深水钻柱的工程参数随钻测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种深水钻柱的工程参数随钻测量装置，所述装置包含：顶驱、钻柱、测量短节、数据传输模块和数据传输模块；所述顶驱用于提供所述钻柱驱动力；所述测量短节顶部与所述顶驱相连，所述测量短节底部与所述钻柱相连，用于在钻井过程中采集钻柱的工程参数；所述数据传输模块分别与所述测量短节和所述数据传输模块相连，用于所述测量短节与所述数据传输模块之间的数据通信；所述数据传输模块用于实时监测所述钻柱的工程参数，对钻柱的工作状态进行实时预警和分析处理。

Drilling parameter measuring device for deepwater drilling string

The invention provides a deepwater drill string while drilling engineering parameter measuring device, the device includes a top drive drill string, and a measurement section and a data transmission module and data transmission module; the top drive is used for providing the driving force of the drill string; the measurement of the short top and top drive. The bottom of the nipple and the measurement of drill string is used for collecting engineering parameters of drill string in drilling process; the data transmission module are respectively connected with the measurement section and the data transmission module for data communication between the measurement and the short data transmission module; the data transmission module for real-time monitoring of the engineering parameters of the drill string, the real-time warning and Analysis on the working state of drill string.

【技术实现步骤摘要】
深水钻柱的工程参数随钻测量装置
本专利技术涉及海洋石油天然气采集领域，尤指一种可以在钻井过程中对钻柱状态进行实时监测的深水钻柱的工程参数随钻测量装置。
技术介绍
深水钻柱受力状态十分复杂和恶劣。上部受风、海浪、海流和潮汐等海洋环境载荷的随机作用和平台运动的联合作用，引起钻柱与隔水管耦合接触；下部钻头受地层的作用力、井壁与钻柱的接触力；此外，钻井液和钻柱之间亦存在流固耦合力，导致钻柱运动状态异常复杂。钻柱通常会产生偏移(最大偏移距离超过100米)、振动、摇摆等不同形式的复杂运动。为了提高海上钻井作业的科学性和安全性，掌握深水钻柱的受力状态和运动规律，需要采集深水钻柱的工程参数——钻压、扭矩、弯矩、位移、转速和钻柱内钻井液压力与温度等。目前，获取深水钻柱的工程参数的方法可以分为地面(或近井口)间接采集、地面直接采集和井下直接采集三种。其中，地面间接采集的方法由于成本低而最为常用，但准确性不够。例如，对钻柱扭矩的测量主要是在井口装置或电机轴上进行，无法准确测得钻柱的真实扭矩。对钻柱弯曲应力和位移等参数，地面间接采集的方法更是无法测得。井下直接采集方法具有准确性高的特点，但无法获得受海洋环境载荷影响严重的上部钻柱的工程参数，并且由于井下测量装置工作环境恶劣，服务费用高，因此未能得到普及应用。