一种非自带电源供电式近钻头地质导向测量短节的制作方法

本发明专利涉及一种在钻井过程中一种非自带电源供电式有线近钻头地质导向测量短节工具，该工具通常连接在井下螺杆钻具(也称泥浆马达)和钻头之间，实现离钻头最近距离的一个或多个参数的测量，如：井斜、平均伽马、方位伽马、钻头转速、震动、电阻率、钻压、扭矩、环空压力等。

背景技术：

随着定向井和大位移井在石油勘探开发中所占比例越来越大，随钻测量工具MWD和随钻测井工具LWD应用越来越普遍。无论是随钻测量MWD和随钻测井LWD所测得的钻井工程参数如井斜、方位、钻压、扭矩、震动及环空压力等；地质参数如地层伽马计数和电阻率值等离钻头位置的距离都超过10米以上，对于了解钻头位置信息和地质信息都有明显的滞后，尤其在薄层水平井，很容易造成钻头出层，降低油藏钻遇率，增加了作业甲方投资回报率的风险。针对这个问题，行业内提出在钻头后面连接一个测量/测井短节，实现近距离对井斜、地质参数的测量。在短节钻铤臂上开多个电子舱，主要放置电池，伽马传感器以及井斜等参数的测量电路，通过无线传输或者偶极子传输，跨过螺杆钻具，在无线随钻测量MWD短节有一个接收模块，把所测到的信息通过MWD传到地面。类似技术靠短节自带电池供电，由于空间受到限制，电池容量有限；无线传输遇到高阻态地层时的可靠性明显下降和功耗明显上升，导致短节工作时间大大缩短；另外短节既有测量部分又有发射部分，整个短节的长度就增加了，钻头离螺杆弯点距离越长，那么钻井风险就越大，现在行业内的近钻头短节基本上都在0.9-1.2m之间，功能单一。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种非自带电源供电式近钻头地质导向测量短节，采用外接电源，有线传输模式实现近钻头工程参数及地址参数的测量与信号传输，克服了常规仪器的工作寿命、工作稳定性及工程安全等问题。

为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：

一种非自带电源供电式近钻头地质导向测量短节，包括壳体、控制及测量电路、机械承压装置、导线通道、导线：

壳体下端连接钻头、上端连接螺杆钻具，控制及测量电路通过机械承压装置安装在壳体侧壁内，壳体侧壁设有与短节轴线平行的导线通道，导线通道中的导线一端与控制及测量电路连接，另一端由壳体端面引出，与外部供电或通信装置连接。

进一步的，所述机械承压装置为盖板。

进一步的，所述机械承压装置与壳体高压密封。

进一步的，所述导线为共用的单芯线总线结构或者常规多芯线总线结构。

进一步的，所述短节采用无磁材料制备。

一种非自带电源供电式近钻头地质导向测量短节，包括壳体、控制及测量电路、机械承压装置、导线通道、导线和壳体过线保护器：

壳体下端连接钻头、上端连接螺杆钻具，控制及测量电路通过机械承压装置安装在壳体侧壁内，壳体侧壁设有导线通道，导线通道向壳体侧壁的内壁延伸，导线通道中的导线一端与控制及测量电路连接，另一端由壳体侧壁的内壁引出，壳体过线保护器安装在壳体内部，壳体过线保护器设有中心过线孔，导线经中心过线孔与外部仪器过渡连接。

进一步的，所述机械承压装置为盖板。

进一步的，所述机械承压装置与壳体高压密封。

进一步的，所述导线为共用的单芯线总线结构或者常规多芯线总线结构。

进一步的，所述短节采用无磁材料制备。

本发明公开的一种非自带电源供电式近钻头地质导向测量短节，具有以下有益效果：

1.结构简单，取消了电磁波或偶极子无线传输和锂电池供电，缩短了短节长度，大大的提高了钻井的安全；

2.实现了与MWD系统单芯或多芯导线供电和通信的功能，数据传输更可靠；

3.利用原来电池存放和无线发送空间可以实现更多钻井工程参数和地质参数的测量，如井斜、方位伽马、视电阻率、转速、震动等。

附图说明

图1是本发明的位置示意图，

图2是本发明实施例1的结构示意图，

图3是本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种非自带电源供电式近钻头地质导向测量短节，采用外接电源，有线传输模式实现近钻头工程参数及地址参数的测量与信号传输，克服了常规仪器的工作寿命、工作稳定性及工程安全等问题。

实施例1

请参见图1、图2。

一种非自带电源供电式近钻头地质导向测量短节，包括壳体1001-01、控制及测量电路1001-02、机械承压装置1001-03、导线通道1001-04、导线：

壳体1001-01下端连接钻头、上端连接螺杆钻具，控制及测量电路1001-02通过机械承压装置1001-03安装在壳体侧壁内，壳体侧壁设有与短节轴线平行的导线通道1001-04，导线通道1001-04中的导线一端与控制及测量电路1001-02连接，另一端由壳体端面引出，与外部供电或通信装置连接。

