测量井底钻进参数的高精度三轴陀螺仪、压力及温度传感器，无线信号发射器16用于将测量短节17获取的信号通过编码后以无线方式发送，电池组13用于给无线信号发射器和测量短节供电。
[0019]所述的地面上设置有过滤液循环单元，所述过滤液循环单元包括泥浆池22、吸水管23、泥浆泵24以及高压胶管25，所述的泥浆池22与钻孔连通，泥浆池22与钻孔之间设置有用于拦截微接收器的过滤网26。吸水管23和高压胶管25的一端分别连接在泥浆泵24的入口和出口上，吸水管23的另一端位于泥浆池22内，高压胶管25的另一端与水龙头2连接，钻井液依次经过水龙头、钻杆柱、异径接头、外管进入钻孔的底部，然后沿钻孔向上流入泥浆池，再经过吸水管、泥浆泵、高压胶管以及水龙头重新注入。
[0020]所述钻井液中分布有密度小于钻井液密度的微接收器14，所述的微接收器14随钻井液流动而移动，当微接收器14移动至外管时能够接收无线信号发射器发射的信号并存储。所述的所述微接收器的直径大于过滤网的网孔直径。
[0021]所述的地面上设有无线读卡器6，无线读卡器6从微接收器14读取井底钻进参数信号后通过导线8传输给钻机操作台15。
[0022]本发明提供的用于超深井的井底钻进参数传输系统在使用时，将所有设备按图1所示连接安装好，井底钻进参数测量钻具通过钻杆柱下至孔底，此时，微接收器仍留在地面不下入井内。
[0023]首先开启泥浆泵，泥浆泵通过吸水管从泥浆池中吸入钻井液后通过高压胶管及水龙头注入钻杆柱内腔，到达孔底后通过钻杆柱与钻孔之间的环状间隙上返至地面后流回到泥浆池中，冲洗液流动方向如图1所示，之后再通过泥浆泵注入钻杆柱内管，如此循环往复，实现正常钻进。
[0024]当钻进过程中需要测量井底钻进参数时，可以打开主动钻杆与钻杆接头之间的丝扣，将微接收器投入钻杆柱内腔，接好主动钻杆和钻杆接头后，开启泥浆泵正常钻进。此时，微接收器在冲洗液的作用下沿着钻杆柱的内腔一直下行，当微接收器靠近无线信号发射器时，无线信号发射器通过无线信号将测量短节测得的井底钻进参数发射至微接收器，微接收器将井底钻进参数存储在其内部并随着冲洗液上返到地面，流向泥浆池，在泥浆池入口处设有过滤网，微接收器被挡在过滤网前，由于其密度略小于钻井液，因此微接收器会漂浮在钻井液表面。工作人员捞取微接收器后放到无线读卡器上，无线读卡器读取微接收器上存储的井内钻进参数后通过导线传输至钻进操作台，钻机操作员可及时掌握井底钻进参数，通过改变钻进工艺等技术措施达到提高钻进效率、提高钻孔质量和减少孔内事故等目标。
【权利要求】
1.一种用于超深井的井底钻进参数传输系统，至少包括设置于地面上的钻机操作台和钻塔，以及位于钻孔内的钻杆柱和钻头，钻塔内设置有水龙头和主动钻杆，钻杆柱通过钻杆接头与主动钻杆连接并在主动钻杆带动下旋转，钻头安装于钻杆柱的底端，其特征在于:所述的钻杆柱与钻头之间设置有外管，外管的顶端通过异径接头与钻杆柱连接，外管的底端通过接头与钻头连接，所述的外管中设置有数据采集单元、上压环和下压环，上压环和下压环均通过丝扣与外管相连接，并分别位于数据采集单元的顶部和底部，从而将数据采集单元固定， 所述数据采集单元至少包括内管、上过水接头以及下过水接头，上过水接头和下过水接头上均设有过水通道，两者与外管之间为滑动配合，上过水接头、下过水接头通过丝扣与内管连接形成一个密闭空间，所述密闭空间内设置有电池组、无线信号发射器和测量短节，测量短节内安装有用于测量井底钻进参数的高精度三轴陀螺仪、压力及温度传感器，无线信号发射器用于将测量短节获取的信号通过编码后以无线方式发送，电池组用于给无线信号发射器和测量短节供电； 所述的地面上设置有过滤液循环单元，所述过滤液循环单元包括泥浆池、吸水管、泥浆泵以及高压胶管，所述的泥浆池与钻孔连通，吸水管和高压胶管的一端分别连接在泥浆泵的入口和出口上，吸水管的另一端位于泥浆池内，高压胶管的另一端与水龙头连接，钻井液依次经过水龙头、钻杆柱、异径接头、外管进入钻孔的底部，然后沿钻孔向上流入泥浆池，再经过吸水管、泥浆泵、高压胶管以及水龙头重新注入，所述钻井液中分布有密度小于钻井液密度的微接收器，所述的微接收器随钻井液流动而移动，当微接收器移动至外管时能够接收无线信号发射器发射的信号并存储。
2.根据权利要求1所述的用于超深井的井底钻进参数传输系统，其特征在于:所述的泥浆池与钻孔之间设置有用于拦截微接收器的过滤网，所述微接收器的直径大于过滤网的网孔直径。
3.根据权利要求1所述的用于超深井的井底钻进参数传输系统，其特征在于:所述的地面上设有无线读卡器，无线读卡器从微接收器读取井底钻进参数信号后通过导线传输给钻机操作台。
【文档编号】E21B47/12GK104343441SQ201410514295
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】卢春华, 王成立, 杜悒池, 左国勇 申请人:中国地质大学（武汉）