一种基于钻井液循环的机械式测斜系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于钻井液循环的机械式测斜系统，包括按照钻井液流通方向依次连通的泵、流通管、钻杆、钻铤、机械式测斜仪器和钻头，所述的测斜仪器内设置有用于将所测信息转化为脉冲信号的脉冲发生装置，所述的流通管上连通有用于检测脉冲发生装置所产生脉冲信号的传感器，所述的传感器电连接有信号处理系统，所述的钻杆钻杆连接有支撑系统。本发明专利技术的有益效果是：本方案能够实现无线随钻测斜的功能，在不影响正常钻井的情况下，实现测量钻井的参数，避免测量数据存在延迟而导致施工误差偏大，便于及时对误差进行纠正处理。

A Mechanical Inclination Measurement System Based on Drilling Fluid Cycle

【技术实现步骤摘要】
一种基于钻井液循环的机械式测斜系统
本专利技术涉及钻井
，具体是一种基于钻井液循环的机械式测斜系统。
技术介绍
井斜问题是油气钻井生产中一个非常重要的问题。特别是高陡构造条件下的井斜问题不仅造成机械钻速低导致钻井周期长、钻井成本高而且往往造成井身质量不合格严重时导致中途填井重钻或报废贻误建井周期甚至达不到预定的勘探开发目的。从上世纪20年代起工程技术人员和科研工作者对井斜问题及防斜措施进行了理论研究和工具丌发提出了多种井斜控制方案研制丌发了一些防斜工具。这些理论和工具对控制井斜起到了一定的作用但并不能完全避免井斜的发生。到目前为止所有的油气井在钻井过程中都会发生不同程度的井斜。既然井斜问题不可避免就需要测量井斜以保证井斜在许可范围之内避免发生井下事故。因此井斜的测量是钻井工程上不可缺少的工作对控制井斜、保证井身质量具有重要意义。测斜技术就是为了解决油气井测斜问题而发展起来的,刚开始时主要是为了测量直井的井斜即测量油气井偏离铅垂线的大小尽量保证井眼的垂直。后来随着钻井技术的进步和复杂油气藏开采的需要出现了定向井、水平井等特殊工艺井随之出现了相应的测量仪器。回顾测斜技术的发展历史可分为三个阶段。第一阶段是虹吸测斜技术其原理是利用液面始终保持水平的特性来测量井斜它是最初的测斜技术与之相关的仪器是虹吸式测斜仪。这种测斜技术由于操作不方便需要时日长耳静已基本被淘汰。第二阶段是照相测斜技术其基本原理是利用重力和磁性原理通过摆锤和指南针在罗盘上成像测量井斜和方位角。这种技术从世纪年代后期开始发展起来年代在油田广泛使用口。与照相测斜技术相关的仪器包括照相式单点测斜仪多点测斜仪等。目前照相式单点测斜仪还在使用而照相式多点测斜仪因读数不方便而被电子多点测斜仪代替。第三阶段是电子测斜技术其基本原理是利用地球重力场和地磁场用加速度计感应地球重力场强而测量并斜用磁通门用来感应地球磁场强而测量方位。这种技术在世纪年代末年代初首先从国外引进后来经过我国技术人员的科研攻关相继研制成功电子单点测斜仪、电子单多点测斜仪等。20世纪70年代切期为满足定向井、水平井钻井工艺需要我国开始引进有线随钻测量仪器和无线随钻测量仪器，并在对关键技术进行消化吸收的基础上开展有线随钻和无线随钻测斜技术的研究工作开发研制有线随钻测量仪器和无线随钻测量仪器。目前国内己有多个生产有线随钻和无线随钻测量仪器的厂家。机械式无线随钻测斜技术集机械、液压和钻井液脉冲技术为一体，利用精密机械结构测量井斜。井下仪器为纯机械机构，井斜的测量、井斜信息的转换、脉冲信号的产生等全部通过机械装置实现。它可以象MWD一样在下钻之前安装到井下钻具上实现随钻测量实时监测井斜。由于机械式无线随钻测斜仪具有操作使用方便、不受温度和井深影响等优点在深井和高温等特殊直井中得了广泛应用。国外在机械式无线随钻测斜技术方面的研究工作从20世纪50年代末开始起步,60年代获得成功。70年代末BJHughes公司研制的机械式无线随钻测斜仪商业化丌始在现场推广应用。经过三十多年的研究和改进国外在机械式无线随钻测斜技术方面的研究和应用取得了很大的成就，研究设计了多种类型的机械式测斜仪器。