一種不起鑽可更換式電磁波無線隨鑽測量系統的製作方法
2023-06-05 06:21:16
專利名稱：一種不起鑽可更換式電磁波無線隨鑽測量系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種通過電磁波傳遞井下信號的無線隨鑽測量系統，尤其涉及ー種在不起鑽條件下可進行更換的電磁波無線隨鑽測量系統。
背景技術：
電磁無線隨鑽測量(EM-MWD)是20世紀80年 代進入エ業化應用的ー項新技術，受鑽井液的影響小，不僅可以用於泥漿鑽井，而且可以用於泡沫、空氣鑽井。在目前應用中，電磁波無線隨鑽測量系統的測量發射裝置通常固定在靠近鑽頭的位置，採用電池筒的供電模式，而電池筒的電源容量是有限的，易耗盡，更換電池筒必須起、下鑽。若對深井中的電池筒更換，則需耗費更長的時間進行起、下鑽作業。此外，當儀器出現故障時，也需要進行起鑽作業將儀器移至地面來維修。上述問題的處理，都將延長鑽井周期，降低鑽井效率，增加鑽井成本。
發明內容
本發明所要解決的是更換電池筒或維修儀器需要起鑽的問題，進而提供一種在不起鑽條件下，通過繩索打撈方式，將井下電磁波無線隨鑽測量裝置提出地面，在地面更換或維修後，再將裝置投放至鑽柱內的適當位置固定的ー種不起鑽可更換式電磁波無線隨鑽測量系統。為了達到上述目的，本發明採用如下措施來實現，提供ー種不起鑽可更換式電磁波無線隨鑽測量系統，包括鑽柱單元、井下測量發射單元、信號接收單元、定位與緩衝單元、引線單元及打撈鎖定単元；
所述的鑽柱単元包含有從鑽頭往上依次連接的下部鑽柱、定向接頭、無磁鑽具、絕緣短節、彈卡鉗懸掛短節和上部鑽柱；
所述的井下測量發射單元採用分體式組合結構或整體式結構；所述的分體式組合結構的井下測量發射單元由置於無磁鑽具內的測量電源短節、測量短節、發射電源短節和發射短節組成，各相鄰短節之間通過螺紋密閉連接；所述測量電源短節和發射電源短節分別為測量短節和發射短節提供能源動力，測量短節內安裝有測量器件，發射短節內安裝有發射器件；所述的整體式結構的井下測量發射單元由置於無磁鑽具內的電源短節和測量發射短節組成，所述的測量發射短節內有裝成整體結構的測量器件和發射器件，電源短節連接測量發射短節並為其內的測量器件與發射器件提供能源動カ；
所述的信號接收單元由設在地面的接收裝置和接地電極組成，接收裝置通過地面電纜一極與井架相連，另ー極與接地電極相連，接地電極深插入地面；
所述的定位與緩衝單元由導向頭、減振器及徑向緩衝器組成，所述導向頭的上端與減振器的活動端連接，所述的減振器包含減振器活動端、推移杆、彈簧、活塞及減振器固定端，所述推移杆一端固定在減振器固定端上，另一端固定有活塞，推移杆外設有彈簧；減振器的固定端上端與測量電源短節或電源短節相連；所述的徑向緩衝器的下端與發射短節或測量發射短節連接；
所述引線単元由連杆接頭、連杆和電纜組成，連杆接頭下端與徑向緩衝器的母扣端相連，連杆接頭上端設有連杆，電纜從發射短節或測量發射短節的發射器件的激勵源引出，穿過徑向緩衝器、連杆接頭和連杆，與打撈鎖定単元的彈卡鉗相連；
