一种螺杆钻具及其有线传输方法与流程

本发明涉及一种石油钻井技术领域，尤其是一种螺杆钻具及其有线传输方法。

背景技术：

随着石油、天然气资源的不断开采和消耗，国际石油价格节节攀升，促使人们不断把钻探的目标扩展到新的勘探领域及前期认为没有开发价值的复杂地层和薄油气层等。而近钻头地质导向钻井系统基于其自身特点和随钻识别、导向等功能，无疑将会十分有效的提高探井的成功率，提高复杂地层、薄油层的钻遇率、采收率，节约钻井成本，实现增储上产，具有显著的经济效益。所以近钻头地质导向钻井系统的市场需求客观存在，随着油气资源的不断开发消耗，预测这一市场需求会逐年增加。

目前，近钻头地质导向钻井是石油天然气钻井行业中的尖端科技之一。尤其适于在新地域的初探、复杂贫油地层中控制理想的井眼轨迹等。传统的近钻头地质导向钻井系统主要由地面部分和井下部分组成，其中井下部分由MWD系统和近钻头测量短节组成。安装有测量仪器的测量短节其位置在螺杆钻具的下部，所测得的钻井数据，通过无线传输方式，越过上面的螺杆钻具，传送给上部的MWD系统；然后与MWD系统所测得的数据一起，由MWD系统的传输工具传送至地面接收系统；最后经过地面处理系统解码转化成地面工作人员可识别的数据。地面人员根据这些数据对井底地质情况进行分析判断，及时调整钻井参数，控制井眼轨迹，实现地质导向钻井。测井仪器所测得的数据需要先上传到螺杆钻具上部的MWD系统，再由MWD系统采用脉冲发生器以脉冲信号的方式传送到地面。这样，数据的传输就需要经过或越过测井仪器和MWD之间的螺杆钻具。传统的方式是采用无线电发射与接收的方式传输，这种无线电发射与接收传输数据的可靠性较差。

如前所述，近钻头测井是把测井仪器安装在距离钻头尽可能近的位置，实现对钻头周围附近原始地层参数的测量。近钻头地质导向钻井系统不仅能够实现近钻头测井，还能够把这些测得的数据实时传送到地面，通过解码转换成地面工作人员可识别的地质参数。这样，地面工作人员就可以根据这些数据，分析判断正在钻遇地层的地质含油气情况，从而适时的调整钻进方向，获得最有利的井眼轨迹。

目前，国内的近钻头地质导向钻井系统的测井数据上传都是利用无线电传输方式。无线电传输很容易受到井底套管及复杂工况的干扰，传输的可靠性差，对钻井工况的适应性差。近钻头测井数据通过螺杆钻具的传输技术成为制约近钻头地质导向钻井技术发展的瓶颈。

技术实现要素：

本发明的技术任务是针对上述现有技术中的不足提供一种螺杆钻具及其有线传输方法，该一种螺杆钻具及其有线传输方法以有线连接方式将井下测量仪器测得的数据传递给MWD系统，为近钻头测井数据传输提供一个有线的数据通道；有线数据传输不仅不受周围环境干扰，而且传输可靠性获得很大提高；克服无线电传输容易受到井底套管以及复杂工况的干扰，传输可靠性差的不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种螺杆钻具，它包括测量短节、螺杆钻具马达、导流短节、传动轴和钻头，所述的导流短节、测量短节与螺杆钻具马达之间分别通过螺纹连接，钻头与传动轴相连，并设置在测量短节的下部，在测量短节内设置有井下测量仪器，在导流短节内设置有MWD系统，安装于测量短节内的井下测量仪器的数据输出接口上设置有第一数据传输导线，第一数据传输导线穿过测量短节的壳体与螺杆钻具马达壳体内的第二数据传输导线相连，所述的第二数据传输导线与穿过导流短节壳体的第三数据传输导线相连，所述的第三数据传输导线与导流短节内的MWD系统的数据接收接口相连。

所述的测量短节的壳体壁上设置有第一数据传输导线过孔结构或第一数据传输导线过封线槽结构；

所述的第一数据传输导线过孔结构包括第一径向孔和第一轴向孔，所述的第一径向孔设置在第一轴向孔的一端且与其相连通，所述的第一数据传输导线位于第一径向孔和第一轴向孔内，第一数据传输导线的一端穿过第一径向孔与井下测量仪器的数据输出接口相连，另一端沿第一轴向孔伸出测量短节；

所述的第一数据传输导线过封线槽结构包括第一轴向线槽和封填物，第一轴向线槽内由第一数据传输导线和封填物填充，第一数据传输导线埋在封填物中。

所述的导流短节的壳体壁上设置有第三数据传输导线过孔结构或第三数据传输导线过封线槽结构；

所述的第三数据传输导线过孔结构包括第三径向孔和第三轴向孔，所述的第三径向孔设置在第三轴向孔的一端且与其相连通，所述的第三数据传输导线位于第三径向孔和第三轴向孔内，第三数据传输导线的一端穿过第三径向孔与MWD系统的数据接收接口相连，另一端沿第三轴向孔伸出导流短节；