国际上，国民油井公司的StringSense系统可以直接在地面上采集部分钻井工程参数，具体包括扭矩、拉压力、钻速、弯矩、钻柱内压力和振动参数等，但无法采集到深水钻柱重要的运动参数——位移。由于深水钻柱通过钻柱升沉运动补偿器与钻井平台连接在一起，钻柱的垂直位移与钻井平台的垂直位移不是同步的，因此无法钻井平台的运动不能代表深水钻柱上部的运动。为此亟需研制新型测量装置测试深水钻柱的顶部位移及其它工程参数。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种可以随钻测量深水钻柱上部的拉压应力、扭矩、弯矩、位移、转速、振动参数和钻柱内钻井液压力与温度等工程参数的随钻测量系统。为达上述目的，本专利技术具体提供一种深水钻柱的工程参数随钻测量装置，所述装置包含：顶驱、钻柱、测量短节、数据传输模块和数据传输模块；所述顶驱用于提供所述钻柱驱动力；所述测量短节顶部与所述顶驱相连，所述测量短节底部与所述钻柱相连，用于在钻井过程中采集钻柱的工程参数；所述数据传输模块分别与所述测量短节和所述数据传输模块相连，用于所述测量短节与所述数据传输模块之间的数据通信；所述数据传输模块用于实时监测所述钻柱的工程参数，对钻柱的工作状态进行实时预警和分析处理。在上述深水钻柱的工程参数随钻测量装置中，优选的，所述装置还包含导航模块，所述导航模块分别与所述数据传输模块、所述测量短节和所述数据传输模块通信连接，用于获取所述钻柱的位移数据并输出。在上述深水钻柱的工程参数随钻测量装置中，优选的，所述测量短节包含测试主轴、定位模块、通信模块、存储器、处理模块及测量模块；所述测试主轴为中空管轴；所述定位模块设置于所述测试主轴上并与所述导航模块配合组成ALIGN(实时动基站可变基线定位定向技术)测向系统，用于通过测向及解算处理实时监测钻柱的位移数据；所述测量模块设置于所述测试主轴上，用于采集钻柱的工程参数；所述处理模块分别与所述定位模块、所述通信模块、所述存储器和所述测量模块相连，用于将所述位移数据及所述钻柱的工程参数处理后存储至所述存储器并通过所述通信模块输出至所述数据传输模块。在上述深水钻柱的工程参数随钻测量装置中，优选的，所述测量模块包含惯性传感器组合板卡、压力传感器、和温度传感器；所述惯性传感器组合板卡用于采集所述钻柱的三维导航信息；所述压力传感器用于测量所述测量主轴内的钻井液的压力值；所述温度传感器用于测量所述测量主轴内的钻井液的温度值。在上述深水钻柱的工程参数随钻测量装置中，优选的，所述测试主轴设有储油腔和中空腔，所述中空腔内设置有橡胶隔离套，所述储油腔通过所述橡胶隔离套与钻柱内钻井液相接，所述压力传感器通过测量所述储油腔内压力值获得所述钻井液的压力值。在上述深水钻柱的工程参数随钻测量装置中，优选的，所述测量模块还包含拉压应变片和扭矩应变片；所述拉压应变片和所述扭矩应变片用于测量所述钻柱的拉压应力数据、弯矩数据和扭矩数据。在上述深水钻柱的工程参数随钻测量装置中，优选的，所述拉压应变片和所述扭矩应变片由所述电阻应变片组合构成。在上述深水钻柱的工程参数随钻测量装置中，优选的，所述测量模块通过拉压应变片及以下公式获得弯矩数据：每个电阻应变片的灵敏系数均为K，在测量过程中第i个电阻应变片的应变为εi，其中钻柱的应变最大的为εmax，钻柱的弯矩数据为W。在上述深水钻柱的工程参数随钻测量装置中，优选的，所述惯性传感器组合板卡还包含导航接收模块、加速度传感器和陀螺仪；所述陀螺仪用于测量所述钻柱的位移数据；所述加速度传感器用于测量所述钻柱的转速数据及加速度数据；所述导航接收模块用于按预定周期接收所述导航模块输出的所述钻柱的位移数据并根据所述位移数据修正所述陀螺仪所测的位移数据。在上述深水钻柱的工程参数随钻测量装置中，优选的，所述测量短节还包含复数个电源模块、防水密封门及防水开关；所述电源模块用于为所述测量短节提供电能；所述防水密封门用于放置所述电源模块；所述防水开关用于控制所述电源模块导通或关闭。本专利技术的有益技术效果在于：1、本专利技术能够全面有效的对深水钻柱上部的状态信息进行实时监测，帮助钻井工程师掌握钻柱的实际工作状态，及时预判井下复杂情况，有效地调整钻井施工措施，防止深水钻柱在深水环境载荷的影响下出现复杂事故。2、本专利技术利用高精度星际差分GPS技术和惯性导航技术，可以连续稳定地测量到深水钻柱的上部位移，位移精度能够达到亚米级。