專利名稱：井下工程參數隨鉆測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于石油天然氣鉆井時使用的工具，具體涉及一種石油天然氣鉆井井下工程參數隨鉆測量裝置。
背景技術：
在石油天然氣鉆井工作中，無論是鉆定向井、水平井，或是直井，為了更好地控制鉆井，地面工程技術人員需要更好的了解井下的工程參數——鉆壓、扭矩、彎曲應力、鉆柱內壓力及環空壓力等。目前國內外鉆井施工過程中，獲取鉆壓、扭矩、彎曲應力、鉆柱內壓力及環空壓力等井下工程參數的方法可分為地面(或近井口)間接獲取、井下直接獲取兩種，其中間接獲取的方法由于成本低而最為常用。對鉆壓的測量和了解主要是利用地面指重表，但地面測量的數據不能真實的反應作用在鉆頭上的鉆壓；對扭矩的測量，是在井口裝置或電機軸上進行，更不是鉆頭處的作用扭矩；對環空壓力、彎曲應力等工程參數，地面更是無法了解。隨著現代電子測量技術的發展，各種傳感器和數據處理裝置已經能夠從井下惡劣的環境中獲取數據并處理。將傳感器和數據處理裝置盡量靠近鉆頭，就可實現鉆壓、扭矩、彎曲應力、鉆柱內壓力及環空壓力的測量。

發明內容
針對上述問題，本發明的目的在于提供一種在入井后能夠平穩測量鉆壓、扭矩、鉆柱內壓力及環空壓力的井下工程參數隨鉆測量裝置。它在入井后，不僅可以記錄、存儲鉆壓數值，而且可以與井下脈沖發生器合用將測量數據直接傳輸到地面。使地面工程技術人員及時了解和掌握地下鉆具的實際工作狀況。并且，該測量裝置結構簡單，制造成本不高，工作壽命長，有利于提高鉆井技術水平。為了達到上述目的和要求，本發明采用以下技術方案一種井下工程參數隨鉆測量裝置，屬于隨鉆測量儀的一部分，其特征在于包括一帶有中空腔的測試主軸，在測試主軸上固定有電阻應變片、測量電路板及環空壓力傳感器、管內壓力傳感器；所述電阻應變片有多片，組成多個電橋與所述測量電路板連接，所述環空壓力傳感器、管內壓力傳感器與相應的儲油裝置連通感受油壓變化，并與所述測量電路板連接；兩所述儲油裝置均有壓力感應薄膜，與所述環空壓力傳感器相應的儲油裝置上，壓力感應薄膜露于測試主軸外的環空管柱中，與所述管內壓力傳感器相應的儲油裝置上，壓力感應薄膜露于測試主軸的中空腔內；在所述測試主軸的中空腔內，設置有扶正管，扶正管內放置有電池筒，沿所述測試主軸徑向設置一空心螺釘，導線穿過空心螺釘一端連接所述測量電路板，另一端連接所述電池筒；亦沿所述測試主軸徑向設置一電源開關，一端與所述電池筒觸發接通，另一端通過導線與測量電路板連接；所述測量電路板與上位機相連。上述測試主軸外由保護殼體保護，包括哈弗保護半殼和保護外殼，依次套設在測試主軸的外部。
在測試主軸某一段外緣銑扁，扁部固定有電阻應變片、測量電路板及環空壓力傳感器、管內壓力傳感器。上述環空壓力傳感器、管內壓力傳感器上有一個油壓感應孔，通過油路與儲油裝置相連。上述測試主軸內壁與扶正管之間支撐有翼型扶正器；測試主軸兩端連接上接頭和下接頭，并由卡簧鎖定其軸向位置。一般地，空心螺釘、電源開關穿過扶正器。上述電源開關包括一固定在測試主軸上的開關外殼，開關外殼里裝一撥轉軸，與開關外殼沿徑向嵌裝；撥轉軸的頂端銑削一臺階，觸發開關一端緊鄰電池，另一端位于臺階上，當撥轉軸旋轉時，碰觸觸發開關與電池接通。本裝置可通過專用連接裝置與泥漿脈沖發生器連接，經泥漿脈沖發生器將測量信號發送到地面。本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點1、本發明在一測試主軸內外安裝測量部件，無自運動部件，直接反映鉆頭和鉆具工作狀況；2、本發明測試主軸上安裝應變片，本體可以傳遞正常鉆井使用的鉆壓、扭矩載荷，利用應變片組成電橋隨鉆測量鉆壓、扭矩，數據可靠，準確性高；3、本發明在測試主軸內部裝配有兩個壓力傳感器，一個壓力傳感器的測試端連通保護殼體的外部，以測量井下環空壓力；另外一個壓力傳感器的測試端連通測試主軸內部，以測量鉆柱內部的壓力。泥漿壓力通過儲油裝置的液壓油將壓力的變化傳到壓力傳感器，經連接導線將信號傳遞到測量電路板，進行記錄、存儲或發送到上傳裝置；4、本發明依靠測量電路板不僅可以記錄、存儲數據，還可以上傳數據；5、本發明結構簡單，入井后工作可靠，使用壽命長。


