一种随钻井下扭矩测量系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种扭矩测量系统及方法，属于钻探技术领域，尤其是涉及一种随钻井下扭矩测量系统及方法。包括：钻铤本体，其外壁上等间距共轴心设置多个扭矩传感器安装凹槽，相邻扭矩传感器安装凹槽之间设置有通孔；扭矩测量传感器，为一安装于所述扭矩传感器安装凹槽内部的弹性圆环结构，其上设置有共圆周等距排列的多个扭矩应变测量体。因此，本发明专利技术具有如下优点：1.采用随钻测量方式，能够实时获取钻具所受扭矩，从而为快速调整钻具参数提供支持；2.采用多个扭矩测量传感器圆环结构上的测量体来监测扭矩变化，提高了测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种随钻井下扭矩测量系统及方法
本专利技术涉及一种扭矩测量系统及方法，属于钻探
，尤其是涉及一种随钻井下扭矩测量系统及方法。
技术介绍
随钻测量MWD(MeasurementWhileDrilling)是指钻机在钻进的同时连续不断地检测有关钻孔或钻头的信息。钻井过程中，近钻头处的钻压、扭矩等钻井工程参数的随钻准确测量对安全、高效钻井是十分重要的。随着钻井深度的增加，特别是各种分支井、水平井的开发，各种卡钻、掉牙轮、钻具断落等钻井事故时有发生，给钻井生产的安全与效率带来很大影响，实时测量近钻头处的钻压扭矩等钻井工程参数的变化可以有效地防止此类事故的发生，为安全、高效钻井提供技术支持。公知的钻井监控技术大多采用地面扭矩仪和指重表来测量扭矩和钻压，由于钻井过程中钻柱与井壁的相互作用过程复杂，由地面测量数据推算得到近钻头处工程参数的准确度较差。并且钻铤在钻井液中受到浮力与摩擦力、钻铤下放的冲击力和弹性力、不规则井眼的井壁对钻铤的摩擦力、钻铤螺旋弯曲旋转的离心力、以及钻铤在井下的纵振、横振等因素都不易精确计算，即便推算模型考虑因素再多，推算结果的准确度与可信度也很低。现有的一些工具基本用于非连续管钻井作业中测量钻压和扭矩，其工具的直径大，整体体积大。在保证钻井安全的前提下，需要施加巨大的钻压和扭矩力才能产生微小的应变输出，因此对扭矩和钻压的测量灵敏度差。大直径的测量工具不能用于连续管钻井作业的工作环境，一次需要直径在3.5寸测量工具才能适用于连续管钻井作业的工作环境。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有技术所存在的随钻扭矩测量不准确，实时性差等技术问题，提供了一种随钻井下扭矩测量系统及方法。该系统及方法采用扭矩测量圆环呈圆周阵列放置于钻铤本体上，利用扭矩测量圆环上的测量体来监测扭矩变化，该测量体通过感受外部扭矩力作用，从而改变掺杂硅晶体应变测量体内部形成的电流沟道的宽度，进而等效于改变了掺杂硅晶体应变测量体的等效电阻。由测量体组成的相应电桥阵列中，电桥的输出电压值可反映随钻井下扭矩测量装置钻铤本体上承受的扭矩力。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：一种随钻井下扭矩测量系统，包括：钻铤本体，其外壁上等间距共轴心设置多个扭矩传感器安装凹槽，相邻扭矩传感器安装凹槽之间设置有通孔；扭矩测量传感器，为一安装于所述扭矩传感器安装凹槽内部的弹性圆环结构，其上设置有共圆周等距排列的多个扭矩应变测量体。优化的，上述的一种随钻井下扭矩测量系统，所述钻铤本体为水眼偏心结构设计，钻铤本体水眼内部设置电池供电单元连接线、MWD接口协议电路连接线，所述MWD接口协议电路连接线的一端连接至钻铤本体的圆环接头处；所述钻铤本体的两端接头处设置密封圈结构。优化的，上述的一种随钻井下扭矩测量系统，所述钻铤本体侧壁上设置电池舱体、压力测量电路舱体，MWD接口协议电路舱体；所述压力测量电路舱体，MWD接口协议电路舱体与扭矩传感器安装凹槽相连。优化的，上述的一种随钻井下扭矩测量系统，所述扭矩传感器安装凹槽为圆柱形，并且扭矩传感器安装凹槽内设置用于安装金属螺栓盖板的螺扣。优化的，上述的一种随钻井下扭矩测量系统，所述扭矩传感器安装凹槽为6个，每个扭矩传感器安装凹槽之间间隔的角度为60度。优化的，上述的一种随钻井下扭矩测量系统，连接相邻扭矩传感器安装凹槽的通孔内使用加装了热缩管的屏蔽导线连接扭矩测量传感器。优化的，上述的一种随钻井下扭矩测量系统，所述圆环结构为铍铜材料构成。一种随钻井下扭矩测量方法，包括：在钻铤本体外壁上等间距共轴心设置多个扭矩传感器安装凹槽，在相邻扭矩传感器安装凹槽之间设置通孔；将带有共圆周等距排列多个扭矩应变测量体的扭矩测量传感器安装于所述扭矩传感器安装凹槽内，利用所述通孔连接各扭矩测量传感器；通过所述扭矩应变测量体测量扭矩。