3、本专利技术采用GNSS双频测向和陀螺仪惯性导航技术，可以非接触测量钻柱的转速，该方式不破坏钻柱的整体性，安全可靠。4、本专利技术系统的数据传输方式选用Wi-Fi技术，现场实施便捷，可以实现数据实时采集与显示。5、整个系统结构简单，易于安装和更换，适合批量、系列化生产。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的限定。在附图中：图1为本专利技术所提供的深水钻柱的工程参数随钻测量装置结构示意图；图2为本专利技术所提供的测量短节结构示意图；图3为本专利技术所提供的测量短节的A-A剖面示意图；图4为本专利技术所提供的测量短节的B-B剖面示意图。附图标记1-深水钻井平台；2-井架；3-顶驱；4-钻柱；5-隔水管；6-隔水管运动补偿装置；7-测量短节；8-导航模块；9-数据传输模块；10-数据传输模块。7-1-测试主轴；7-2-测试装置外壳；7-3-处理模块；7-4-GNSS板卡；7-5-GNSS天线；7-6-MEMS惯性传感器组合板卡；7-7-拉压应力应变片；7-8-扭矩应变片；7-9-应力传感器电路板；7-10-压力传感器；7-11-温度传感器；7-12-存储器；7-13-电源模块；7-14-密封胶圈；7-15-Wi-Fi模块；7-16-Wi-Fi天线；7-17-螺孔；7-18-螺栓；7-19-橡胶隔离套；7-20-电源模块盒；7-21-防水密封门；7-22-防水开关；7-23-方孔；7-24-盖板。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深水钻柱的工程参数随钻测量装置，其特征在于，所述装置包含：顶驱、钻柱、测量短节、数据传输模块和数据传输模块；所述顶驱用于提供所述钻柱驱动力；所述测量短节顶部与所述顶驱相连，所述测量短节底部与所述钻柱相连，用于在钻井过程中采集钻柱的工程参数；所述数据传输模块分别与所述测量短节和所述数据传输模块相连，用于所述测量短节与所述数据传输模块之间的数据通信；所述数据传输模块用于实时监测所述钻柱的工程参数，对钻柱的工作状态进行实时预警和分析处理。

【技术特征摘要】
1.一种深水钻柱的工程参数随钻测量装置，其特征在于，所述装置包含：顶驱、钻柱、测量短节、数据传输模块和数据传输模块；所述顶驱用于提供所述钻柱驱动力；所述测量短节顶部与所述顶驱相连，所述测量短节底部与所述钻柱相连，用于在钻井过程中采集钻柱的工程参数；所述数据传输模块分别与所述测量短节和所述数据传输模块相连，用于所述测量短节与所述数据传输模块之间的数据通信；所述数据传输模块用于实时监测所述钻柱的工程参数，对钻柱的工作状态进行实时预警和分析处理。2.根据权利要求1所述的深水钻柱的工程参数随钻测量装置，其特征在于，所述装置还包含导航模块，所述导航模块分别与所述数据传输模块、所述测量短节和所述数据传输模块通信连接，用于获取所述钻柱的位移数据并输出。3.根据权利要求2所述的深水钻柱的工程参数随钻测量装置，其特征在于，所述测量短节包含测试主轴、定位模块、通信模块、存储器、处理模块及测量模块；所述测试主轴为中空管轴；所述定位模块设置于所述测试主轴上并与所述导航模块配合组成ALIGN测向系统，用于通过测向及解算处理实时监测钻柱的位移数据；所述测量模块设置于所述测试主轴上，用于采集钻柱的工程参数；所述处理模块分别与所述定位模块、所述通信模块、所述存储器和所述测量模块相连，用于将所述位移数据及所述钻柱的工程参数处理后存储至所述存储器并通过所述通信模块输出至所述数据传输模块。4.根据权利要求3所述的深水钻柱的工程参数随钻测量装置，其特征在于，所述测量模块包含惯性传感器组合板卡、压力传感器、和温度传感器；所述惯性传感器组合板卡用于采集所述钻柱的三维导航信息；所述压力传感器用于测量所述测量主轴内的钻井液的压力值；所述温度传感器用于测量所述测量主轴内的钻井液的温度值。5.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：连志龙，周英操，蒋宏伟，霍宗强，杨尧焜，李牧，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油集团钻井工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11