一種近鑽頭隨鑽測量系統的製作方法

2023-09-21 03:48:30 3

本實用新型屬於鑽井技術領域。

背景技術：

在石油鑽採領域，定向井技術是提高原油採收率，穩定油田產量的重要技術，特別是針對複雜油氣藏，其鑽遇率與井眼軌跡控制一直是制約鑽採成本降低的主要因素，而精確的隨鑽測量鑽頭所在位置地層信息數據對提高鑽遇率與井眼軌跡控制具有決定性的作用，為實現良好的儲層鑽遇效果，地質跟蹤導向技術便成為定向井開發中不可缺少的關鍵技術。定向井地質導向跟蹤技術是以井下實際地質特徵來確定和控制井眼軌跡，精確地控制井下鑽具命中目的層位。而定向井鑽遇最佳目的層位，即有效儲層，關鍵技術在井眼軌跡控制，保證鑽頭在有效儲層中穿行，儘量避免鑽遇夾層。

常規隨鑽測量方式的隨鑽測量儀器設置在馬達的上部，其測量位置距離馬達系統的下端面大都在10米以上，在鑽進過程中常常因為遠離鑽頭而不能實時準確測量鑽頭所在位置地層數據信息導致鑽頭穿出油氣藏,特別是薄油氣藏。

而使用常規近鑽頭隨鑽測量方式可以克服不能實時準確測量鑽頭所在位置地層數據信息的缺點，其是把近鑽頭隨鑽測量短節設置在馬達系統的下部並與鑽頭直接相連，使其測量位置靠近鑽頭，但是因為在鑽頭與馬達系統之間增加了隨鑽測量短節，加長了鑽頭與馬達彎點之間的距離，從而降低了鑽頭的可控性，增加了鑽具在井底的摩擦和扭矩以及鑽頭工作時的振動。由於常規近鑽頭隨鑽測量方式增加了近鑽頭隨鑽測量短節使井下鑽具組合結構發生改變導致其力學特性發生變化，從而使鑽具的造斜能力降低，導致井下鑽具對井眼軌跡的控制能力不足，常常因為井眼軌跡控制的滯後造成糾偏過長。而鑽頭在井底工作時的振動所產生的衝擊加劇了鑽頭等井下工具的損壞。另一方面，常規近鑽頭隨鑽測量的數據信息通過無線發射到接收裝置時，無線發射信號必須穿過螺杆鑽具系統的阻礙，傳輸距離遠且信號傳輸的穩定性和可靠性差。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於：針對現有鑽探領域存在的上述問題，提供一種能夠測量靠近鑽頭的地層數據信息，從而能更準確地實時獲得鑽頭所在地層的數據信息和井眼軌跡參數的近鑽頭隨鑽測量系統，以提高鑽頭鑽遇率並保持較高的鑽具導向控制能力，增強井眼軌跡可控性，提高採出率，降低鑽井成本。

本實用新型目的通過下述技術方案來實現：

一種近鑽頭隨鑽測量系統，包括馬達系統、測量傳輸系統、無線接收系統、無磁短接，所述馬達系統由外部殼體和內部轉動部分組成，所述無磁短接設置在所述馬達系統上方，且無磁短接與馬達系統之間直接連接或連接鑽具或短接，所述馬達系統的內部轉動部分的內部設置有孔，所述測量傳輸系統包括採集、測量數據的測量裝置，將測量裝置的數據發射給無線接收系統的發射裝置，將測量裝置的數據傳輸給發射裝置的傳輸裝置，以及為測量裝置和發射裝置提供電能的電源裝置，測量傳輸系統的測量裝置和傳輸裝置設置在所述馬達系統的內部轉動部分的孔內，其中測量裝置設置在所述馬達系統的下部靠近鑽頭位置；測量傳輸系統的發射裝置設置在馬達系統的內部轉動部分的上部並伸入無磁內腔中，測量傳輸系統相對所述馬達系統轉動部分固定，能隨轉動部分一起相對馬達系統的外部殼體轉動；無線接收系統的無線接收裝置設置在無磁短接內且相對無磁短接固定，馬達系統工作時，測量傳輸系統相對無線接收系統轉動，無線接收裝置與發射裝置通過無線傳輸的方式傳輸信號。