我国在钻井测斜仪器方面的研究工作己取得了重要的成就但在机械式测斜仪器方面的研究还是空白。国内还没有对机械式无线随钻测斜技术进行过系统的研究也没有研制和生产机械式测斜仪的单位和厂家。原地质矿产部华东石油地质局于1986年申报的中国专利技术专利“自调机械式随钻测斜仪”中涉及到机械式测斜仪但直没有产品问世，也没有相关的研究报道。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于钻井液循环的机械式测斜系统，能够实现机械是无线随钻测斜以进行测量井斜的工作。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于钻井液循环的机械式测斜系统，包括按照钻井液流通方向依次连通的泵、流通管、钻杆、钻铤、机械式测斜仪器和钻头，所述的测斜仪器内设置有用于将所测信息转化为脉冲信号的脉冲发生装置，所述的流通管上连通有用于检测脉冲发生装置所产生脉冲信号的传感器，所述的传感器电连接有信号处理系统，所述的钻杆钻杆连接有支撑系统。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述的测斜仪器包括按钻井液流通方向依次连通的脉冲发生装置、编码控制机构、测斜机构、阻尼装置和与钻头连通的底座，所述的底座上设置有包覆阻尼装置、测斜机构和编码控制机构的外壳。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述的脉冲发生装置包括与外壳连通的脉冲环、若干个设置在脉冲环内且与脉冲环同轴的节流环、设置在脉冲环内的脉冲杵、位于脉冲环内且与脉冲杵滑动连接的脉冲杆和与脉冲杆传动连接的脉冲阀，节流环的中部为与脉冲环同轴的节流孔。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述的编码控制机构包括设置在外壳内的编码底座、设置在编码底座上的控制筒、滑动设置在控制筒上的限位筒、滑动设置在控制筒内且穿过编码底座的控制轴、若干个设置在控制轴上的直径大于控制轴且与控制轴同轴的挡球柱、若干个设置在控制筒上且与挡球柱配合使用的钢球、套装在控制筒上且与脉冲杆传动连接的执行筒，执行筒与限位筒传动连接，所述的限位筒与编码底座之间设置有弹簧，所述的挡球柱与编码底座之间设置有控制弹簧。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述的测斜机构包括铰接在控制轴底端的摆锤和设置在外壳内且内部设有阶梯通孔的阶梯环，阶梯环的轴线与控制轴的轴线共线，摆锤位于阶梯通孔内，阶梯通孔的直径从上往下依次增大进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述的阶梯通孔的阶梯面上设置有环形且横截面为三角形的挂环，所述的摆锤上设置有若干个能够挂在挂环上的挂扣。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述的阻尼装置包括设置在外壳内且带有通孔的阻尼外筒、滑动设置在阻尼外筒靠近测斜机构机构一端的阻尼脉冲杆、设置在阻尼外筒内的阻尼阀、滑动设置在阻尼外筒内的阻尼活塞，所述的阻尼活塞与阻尼脉冲杆分别位于阻尼阀的两端。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述的阻尼阀包括带有阀体通孔的阻尼阀体、若干个设置在阀体通孔内的阻尼孔板、分别设置在阀体通孔两端的导流座和堵丝、设置在阻尼阀体上的回流孔，所述的阀体通孔的轴线与回流孔的轴线平行，回流孔靠近导流座的一端设置有阻尼小球。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述的导流座与阻尼孔板之间设置有过滤网。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述的阻尼外筒内设置有与阻尼活塞传动连接的阻尼弹簧。