一种具有温度实时监测功能的智能钻头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有温度实时监测功能的智能钻头，在该智能钻头本体上设有三个均匀分布的PDC钻头刀翼，在PDC钻头刀翼上呈弧线分布安装槽，并在安装槽内装有多个PDC钻头测温切削齿，所述测温切削齿具有实时测温功能；所述测温切削齿内均带有检测传感器，在PDC钻头刀翼中设有相连的导线孔，作为线槽，线槽穿过夹紧板，固定并压紧传感器的位置，线槽下部连接到传感器壳体单元，上部连接到测温传感器中。其中温度传感器包括导体、外壳、补偿导线、二次仪表等部分，从而实现对钻井切削环境温度进行实时监控。本实用新型专利技术通过增设温度传感器装置，能够显著提高PDC钻头对钻井环境温度的感知和实时监测，为定向钻井技术和耐温处理提供有力技术支撑。理提供有力技术支撑。理提供有力技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种具有温度实时监测功能的智能钻头

:
[0001]本技术涉及钻井工具
，特别涉及一种智能钻头刀翼顶部的切削齿中安装的微型温度传感器装置。

技术介绍
:
[0002]深部钻井井下一般达到50
‑
300℃高温，钻头在高温井底高速切削将产生大量的切削热。当热量没有及时带走，将导致切削齿热磨损严重，制约了高效切削钻井。
[0003]为此，需要在智能钻头上布置有温度传感器，使其能够实时监控井底切削齿温度状态，形成良好的温度检测与控制功能，进而控制钻头切削齿生热和热磨损。

