一种基于加速度计空间阵列排布的钻具内振动测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于加速度计空间阵列排布的钻具内振动测量装置，可以安装于包含钻头在内的任意井下钻具接箍位置，包含：电子模块，其包含测量电路板，用于测量得到井下钻具的三轴振动数据以及三轴冲击数据；主体，其为轴对称结构，中部设置有支撑定位台，支撑定位台为内圆外方的六边形台，内部为钻井流体通道，六边形台的外部棱面上各安装一个测量电路板，相邻测量电路板的长边两两相接，并在空间高度上交错排布。本发明专利技术满足就钻具振动测量的小型化、分布式、高频率、耐高温要求，能够在不改变现有油气井行业工艺技术的前提下直接安装于包含钻头在内的各种井下钻具内部，可靠性高、可拓展性强。可拓展性强。可拓展性强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于加速度计空间阵列排布的钻具内振动测量装置


[0001]本专利技术涉及石油与天然气勘探开发
，具体地说，涉及一种基于加速度计空间阵列排布的钻具内振动测量装置。

技术介绍

[0002]钻井过程中，受井身结构、管柱结构、地层性质、施工参数以及扭冲等提速工具的共同影响，钻头在地下受到不同幅值和频率的振动干扰，并在机械钻速、钻头寿命、钻具变形情况上直接体现。因此，对钻头处真实振动情况进行测量与研究，是油气井工程领域中钻速预测、钻具损伤分析、地层认识等具有重要意义。
[0003]现有技术中，普遍采用地面钻机处振动测量或近钻头位置随钻振动测量的方式。但相关研究表明，由于受到钻杆柱力学与结构特性影响，基于地面采集与随钻近钻头测量的数据与钻头实际振动存在明显的数值偏差，且现有装置采样率仅为0.5
‑
2Hz，远小于钻头300Hz以上的振动频率，无法全面、客观、准确的反映钻头真实振动情况。小型化、分布式、高频率、耐高温的井下振动测量装置是油气钻井领域的迫切要求。
[0004]此外，现有钻具内振动测量装置多采用“内居中安装、旁通流道”或“偏心安装、三轴加速度估算”的方式，分别面临“沿程压力损耗大”与“抗噪性差、无法测量钻具涡动”的问题。常规测量领域中，六自由度振动测量可基于空间或平面两类传感器阵列进行；但现有技术中，空间阵列要求阵列等效坐标系各轴中均排布至少一个振动传感器，无法同时满足阵列等效坐标系与钻具坐标系同轴且维持钻具内部中空的要求；平面阵列结构虽能够满足钻具内部中空要求，但基于刚体运动理论，其参数方程组欠定不相容，其扭转振动参数(角速度)仅能通过角加速度积分获取，长时间测量将面临巨大累计误差。
[0005]针对现有技术的问题，本专利技术提供了一种基于加速度计空间阵列排布的钻具内振动测量装置。