本方案所取得的有益效果是：（1）本方案能够实现无线随钻测斜的功能，在不影响正常钻井的情况下，实现测量钻井的参数，避免测量数据存在延迟而导致施工误差偏大，便于及时对误差进行纠正处理；（2）本方案具有抗压抗冲击、抗高温、抗低温、使用成本低、抗电磁干扰等优点。附图说明图1为本方案的结构示意图；图2为测斜仪器的结构示意图；图3为脉冲发生装置的结构示意图；图4为脉冲发生装置的工作状态示意图；图5为编码控制机构的结构示意图；图6为编码控制机构的工作状态示意图；图7为测斜机构的结构示意图；图8为图7的A处放大图；图9为阻尼装置的结构示意图；图10为阻尼阀体的结构示意图。其中：1-泵，2-流通管，3-传感器，4-钻杆，5-测斜仪器，51-脉冲发生装置，511-脉冲环，512-节流环，513-节流孔，514-脉冲阀，5141-脉冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于钻井液循环的机械式测斜系统，其特征在于：包括按照钻井液流通方向依次连通的泵(1)、流通管(2)、钻杆(4)、钻铤(9)、机械式测斜仪器(5)和钻头(6)，所述的测斜仪器(5)内设置有用于将所测信息转化为脉冲信号的脉冲发生装置(51)，所述的流通管(2)上连通有用于检测脉冲发生装置(51)所产生脉冲信号的传感器(3)，所述的传感器(3)电连接有信号处理系统(7)，所述的钻杆钻杆(4)连接有支撑系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于钻井液循环的机械式测斜系统，其特征在于：包括按照钻井液流通方向依次连通的泵(1)、流通管(2)、钻杆(4)、钻铤(9)、机械式测斜仪器(5)和钻头(6)，所述的测斜仪器(5)内设置有用于将所测信息转化为脉冲信号的脉冲发生装置(51)，所述的流通管(2)上连通有用于检测脉冲发生装置(51)所产生脉冲信号的传感器(3)，所述的传感器(3)电连接有信号处理系统(7)，所述的钻杆钻杆(4)连接有支撑系统。2.根据权利要求1所述的一种基于钻井液循环的机械式测斜系统，其特征在于：所述的测斜仪器包括按钻井液流通方向依次连通的脉冲发生装置(51)、编码控制机构(52)、测斜机构(53)、阻尼装置(54)和与钻头(6)连通的底座(55)，所述的底座(55)上设置有包覆阻尼装置(54)、测斜机构(53)和编码控制机构(52)的外壳(56)。3.根据权利要求2所述的一种基于钻井液循环的机械式测斜系统，其特征在于：所述的脉冲发生装置(51)包括与外壳(56)连通的脉冲环(511)、若干个设置在脉冲环(511)内且与脉冲环(511)同轴的节流环(512)、设置在脉冲环(511)内的脉冲杵(515)、位于脉冲环(511)内且与脉冲杵(515)滑动连接的脉冲杆(5141)和与脉冲杆(5141)传动连接的脉冲阀(514)，节流环(512)的中部为与脉冲环(511)同轴的节流孔(513)。4.根据权利要求3所述的一种基于钻井液循环的机械式测斜系统，其特征在于：所述的编码控制机构(52)包括设置在外壳内的编码底座(521)、设置在编码底座(521)上的控制筒(522)、滑动设置在控制筒(522)上的限位筒(527)、滑动设置在控制筒(522)内且穿过编码底座(521)的控制轴(524)、若干个设置在控制轴(524)上的直径大于控制轴(524)且与控制轴(524)同轴的挡球柱(523)、若干个设置在控制筒(522)上且与挡球柱(523)配合使用的钢球(526)、套装在控制筒(522)上且与脉冲杆(5141)传动连接的执行筒(525)，执行筒(525)与限位筒(527)传动连接，所述的限位...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟健，陈桂芳，雷本禄，郭其勇，陈建，袁野，
申请(专利权)人：自贡中兴耐磨新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51