作為選擇，測量裝置設置在所述馬達系統的下1/3位置以內，且距馬達系統的下端面的距離在2米以內。作為選擇，所述測量裝置設置在距馬達系統的下端面1.5米的距離以內。作為進一步優選，所述測量裝置設置在距馬達系統的下端面1米的距離以內。

作為選擇，所述馬達系統為螺杆鑽具系統。螺杆鑽具系統能夠提供較大的扭矩和轉速，具有優良的導向鑽進能力，是導向鑽井中極好的馬達工具。且螺杆鑽具系統結構緊湊，適用於定向井和從式井，與隨鑽測量系統配合能夠準確進行造斜，定向和糾偏，可提高工程質量並降低鑽井成本。

作為進一步選擇，螺杆鑽具系統的轉動部分至少包括傳動軸，撓軸和螺杆馬達轉子，所述測量裝置設置於所述螺杆鑽具系統的傳動軸內部，相對傳動軸固定，能隨傳動軸一起轉動。螺杆鑽具系統的傳動軸直接與鑽頭相連，測量裝置距離鑽頭很近，能更準確的實時測量鑽頭所在位置地層的數據信息。測量裝置設置在傳動軸內部，沒有增加鑽頭到馬達彎點之間的距離，從而增強了對鑽頭的導向可控性，也減少了因鑽頭與馬達之間增加短節(工具)而增加鑽具在井底的摩擦和扭矩，並可降低鑽頭工作時的振動。從而使鑽具保持高的造斜與糾斜能力，保證井眼軌跡質量，降低鑽井成本，提高採出率，減小鑽壓傳遞阻力提高鑽井效率，並且降低鑽頭在井底振動衝擊力，從而減少鑽頭等井下工具因振動衝擊引起的損壞。

作為進一步選擇，所述發射裝置設置於所述螺杆馬達轉子的上部，相對螺杆馬達轉子固定，能隨螺杆馬達轉子一起轉動。發射裝置設置於所述螺杆馬達轉子的上部使發射裝置接近無線接收系統的接收裝置，發射裝置與接收裝置之間信號傳輸無障礙阻隔，且整個測量傳輸系統一起隨著鑽頭轉動，可以有效保護測量傳輸系統。

作為選擇，所述測量傳輸系統的電源裝置設置在所述馬達系統的內部轉動部分的孔內，並位於測量裝置與發射裝置之間，相對更靠近發射裝置。電源裝置為測量傳輸系統提供可靠的能源供應，保證測量傳輸系統持續不斷的穩定工作。

作為選擇，所述測量裝置包括方位伽馬傳感器和井斜傳感器，所述方位伽馬傳感器採集方位伽馬數據，所述井斜傳感器測量井斜數據。在定向鑽井過程中，鑽頭所在地層的方位伽馬數據和井斜數據是鑽進中主要的也是最重要的基本數據。其直接決定了井眼軌跡的質量和鑽頭鑽遇率，影響採出率與鑽井成本。

作為選擇，所述馬達系統與無磁短接之間設有防掉總成，所述防掉總成包括防掉短接和防掉帽，所述防掉帽中心具有軸向貫通的通孔，設置在馬達系統的內部轉動部分的上部並固定，所述測量傳輸系統的發射裝置從防掉帽中間的通孔穿過並伸入無磁的防掉短接內腔中，所述防掉短接下部與所述馬達系統的外部殼體連接，上部與無磁短接相連，且下端內壁上設有限位臺肩；所述防掉帽的上端外壁設有凸緣，所述凸緣用於在下部殼體斷裂時抵接於所述限位臺肩處。防掉總成可以防止鑽具系統殼體斷裂時掉落到井底而增加打撈成本，可降低鑽進風險，提高本專利的安全可靠性。

作為選擇，無磁短接為無磁鑽鋌，且當無磁短接與馬達系統之間直接連接時，測量傳輸系統的發射裝置伸入無磁鑽鋌內腔中。本專利的發射裝置和接收裝置之間通過無線傳輸信號，有磁短接會干擾和影響無線信號穩定可靠地傳輸。且無磁鑽鋌可以作為鑽柱的一部分，具有扶正效果，也不影響無線信號的傳輸。