所述的打撈鎖定単元包含撈矛頭、連接筒、小彈簧、張簧、彈卡鉗和第一、第二圓柱銷，所述的連接筒上部伸入在上部鑽柱內，下部通過對張簧施壓使彈卡鉗卡入彈卡鉗懸掛短節的凹槽內；所述的撈矛頭安裝在連接筒上部，連接筒內上腔為緩衝室，緩衝室內設有兩端固 定、軸向可伸縮的小彈簧，在緩衝室的下部設有水眼；所述的緩衝室下部與還張簧相連 』張簧中心設有第二圓柱銷，第二圓柱銷能在兩端為弧形的槽內移動，用以控制張簧的開合；所述的彈卡鉗上端與張簧鉸鏈，彈卡鉗下端設有第一圓柱銷，彈卡鉗下端還與連杆及電纜相接。本發明所述的導向頭近鑽頭的一端外徑較另一端的細，在粗與細外徑端相接處設有導向定向槽，同時鑽柱單元中的定向接頭的內部設有與所述的導向定向槽相匹配的導向定向鍵，導向頭的下部還設有水眼。本發明所述的減振器固定端設有連接發射電源短節或電源短節的母扣；所述減振器活動端設有連接導向頭的公扣，減振器活動端內部為臺階孔。本發明所述的徑向緩衝器呈圓筒狀，圓筒的兩端分別為含公扣的公扣端及含母扣的母扣端，圓筒的中心通孔作為電纜連接通道，圓筒的中間段間隔一定距離沿三個不同的方向均勻地設有徑向緩衝膠棒。本發明所述的引線單元的連杆的內外表面及端面塗有絕緣的硬膠。本發明的技術與現有技術相比具有以下有益效果
I、本發明的電磁波無線隨鑽測量系統可在不起鑽的情況下，只通過打撈把需要更換或維修的井下裝置提到地面上，方便裝置更換與維修，且本發明對井下裝置的打撈和重新固定的操作過程簡單、安全可靠。2、本發明的電磁波無線隨鑽測量系統在深井中應用時，可定期對於井下裝置進行打撈更換，能有效地避免高溫對裝置內器件的影響，使得測量數據更為準確。3、本發明的電磁波無線隨鑽測量系統由於不需起下鑽便可更換井下裝置，可節省大量的起、下鑽所耗費的能源和鑽井成本，同時縮短了鑽井周期，提高了鑽井效率。
圖I為本發明採用分體式的結構的測量發射單元的不起鑽可更換式電磁波無線隨鑽測量系統的結構示意圖。圖2為本發明採用整體式的結構的測量發射單元的不起鑽可更換式電磁波無線隨鑽測量系統的結構示意圖。圖3為本發明的圖I中彈卡鉗懸掛短節內部結構放大示意圖。圖4為本發明的隨鑽測量系統的減振器的結構示意圖。圖5為本發明的隨鑽測量系統的徑向緩衝器的結構示意圖。上述圖中1_井架；2_地面電纜；3_接收裝置；4_接地電極；5_井壁；6_上部鑽柱；7_撈矛頭；8_緩衝室；9_彈卡鉗；10-彈卡鉗懸掛短節；11-絕緣短節；12-徑向緩衝膠棒；13-無磁鑽具；14-定向接頭；15_下部鑽柱；16_鑽頭；17_水眼；18_導向頭；19_減震器活動端；20_彈簧；21_推移杆；22_減振器固定端；23_測量電源短節；24_測量短節；25-發射電源短節；26_發射短節；27_徑向緩衝器；28_連杆接頭；29_電纜；30_連杆；31-第一圓柱銷；32_第二圓柱銷；33_張簧；34_連接筒；35_電源短節；36_測量發射短節；37-推移通道；38_活塞；39_母扣端；40_電纜連接通道；41_公扣端；42彈卡鉗懸掛短節上的凹槽。
具體實施方式
下面結合附圖以具體實施例對本發明作進ー步說明。實施例I :本發明提供一種採用分體式的結構的測量發射單元的不起鑽可更換式電磁波無線隨鑽測量系統，其結構如圖I所示，包括鑽柱單元、井下測量發射單元、信號接收單元、定位與緩衝單元、引線單元及打撈鎖定単元；所述的鑽柱單元以管柱的形式結合鑽頭在井壁5內鑽進，鑽柱単元從鑽頭16往上包含有依次連接的下部鑽柱15、定向接頭14、無磁鑽具13、絕緣短節11、彈卡鉗懸掛短節10和上部鑽柱6。所述分體式結構的井下測量發射單元，由置於無磁鑽具13內的測量電源短節23、測量短節24、發射電源短節25和發射短節26組成，所述測量電源短節23和發射電源短節25分別為測量短節24和發射短節26提供能源動力，各相鄰短節之間通過螺紋密閉連接。