一种装有光纤光栅传感装置的井下测卡系统的制作方法

本发明井下卡点测量技术领域，特别涉及一种装有光纤光栅传感装置的井下测卡系统。

背景技术：

通常，在钻井过程中会遇到卡钻的事故，在遇到卡钻事故时采用测卡、爆炸和松扣完成对卡点以上位置井下钻具的提取。国内测卡仪在上个世纪80年代引进了一批国外技术，随着技术的发展测卡仪目前已经完全国产化，但是对于关键部件生产的产品达不到测卡精度要求，影响了测卡仪的使用和推广。最近几年华北牛东区块高温井及新疆塔里木油田山前高温高压井发生卡钻事故后，现有测卡仪均满足不了测卡需求。光纤测卡仪引用光纤技术替代传统电感线圈敏感管来实现测卡工艺，抗电磁影响能力强，稳定性能好，不但能够满足常温常压井的使用，还能满足国内各油田高温高压井的应用需求。但是在光纤测卡技术上仍然存在测卡精度相对较低的情况。

鉴于钻井工程中，对于卡钻事故测卡精度的要求高的特点，发明人在借鉴现有技术的基础上对光纤测卡仪进行了改进。

因此，需要一种能有效地提高测卡精度的一种装有光纤光栅传感装置的井下测卡系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种装有光纤光栅传感装置的井下测卡系统，所述系统包括井下仪器和地面仪器，所述井下仪器包括电缆接头、光纤磁定位传感装置、光纤扭力传感装置以及爆破装置；

所述光纤磁定位装置包括基底材料以及均匀地缠绕在所述基底材料表面的光纤光栅，用于检测井下仪器运行状态；

所述光纤扭力传感装置通过光纤光栅交叉缠绕于钻杆芯轴，用于获取钻杆扭矩；

在所述钻杆的上端布置第一扶正器，在所述钻杆的下端布置第二扶正器；所述第一扶正器与所述第二扶正器通过施加相反的力对所述钻杆扶正。

优选地，所述井下仪器包括加重杆和弹簧锚，所述弹簧锚分为上弹簧锚和下弹簧锚。

优选地，所述基底材料为柱状磁伸缩材料。

优选地，所述地面仪器包括信号收集装置和铠装光缆，所述铠装光缆连接所述电缆接头。

优选地，所述光纤光栅交叉缠绕于钻杆芯轴，所述交叉缠绕的方式为顺时针绕制和逆时针绕制。

优选地，所述爆破装置包括点火控制装置、功率光纤和光纤连接器。

优选地，所述的点火控制装置包括激光器、激光聚焦透镜和耦合器；

所述光纤连接器包括隔离薄膜和药腔；所述功率光纤与所述隔离薄膜连接。

本发明提供了一种装有光纤光栅传感装置的井下测卡系统，通过光纤光栅交叉的方式缠绕在钻杆芯轴，对钻杆扭矩测量，其实现了更加精确的测卡需求。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出本发明井下测卡系统的结构示意图；

图2示出了本发明井下测卡系统的光纤光栅铺设示意图；

图3示出了本发明井下测卡系统的爆破装置示意图；

图4示出了本发明井下测卡系统的光纤磁定位装置的光纤光栅缠绕示意图；

图5示出了本发明井下测卡系统的钻杆轴心的光纤光栅缠绕示意图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

在本文说明书实施例示例性给出发明内容的实施方式，提及的关于装置、结构、传感装置、电缆、基底材料以及连接方式等描述，应当为本领域技术人员易于理解，并且能够想到的所有实现方式。

如图1所示本发明一种装有光纤光栅传感装置的井下测卡系统的结构示意图，图2所示本发明井下测卡系统的光纤光栅铺设示意图。地面仪器包括信号收集装置101(201)和铠装光缆102(202)，所述铠装光缆102(202)连接电缆接头104，信号收集装置101(201)通过铠装光缆102(202)与井下仪器进行信息传输。井下仪器采集到钻杆的卡点位置信息，将信号传递至地面仪器，地面仪器对信号分析后调整钻杆得到井下具体卡点位置。