前述本實用新型主方案及其各進一步選擇方案可以自由組合以形成多個方案，均為本實用新型可採用並要求保護的方案；且本實用新型，(各非衝突選擇)選擇之間以及和其他選擇之間也可以自由組合。本領域技術人員在了解本實用新型方案後根據現有技術和公知常識可明了有多種組合，均為本實用新型所要保護的技術方案，在此不做窮舉。

本實用新型的有益效果：本實用新型的近鑽頭隨鑽測量系統，通過在馬達系統內靠近鑽頭的部分設置測量裝置，使鑽頭在鑽進過程中能夠更準確的測量鑽頭所在位置地層的實時數據信息和井眼軌跡參數，並實時向上穩定可靠地無線傳輸所測量的數據信息到無線接收系統的接收裝置。隨鑽測量系統設置在馬達系統內部，可保持鑽具高的造斜與糾斜能力。

本實用新型相對常規隨鑽測量方式，測量位置距離馬達系統的下端面在2米以內(甚至更短，在1.5米、1米以內)且靠近鑽頭，在鑽進過程中能實時準確測量鑽頭所在位置地層數據信息，從而能有效避免鑽頭穿出油氣藏,特別是薄油氣藏，極大地提高油層鑽遇率和無滯後描述井眼軌跡。

本實用新型相對常規近鑽頭隨鑽測量方式，測量裝置設置在鑽頭與造斜彎點之間，不影響鑽頭與彎點之間的距離關係(鑽頭與馬達之間無需增加任何短接或工具，鑽頭與馬達及彎點的距離不增加)，從而增強了對鑽頭的可控性，減少因鑽頭與馬達之間增加短節(工具)而增加鑽具在井底的摩擦和扭矩，並可降低鑽頭工作時的振動。從而使鑽具保持高的造斜與糾斜能力，保證井眼軌跡質量，降低鑽井成本和提高採出率；減小鑽壓傳遞阻力提高鑽井效率，並且降低鑽頭在井底振動衝擊力，從而減少鑽頭等井下工具因振動衝擊引起的損壞。另一方面，本實用新型相對常規近鑽頭隨鑽測量的數據信息通過無線發射到接收系統的接收裝置時，無線信號不需穿過螺杆鑽具系統，而直接通過測量傳輸系統的傳輸裝置(有線傳輸)傳輸到無線接收系統的接收裝置附近的發射裝置，然後再無線傳輸給接收裝置，使數據無線傳輸距離大大縮短且傳輸通道無障礙，增強了信號傳輸的穩定性和可靠性。

本實用新型的近鑽頭隨鑽測量系統結構緊湊，將測量傳輸系統設置在馬達系統內部，在沒有改變鑽具組合結構的情況下解決了準確地實時獲得鑽頭所在地層的數據信息和井眼軌跡參數的問題，提高鑽頭鑽遇率並保持較高的鑽具導向控制能力，增強井眼軌跡可控性，提高採出率，降低鑽井成本。而且使測量傳輸系統的發射裝置與接收系統的接收裝置之間實現近距離無障礙無線通訊傳輸，實現測量數據的近測近傳，提高了數據傳輸的穩定性和可靠性。本實用新型的測量裝置離鑽頭近，且測量裝置離鑽頭越近，鑽頭在鑽進過程中越能夠更準確地測量鑽頭所在位置地層的實時數據信息和井眼軌跡參數，鑽頭鑽遇率和採出率越高。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例1的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例3的近鑽頭隨鑽測量系統的傳動軸總成示意圖。

