一种随钻井下环空水眼压力参数测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种压力参数测量装置及方法，属于地质钻探技术领域，具体是涉及一种随钻井下环空水眼压力参数测量装置及方法。包括：压力传感器，包括至少一个通过截止阀控制的与外界相连的流体通道，所述通道内设置有一弹簧管，所述弹簧管的一端通过硬质端面与谐振石英晶体基片接触。该装置及方法采用石英晶体基片材料分别在环空和水眼泥浆液压力的引入段放置，利用环空水眼里泥浆液的压力引起石英晶体基片内部振动频率的变化，来反应环空水眼里泥浆液的压力和压力差的大小。

A drilling downhole annular nozzle pressure parameter measurement device and method

The invention relates to a pressure measuring device and a method thereof, which belongs to the technical field of geological drilling, in particular to a drilling downhole annular nozzle pressure parameter measuring device and method. It includes: pressure sensor, including at least one fluid channel which is controlled by the globe valve and connected to the outside. The channel is equipped with a spring tube, and one end of the spring tube is contacted with the resonant quartz crystal substrate through the hard end. The method and apparatus using quartz crystal substrate materials were placed in the introduction section annulus and water mud pressure, caused by the change of vibration frequency of quartz crystal substrate using internal annular nozzle in the mud pressure, reaction to ring the mud pressure and pressure difference between the size of water in the air.

【技术实现步骤摘要】
一种随钻井下环空水眼压力参数测量装置及方法
本专利技术涉及一种压力参数测量装置及方法，属于地质钻探
，具体是涉及一种随钻井下环空水眼压力参数测量装置及方法。
技术介绍
在直井、定向井包括水平井和大位移井的钻井过程中，由于地层压力预测不准确，经常引发钻井液漏失、地层液体侵入、井壁坍塌和压差卡钻等井下复杂情况。这些情况又往往导致钻井作业时间延长及钻井成本增加。因此钻井施工的关键之一是使钻井液密度和当量循环密度保持在地层液体压力、地层坍塌压力和地层破裂压力的安全作业范围内。随钻地层压力测量可在钻井过程中为孔隙压力模型提供实时校验点，提高孔隙压力的预测精度，实时优化钻井液密度和当量循环密度，避免井涌、井喷、地层损害或意外地层压裂及循环液漏失等井下事故的发生。利用随钻地层压力测试技术，进行压降和压力恢复测试，除了得到常规压力数据外还可实时提供环空压力以优化钻井过程，能够早期探测高压层，确定压力梯度、流体界面并及实时调整泥浆比，以优化钻井、下套管和完井方案。同时，实时地层压力测量数据可以优化套管下入深度提供依据，从而降低了作业风险及钻井成本但是，现有技术中的随钻压力测量装置结构复杂，测量参数单一，不能适用于环空水眼压力及压差的测量。现有的随钻压力测量装置的环空和水眼传感器为相互独立的两个传感器，即一只传感器测量环空压力，一只传感器测量水眼压力。在各自得到相应的压力之后，由控制器做减法运算得到环空水眼的压力差值。由于两只压力传感器在制作工艺上的差别，压力传感器的特性很难一致，因此两只压力传感器的压力差值会有较大误差。现有的两只压力传感器需要两个传感器安装舱体，一个安装舱体和水眼连通，以测量水眼压力，一个测量舱体与环空连通以测量环空压力，这样的结构破坏了钻铤本体的受力结构，增大了仪器损坏的风险。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有技术所存在的上述问题，提供了一种随钻井下环空水眼压力参数测量装置及方法。该装置及方法采用石英晶体基片材料分别在环空和水眼泥浆液压力的引入段放置，利用环空水眼里泥浆液的压力引起石英晶体基片内部振动频率的变化，来反应环空水眼里泥浆液的压力和压力差的大小。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种随钻井下环空水眼压力参数测量装置，包括：压力传感器，包括至少一个通过截止阀控制的与外界相连的流体通道，所述通道内设置有一弹簧管，所述弹簧管的一端通过硬质端面与谐振石英晶体基片接触。优化的，上述的一种随钻井下环空水眼压力参数测量装置，所述截止阀为一圆柱体结构，所述圆柱体的端面上设置电机传动杆安装孔，所述圆柱体的侧面上设置有用于在圆柱体受电机驱动旋转时打开或关闭所述流体通道的通孔。优化的，上述的一种随钻井下环空水眼压力参数测量装置，所述流体通道为两个，分别位于所述谐振石英晶体基片两侧，其中一个流体通道为环空泥浆通道，另一个为水眼泥浆通道；并且，每个流体通道内均设置通过硬质端面与谐振石英晶体基片接触的弹簧管。优化的，上述的一种随钻井下环空水眼压力参数测量装置，所述截止阀上设置有光敏开关。优化的，上述的一种随钻井下环空水眼压力参数测量装置，所述谐振石英晶体基片所在的振荡电路包括:依次连接的反向器G1、电容C2、反向器G2；所述反向器G1的两端连接反馈电阻RF1，所述反向器G2的两端连接反馈电阻RF2；所述反向器G1的输入端依次连接电容C1、谐振石英晶体基片X1、反向器G2的输出端。一种随钻井下环空水眼压力参数测量方法，在通过截止阀控制的与外界相连的流体通道内设置一弹簧管，将所述弹簧管的一端通过硬质端面与谐振石英晶体基片接触，利用谐振石英晶体基片的频率变化检测压力信息。优化的，上述的一种随钻井下环空水眼压力参数测量方法，利用在侧面上设置有与轴线垂直的通孔的圆柱体作为截止阀，在圆柱体的端面上设置电机传动杆安装孔，利用电机驱动圆柱体旋转以调节所述通孔与流体通道的角度从而控制截止阀的开关。优化的，上述的一种随钻井下环空水眼压力参数测量方法，所述流体通道为两个，分别位于所述谐振石英晶体基片两侧，其中一个流体通道为环空泥浆通道，另一个为水眼泥浆通道；并且，每个流体通道内均设置通过硬质端面与谐振石英晶体基片接触的弹簧管。因此，本专利技术具有如下优点：(1)结构简单，成本低；(2)既能够测量井下连续管井下动态参数测量工具的环空压力和水眼的泥浆液的压力，也能测量二者的压力差值；(3)采用石英晶体基片材料分别在环空和水眼泥浆液压力的引入段放置，利用环空水眼里泥浆液的压力引起石英晶体基片内部振动频率的变化，来反应环空水眼里泥浆液的压力和压力差的大小，测量精度更高。附图说明附图1-1是本专利技术的一种原理图；附图1-2是本专利技术的圆柱环空水眼截止阀结构示意图；附图2是石英晶体基片和相应固定机械结构示意图；附图3是石英晶体基片D所在的共振频率由振荡电路示意图；附图4是振荡电路及其等效电路示意图；附图5是滤波示意图；附图6-1是频率变化Δf的计数模块示意图；附图6-2是频率变化示意图；附图7是电机控制示意图；具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。实施例：如图1-1、图1-2所示，本实施例提供的随钻井下环空水眼压力和压差测量装置包括：能够承压石油钻井压力的环空水眼压力测量钻铤安装本体、安装谐振石英晶体基片的机械结构、三相直流减速电机、电机控制驱动监测电路、圆柱环空水眼截止阀、环空泥浆通道、水眼泥浆通道、环空水眼压力测量电路。各部分主要功能：电机控制驱动监测电路用来驱动三相直流减速电机旋转带动圆柱环空水眼截止阀旋转，来使得环空泥浆通道、水眼泥浆通道分别或同时与圆柱环空水眼截止阀上的泥浆液通孔达到同轴心打开状态或者相互垂直关闭状态。环空泥浆通道、水眼泥浆通道负责把井下环空和水眼内的泥浆液体引入到由谐振石英晶体基片为中心所以构成的传感器上。圆柱环空水眼截止阀负责接通或者关闭由谐振石英晶体基片为中心传感器与环空、水眼的泥浆液通道。环空水眼压力测量电路负责测量和保存由传感器得到的环空水眼压力值。石油随钻井下环空水眼压力和压差测量装置的环空水眼泥浆引入孔之间放置了石英晶体基片和相应固定机械结构，其如图2所示。其工作原理为：外界压强作用在弹簧管A内部，管A受压膨胀，压力通过硬质端面B传递到由支撑梁支撑的石英晶体基片上，使得石英晶体基片发生微形变，这时如果石英晶体基片正处在谐振状态，那么当石英晶体基片由于外界压力的引入，产生微形变后其振动频率将偏离谐振频率，并且经过严格标定后，可得到外界压力与石英晶体基片振动频率之间的线性关系。这样通过测量石英晶体基片振动频率相对于谐振频率的改变量就可以反映出泥浆液压力的变化量。环空和水眼压力测量孔内的机械结构分别为两个弹簧管A和C，当环空和水眼压力引入时，分别会对两个弹簧管A和C产生不同膨胀，使得环空和水眼压力通过弹簧管分别传递给石英晶体基片D。石英晶体基片D产生不同振动频率变化量的差值则反映了环空水眼泥浆液的压力差值。石英晶体基片D的共振频率由振荡电路产生，其电路图3所示。该电路采用了对称式多谐振荡方案，G1和G2分别是反相器，C1和C2构成藕合电容，RF1和RF2构成反相器电路中的反馈电阻。将反馈电阻的阻值调节到反相器的静态工作点处于其电压转换区。当电路上电时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种随钻井下环空水眼压力参数测量装置，其特征在于，包括：压力传感器，包括至少一个通过截止阀控制的与外界相连的流体通道，所述通道内设置有一弹簧管，所述弹簧管的一端通过硬质端面与谐振石英晶体基片接触。

