随钻测斜仪及随钻测斜方法与流程

1.本发明涉及石油随钻测量技术领域，尤其涉及一种随钻测斜仪及随钻测斜方法。


背景技术：

2.丛式井、分支井和老井侧钻，特别是丛式井中的高密度丛式井和丛式加密井，在钻井过程中，由于所钻井眼与邻井间距较小或者需在套管中进行作业，套管会产生磁干扰，在这些具有磁干扰的环境中进行随钻测量时，基于磁性测量的无线随钻仪器无法正常使用，导致丛式井、分支井和老井侧钻在钻井过程中进行随钻测量的难度较大。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种随钻测斜仪及随钻测斜方法，以缓解丛式井、分支井和老井侧钻在钻井过程中进行随钻测量的难度较大的技术问题。
4.本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
5.本发明提供一种随钻测斜仪，包括：
6.无线随钻探管；
7.陀螺探管，其包括电子仓和传感器单元，所述电子仓中设有采集解算电路和控制传输电路；
8.电池短节，所述电池短节与所述无线随钻探管电连接，所述电池短节通过所述控制传输电路与所述陀螺探管电连接，以为所述无线随钻探管和所述陀螺探管供电；
9.所述控制传输电路能够与所述无线随钻探管通讯，当工况满足所述无线随钻探管的使用条件时，所述控制传输电路能够控制所述电池短节停止为所述采集解算电路、和所述传感器单元供电。
10.在优选的实施方式中，所述控制传输电路能够将所述采集解算电路内的解算结果发送给所述无线随钻探管。
11.在优选的实施方式中，所述传感器单元包括石英挠性加速度计和光纤陀螺仪。
12.在优选的实施方式中，所述陀螺探管包括抗压外壳和连接于所述抗压外壳的两端的上端头和下端头，所述电子仓和所述传感器单元均设于所述抗压外壳中。
13.在优选的实施方式中，所述陀螺探管包括减震器，所述电子仓、所述石英挠性加速度计、所述光纤陀螺仪和所述减震器从上往下依次分布。
14.在优选的实施方式中，所述无线随钻探管、所述电池短节、和所述陀螺探管沿上下方向分布。
15.在优选的实施方式中，所述随钻测斜仪包括脉冲器，所述无线随钻探管、所述电池短节、和所述陀螺探管均设于所述脉冲器的上方，所述脉冲器与所述无线随钻探管、和所述陀螺探管电连接。
16.在优选的实施方式中，所述随钻测斜仪包括打捞头，所述无线随钻探管、所述电池短节、和所述陀螺探管均设于所述打捞头的下方。
17.在优选的实施方式中，所述打捞头、所述无线随钻探管、所述电池短节、所述陀螺探管、和所述脉冲器之间分别通过扶正器连接。
18.本发明提供一种随钻测斜方法，采用上述的随钻测斜仪，包括：
19.步骤s10，开始随钻测量作业，所述陀螺探管和所述无线随钻探管同时工作；
20.步骤s20，待钻进至工况满足所述无线随钻探管的使用条件时，所述控制传输电路能够控制所述电池短节停止为所述采集解算电路、和所述传感器单元供电，使用所述无线随钻探管进行后续测量。
21.本发明的特点及优点是：
22.采用本发明提供的随钻测斜仪，开始随钻测量作业时，陀螺探管和无线随钻探管同时工作，由于存在磁干扰，无线随钻探管的测量结果存在误差，利用陀螺探管不受磁干扰影响的特点，可以通过陀螺探管来获取比较准确的测量数据。待钻进至工况满足无线随钻探管的使用条件时，控制传输电路能够控制电池短节停止为采集解算电路、和传感器单元供电，使用无线随钻探管来进行后续测量，陀螺探管停止测量，避免陀螺探管因功耗大而消耗过多电能，从而降低了该随钻测斜仪的整体功耗，有利于随钻测量的顺利实施，实现减少起下钻次数，大幅度节约钻井成本。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明提供的随钻测斜仪的结构示意图；
25.图2为图1所示的随钻测斜仪中的陀螺探管的结构示意图；
26.图3为图2所示的陀螺探管的局部示意图；
27.图4为图1所示的随钻测斜仪中的电池短节、无线随钻探管和陀螺探管的电路连接示意图；
28.图5为图4所示的陀螺探管中的控制传输电路的电路示意图；
29.图6为图4所示的陀螺探管中的控制传输电路的原理示意图；
30.图7为本发明提供的随钻测斜方法的示意图。
31.附图标号说明：
32.1、打捞头；2、扶正器；
33.3、无线随钻探管；4、电池短节；5、陀螺探管；
34.6、脉冲器；
35.51、上端头；52、电子仓；521、控制传输电路；522、采集解算电路；
36.53、抗压外壳；
37.54、传感器单元；541、石英挠性加速度计；542、光纤陀螺仪；