所述的信號接收單元由設在地面的接收裝置3和接地電極4組成，接收裝置通過地面電纜2 —極與井架I相連，另ー極與接地電極4相連，接地電極4深插入地面。所述的定位與緩衝單元由導向頭18、減振器及徑向緩衝器27組成，所述導向頭18靠近鑽頭16的一端外徑較另一端的細，為了便於儀器在井下正確定位，較粗外徑端與較細外徑端的相接處設有導向定向槽，同時鑽柱単元中的定向接頭14的內部設計有與所述導向定向槽相匹配的導向定向鍵，導向頭18的下部還設有水眼17,導向頭18的上端與減振器活動端19連接。參見圖4，所述的減振器包含減振器活動端19、彈簧20、推移杆21、活塞38及減振器固定端22,所述推移杆21 —端固定在減振器固定端22上,另一端固定有活塞38,推移杆21外設有彈簧20，推移杆推動活塞38在減振器活動端19內腔的推移通道37內運動；所述的減振器的固定端22上端設有用來連接與測量電源短節23相連的母扣；減振器活動端19設有用來連接導向頭18的公扣，減振器活動端19的內部為臺階孔，靠近導向頭18端的臺階孔的孔道較大，活塞38的尺寸與推移通道37較大孔的尺寸相匹配。當往鑽柱內投放測量發射裝置吋，導向頭18撞擊定向接頭14，通過減振器中彈簧20的弾力及活塞38對鑽井液通過水眼17擠出導向頭18形成的反推力來消弱因撞擊對儀器造成的損害。所述徑向緩衝器27通過其下端母扣端39與發射短節26連接。參見圖5，所述的徑向緩衝器27呈圓筒狀，圓筒的兩端分別為含公扣的公扣端41及含母扣的母扣端39，圓筒的中心通孔作為電纜連接通道40，圓筒的中間段間隔一定距離沿三個不同的方向均勻的設有徑向緩衝膠棒12，徑向緩衝膠棒有利於儀器居中及減小與所經過的鑽柱內壁之間的磨蝕作用。所述引線単元由連杆接頭28、連杆30和電纜29組成，連杆接頭28下端與徑向緩衝器27的公扣端41相連，連杆接頭28上端設有連杆30，電纜29從發射短節26的激勵源引出，穿過徑向緩衝器27的電纜連接通道40、連杆接頭28與連杆30內腔的電纜連接通道40與彈卡鉗9相連。所述的連杆30的內外表面及端面均塗有絕緣的硬膠，保證電纜在連接的過程中，井下測量發射單元與打撈鎖定単元彼此絕緣。參見圖3，所述的打撈鎖定単元包含撈矛頭7、連接筒34、小彈簧、張簧33、彈卡鉗9和第一圓柱銷31、第二圓柱銷32，所述的連接筒34上部伸入在上部鑽柱6內，連接筒34下部通過對張簧33施壓使彈卡鉗9卡入彈卡鉗懸掛短節上的凹槽42內；所述的撈矛頭7安裝在連接筒34的上部，連接筒內上腔為緩衝室8，緩衝室內設有兩端固定、軸向可伸縮的小彈簧，在緩衝室的下部設有水眼；所 述的緩衝室下部與張簧33相連；張簧33中心設有第二圓柱銷32，第二圓柱銷32能在兩端為弧形的槽內移動，用以控制張簧33的開合，使得彈卡鉗9能固定或脫離彈卡鉗懸掛短節上的凹槽42 ;所述的彈卡鉗9上端與張簧33鉸鏈，下端固定在第一圓柱銷31上，彈卡鉗9下端還與連杆30及電纜29相接。本發明的不起鑽可更換式電磁波無線隨鑽測量系統，由於採用了分體式結構的測量發射單元，其工作吋，由測量短節24採集和編碼井下地層測量信息，並傳遞給發射短節26 ;發射短節26的激勵源的ー極向下傳遞，通過導向頭18與定向接頭14相連，另ー極通過電纜29穿過徑向緩衝器27、連杆接頭28、連杆30與彈卡鉗9相連，發射短節26的激勵源以絕緣短節11為阻隔，在發射短節26、電纜29、彈卡鉗9、絕緣短節以上的鑽柱、地層、絕緣短節以下的鑽柱、導向頭18、減振器、測量電源短節23、測量短節24、發射電源短節25中形成電流迴路，圍繞電流迴路產生的磁場以電磁波的形式傳遞井下信息，信號接收單元中的接收裝置3通過測定接地電極4與井架I之間的電位差來接收電磁波信號，並由接收裝置處理與顯示井底測量所得的信息。