一种近钻头动态井斜测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种近钻头动态井斜测量装置和方法，涉及定向钻井施工技术领域。通过采用三轴传感器组对称布置的方式，测量总加速度在三轴(径向、切向和轴向)的分量，再根据力的合成原理计算得到重力加速度在三轴(径向、切向和轴向)的分量，进而利用井斜的计算公式得到其结果。这种井斜测量装置和方法，由于三轴传感器组安装在近钻头处，测量结果相对于钻头位置滞后较小，所以，可以实现近钻头处井斜的实时测量。而且，利用抗压筒的旋转产生的加速度和重力加速度分量的关系，实现动态下井斜数据的测量，实用性强，更有利于控制井眼轨迹，提高钻进效率和采收率；另外，只需要两组加速度计就可实现测量，具有体积小、重量轻，便于井下作业等优点。

A near bit dynamic inclination measurement apparatus and method

The invention discloses a near bit dynamic inclination measurement device and a method thereof, and relates to the technical field of directional drilling. By using three axis sensor group symmetrical arrangement, measuring the total acceleration in three axis (radial, tangential and axial) component, synthesis principle based on force calculation of gravity acceleration in three axis (radial, tangential and axial) component, then use the formula to calculate the deviation in the results. This inclination measurement device and method, the three axis sensor group installed in the near bit measurement results, compared to the bit position lag is small, therefore, can realize the real-time measurement of near bit inclination. Moreover, the relationship between the compression cylinder due to rotation acceleration and acceleration of gravity, can measure the deviation of dynamic data, strong practicability, more conducive to the control of well trajectory, improve drilling efficiency and recovery; in addition, only two sets of accelerometer measurement can be achieved, with small size and light weight advantages convenient downhole operation etc..

【技术实现步骤摘要】
一种近钻头动态井斜测量装置和方法
本专利技术涉及定向钻井施工
，尤其涉及一种近钻头动态井斜测量装置和方法。
技术介绍
随着世界经济的发展，人们对于石油、天然气等不可再生资源的需求越来越大，使得石油等资源的供应面临着巨大的压力。在地下石油和天然气开采领域，定向钻井技术起着越来越重要的作用，其中，钻头处轨迹参数的动态精确获取成为定向钻井领域最为前沿的课题。现在国外已经开发出基于旋转导向工具的近钻头传感器，可以测量距离钻头1m范围内的井斜、动态电阻率等参数，实时掌握所钻地层的情况。但是，这种近钻头井下随钻测量设备的技术难度大，成本高，在石油和天然气开采中还没有被普遍使用。目前，主要采用井斜测井方法，利用磁北针和方位环形电位器测量井轴的倾角和方位角，来得到井下钻具的钻进方向。但是，这种测量方法只能进行定点静态测量，测量精度和实时性差，而为了提高精度，一般可以通过加密测点的方法，但是，测点加密后，会降低钻井效率。