因此，本专利技术具有如下优点：钻压扭矩测量工具采用了直径为3.5寸的钻铤短节，其能过适用于连续管钻井作业的工作环境中，而其他专利提到的大直径的测量工具短接，由于工具直径过大不能用于连续管钻井作业环境，而由于本专利的钻铤短接直径小，因此其对钻压扭矩测量的灵敏度高，本工具在钻压扭矩测量传感器的设计采用与工具本体分离的设计，有利于钻压扭矩测量传感器的加工、制作和调试。附图说明附图1-1是本专利技术的随钻井下扭矩测量装置示意图；附图1-2是扭矩测量钻铤本体沿着扭矩传感器安装凹槽的剖面视图；附图2-1是扭矩应变测量体的原理图；附图2-2是扭矩应变测量体安装结构示意图；附图2-3是扭矩应变测量体实物示意图；附图3是测量电桥结构示意图；附图4是扭矩测量圆环的受力分析示意图；附图5是随钻井下扭矩测量装置的电路系统示意图；附图6是交流信号激励与扭矩测量信号调理采集电路框图。图中，R1-45、R2-45、R3-45、R4-45、R5-45、R6-45是45度方向扭矩测量体的等效电阻；R1-135、R2-135、R3-135、R4-135、R5-135、R6-135是135度方向扭矩测量体的等效电阻；R1-225、R2-225、R3-225、R4-225、R5-225、R6-225是225度方向扭矩测量体的等效电阻；R1-315、R2-315、R3-315、R4-315、R5-315、R6-315是315度方向扭矩测量体的等效电阻；MWD接口协议电路舱体1，扭矩应变测量电路舱体2，测量钻铤本体3，扭矩应变测量体安装舱体4，电池舱体5，水眼泥浆通道6，通孔(T1-T6)7，P型半导体8，导电沟道9，N型半导体10，定位槽11，TOB-4512,TOB-13513,TOB-22514,TOB-31515,扭矩应变测量体16，防止扭矩应变测量体的扭矩传感器圆环17。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：1、钻铤装置结构请参阅图1-1，本专利技术实施提供的随钻井下扭矩测量装置包括：能够承压石油钻井压力的井下扭矩测量测量钻铤安装本体、安装扭矩测量传感器阵列圆孔、电池舱体、压力测量电路舱体，MWD接口协议电路舱体。扭矩测量传感器按照钻铤本体轴向方向等距离圆周阵列方式设置，其由嵌入粘贴有扭矩应变测量体的扭矩测量圆环构成，该圆环阵列能够测量出连续管钻井过程中动态参数测量短接上的扭矩力，并将测量到的扭矩力信号送入测量信号调理电路进行相应信号处理，并通过AD采样换成数字量扭矩值，再将该扭矩值通过MWD接口协议电路传送到井下MWD仪器，通过井下MWD仪器的泥浆通道，将测量到的扭矩力数据的上传地面。同时测量到的扭矩力数据在井下也被保存到大容量存储器中，以便起钻后的数据回放。扭矩测量装置的扭矩应变测量体阵列、测量信号调理电路、电池供电电路和MWD接口协议电路安装在钻铤的侧壁上面，电池供电单元连接线、MWD接口协议电路连接线安装在钻铤的水眼内部，钻铤本体也采用水眼偏心结构设计，使得泥浆液能够通畅流过钻铤本体的泥浆通道。在泥浆通道内部机械结构设计是为了将供电电池单元连接线、MWD接口协议电路连接线从钻铤的侧壁短路舱体中引出到与其他的井下仪器(如井下MWD仪器)的滑环接头上，保证与其他井下仪器通讯。机械结构的两端各安装有两道O型密封圈结构，可靠的保证泥浆通道内的泥浆液不会进入到电池供电单路、MWD协议接口电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种随钻井下扭矩测量系统，其特征在于，包括：钻铤本体，其外壁上等间距共轴心设置多个扭矩传感器安装凹槽，相邻扭矩传感器安装凹槽之间设置有通孔；扭矩测量传感器，为一安装于所述扭矩传感器安装凹槽内部的弹性圆环结构，其上设置有共圆周等距排列的多个扭矩应变测量体。

【技术特征摘要】
1.一种随钻井下扭矩测量系统，其特征在于，包括：钻铤本体，其外壁上等间距共轴心设置多个扭矩传感器安装凹槽，相邻扭矩传感器安装凹槽之间设置有通孔；扭矩测量传感器，为一安装于所述扭矩传感器安装凹槽内部的弹性圆环结构，其上设置有共圆周等距排列的多个扭矩应变测量体。2.根据权利要求1所述的一种随钻井下扭矩测量系统，其特征在于，所述钻铤本体为水眼偏心结构设计，钻铤本体水眼内部设置电池供电单元连接线、MWD接口协议电路连接线，所述MWD接口协议电路连接线的一端连接至钻铤本体的圆环接头处；所述钻铤本体的两端接头处设置密封圈结构。3.根据权利要求1所述的一种随钻井下扭矩测量系统，其特征在于，所述钻铤本体侧壁上设置电池舱体、压力测量电路舱体，MWD接口协议电路舱体；所述压力测量电路舱体，MWD接口协议电路舱体与扭矩传感器安装凹槽相连。4.根据权利要求1所述的一种随钻井下扭矩测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾衡天，高文凯，盛利民，窦修荣，艾维平，王家进，王鹏，毛为民，李明印，洪迪峰，
申请(专利权)人：中国石油集团工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11