本發明不起鑽可更換式電磁波無線隨鑽測量系統，在使用中需要更換電池筒及維修儀器時，不需要起鑽，只需要對井下電磁波無線隨鑽裝置進行打撈。打撈時按常規下放類似繩索取芯用的打撈工具，當打撈工具撞擊撈矛頭7，將撈矛頭7套住鎖紫，上提吋，張簧33由於受到向上的拉力作用，使得彈卡鉗9的外徑收縮，進而脫離彈卡鉗懸掛短節上的凹槽42的鎖卡，同吋，導向頭18也脫離定位接頭14離開井底，最終可將電磁波無線隨鑽裝置打撈出井。對電磁波無線隨鑽裝置的電池筒或對器件完成更換，或對器件完成維修後，將裝置重新投入井內，利用裝置自身重力或者泵的循環衝擊力，將裝置帶入井底，減振器配合導向頭18將裝置的下端固定並減弱撞擊對裝置造成的損害，打撈鎖定単元受到鑽井液的衝擊，迫使張簧33將彈卡鉗9撐開，有利於彈卡鉗9固定在卡鉗懸掛短節上的凹槽42內，完成裝置的重新固定。整個打撈和重新固定的操作過程簡單、安全可靠。實施例2 :本發明提供一種採用整體式的結構的測量發射單元的不起鑽可更換式電磁波無線隨鑽測量系統，其結構如圖2所示，整體式結構的測量發射單元由置於無磁鑽具13內的電源短節35和測量發射短節36組成，所述的測量發射短節36內有安裝成整體結構的測量器件和發射器件，電源短節35連接測量發射短節並為其內的測量器件與發射器件提供能源動カ；兩短節之間通過螺紋密閉連接；其他的結構，如鑽柱單元、信號接收單元、定位與緩衝單元、引線單元及打撈鎖定單元結構均同實施例I。本發明的不起鑽可更換式電磁波無線隨鑽測量系統工作時，測量發射單元中的測量發射短節36通過其中的測量器件採集和編碼井下地層測量信息，並傳遞給測量發射短節中的發射器件；發射器件的激勵源的ー極向下傳遞，通過導向頭18與定向接頭14相連，另ー極通過電纜29穿過徑向緩衝器27、連杆接頭28、連杆30與彈卡鉗9相連，發射器件的激勵源以絕緣短節11為阻隔，在測量發射短節36、電纜29、彈卡鉗9、絕緣短節以上的鑽柱、地層、絕緣短節以下的鑽柱、導向頭18、減振器、電源短節25中形成電流迴路，圍繞電流迴路產生的磁場以電磁波的形式傳遞井下信息，信號接收單元中的接收裝置3通過測定接地電極4與井架I之間的電位差來接收電磁波信號，並由接收裝置處理與顯示井底測量所得的信息。
本電磁波無線隨鑽測量系統的打撈上提和重新下井固定安裝的操作過程均與實施例I相同。
權利要求
1.一種不起鑽可更換式電磁波無線隨鑽測量系統，包括鑽柱單元、井下測量發射單元、信號接收單元、定位與緩衝單元、引線單元及打撈鎖定單元；其特徵在於 所述的鑽柱單元包含有從鑽頭往上依次連接的下部鑽柱、定向接頭、無磁鑽具、絕緣短節、彈卡鉗懸掛短節和上部鑽柱； 所述的井下測量發射單元採用分體式組合結構或整體式結構；所述的分體式組合結構的井下測量發射單元由置於無磁鑽具內的測量電源短節、測量短節、發射電源短節和發射短節組成，各相鄰短節之間通過螺紋密閉連接；所述測量電源短節和發射電源短節分別為測量短節和發射短節提供能源動力，測量短節內安裝有測量器件，發射短節內安裝有發射器件；所述的整體式結構的井下測量發射單元由置於無磁鑽具內的電源短節和測量發射短節組成，所述的測量發射短節內有裝成整體結構的測量器件和發射器件，電源短節連接測量發射短節並為其內的測量器件與發射器件提供能源動力； 