在本发明的一种实施例中，所述机械承压装置1001-03为盖板。

在本发明的一种实施例中，所述机械承压装置1001-03与壳体1001-01高压密封。

在本发明的一种实施例中，所述导线为共用的单芯线总线结构或者常规多芯线总线结构。

在本发明的一种实施例中，所述短节采用无磁材料制备。

本实施例中，壳体1001-01的作用是传递上部钻具、螺杆的扭矩到钻头，形成泥浆的过流通道、作为电路及传感器的安装壳体等。控制及测量电路1001-02包括一个或多个电路板，测量地质及工程参数，可以从单独的井斜测量扩展到多参数如井斜、伽马/方位伽马、钻压、扭矩、钻头转速、及环空压力等，测量参数的增加，电路板数量也相应增加。盖板是一个机械承压装置，控制及测量电路1001-02的电路板及测量仪器安装在上面后，盖板再进一步盖在电路板上方，盖板与壳体上涉及高压密封，从而保证测量仪器与外界液体及流动介质隔离，保证电路正常工作。导线通道1001-04内铺设一单芯或多芯导线，该导线与控制及测量电路1001-02连接，外部的供电与双线通信通过该导线进行传递。

实施例2

请参见图3。

一种非自带电源供电式近钻头地质导向测量短节，包括壳体1002-01、控制及测量电路1002-02、机械承压装置1002-03、导线通道1002-04、导线和壳体过线保护器1002-05：

壳体1002-01下端连接钻头、上端连接螺杆钻具，控制及测量电路1002-02通过机械承压装置1002-03安装在壳体侧壁内，壳体侧壁设有导线通道1002-04，导线通道1002-04向壳体侧壁的内壁延伸，导线通道中的导线一端与控制及测量电路1002-02连接，另一端由壳体侧壁的内壁引出，壳体过线保护器1002-05安装在壳体内部，壳体过线保护器1002-05设有中心过线孔，导线经中心过线孔与外部仪器过渡连接。

在本发明的一种实施例中，所述机械承压装置1002-03为盖板。

在本发明的一种实施例中，所述机械承压装置1002-03与壳体1002-01高压密封。

在本发明的一种实施例中，所述导线为共用的单芯线总线结构或者常规多芯线总线结构。

在本发明的一种实施例中，所述短节采用无磁材料制备。

本实施例与实施例1方案基本类似，主要区别在于过线方式，实施例1中的过线方式是通过壳体1002-01的侧壁内孔，而本实施例中的过线方式是通过电路板连接后的导线连接到居中位置的壳体过线保护器1002-05，壳体过线保护器1002-05上的导线再与外部导线连接装置连接。壳体过线保护器1002-05起到连接导线与外部仪器的过渡连接作用，同时实现连接居中。

本发明中的控制及测量电路1002-02是安装在壳体的侧壁开槽内，它们也可以以探管模式安装在壳体中心。

近钻头地质导向测量短节测得的数据通过其中心或侧壁安装的导电装置连接螺杆钻具总成2000，该螺杆钻具总成上依次设有主轴2001、串轴承总成2002、可调节万向轴总成2003、马达总成2004和防掉总成2005，该螺杆钻具总成上同时安装有能够连接导线的导线连接装置及导线，在实际钻井施工过程中，马达总成2004在钻井液的压力推动下，转子相对定子顺时针旋转，转子与可调节万向轴总成2003、主轴2001等相连接并同步旋转，带动短节、钻头也同步旋转，实现钻进，短节所测得的地质参数及工程参数通过螺杆钻具总成2000后，连接其它仪器并最终连接MWD(随钻测量仪器)，MWD再把这些数据通过电磁波信号或泥浆脉冲器的泥浆脉冲信号发射到底面，底面解码系统把这些数据解码并转换成相应的用户可直接使用的数据。

本发明中的测量单元、数据传输单元、短节材料均为无磁材料，采用P550无磁不锈钢或类似无磁不锈钢为壳体，无磁不锈钢有两个作用，一是传递钻具及螺杆的扭矩到钻头，二是作为电路的壳体，隔离电路板与外界液体介质，从而保护电路；测量电路根据实际需求可少可多，比如可以安装井斜、伽马/方位伽马、钻压、钻头转速及环空压力等，通信及控制电路是将测量电路测得数据传输到另外一个仪器模块。

本发明的供电通过导线与供电单元连接，该供电单元不在该测量短节上安装，即测量短节自身不带电源如发电机或锂电池，其电源供给来自外部电源供给，该外部电源可以是发电机或锂电池。

本发明的信号、指令及数据信息等于其他仪器的连接是通过导线连接实现相互传递，导线连接方式实现了可靠的信息连接。

业界超短的近钻头地质导向测量短节，短节有效长度可缩短到0.6m以内，根据测量参数的设计差别，长度相应变化，同等测量参数条件下，本发明将有效长度降到极限。

本发明的电路总成通过单芯或多芯信号与供电滑环总成从外部供电进行信号传输与控制，电路总成及滑环总成安装在近钻头机械壳体内，机械壳体的专有机械设计实现井下高压密封于传递井下专有、扭矩，保证整个短节系统正常工作。

相比背景技术中介绍的内容，本发明1)解决工作时间因供电受到限制的问题：用导线来实现从无线随钻仪器MWD的泥浆发电机或MWD系统上的电池取电，MWD上部供电受空间限制较小，可以根据需求相应增加供电；2)解决了无线传输不稳定及误码率低的问题：数据信号传输共用导电滑环的传输介质，信号和供电均通过导电滑环，通过有线连接方式与MWD连接；3)缩短了测量短节的长度，有效长度可控制在0.6米以内，总长度减少35-50％；解决了其他近钻头短节在钻井安全风险问题、造斜率问题、使用受到钻井涉及限制的问题，从而大幅提高仪器使用范围；4)为下一步增加测量参数提供了空间。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，而非对其限制；应当指出，尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。