一种基于光纤分布式传感器的钻头状态监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光纤分布式传感器的钻头状态监测装置及方法，属于石油钻井技术领域。本发明专利技术通过在钻头上布设多组光纤传感器，以采集并分析钻头工作时的温度分布、应变分布以及振动分布数据，根据应变分布得到钻头的钻压分布，实时监测钻头的状态，并进行钻头工作状态提示以及实现报警功能。监测过程中的应变测量可以但不限于利用基于游标效应的光纤应变传感机理，将游标增敏效应与光纤干涉仪传光特性相结合，不仅能更灵敏地感知到应变的变化，提高了传感器灵敏度，同时也可以避免环境温度对钻压测量结果的影响，实现钻井设备的钻头钻压分布曲线以及由于切削齿磨损导致钻压分布不正常等报警功能。压分布不正常等报警功能。压分布不正常等报警功能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤分布式传感器的钻头状态监测装置及方法


[0001]本专利技术属于石油钻井
，用于监测钻头在工作时的实时数据及预警提示，尤其是涉及一种基于光纤分布式传感器的钻头状态监测装置及方法。

技术介绍

[0002]油井是以若干梯级钻出的，梯级可具有不同的直径，这些梯级中的每一个都称为阶段；钻机经由钻柱传输重量(WOB
‑
钻头重量)、旋转(RPM
‑
每分钟转数)和转矩以促进井眼钻孔，钻头分为两个主要组：牙轮钻头(或圆锥钻头，最常见的是三锥钻头)和固定铣刀钻头，这两个主要组之间的主要区别在于牙轮钻头是通过破碎机制来切削岩石的，而固定铣刀钻头是通过剪切机制来切削岩石的。油气田开发过程中，石油钻井是一个非常重要的环节，而影响石油钻井效率的一个重要因素就是石油钻井钻头设备的使用；在日常的钻井工作中，钻井难免会出现不同程度地钻头受损或损坏，钻头发生故障会严重影响施工进度，降低施工效率和质量；可见确保钻井过程中，钻头设备正常使用状态十分重要。在日常施工作业中，不断关注钻井钻头设备状态，及时监测钻头设备状态采取合理有效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤分布式传感器的钻头状态监测装置，包括钻具和布设在所述钻具上的钻头，其特征在于，所述钻头上布设有多组光纤传感器，多组所述光纤传感器布设在所述钻头的刀翼切削齿底部，所述钻头的刀翼中设有用于布设光纤的布线槽，所述光纤与光纤传感器连接后通过所述布线槽连接到所述钻头的空腔体内部的光纤滑环，所述光纤和光纤传感器经过耐高温高压封装，所述钻具内布设有供电仓，所述供电仓内布设有检测模块，所述光纤传感器与所述检测模块通过所述光纤连接。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤分布式传感器的钻头状态监测装置，其特征在于：所述光纤传感器包括光纤多参量传感器、光纤振动传感器和光纤压力传感器；所述光纤多参量传感器用于对刀翼上多个切削齿底部进行温度和应变的测量，再根据应变得到当前位置的钻压；所述光纤振动传感器用于对刀翼进行振动的测量；所述光纤压力传感器用于不同流道内压力的测量。3.根据权利要求2所述的一种基于光纤分布式传感器的钻头状态监测装置，其特征在于：所述检测模块包括光信号传输模块、环形器、时分复用器、波分复用器、光信号调节模块和数据处理模块，所述光纤多参量传感器、光纤振动传感器和光纤压力传感器分别通过光纤与所述光信号传输模块连接。4.根据权利要求2所述的一种基于光纤分布式传感器的钻头状态监测装置，其特征在于：每个所述光纤多参量传感器均包含参考臂和传感臂，各个光纤多参量传感器用于测量当前位置的温度和钻压；所述光纤振动传感器布设在每个刀翼上，且每个刀翼上布设一个或多个所述光纤振动传感器；所述光纤压力传感器布设在所述钻头的流道内靠近喷嘴部位，所述光纤压力传感器布设一个或多个，用于测量钻井液压力以及钻头清洗是否正常。5.应用于权利要求1
‑
4任一项所述的一种基于光纤分布式传感器的钻头状态监测装置的监测方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤一、布设光纤传感器：在钻头的每个刀翼多个切削齿处分别布设光纤多参量传感器，所述光纤多参量传感器用于采集当前切削齿位置的温度和应变；在钻头的刀翼上布设光纤振动传感器，所述光纤振动传感器用于采集各个刀翼的振动；在钻头的流道内布设光纤压力传感器，所述光纤压力传感器用于采集流道内的压力；步骤二、数据采集：利用所述光纤多参量传感器、光纤振动传感器和光纤压力传感器分别采集不同切削齿处的温度和应变分布信号、每个刀翼的振动信号以及流道压力信号；步骤三、数据处理：...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕方兴，刘晶晶，李飞，
申请(专利权)人：陕西智钻新能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：