圖3為本實用新型實施例4的近鑽頭隨鑽測量系統的萬向軸總成示意圖。

圖4為本實用新型實施例5的近鑽頭隨鑽測量系統的螺杆馬達總成示意圖。

圖5為本實用新型實施例6的近鑽頭隨鑽測量系統的防掉總成示意圖。

具體實施方式

下列非限制性實施例用於說明本實用新型。

實施例1：

參考圖1所示，一種近鑽頭隨鑽測量系統10，包括馬達系統20、測量傳輸系統6、無線接收系統5、無磁短接7。所述馬達系統20由外部殼體和內部轉動部分組成，所述無磁短接7設置在所述馬達系統20上方，且無磁短接7與馬達系統20之間直接連接或連接鑽具或短接，所述馬達系統20的內部轉動部分的內部設置有孔，所述測量傳輸系統6包括採集、測量數據的測量裝置61，將測量裝置61的數據發射給無線接收系統5的發射裝置64，將測量裝置61的數據傳輸給發射裝置64的傳輸裝置62，以及為測量裝置61和發射裝置64提供電能的電源裝置63，測量傳輸系統6的測量裝置61和傳輸裝置62設置在所述馬達系統20的內部轉動部分的孔內，其中測量裝置61設置在所述馬達系統20的下1/3位置以內，且距馬達系統20的下端面的距離在2米以內；測量傳輸系統6的發射裝置64設置在馬達系統20的內部轉動部分的上部並伸入無磁內腔中，測量傳輸系統6相對所述馬達系統20轉動部分固定，可隨轉動部分一起相對馬達系統20的外部殼體轉動；無線接收系統5的無線接收裝置51設置在無磁短接7內且相對無磁短接7固定，馬達系統20工作時，測量傳輸系統6相對無線接收系統5轉動，無線接收系統5的無線接收裝置51與測量傳輸系統6的發射裝置61通過無線傳輸的方式傳輸信號。

作為選擇，所述測量裝置61設置在距馬達系統20的下端面1.5米的距離以內。作為進一步優選，所述測量裝置61設置在距馬達系統20的下端面1米的距離以內。

作為選擇，所述馬達系統20為螺杆鑽具系統。作為選擇，螺杆鑽具系統的轉動部分至少包括傳動軸11，萬向軸22和螺杆馬達轉子32，所述測量裝置61設置於所述螺杆鑽具系統的傳動軸內部11，相對傳動軸11固定，可隨傳動軸11一起轉動。

作為選擇，所述發射裝置64設置於所述螺杆馬達轉子32的上部，相對螺杆馬達轉子32固定，可隨螺杆馬達轉子32一起轉動。

作為選擇，所述測量傳輸系統6的電源裝置63設置在所述馬達系統20的內部轉動部分的孔內，並位於測量裝置61與發射裝置64之間，相對更靠近發射裝置64，為測量裝置61及發射裝置64提供電能。

作為選擇，所述測量裝置61包括方位伽馬傳感器和井斜傳感器，所述方位伽馬傳感器採集方位伽馬數據，所述井斜傳感器測量井斜數據。

作為選擇，無磁短接7為無磁鑽鋌。當無磁短接7與馬達系統20之間直接連接時，測量傳輸系統6的發射裝置64伸入無磁鑽鋌內腔中。

實施例2：

一種近鑽頭隨鑽測量系統10，與實施例1基本相同，其區別在於：包括馬達系統20、測量傳輸系統6、無線接收系統5和無磁短接7。其中所述無磁短接7為無磁鑽鋌，所述馬達系統20為螺杆鑽具系統，如圖1所示，由傳動軸總成1、萬向軸總成2、馬達總成3和防掉總成4組成。其分別都帶有外殼和內部可旋轉部分，且各自的外殼通過螺紋依次連接組成馬達系統20的外部殼體，各自的內部可旋轉部分通過螺紋依次連接組成馬達系統20的內部轉動部分，可將內部轉動部分的內部設計為通孔，不僅為鑽頭傳遞破巖的動力同時還作為測量傳輸系統6的載體。無磁鑽鋌通過螺紋連接在馬達系統20的外部殼體上端。