38.55、减震器；56、下端头。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，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。
40.为了实现在磁环境下进行随钻测量，可以采用陀螺探管5来替换无线随钻探管3，陀螺探管5不受磁干扰。但是，陀螺探管5具有功耗大、静态测量时间长等特性，若仪器长时间在井下工作，存在一定的风险性，难以保障长时间工作。
41.实施例一
42.本发明提供了一种随钻测斜仪，如图1和图2所示，该随钻测斜仪包括：无线随钻探管3、陀螺探管5和电池短节4；陀螺探管5包括电子仓52和传感器单元54，电子仓52中设有采集解算电路522和控制传输电路521；电池短节4与无线随钻探管3电连接，电池短节4通过控制传输电路521与陀螺探管5电连接，以为无线随钻探管3和陀螺探管5供电；控制传输电路521能够与无线随钻探管3通讯，当工况满足无线随钻探管3的使用条件时，控制传输电路521能够控制电池短节4停止为采集解算电路522、和传感器单元54供电。
43.采用本发明提供的随钻测斜仪，开始随钻测量作业时，陀螺探管5和无线随钻探管3同时工作，由于存在磁干扰，无线随钻探管3的测量结果存在误差，利用陀螺探管5不受磁干扰影响的特点，可以通过陀螺探管5来获取比较准确的测量数据。待钻进至工况满足无线随钻探管3的使用条件时，控制传输电路521能够控制电池短节4停止为采集解算电路522、和传感器单元54供电，使用无线随钻探管3来进行后续测量，陀螺探管5停止测量，避免陀螺探管5因功耗大而消耗过多电能，从而降低了该随钻测斜仪的整体功耗，有利于随钻测量的顺利实施，实现减少起下钻次数，大幅度节约钻井成本。
44.采集解算电路522和控制传输电路521用于数据的采集、计算、传输、以及控制。采集解算电路522可以采用现有已知电路，采集解算电路522和传感器单元54一起实现数据的采集和计算。采集解算电路522的解算结果经过控制传输电路521传输。进一步地，控制传输电路521能够将采集解算电路522内的解算结果发送给无线随钻探管3。具体地，控制传输电路521将解算结果按照一定的编码格式发送给无线随钻探管3，无线随钻探管3将数据打包后发送至地面。
45.影响无线随钻探管3的使用条件包括井斜或磁场和等条件，无线随钻探管3能够对工况进行监测，如图4所示，控制传输电路521能够与无线随钻探管3通讯，无线随钻探管3能够监测工况中的磁场和等参数，并将监测数据发送给控制传输电路521，当工况满足其使用条件时，控制传输电路521将采集解算电路522和传感器单元54断开，电池短节4停止为采集解算电路522、和传感器单元54供电，仅保留控制传输电路521及无线随钻探管3功能。优选地，当工况无法满足无线随钻探管3使用条件时，控制传输电路521可以控制电池短节4再次为采集解算电路522、和传感器单元54供电，陀螺探管5再次开始工作。
46.如图5所示，控制传输电路521包括传输单元和控制单元。传输单元负责接收采集解算电路522的解算结果，并将结果传输给无线随钻探管3；同时传输单元接收无线随钻探管3的磁场和等参数。控制单元主要由一开关电路构成，电池短节4的电压经该开关电路后，连接到采集解算电路522及传感器单元54，从而实现采集解算电路522及传感器单元54的通
断，控制单元根据传输单元所得到的磁场和等参数进行判断，若满足无线随钻探管3使用条件，则发出信号，将开关电路断开，进而断开采集解算电路522及传感器单元54。具体地，在连续一段时间内磁场和保持在某个范围之内，即可判断满足无线随钻探管3使用条件。
47.具体地，如图6所示，控制传输电路521包括传输单元、控制单元及保护电路。电池短节4输出电压经过转换后连接到控制器，同时电池短节4输出电压为无线随钻探管3供电；控制器与晶体管v1、晶体管v2，电阻r1、r2组成的开关电路连接，用于控制采集解算电路522及传感器单元54的通断，其中，晶体管v1型号为mj15025，晶体管v2型号为bf259，电阻r1、电阻r2为限流电阻；电池短节4输出电压经过开关电路后连接到保护电路，保护电路主要由稳压管v7-v11，整流二极管v6及v12，电阻r5组成，其中稳压管型号为1n5340b，整流二极管型号为1n4007。控制器接收采集解算电路522的解算结果，并将解算结果传输给无线随钻探管3，同时控制器接收无线随钻探管3的磁场和等参数，二者通过485总线方式进行通讯；默认状态下控制信号ctrl为高电平，晶体管v2、v1导通，采集解算电路522及传感器单元54正常工作；控制器根据磁场和等条件不断进行判断(如在连续一段时间内磁场和在某个范围之内)，若满足无线随钻探管3使用条件，则控制器输出控制信号ctrl＝0，此时晶体管v2、v1截止，采集解算电路522及传感器单元54断电。控制器可以采用c8051f120单片机。