所述的信號接收單元由設在地面的接收裝置和接地電極組成，接收裝置通過地面電纜一極與井架相連，另一極與接地電極相連，接地電極深插入地面； 所述的定位與緩衝單元由導向頭、減振器及徑向緩衝器組成，所述導向頭的上端與減振器的活動端連接，所述的減振器包含減振器活動端、推移杆、彈簧、活塞及減振器固定端，所述推移杆一端固定在減振器固定端上，另一端固定有活塞，推移杆外設有彈簧；減振器的固定端上端與測量電源短節或電源短節相連；所述的徑向緩衝器的下端與發射短節或測量發射短節連接； 所述引線單元由連杆接頭、連杆和電纜組成，連杆接頭下端與徑向緩衝器的母扣端相連，連杆接頭上端設有連杆，電纜從發射短節或測量發射短節的發射器件的激勵源引出，穿過徑向緩衝器、連杆接頭和連杆，與打撈鎖定單元的彈卡鉗相連； 所述的打撈鎖定單元包含撈矛頭、連接筒、小彈簧、張簧、彈卡鉗和第一、第二圓柱銷，所述的連接筒上部伸入在上部鑽柱內，下部通過對張簧施壓使彈卡鉗卡入彈卡鉗懸掛短節的凹槽內；所述的撈矛頭安裝在連接筒上部，連接筒內上腔為緩衝室，緩衝室內設有兩端固定、軸向可伸縮的小彈簧，在緩衝室的下部設有水眼；所述的緩衝室下部與還張簧相連 』張簧中心設有第二圓柱銷，第二圓柱銷能在兩端為弧形的槽內移動，用以控制張簧的開合；所述的彈卡鉗上端與張簧鉸鏈，彈卡鉗下端設有第一圓柱銷，彈卡鉗下端還與連杆及電纜相接。
2.根據權利要求I所述的一種不起鑽可更換式電磁波無線隨鑽測量系統，其特徵在於所述的導向頭近鑽頭的一端外徑較另一端的細，在粗與細外徑端相接處設有導向定向槽，同時鑽柱單元中的定向接頭的內部設有與所述的導向定向槽相匹配的導向定向鍵，導向頭的下部還設有水眼。
3.根據權利要求I所述的一種不起鑽可更換式電磁波無線隨鑽測量系統，其特徵在於所述的減振器固定端設有連接發射電源短節或電源短節的母扣；所述減振器活動端設有連接導向頭的公扣，減振器活動端內部為臺階孔。
4.根據權利要求I所述的一種不起鑽可更換式電磁波無線隨鑽測量系統，其特徵在於所述的徑向緩衝器呈圓筒狀，圓筒的兩端分別為含公扣的公扣端及含母扣的母扣端，圓筒的中心通孔作為電纜連接通道，圓筒的中間段間隔一定距離沿三個不同的方向均勻地設有徑向緩衝膠棒。
5.根據權利要求I所述的一種不起鑽可更換式電磁波無線隨鑽測量系統，其特徵在於所述的引線單元的連杆的內外表面及端面塗有絕緣的硬膠。
全文摘要
本發明涉及一種不起鑽可更換式電磁波無線隨鑽測量系統，包括鑽柱單元、井下測量發射單元、信號接收單元、定位與緩衝單元、引線單元及打撈鎖定單元；由井下測量發射單元中的測量器件採集和編碼信息並傳遞給發射器件，發射器件以電磁波的形式傳遞信息，信號接收單元中的接收裝置接收、處理信息。本發明使用中需更換或維修井下裝置時，不起鑽只需打撈裝置。由打撈工具撞擊撈矛頭，將撈矛頭鎖緊上提，張簧上拉使彈卡鉗收縮脫離彈卡鉗懸掛短節上的凹槽，導向頭也脫離定位接頭，裝置被打撈出井。完成更換或維修後將裝置投入井中，由自重或泵的衝擊力將裝置帶入井底，減振器配合導向頭將裝置重新固定。本發明的打撈脫開和重新固定的操作簡單、安全可靠。
文檔編號E21B47/13GK102661145SQ20121014507
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月11日 優先權日2012年5月11日
發明者付信信, 徐林, 汪焱生, 邵春, 陳鵬飛 申請人:中國地質大學(武漢)