圖1是本發明裝置的結構軸剖圖。圖2是安裝環空壓力傳感器的剖面構造圖。圖3是安裝管內壓力傳感器的剖面構造圖。圖4是粘貼電阻應變片組成多個電橋，及安裝空心螺釘的剖面構造圖。圖5是安裝電源開關的剖面構造圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。本發明主要由測試主軸、保護殼體、扶正管、測量處理電路、壓力傳感器、電阻應變片等組成，通過測試主軸上安裝的壓力傳感器、電阻應變片，實時地向測量處理電路傳遞信號，解讀當前測試主軸的受力狀態，并由測量處理電路記錄、解讀、存儲、上傳測試信息。具體講，如圖1所示，測試主軸1的某一段外緣銑扁，依次套設兩片哈弗(ha]f)保護半殼2和一保護外殼3作為保護。由于測試主軸1外側銑扁，所以使得它與哈弗保護半殼2之間留有空隙，在空隙內，安裝有環空壓力傳感器4，以及相應配套的儲油裝置5 ；還安裝有管內壓力傳感器6，以及相應配套的儲油裝置7 ；還安裝有測量電路板8。如圖1、2所示，環空壓力傳感器4安裝在空隙中，它有一個油壓感應孔41，通過油路42與儲油裝置5相連，儲油裝置5上安裝有壓力感應薄膜51，露于環空管柱中，當環空壓力發生變化時，壓力感應薄膜51產生變化，帶動儲油裝置5內液壓變化，油路42將液壓變化傳遞到環空壓力傳感器4，由此測得環空壓力。環空壓力傳感器4與測量電路板8相連，將測得信號傳遞給測量系統。如圖3所示，管內壓力傳感器6與儲油裝置7的工作原理同環空壓力傳感器，只不過是儲油裝置7的壓力感應薄膜71露于測試主軸1的中空腔內，用于測試管內壓力。如圖4所示，測試主軸1的扁平面上還粘貼有若干個電阻應變片9，若干個應變片組成多個電橋，與測量電路板8連接，進行記錄、存儲與發送信號到上傳裝置。如圖1所示，測試主軸1軸心處開設有中空腔，內裝扶正管10和扶正器11，翼型扶正器11支撐在測試主軸1與扶正管10之間，起到徑向減震及限位的作用；扶正管10兩端螺紋連接上接頭12和下接頭13，并由卡簧14鎖定其軸向位置。在扶正管10內裝有電池筒15。一空心螺釘16穿過測試主軸1側壁，作為導線的連接通道，導線穿過空心螺釘16，一端連接測量電路板8，另一端連接電池筒15。若空心螺釘16同時穿過一扶正器11，將對此扶正器起到軸向限位的作用。同時，一電源開關17也穿過測試主軸1側壁，作為電池筒15的通電開關，其原理類似于手電筒。如圖5所示，電源開關17包括一沿徑向固定在測試主軸1上的開關外殼171，開關外殼171里裝一撥轉軸172，撥轉軸172與開關外殼171沿徑向嵌裝以防撥轉軸172脫出。撥轉軸172的頂端銑削有一臺階，觸發開關173的撥鈕端位于臺階上，觸發端緊鄰電池。當撥轉軸172旋轉時，轉過臺階處時就會碰觸撥鈕端，撥鈕端帶動觸發端與電池導通。電源開關17的另一接線端與測量電路板8相連。若電源開關17同時穿過一扶正器11，將對此扶正器起到軸向限位的作用。具體實施時，在測試主軸1加工完成后，進行如下一些裝配操作1)將電阻應變片9粘貼在測試主軸1外緣的銑削平面上，組成多個測量電橋，將測量電路板8也固定在測試主軸1的銑削平面上，利用導線將電阻應變片9與測量電路板8連接；2)預先將電池筒15固定到扶正管10內部，電池筒上導線預留，將扶正器11固定到扶正管10外部，然后利用上、下接頭封堵扶正管兩端，放入到測試主軸1內部，由卡簧14鎖定內部零件的軸向位置；3)裝配好空心螺釘16，利用導線將電池筒15與測量電路板8連接；4)裝配好電源開關17，利用導線將電源開關17與測量電路板8連接；5)安裝環空壓力傳感器4、管內壓力傳感器6和相應的儲油裝置5、7，并將各傳感器與測量電路板8連接；6)以上部件都裝配好后，再裝配哈弗保護半殼2、保護外殼3 ；最后將整個裝置連接到鉆柱中，下入井內，即可以進行隨鉆參數測量；測量電路板8與上位機相連可進行數據上傳。上述實施例僅用于說明本發明，其中各部件的結構、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本發明技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發明的保護范圍之外。