同时，在近钻头井斜测量方法中，存在较多方面的误差，而目前对于误差的修正不完善，导致测量结果有较大偏差，不能准确的获知井轴的倾角和方位角。另外，由于井下作业环境恶劣，数据的实时传输实现较为困难，因此，动态实时测量难度较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种近钻头动态井斜测量装置和方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种近钻头动态井斜测量装置，包括：抗压筒和钻头，所述抗压筒从上至下依次安装有：液压设备、电气设备和传感器设备，所述传感器设备和所述液压设备均与所述电气设备数据连接，所述抗压筒的下部连接有所述钻头，所述液压设备与所述钻头数据连接；所述传感器设备包括第一传感器组和第二传感器组，所述第一传感器组包括第一径向加速度计、第一切向加速度计和第一轴向加速度计，所述第二传感器组包括第二径向加速度计、第二切向加速度计和第二轴向加速度计，所述第一传感器组和所述第二传感器组分别用于测量旋转导向工具总加速度在径向、切向和轴向的分量；所述第一传感器组和所述第二传感器组在所述抗压筒上径向对称安装，且安装位置距所述抗压筒轴线的距离相等。优选地，所述电气设备包括数据处理模块、通信模块和控制模块，所述数据处理模块与所述传感器设备数据连接，所述控制模块与所述液压设备数据连接，所述通信模块和所述数据处理模块均与所述控制模块数据连接。优选地，所述电气设备还包括高压电源模块，所述高压电源模块分别与所述数据处理模块、通信模块和控制模块连接。一种近钻头动态井斜测量方法，包括如下步骤：S1a，利用上述的近钻头动态井斜测量装置测量旋转导向工具总加速度在径向和切向的分量；S2a，根据S1a中测量得到的总加速度在径向和切向的分量，分别计算重力加速度在径向和切向的分量值GX和GY；S3a，根据如下公式计算井斜：优选地，S2中，GX按照如下公式计算得到：AX1＝AC-GX，AX2＝-AC-GX，式中，AX1为总加速度在第一径向加速度计处沿径向方向的分量；AX2为总加速度在第二径向加速度计处沿径向方向的分量；AC为径向加速度，GX为重力加速度G沿x轴方向的分量；GY按照如下公式计算得到：AY1＝AT-GY，AY2＝-AT-GY，式中，AY1为总加速度在第一切向加速度计处沿切向方向的分量；AY2为总加速度在第二切向加速度计处沿切向方向的分量；AT为切向加速度，GY为重力加速度G沿y轴方向的分量。一种近钻头动态井斜测量方法，包括如下步骤：S1b，利用上述的近钻头动态井斜测量装置测量旋转导向工具总加速度在径向、切向和轴向的分量；S2b，根据S1b中测量得到的总加速度在径向、切向和轴向的分量，分别计算重力加速度在径向、切向和轴向的分量值GX、GY和GZ；S3b，根据如下公式计算井斜：优选地，S2b中，GX按照如下公式计算得到：AX1＝AC-GX，AX2＝-AC-GX，式中，AX1为总加速度在第一径向加速度计处沿径向方向的分量；AX2为总加速度在第二径向加速度计处沿径向方向的分量；AC为径向加速度，GX为重力加速度G沿x轴方向的分量；GY按照如下公式计算得到：AY1＝AT-GY，AY2＝-AT-GY，式中，AY1为总加速度在第一切向加速度计处沿切向方向的分量；AY2为总加速度在第二切向加速度计处沿切向方向的分量；AT为切向加速度，GY为重力加速度G沿y轴方向的分量；GZ按照如下公式计算得到：AZ1为总加速度在第一轴向加速度计处沿轴向方向的分量；AZ2为总加速度在第二轴向加速度计处沿轴向方向的分量；GZ为重力加速度G沿z轴方向的分量。优选地，S3b中，GX、GY、GZ均为在一段时间内的平均值。本专利技术的有益效果是：本专利技术实施例提供的一种近钻头动态井斜测量装置和方法，通过采用三轴传感器组对称布置的方式，测量总加速度在三轴(径向、切向和轴向)的分量，再根据力的合成原理计算得到重力加速度在三轴(径向、切向和轴向)的分量，进而利用井斜的计算公式得到其结果。这种井斜测量装置和方法，由于三轴传感器组安装在近钻头处，测量结果相对于钻头位置滞后较小，所以，可以实现近钻头处井斜的实时测量。而且，本专利技术中，利用抗压筒的旋转产生的加速度和重力加速度分量的关系，实现动态下井斜数据的测量，实用性强，更有利于控制井眼轨迹，提高钻进效率和采收率；而且只需要两组加速度计就可以实现井斜的动态测量，具有体积小、重量轻，便于井下作业等优点。附图说明图1是本专利技术实施例提供的近钻头动态井斜测量装置结构示意图；图2是传感器设备布局结构示意图；图3是图2的A-A剖视图；图4是加速度的分解示意图。