實施例3：

本實施例與實施例1、2基本相同，其區別在於：如圖2所示是本近鑽頭隨鑽測量系統10中螺杆鑽具系統(馬達系統20)的傳動軸總成1，包括傳動軸11、軸承組12、傳動軸殼體13和支撐環14，其中傳動軸11上端通過螺紋與萬向軸總成2連接，下端通過螺紋與鑽頭連接，軸頸各部裝入軸承組12(徑向軸承和推力軸承組)，主要作用為鑽頭傳遞鑽壓、轉速和扭矩，內部通孔設置測量裝置61(井斜、方位伽馬測量短接)。傳動軸殼體13通過上端螺紋與萬向軸殼體24連接，為馬達系統20外部殼體的一部分，其主要作用為向下傳遞鑽壓並保護內部設備。軸承組12設置在傳動軸11與傳動軸殼體13之間，其主要作用為傳遞傳動軸總成1所受的徑向與軸向載荷，並保證傳動軸11扭矩的傳遞。支撐環14設置在傳動軸11的內孔中，靠近傳動軸11下端面，其作用是穩定測量裝置61(井斜、方位伽馬測量短接)，防止測量裝置61(井斜、方位伽馬測量短接)晃動或與傳動軸11發生碰撞。

實施例4：

本實施例與實施例1-3基本相同，其區別在於：如圖3所示是本近鑽頭隨鑽測量系統10中螺杆鑽具系統(馬達系統20)的萬向軸總成2，包括導流接頭21、撓軸22、轉子接頭23和萬向軸殼體24，其中導流接頭21位於萬向軸殼體24內，導流接頭21的下端與傳動軸11螺紋連接，其主要作用是向傳動軸11傳遞扭矩和轉速。導流接頭21的側壁上具有貫通至其內孔的泥漿通道，用以將泥漿導入傳動軸11的內孔中。撓軸22的上端與下端分別插接於所述轉子接頭23的下端和導流接頭21的上端並鉚接。其中導流接頭21、撓軸22和轉子接頭23均有互相貫通的通孔，其用來作為測量傳輸系統6的通道。萬向軸殼體24通過螺紋下端與傳動軸殼體13連接，上端與螺杆馬達定子31螺紋連接，作為馬達系統20外部殼體的一部分。萬向軸總成2的主要作用是將螺杆馬達轉子32的偏心運動轉化為同軸轉動，向下傳遞扭矩和轉速。並為測量傳輸系統6的傳輸裝置62提供通道和保護。

實施例5：

本實施例與實施例1-4基本相同，其區別在於：如圖4所示是本近鑽頭隨鑽測量系統10中螺杆鑽具系統(馬達系統20)的馬達總成3，包括螺杆馬達定子31和螺杆馬達轉子32，螺杆馬達定子31的下端與萬向軸殼體24的上端通過螺紋連接，上端通過螺紋與防掉總成4的防掉短節41相連，使螺杆馬達定子31成為馬達系統外部殼體的一部分。螺杆馬達定子31的內壁為具有一定空間幾何參數的橡膠襯套，使螺杆馬達定子31與位於其內的螺杆馬達轉子32組成馬達總成3。螺杆馬達轉子32具有一定空間幾何參數的螺旋曲面，與螺杆馬達定子31內壁的橡膠襯套形成共軛副，在鑽井液的驅動下，螺杆馬達轉子32在螺杆馬達定子31內作行星運動，以輸出轉速和扭矩。螺杆馬達轉子32通過螺紋下端與萬向軸總成2的轉子接頭23連接，使螺杆馬達轉子32可以通過轉子接頭23向撓軸22傳遞輸出轉速和扭矩。螺杆馬達轉子32的上端外徑與防掉總成4的防掉帽42螺紋連接，上端內徑與測量傳輸系統6的發射裝置64連接。螺杆馬達轉子32為中空結構，內部用來放置測量傳輸系統6的傳輸裝置62與電源裝置63。

實施例6：

本實施例與實施例1-5基本相同，其區別在於：如圖5所示是本近鑽頭隨鑽測量系統10中螺杆鑽具系統(馬達系統20)的防掉總成4,包括防掉短接41和防掉帽42。其中防掉短節41的下端通過螺紋與螺杆馬達定子31連接，上端通過螺紋與無磁鑽鋌7相連，從而組成馬達系統20的外部殼體部分。所述防掉短節41內腔中有測量傳輸系統6的發射裝置64，所以其材料和功能與無磁鑽鋌7相同。所述防掉帽42中心具有軸向貫穿的通孔，下端通過螺紋與螺杆馬達轉子32連接，從而組成馬達系統20的內部轉動部分。防掉帽42的上端外壁設有凸緣，防掉短接41的下端內壁設有限位臺肩，防掉帽42的凸緣外徑大於防掉短接41限位臺肩的內徑，當下部殼體斷裂時，凸緣卡接於限位臺肩處以軸向限位，能夠提出下部鑽具。