權利要求
1.一種井下工程參數隨鉆測量裝置，屬于隨鉆測量儀的一部分，其特征在于包括一帶有中空腔的測試主軸，在測試主軸上固定有電阻應變片、測量電路板及環空壓力傳感器、管內壓力傳感器；所述電阻應變片有多片，組成多個電橋與所述測量電路板連接，所述環空壓力傳感器、管內壓力傳感器與相應的儲油裝置連通感受油壓變化，并與所述測量電路板連接；兩所述儲油裝置均有壓力感應薄膜，與所述環空壓力傳感器相應的儲油裝置上，壓力感應薄膜露于測試主軸外的環空管柱中，與所述管內壓力傳感器相應的儲油裝置上，壓力感應薄膜露于測試主軸的中空腔內；在所述測試主軸的中空腔內，設置有扶正管，扶正管內放置有電池筒，沿所述測試主軸徑向設置一空心螺釘，導線穿過空心螺釘一端連接所述測量電路板，另一端連接所述電池筒；亦沿所述測試主軸徑向設置一電源開關，一端與所述電池筒觸發接通，另一端通過導線與測量電路板連接；所述測量電路板與上位機相連。
2.如權利要求1所述的井下工程參數隨鉆測量裝置，其特征在于所述測試主軸外由保護殼體保護，在測試主軸某一段外緣銑扁，扁部固定有電阻應變片、測量電路板及環空壓力傳感器、管內壓力傳感器。
3.如權利要求2所述的井下工程參數隨鉆測量裝置，其特征在于所述保護殼體有哈弗保護半殼和保護外殼，依次套設在測試主軸的外部。
4.如權利要求1或2或3所述的井下工程參數隨鉆測量裝置，其特征在于所述環空壓力傳感器、管內壓力傳感器上有一個油壓感應孔，通過油路與儲油裝置相連。
5.如權利要求1或2或3所述的井下工程參數隨鉆測量裝置，其特征在于所述測試主軸內壁與扶正管之間支撐有翼型扶正器；所述測試主軸兩端連接上接頭和下接頭，并由卡簧鎖定其軸向位置。
6.如權利要求5所述的井下工程參數隨鉆測量裝置，其特征在于所述空心螺釘、電源開關穿過扶正器。
7.如權利要求1或2或3或6所述的井下工程參數隨鉆測量裝置，其特征在于所述電源開關包括一固定在測試主軸上的開關外殼，開關外殼里裝一撥轉軸，與開關外殼沿徑向嵌裝；撥轉軸的頂端銑削一臺階，觸發開關一端緊鄰電池，另一端位于臺階上，當撥轉軸旋轉時，碰觸觸發開關與電池接通。
8.如權利要求4所述的井下工程參數隨鉆測量裝置，其特征在于所述電源開關包括一固定在測試主軸上的開關外殼，開關外殼里裝一撥轉軸，與開關外殼沿徑向嵌裝；撥轉軸的頂端銑削一臺階，觸發開關一端緊鄰電池，另一端位于臺階上，當撥轉軸旋轉時，碰觸觸發開關與電池接通。
9.如權利要求5所述的井下工程參數隨鉆測量裝置，其特征在于所述電源開關包括一固定在測試主軸上的開關外殼，開關外殼里裝一撥轉軸，與開關外殼沿徑向嵌裝；撥轉軸的頂端銑削一臺階，觸發開關一端緊鄰電池，另一端位于臺階上，當撥轉軸旋轉時，碰觸觸發開關與電池接通。
全文摘要
本發明涉及一種井下工程參數隨鉆測量裝置，用于隨鉆測量鉆壓、扭矩、鉆柱內壓力及環空壓力。包括一測試主軸，其上固定有電阻應變片、測量電路板及環空壓力傳感器、管內壓力傳感器；電阻應變片組成多個電橋與測量電路板連接，環空壓力傳感器、管內壓力傳感器與相應的儲油裝置連通感受油壓變化，并與測量電路板連接；在測試主軸內，設置有扶正管，扶正管內放置有電池筒，沿測試主軸徑向設置一空心螺釘、一電源開關，導線連接測量電路板、電池筒及電源開關，測量電路板記錄、存儲、上傳數據。本發明在一測試主軸內外安裝測量部件，無自運動部件，直接反映鉆頭和鉆具工作狀況，數據可靠，準確性高。
文檔編號E21B47/18GK102562035SQ20121000847
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者吳光武, 李峰飛, 李漢興, 程載斌, 蔣世全, 陳平, 馬天壽, 黃萬志 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油研究總院, 西南石油大學