所述的第三数据传输导线过封线槽结构包括第三轴向线槽和封填物，第三轴向线槽内由第三数据传输导线和封填物填充，第三数据传输导线埋在封填物中。

所述的螺杆钻具马达的壳体壁上设置有第二数据传输导线过孔结构或第二数据传输导线过封线槽结构；

所述的第二数据传输导线过孔结构包括第二轴向孔，所述的第二数据传输导线位于第二轴向孔内；

所述的第二数据传输导线过封线槽结构包括第二轴向线槽和封填物，第二轴向线槽内由第二数据传输导线和封填物填充，第二数据传输导线埋在封填物中。

所述的封填物为橡胶、塑料或密封胶。

所述的螺杆钻具马达的壳体壁的轴向两端分别设置有接线槽，第二数据传输导线的两端与第一数据传输导线、第三数据传输导线之间分别在接线槽内连接。

所述的接线槽的截面是矩形或者圆形，沿轴向两端连通第二轴向孔或第二轴向线槽。

所述的接线槽内顶部设置有保护盖板。

所述的第二数据传输导线与第一数据传输导线、第三数据传输导线之间分别通过焊接的方式相连。

一种螺杆钻具的有线传输方法，包括以下步骤：

将测量短节、螺杆钻具马达和导流短节螺纹连接；

将测量短节内的井下测量仪器的数据输出接口上连接第一数据传输导线，并使第一数据传输导线穿过测量短节的壳体到达壳体外表面；

将螺杆钻具马达壳体内预埋第二数据传输导线，并使第二数据传输导线的两端位于螺杆钻具马达壳体上的接线槽内；

将导流短节内的MWD系统的数据接收接口上连接第三数据传输导线，并使第三数据传输导线穿过导流短节的壳体到达壳体外表面；

然后将第二数据传输导线的两端分别与第一数据传输导线和第三数据传输导线实现对接并导通；

测量短节随钻测得的数据通过第一数据传输导线、第二数据传输导线和第三数据传输导线传送到MWD系统后，再由MWD系统通过脉冲发生器上传到地面接收系统。

本发明的一种螺杆钻具及其有线传输方法和现有技术相比，具有以下突出的有益效果：以有线连接方式通过螺杆钻具马达，将近钻头测井数据传递给MWD系统；为近钻头测井数据传输提供一个有线的通道；有线数据传输不易受干扰，传输的可靠性大大提高；克服了无线电传输很容易受井底套管以及复杂工况的干扰，传输的可靠性差的不足；上述结构设计有很大的改进，打破了长期以来近钻头测井数据只能采用无线方式传递给MWD的做法，改变了不可能用有线传输的陈旧观念。

附图说明

附图1是螺杆钻具的主视结构示意图；

附图2是第一数据传输导线在测量短节壳体内的第一种方式的剖面图；

附图3是图2所示的A-A剖视图；

附图4是第一数据传输导线在测量短节壳体内的第二种方式的剖面图；

附图5是图4所示的B-B剖视图；

附图6是第三数据传输导线在导流短节壳体内的第一种方式的剖面图；

附图7是图6所示的C-C剖视图；

附图8是第三数据传输导线在导流短节壳体内的第二种方式的剖面图；

附图9是图8所示的D-D剖视图；

附图10是第二数据传输导线在螺杆钻具马达壳体内的第一种方式的剖面图；

附图11是第二数据传输导线在螺杆钻具马达壳体内的第二种方式的剖面图；

附图12是螺杆钻具马达壳体结构示意图；

附图13是图1所示的螺杆钻具的局部放大图；

附图标记说明：

1、测量短节，11、第一数据传输导线过孔结构，111、第一径向孔，112、第一轴向孔，12、第一数据传输导线过封线槽结构，121、第一轴向线槽，122、封填物，

2、螺杆钻具马达，21、第二数据传输导线过孔结构，211、第二轴向孔，22、第二数据传输导线过封线槽结构，221、第二轴向线槽，

3、导流短节，31、第三数据传输导线过孔结构，311、第三径向孔，312、第三轴向孔，32、第三数据传输导线过封线槽结构，321、第三轴向线槽，

4、传动轴，5、钻头，6、第一数据传输导线，7、第二数据传输导线，8、第三数据传输导线，9、接线槽。

具体实施方式

参照说明书附图1至附图13对本发明的一种螺杆钻具及其有线传输方法作以下详细地说明。

本发明的一种螺杆钻具，它包括测量短节1、螺杆钻具马达2、导流短节3、传动轴4和钻头5，所述的导流短节3、测量短节1与螺杆钻具马达2之间分别通过螺纹连接，钻头5与传动轴4相连，并设置在测量短节1的下部，在测量短节1内设置有井下测量仪器，在导流短节3内设置有MWD系统，安装于测量短节1内的井下测量仪器的数据输出接口上设置有第一数据传输导线6，第一数据传输导线6穿过测量短节1的壳体与螺杆钻具马达2壳体内的第二数据传输导线7相连，所述的第二数据传输导线7与穿过导流短节3壳体的第三数据传输导线8相连，所述的第三数据传输导线8与导流短节3内的MWD系统的数据接收接口相连。