【技术特征摘要】
1.一种随钻井下环空水眼压力参数测量装置，其特征在于，包括：压力传感器，包括至少一个通过截止阀控制的与外界相连的流体通道，所述通道内设置有一弹簧管，所述弹簧管的一端通过硬质端面与谐振石英晶体基片接触。2.根据权利要求1所述的一种随钻井下环空水眼压力参数测量装置，其特征在于，所述截止阀为一圆柱体结构，所述圆柱体的端面上设置电机传动杆安装孔，所述圆柱体的侧面上设置有用于在圆柱体受电机驱动旋转时打开或关闭所述流体通道的通孔。3.根据权利要求1所述的一种随钻井下环空水眼压力参数测量装置，其特征在于，所述流体通道为两个，分别位于所述谐振石英晶体基片两侧，其中一个流体通道为环空泥浆通道，另一个为水眼泥浆通道；并且，每个流体通道内均设置通过硬质端面与谐振石英晶体基片接触的弹簧管。4.根据权利要求1所述的一种随钻井下环空水眼压力参数测量装置，其特征在于，所述截止阀上设置有光敏开关。5.根据权利要求1所述的一种随钻井下环空水眼压力参数测量装置，其特征在于，所述谐振石英晶体基片所在的振荡电路包括:依次连...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾衡天，高文凯，艾维平，窦修荣，洪迪峰，王家进，张磊，邓乐，禹德洲，张连成，陈文艺，
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