图中，各符号的含义如下：1、旋转导向工具；2、液压设备；3、电气设备；4、传感器设备；4A、第一传感器组；4B、第二传感器组；5、钻头；6、抗压筒；7、数据处理模块；8、高压电源模块。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例一如图1-3所示，本专利技术实施例提供了一种近钻头动态井斜测量装置，包括：抗压筒6和钻头5，抗压筒6从上至下依次安装有：液压设备2、电气设备3和传感器设备4，传感器设备4和液压设备2均与电气设备3数据连接，抗压筒6的下部连接有钻头5，液压设备2与钻头5数据连接；传感器设备4包括第一传感器组4A和第二传感器组4B，第一传感器组4A包括第一径向加速度计、第一切向加速度计和第一轴向加速度计，第二传感器组4B包括第二径向加速度计、第二切向加速度计和第二轴向加速度计，第一传感器组4A和第二传感器组4B分别用于测量旋转导向工具总加速度在径向、切向和轴向的分量；第一传感器组4A和第二传感器组4B在抗压筒6上径向对称安装，且安装位置距抗压筒6轴线的距离相等。上述结构的近钻头动态井斜测量装置，其工作原理为：通过在抗压筒上径向对称安装两组三轴加速度计，分别测量加速度计所在位置的各轴加速度数据，两组三轴加速度计将测量得到的所在位置的各轴加速度数据通过通信模块发送至电气设备的数据处理模块中，数据处理模块进行以下处理：将重力加速度沿上述各轴的方向进行分解，根据测量得到的总加速度在各轴上的分量，计算得到重力加速度在各轴的分量值，进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近钻头动态井斜测量装置，其特征在于，包括：抗压筒和钻头，所述抗压筒从上至下依次安装有：液压设备、电气设备和传感器设备，所述传感器设备和所述液压设备均与所述电气设备数据连接，所述抗压筒的下部连接有所述钻头，所述液压设备与所述钻头数据连接；所述传感器设备包括第一传感器组和第二传感器组，所述第一传感器组包括第一径向加速度计、第一切向加速度计和第一轴向加速度计，所述第二传感器组包括第二径向加速度计、第二切向加速度计和第二轴向加速度计，所述第一传感器组和所述第二传感器组分别用于测量旋转导向工具总加速度在径向、切向和轴向的分量；所述第一传感器组和所述第二传感器组在所述抗压筒上径向对称安装，且安装位置距所述抗压筒轴线的距离相等。

【技术特征摘要】
1.一种近钻头动态井斜测量装置，其特征在于，包括：抗压筒和钻头，所述抗压筒从上至下依次安装有：液压设备、电气设备和传感器设备，所述传感器设备和所述液压设备均与所述电气设备数据连接，所述抗压筒的下部连接有所述钻头，所述液压设备与所述钻头数据连接；所述传感器设备包括第一传感器组和第二传感器组，所述第一传感器组包括第一径向加速度计、第一切向加速度计和第一轴向加速度计，所述第二传感器组包括第二径向加速度计、第二切向加速度计和第二轴向加速度计，所述第一传感器组和所述第二传感器组分别用于测量旋转导向工具总加速度在径向、切向和轴向的分量；所述第一传感器组和所述第二传感器组在所述抗压筒上径向对称安装，且安装位置距所述抗压筒轴线的距离相等。2.根据权利要求1所述的近钻头动态井斜测量装置，其特征在于，所述电气设备包括数据处理模块、通信模块和控制模块，所述数据处理模块与所述传感器设备数据连接，所述控制模块与所述液压设备数据连接，所述通信模块和所述数据处理模块均与所述控制模块数据连接。3.根据权利要求2所述的近钻头动态井斜测量装置，其特征在于，所述电气设备还包括高压电源模块，所述高压电源模块分别与所述数据处理模块、通信模块和控制模块连接。4.一种近钻头动态井斜测量方法，其特征在于，包括如下步骤：S1a，利用权利要求1-3任一项所述的近钻头动态井斜测量装置测量旋转导向工具总加速度在径向和切向的分量；S2a，根据S1a中测量得到的总加速度在径向和切向的分量，分别计算重力加速度在径向和切向的分量值GX和GY；S3a，根据如下公式计算井斜：5.根据权利要求4所述的近钻头动态井斜测量方法，其特征在于，S2中，GX按照如下公式计算得到：AX1＝AC-GX，AX2＝-AC-GX，式中，AX1为总加速度在第一径向加速度计处沿径向方向的分量；AX2为总加速度在第二径向加速度计处沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨静，高增欣，
申请(专利权)人：北京恒泰万博石油技术股份有限公司，烟台恒泰油田科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11