技术实现思路
:
[0004]针对钻头切削齿在井下工作的高温监测问题，本技术提供了一种对切削齿温度及钻井切削力实时监测的智能钻头，通过增设随钻监测装置，能够显著提高PDC钻头对钻井环境温度的感知和实时监测，为定向钻井技术提供有力技术支撑。
[0005]本技术的技术方案如下：
[0006]在该智能钻头本体上设有三个PDC钻头刀翼，在PDC钻头刀翼上设计有呈弧线分布的安装槽，并在安装槽内装有多个PDC钻头测温切削齿。所述测温切削齿，内均设计有温度检测传感器，具有实时测温功能。该传感器通过内部线槽连接PDC钻头内部，其线槽顶部由压电陶瓷下方垂直延伸至PDC钻头本体内部中空腔体，然后线槽继续水平延伸至PDC钻头刀翼的侧面。线槽穿过夹紧板固定并压紧传感器的位置，线槽下部连接到传感器壳体单元，上部连接到测温传感器。其中温度传感器包括导体、外壳、补偿导线、二次仪表等部分，从而实现对钻井切削环境温度进行实时监控。本技术通过增设温度传感器装置。
[0007]进一步的，所述温度监测装置采用切削齿内置微型热电偶式传感器，钻头动载荷检测采用微型压电传感器，并将两种传感器组合嵌套在中空结构PDC切削齿内，构成测温切削齿。
[0008]进一步的，所述微型热电偶式传感器的包括基座，所述基座为中空的简体结构，其一端设有中部开口的圆孔，孔径小于筒体内径，另一端外壁设有一段凸缘，在凸缘内设有多个螺纹孔，在基座带有螺纹孔一侧的端部传感器顶盖，传感器顶盖上设有多个与基座对应的螺纹孔，并通过配套设置的螺柱连接，所述传感器顶盖内部依次设有导电片、压电陶瓷、导电片、压电陶瓷，并通过传感器顶盖将它们压紧在基座内，在钻头切削齿底端设有导线孔，导线孔穿过顶盖与传感器电线插座相连，在传感器顶盖上方还设有一段电线插座，电线插座也设有螺纹孔，并通过螺柱固定在传感器顶盖和基座上。
[0009]进一步的，所述测温切削齿在导电片侧面连接有导线，在传感器顶盖上设有孔，导线从基座内部穿过传感器顶盖上；热电偶沿圆柱形切削齿轴线安装，并与压电传感器间隔1mm距离；所述压电式传感器直径为8mm，热电偶直径为2mm，小于PDC钻头切削齿3mm的直径。
[0010]进一步的，所述测温切削齿被加工为一端封闭的筒体结构，封闭端内侧设有圆形
凸台，且圆形凸台的直径和深度与设置于基座一端的圆孔尺寸完全一致，在切削齿筒体结构另一端设有螺纹孔，通过螺栓将压紧板和PDC钻头切削齿固定。
[0011]进一步的，布线槽下部连接在PDC钻头本体内部的中空腔体侧面，并从中空腔体连接到PDC钻头本体外侧，在连接处的外侧设有沉孔，在沉孔内放置信号转换模块，并在信号转换模块到PDC钻头本体内部的中空腔体之间的布线槽内设置无线信号发射装置。
[0012]进一步的，刀翼内部布线槽顶部从测温传感器下方垂直延伸到 PDC钻头本体内部的中空腔体上方，然后水平延伸至PDC钻头刀翼侧面，作为刀翼内部布线槽，然后从PDC钻头刀翼向下设有一整块空槽，作为保径面布线槽，保径面布线槽连接到沉孔。
[0013]进一步的，所述保径面布线槽和沉孔外部，设有T型的密封块，所述密封块为硬质橡胶，并压紧在保径面布线槽与沉孔构成的倒T型结构中，保持内外密封。
[0014]进一步的，所述测温切削齿由设置于刀翼中部的那颗PDC钻头切削齿改装而来，若该刀翼上PDC钻头切削齿为偶数个，则选择其中部的2个PDC钻头切削齿中的靠近PDC钻头本体轴心的PDC钻头切削齿来进行改装。
[0015]进一步的，所述所述测温切削齿表面及导线涂刷一层厚度为 0.6mm的耐高温涂料，可耐受400℃的高温，在井下能满足不少于 1000小时的使用。
[0016]进一步的，在井场设有配套的无线信号接收器、数据采集卡、计算机。
[0017]一种切削齿温度及钻井切削力实时监测的智能钻头的工作方法，步骤如下:
[0018]当钻头工作时，PDC钻头切削齿对地层进行切削，此时切削力和环境温度通过切削齿上压力传感器和温度传感器测定，进而利用导线传输出去。
[0019]本技术的有益之处在于:
[0020]本技术与现有技术相比，具有如下有益效果:
[0021]通过结构改进，并安装监测装置，本技术能够精确采集到PDC钻头破碎岩石时所产生的切削力和工作环境下的温度，能实时传输到地面。便于工作人员根据实时数据进行操作调整和钻头控制，解决了现有随钻测试工具获取PDC钻头数据和控制不及时的问题。
[0022]在结构上，本技术涉及了温度传感器的组合结构，并配套改进了压力传感器、温度传感器的加紧板设计，结合切削齿腔内结构，使其具备更好的传热性、密封性和接触性能，确保监测结果精准，同时在必要结构部分的表面涂刷一层厚度为0.6mm的耐高温涂料便可耐受 400℃的高温，在井下能满足不少于1000小时的使用，能够显著提高PDC钻头对钻井环境温度的感知和实时监测，为定向钻井技术和耐温处理提供有力技术支撑，也为同类型钻井工作的安排提供了数据采集的方案。
附图说明:
[0023]图1为本技术一种钻井切削环境中的温度传感器测试装置所在的智能钻头的结构示意图；
[0024]图2为测温传感器在钻头本体上安装示意图；
[0025]图3为图2的侧视图；
[0026]图4为图2中A
‑
A截面图；
[0027]图5为测温传感器结构设计图；
[0028]图6为图5中B
‑
B截面图；
[0029]图中各标号的含义为：
[0030]1‑
PDC钻头本体；
[0031]2‑
PDC钻头刀翼，21
‑
线槽；
[0032]3‑
PDC钻头切削齿，31
‑
测温切削齿，311
‑
热电偶温度传感器，312
‑ꢀ
内部导线孔，313
‑
顶盖，314
‑
压力传感器，315
‑
压电陶瓷，316
‑
导电片， 317
‑
电线插座，318
‑
内螺柱，33
‑
导线孔，34
‑
外螺柱；
[0033]4‑
信号转换模块；
[0034]5‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.a.一种具有温度实时监测功能的智能钻头，其特征在于实时监控钻头切削齿环境的温度，所述智能钻头包括PDC钻头本体(1)，在所述智能钻头上设有PDC钻头刀翼(2)，在所述PDC钻头刀翼上设有PDC钻头切削齿(3)，其特征在于，每一排PDC钻头切削齿中，均设有测温切削齿(31)；b.所述测温切削齿(31)带有压力监测装置和温度监测装置；所述温度监测装置内设有热电偶温度传感器(311)；所述压力监测装置内设有压力传感器(314)，在PDC钻头刀翼(2)底端设有内部导线孔(312)，内部导线孔(312)穿过顶盖(313)与传感器电线插座(317)相连，电线插座(317)与传感器导电片(316)相接触，导电片(316)紧压传感器内的压电陶瓷(315)，PDC钻头刀翼(2)内设有线槽(21)，线槽(21)内设有信号转换模块(4)，导线从测温切削齿(31)连接到信号转换模块(4)，信号转换模块(4)带有无线信号发射装置(5)。2.根据权利要求1所述的一种具有温度实时监测功能的智能钻头，其特征在于，压力监测装置为压电式传感器，传感器嵌套在加工为中空结构的PDC钻头切削齿(3)中部，构成测温切削齿(31)，导线全部涂刷厚度为0.6mm的zs
‑
411隔热涂料，传感器仅表面涂刷。3.根据权利要求1所述的一种具有温度实时监测功能的智能钻头，其特征在于所述热电偶温度传感器(311)配套结构设有内部导线孔(312)，导线经内部导线孔(312)从顶盖(313)穿过并延伸到外最终连接到信号转换模块(4)，所述热电偶温度传感器(311)直径为2mm，压电传感器直径为8mm，小于PDC钻头切削齿(3)的直径。4.根据权利要求1所述的一种具有温度实时监测功能的智能钻头，其特征在于，用于放置测温切削齿(31)的PDC钻头切削齿(3)，其被...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔美玉，蔡灿，康传哲，刘慧琳，李玲，孟新儒，曹煜磊，曾薪，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：新型
国别省市：