具体地，在实施方式中井下仪器包括电缆接头104、光纤磁定位传感装置103、光纤扭力传感装置105以及爆破装置108(210)。

电缆接头传至井下与井下仪器相互连接，在一些实施例中，电缆接头103连接于光纤磁定位装置103的上端。本实施例中，电缆接头104连接于光纤磁定位装置103的下端。

所述光纤磁定位装置包括基底材料203以及均匀地缠绕在所述基底材料表面的光纤光栅204a，基底材料203为磁伸缩材料，在一些实施方式中可以是便于缠绕光纤光栅的柱状；在另一些实施方式中亦可以是长方形的块状。所述光纤定位装置103用于检测井下仪器运行状态。

井下钻杆包括芯轴和套筒，铠装光缆102(202)伸出的光纤光栅209连接光纤扭力传感装置105，所述光纤扭力传感装置105通过光纤光栅204b交叉缠绕于钻杆芯轴205，本发明在钻杆芯轴205以交叉的方式缠绕光纤光栅204b作为传感器用于获取钻杆扭矩，交叉缠绕的方式为顺时针绕制和逆时针绕制。顺时针绕制的光纤光栅与逆时针绕制的光纤光栅在钻杆扭转变形时受到不同的应力而产生应变，对两光纤的应变进行差分运算得到精确的钻杆扭矩。

在所述钻杆的上端布置第一扶正器106(206)，在所述钻杆的下端布置第二扶正器107(207)，所述第一扶正器与106(206)所述第二扶正器107(207)通过施加相反的力对所述钻杆扶正。铠装光缆102(202)伸出功率光纤208，功率光纤连接至爆破装置(108)210。

在一些实施方式中，井下仪器应当还包括加重杆和弹簧锚，弹簧锚分为上弹簧锚和下弹簧锚。

如图3所示本发明井下测卡系统的爆破装置示意图，爆破装置包括点火控制装置、功率光纤302和光纤连接器303；

所述的点火控制装置包括激光器301、激光聚焦透镜304和耦合器305；

所述光纤连接器303包括隔离薄膜306和药腔307；功率光纤302与所述隔离薄膜306连接，药腔307中装有用于爆破的炸药。

激光器301输出激光通过激光聚焦透镜304对激光聚焦，聚焦后的激光经过耦合器305耦合经过功率光纤302传至隔离薄膜306引爆药腔307内的炸药，对井下钻杆的卡点进行松扣。在一些具体地实施例中，激光器301输出的激光功率根据地质条件、卡点位置所确定。在一些实施例中，激光功率可以是几毫瓦；在另一些实施例中，激光功率可以是几瓦。

如图4所示本发明井下测卡系统的光纤磁定位装置的光纤光栅缠绕示意图。本实施例以柱状磁伸缩材料为例说明光纤光栅磁定位装置，在磁伸缩材料401表面将光纤光栅402均匀缠绕，优选地，采用螺旋式缠绕的方式。对于光纤光栅缠绕之间的距离，本发明不做限定。

光纤光栅磁定位装置通过不同井下管柱不同的内径时，引起磁伸缩材料变形，从而引起光纤光栅发生伸缩变形。本发明通过螺旋式缠绕的方式，更加准确的校正和定位井下仪器的深度。

图5示出了本发明井下测卡系统的钻杆轴心的光纤光栅缠绕示意图。对井下钻杆内芯轴501采用交叉的方式缠绕光纤光栅502作为测量卡点的扭力传感器，顺时针绕制的光纤光栅和逆时针绕制的光纤光栅都采用螺旋式均匀缠绕的方式。当钻杆扭转变形时，顺时针绕制的光纤光栅与逆时针绕制的光纤光栅受到不同的应力而产生应变，对两光纤的应变进行差分运算得到精确的钻杆扭矩。

本发明提供了一种装有光纤光栅传感装置的井下测卡系统，通过光纤光栅交叉的方式缠绕在钻杆芯轴，对钻杆扭矩测量，其实现了更加精确的测卡需求。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。