技术实现思路

[0006]为解决上述现有技术的问题，本专利技术提供了一种基于加速度计空间阵列排布的钻具内振动测量装置，所述装置可以安装于包含钻头在内的任意井下钻具接箍位置，所述装置包含：
[0007]电子模块，其包含测量电路板，用于测量得到井下钻具的三轴振动数据以及三轴冲击数据；
[0008]主体，其为轴对称结构，中部设置有支撑定位台，所述支撑定位台为内圆外方的六边形台，内部为钻井流体通道，六边形台的外部棱面上各安装一个所述测量电路板，相邻所述测量电路板的长边两两相接，并在空间高度上交错排布。
[0009]根据本专利技术的一个实施例，所述主体包含上密封端以及下密封端，所述上密封端与所述下密封端为两个带半圆槽的圆环，其中，所述上密封端中部位置开有上密封端圆槽，所述下密封端中部位置开有下密封端圆槽。
[0010]根据本专利技术的一个实施例，所述装置还包含用于实现液体密封的上游密封圈以及下游密封圈，所述上游密封圈设置在所述上密封端圆槽内，所述下游密封圈设置在所述下密封端圆槽内。
[0011]根据本专利技术的一个实施例，所述测量电路板包含测量模块，所述测量模块包含：
[0012]第一加速度传感器，其用于进行井下钻具的三轴振动测量；
[0013]第二加速度传感器，其用于进行井下钻具的三轴冲击测量；
[0014]温度传感器，其用于获取所述测量模块的温度，以实现各传感器温漂的实时校正。
[0015]根据本专利技术的一个实施例，相邻的所述测量电路板在安装位置上存在180
°
旋转对应关系，从而实现所述测量模块在空间高度上的交错排布，相邻的所述测量电路板长边两两相接，整体呈现为六棱柱空间结构，从而实现所述测量模块在平面上的六边形排布。
[0016]根据本专利技术的一个实施例，所述测量电路板包含支持模块，所述支持模块包含：
[0017]滤波与整流电路，其用于对所述测量模块的系统噪声、数字与模拟信号进行降噪与平滑化预处理；
[0018]存储芯片，其用于对所述测量模块得到的测量数据及控制参数进行存储、查询、擦除以及读写操作；
[0019]控制芯片，其用于配合嵌入式系统，对所述测量模块内各芯片以及传感器的行为进行控制；
[0020]通讯接口，其用于实现相邻所述测量电路板间的数据交互，并实现所述测量模块与上位机间数据交互。
[0021]根据本专利技术的一个实施例，所述测量电路板包含电源模块，所述电源模块包含：
[0022]电源保护模块，其用于实现电源的稳压输出、过载保护、短路保护；
[0023]耐高温电池，其用于在井下环境中对所述电子模块供电。
[0024]根据本专利技术的一个实施例，所述测量电路板包含左连接线以及右连接线，用于实现相邻所述测量电路板间的数据、电力交互连接。
[0025]根据本专利技术的一个实施例，基于所述左连接线与所述右连接线实现各个所述测量电路板中所述电源模块的并联，以保证所述电子模块的电力冗余。
[0026]根据本专利技术的一个实施例，六边形台各棱面的四角位置各开有一个定位螺栓孔，用于实现所述电子模块的安装与定位。
[0027]根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种基于加速度计空间阵列排布的钻具内振动测量方法，通过如上任一项所述的装置执行，所述装置可以安装于包含钻头在内的任意井下钻具接箍位置，所述方法包含以下步骤：
[0028]获取所述三轴振动数据以及所述三轴冲击数据，以得到待测钻具各测量深度处的加速度数据；
[0029]基于所述加速度数据，解算得到待测钻具中心等效坐标系上三轴运动加速度与角加速度；
[0030]依据所述加速度数据、所述运动加速度、所述角加速度，解算得到待测钻具中心等效坐标系上三轴运动角速度。
[0031]根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种存储介质，其包含用于执行一种基于加速度计空间阵列排布的钻具内振动测量方法步骤的一系列指令。
[0032]根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种钻具内振动测量装置的睡眠模式与测量模式切换方法，通过如上任一项所述的装置执行，所述装置可以安装于包含钻头在内的任意井下钻具接箍位置，所述方法包含以下步骤：
[0033]配置睡眠模式与测量模式的初始化数据；
[0034]所述装置通电后，对内部时钟与模式时间区间进行比对；
[0035]重复进行内部时钟与模式时间区间的比对，直至所述装置断电或内部时钟对应时间超过所有模式时间区间的上限。
[0036]根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种存储介质，其包含用于执行一种钻具内振动测量装置的睡眠模式与测量模式切换方法步骤的一系列指令。
[0037]根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种钻具内振动测量装置的自动变频存储实现方法，通过如上任一项所述的装置执行，所述装置可以安装于包含钻头在内的任意井下钻具接箍位置，所述方法包含以下步骤：
[0038]所述装置通电后，其控制芯片对当前工作模式进行监测；
[0039]若自动变频存储功能生效，则传感器进行数据采集过程中，当采集数据或推算的振动参数达到上位机配置的阈值条件时，控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于加速度计空间阵列排布的钻具内振动测量装置，其特征在于，所述装置可以安装于包含钻头在内的任意井下钻具接箍位置，所述装置包含：电子模块，其包含测量电路板，用于测量得到井下钻具的三轴振动数据以及三轴冲击数据；主体，其为轴对称结构，中部设置有支撑定位台，所述支撑定位台为内圆外方的六边形台，内部为钻井流体通道，六边形台的外部棱面上各安装一个所述测量电路板，相邻所述测量电路板的长边两两相接，并在空间高度上交错排布。2.如权利要求1所述的一种基于加速度计空间阵列排布的钻具内振动测量装置，其特征在于，所述主体包含上密封端以及下密封端，所述上密封端与所述下密封端为两个带半圆槽的圆环，其中，所述上密封端中部位置开有上密封端圆槽，所述下密封端中部位置开有下密封端圆槽。3.如权利要求2所述的一种基于加速度计空间阵列排布的钻具内振动测量装置，其特征在于，所述装置还包含用于实现液体密封的上游密封圈以及下游密封圈，所述上游密封圈设置在所述上密封端圆槽内，所述下游密封圈设置在所述下密封端圆槽内。4.如权利要求1所述的一种基于加速度计空间阵列排布的钻具内振动测量装置，其特征在于，所述测量电路板包含测量模块，所述测量模块包含：第一加速度传感器，其用于进行井下钻具的三轴振动测量；第二加速度传感器，其用于进行井下钻具的三轴冲击测量；温度传感器，其用于获取所述测量模块的温度，以实现各传感器温漂的实时校正。5.如权利要求4所述的一种基于加速度计空间阵列排布的钻具内振动测量装置，其特征在于，相邻的所述测量电路板在安装位置上存在180
°
旋转对应关系，从而实现所述测量模块在空间高度上的交错排布，相邻的所述测量电路板长边两两相接，整体呈现为六棱柱空间结构，从而实现所述测量模块在平面上的六边形排布。6.如权利要求4所述的一种基于加速度计空间阵列排布的钻具内振动测量装置，其特征在于，所述测量电路板包含支持模块，所述支持模块包含：滤波与整流电路，其用于对所述测量模块的系统噪声、数字与模拟信号进行降噪与平滑化预处理；存储芯片，其用于对所述测量模块得到的测量数据及控制参数进行存储、查询、擦除以及读写操作；控制芯片，其用于配合嵌入式系统，对所述测量模块内各芯片以及传感器的行为进行控制；通讯接口，其用于实现相邻所述测量电路板间的数据交互，并实现所述测量模块与上位机间数据交互。7.如权利要求1所述的一种基于加速度计空间阵列排布的钻具内振动测量装置，其特征在于，所述测量电路板包含电源模块，所述电源模块包含：电源保护模块，其用于实现电源的稳压输出、过载保护、短路保护；耐高温电池，其用于在井下环境中对所述电子模块供电。8.如权利要求7所述的一种基于加速度计空...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄哲，吴仲华，牛洪波，李建成，刘晓兰，马永乾，薛亚宁，高岩，
申请(专利权)人：中石化胜利石油工程有限公司中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，
类型：发明
国别省市：