所述的测量短节1的壳体壁上设置有第一数据传输导线过孔结构11或第一数据传输导线过封线槽结构12；

所述的第一数据传输导线过孔结构11包括第一径向孔111和第一轴向孔112，所述的第一径向孔111设置在第一轴向孔112的一端且与其相连通，所述的第一数据传输导线6位于第一径向孔111和第一轴向孔112内，第一数据传输导线6的一端穿过第一径向孔111与井下测量仪器的数据输出接口相连，另一端沿第一轴向孔112伸出测量短节1；

所述的第一数据传输导线过封线槽结构12包括第一轴向线槽121和封填物122，第一轴向线槽121内由第一数据传输导线6和封填物122填充，第一数据传输导线6埋在封填物122中。第一轴向线槽121可以通过铣削方式加工。

所述的导流短节3的壳体壁上设置有第三数据传输导线过孔结构31或第三数据传输导线过封线槽结构32；

所述的第三数据传输导线过孔结构31包括第三径向孔311和第三轴向孔312，所述的第三径向孔311设置在第三轴向孔312的一端且与其相连通，所述的第三数据传输导线8位于第三径向孔311和第三轴向孔312内，第三数据传输导线8的一端穿过第三径向孔311与MWD系统的数据接收接口相连，另一端沿第三轴向孔312伸出导流短节3；

所述的第三数据传输导线过封线槽结构32包括第三轴向线槽321和封填物122，第三轴向线槽321内由第三数据传输导线8和封填物122填充，第三数据传输导线8埋在封填物122中。第三轴向线槽321可以通过铣削方式加工。

第一数据传输导线6和第三数据传输导线8通过测量短节1和导流短节3的方案可以在上述方案中选取一种或两种使用。

所述的螺杆钻具马达2的壳体壁上设置有第二数据传输导线过孔结构21或第二数据传输导线过封线槽结构22；

所述的第二数据传输导线过孔结构21包括第二轴向孔211，所述的第二数据传输导线7位于第二轴向孔211内；

所述的第二数据传输导线过封线槽结构22包括第二轴向线槽221和封填物122，第二轴向线槽221内由第二数据传输导线7和封填物122填充，第二数据传输导线7埋在封填物122中。第二轴向线槽221可以通过铣削方式加工。

第二数据传输导线7通过螺杆钻具马达2壳体方案可以在上述方案中选取一种使用。

所述的封填物122为橡胶、塑料或密封胶。

所述的螺杆钻具马达2的壳体壁的轴向两端分别设置有接线槽9，第二数据传输导线7的两端与第一数据传输导线6、第三数据传输导线8之间分别在接线槽9内连接。

所述的接线槽9的截面是矩形或者圆形，沿轴向两端连通第二轴向孔211或第二轴向线槽221。

所述的接线槽9内顶部设置有保护盖板。用保护盖板保护第一数据传输导线6、第二数据传输导线7和第三数据传输导线8。

所述的第二数据传输导线7与第一数据传输导线6、第三数据传输导线8之间分别通过焊接的方式相连。

一种螺杆钻具的有线传输方法，包括以下步骤：

将测量短节1、螺杆钻具马达2和导流短节3螺纹连接；

将测量短节1内的井下测量仪器的数据输出接口上连接第一数据传输导线6，并使第一数据传输导线6穿过测量短节1的壳体到达壳体外表面；

将螺杆钻具马达2壳体内预埋第二数据传输导线7，并使第二数据传输导线7的两端位于螺杆钻具马达2壳体上的接线槽9内；

将导流短节3内的MWD系统的数据接收接口上连接第三数据传输导线8，并使第三数据传输导线8穿过导流短节3的壳体到达壳体外表面；

然后将第二数据传输导线7的两端分别与第一数据传输导线6和第三数据传输导线8在接线槽9内进行焊接，填充封填物122，安装保护盖板保护数据传输导线；

测量短节1随钻测得的数据通过第一数据传输导线6、第二数据传输导线7和第三数据传输导线8传送到MWD系统后，再由MWD系统通过脉冲发生器上传到地面接收系统。从测量短节1到MWD系统之间，采用有线数据传输不受外界干扰，钻井数据传输可靠性大大提高。

数据传输导线将数据从测量短节1传送到MWD系统的过程中，经过测量短节1、螺杆钻具马达2和导流短节3。

螺纹是井下工具零件之间的常用连接方式。测量短节1、螺杆钻具马达2和导流短节3之间通过螺纹连接，螺纹需要连接或者拆卸。螺纹连接后测量短节1、螺杆钻具马达2和导流短节3使数据传输导线必须实现连接并导通，测量短节1随钻测得的数据才能顺利通过数据传输导线，传送到螺杆钻具马达2上部的MWD系统。

以上所列举的实施方式仅供理解本发明之用，并非是对本发明所描述的技术方案的限定，有关领域的普通技术人员，在权利要求所述技术方案的基础上，还可以作出多种变化或变形，所有等同的变化或变形都应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。