實施例7：

本實施例與實施例1-6基本相同，其區別在於：如圖1所示本近鑽頭隨鑽測量系統10中的測量傳輸系統6由測量裝置61、傳輸裝置62、電源裝置63和發射裝置64組成。其中測量裝置61為井斜/方位伽馬測量短節，設置在所述螺杆鑽具系統(馬達系統20)傳動軸11內，且距螺杆鑽具系統下端面的距離在1米以內。測量裝置61(井斜/方位伽馬測量短接)包括方位伽馬傳感器、方位伽馬電路模塊、井斜傳感器、井斜電路模塊、探管，其中探管設置在傳動軸11內的支撐環14上並與其相對固定。探管下部為實孔，上端與傳輸裝置62通過螺紋連接，以保護內部傳感器及電路模塊並作為測量裝置61(井斜/方位伽馬測量短接)的電源接口。方位伽馬傳感器、方位伽馬電路模塊、井斜傳感器和井斜電路模塊依次設置在探管內，方位伽馬傳感器是測量地層自然伽馬的傳感器，其採集的數據傳至方位伽馬電路模塊進行處理；方位伽馬電路模塊由各種電子元件和電路板組成，主要處理方位伽馬傳感器採集的地層方位伽馬數據；井斜傳感器及井斜電路模塊用於測量並計算井斜數據，其中井斜傳感器測量的井斜數據，包括井斜角和井斜方位角。

測量傳輸系統6的發射裝置64設置在螺杆鑽具系統的螺杆馬達轉子32的上部,並從防掉帽42中間的通孔穿過伸入防掉總成4的防掉短接41的內腔中，其下端通過螺紋與電源裝置63連接，用於將近鑽頭測量的井斜數據、方位伽馬數據向上部無線傳輸至無線接收系統5的接收裝置51；

測量傳輸系統6的傳輸裝置62下端與探管通過螺紋連接，上端與電源裝置63通過螺紋連接，並為測量數據信息的傳輸和測量傳輸系統6電能的傳輸提供通道；測量傳輸系統6位於傳動軸總成1、萬向軸總成2和馬達總成3的內部轉動部分的通孔中，相對所述馬達系統20轉動部分固定，可隨轉動部分一起相對馬達系統20的外部殼體轉動；

測量傳輸系統6的電源裝置63下端與傳輸裝置62螺紋連接，上端與發射裝置64通過螺紋連接，相對更靠近發射裝置64，為測量裝置61及發射裝置64提供電能；

實施例8：

本實施例與實施例1-7基本相同，其區別在於：如圖1所示本近鑽頭隨鑽測量系統10中的無磁短接7(無磁鑽鋌)設置在防掉總成4與上部連接鑽柱之間，下部與防掉總成4的防掉短接41螺紋連接，上部與鑽柱螺紋連接。所述測量傳輸系統6的發射裝置64與無線接收系統5的接收裝置51都設置在無磁鑽鋌7內，但防掉總成4的防掉短接41可以不用無磁材料。

實施例9：

本實施例與實施例1-7基本相同，其區別在於：本近鑽頭隨鑽測量系統10中的無磁短接7(無磁鑽鋌)設置在馬達系統20與上部連接鑽柱之間(沒有防掉總成4)，下部與馬達總成3的螺杆馬達定子31螺紋連接，上部與鑽柱螺紋連接。所述測量傳輸系統6的發射裝置64與無線接收系統5的接收裝置51都設置在無磁鑽鋌7內。

實施例10：

本實施例與實施例1-9基本相同，其區別在於：如圖1所示本近鑽頭隨鑽測量系統10中的無線接收系統5的無線接收裝置51設置在與防掉總成4上部相連接的無磁鑽鋌7內且相對無磁鑽鋌7固定，馬達系統20工作時，測量傳輸系統6相對無線接收裝置51轉動，無線接收系統5的無線接收裝置51與測量傳輸系統6的發射裝置61通過無線傳輸的方式傳輸信號。無線接收裝置51會將接收的測量數據信息傳輸到地面。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。