48.在本发明的一实施方式中，如图3所示，传感器单元54包括石英挠性加速度计541和光纤陀螺仪542。石英挠性加速度计541的数量和光纤陀螺仪542的数量可以根据测量要求来设定。
49.在本发明的一实施方式中，陀螺探管5包括抗压外壳53和连接于抗压外壳53的两端的上端头51和下端头56，电子仓52和传感器单元54均设于抗压外壳53中，以对采集解算电路522、控制传输电路521、石英挠性加速度计541和光纤陀螺仪542进行保护。
50.进一步地，陀螺探管5包括减震器55，如图2所示，电子仓52、石英挠性加速度计541、光纤陀螺仪542和减震器55从上往下依次分布，有利于保障测量的准确性。具体地，上端头51的下端通过连接线与电子仓52的上端相连；下端头56的上端通过减振器与传感器单元54固定连接，通过连接线与电子仓52的下端相连；上端头51的下端与下端头56的上端分别与抗压外壳53的两端丝扣连接。
51.如图1所示，无线随钻探管3、电池短节4、和陀螺探管5沿上下方向分布，并且，无线随钻探管3、电池短节4、和陀螺探管5的位置可以互换。
52.进一步地，该随钻测斜仪包括脉冲器6，无线随钻探管3、电池短节4、和陀螺探管5均设于脉冲器6的上方，脉冲器6与无线随钻探管3、和陀螺探管5电连接。脉冲器6可以以产生泥浆脉冲，将信号数据向地面传递。无线随钻探管3可以控制脉冲器6，将测量数据传递至地面。在一些情况下，陀螺探管5中的控制传输电路521与脉冲器6直接电连接，控制传输电路521控制脉冲器6产生泥浆脉冲，实现向地面传递信号。在另一些情况下，控制传输电路521通过无线随钻探管3来与脉冲器6间接电连接，控制传输电路521先将解算结果按照一定的编码格式发送给无线随钻探管3，无线随钻探管3将数据打包后，控制脉冲器6产生泥浆脉冲，将数据发送至地面。
53.如图1所示，该随钻测斜仪包括打捞头1，无线随钻探管3、电池短节4、和陀螺探管5均设于打捞头1的下方，通过打捞头1，以方便与管柱连接。优选地，打捞头1、无线随钻探管3、电池短节4、陀螺探管5、和脉冲器6之间分别通过扶正器2连接。具体地，脉冲器6设于该随
钻测斜仪的最下端，打捞头1设为该随钻测斜仪的最上端，各部件之间能保持电气及通讯连接。在一实施方式中，除扶正器2外，该随钻测斜仪的整体外径不大于48mm，扶正器2的尺寸根据井眼直径确定。
54.实施例二
55.本发明提供了一种随钻测斜方法，采用上述的随钻测斜仪，如图7所示，该随钻测斜方法包括：步骤s10，开始随钻测量作业，陀螺探管5和无线随钻探管3同时工作；步骤s20，待钻进至工况满足无线随钻探管3的使用条件时，控制传输电路521能够控制电池短节4停止为采集解算电路522、和传感器单元54供电，使用无线随钻探管3进行后续测量。
56.采用该随钻测斜方法，开始随钻测量作业时，陀螺探管5和无线随钻探管3同时工作，由于存在磁干扰，无线随钻探管3的测量结果存在误差，利用陀螺探管5不受磁干扰影响的特点，可以通过陀螺探管5来获取比较准确的测量数据。待钻进至工况满足无线随钻探管3的使用条件时，控制传输电路521能够控制电池短节4停止为采集解算电路522、和传感器单元54供电，使用无线随钻探管3来进行后续测量，陀螺探管5停止测量，避免陀螺探管5因功耗大而消耗过多电能，从而降低了该随钻测斜仪的整体功耗，有利于随钻测量的顺利实施，实现减少起下钻次数，大幅度节约钻井成本
57.具体地，进行随钻测量时，将整串随钻测斜仪按照图1所示方式连接好，按照常规无线随钻仪器的安装方式，将整串随钻测斜仪固定在无磁钻铤内，并测量好仪器角差，进行随钻测量作业。起始阶段，陀螺探管5与无线随钻探管3同时工作；待钻进至工况满足无线随钻探管3的使用条件时，使用无线随钻探管3来进行后续测量，陀螺探管5停止测量。
58.进一步地，当工况无法满足无线随钻探管3使用条件时，控制传输电路521控制电池短节4再次为采集解算电路522、和传感器单元54供电，陀螺探管5再次开始工作。
59.以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。