深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供了一種深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置，所述裝置包含：頂驅、鉆柱、測量短節、數據傳輸模塊和數據傳輸模塊；所述頂驅用于提供所述鉆柱驅動力；所述測量短節頂部與所述頂驅相連，所述測量短節底部與所述鉆柱相連，用于在鉆井過程中采集鉆柱的工程參數；所述數據傳輸模塊分別與所述測量短節和所述數據傳輸模塊相連，用于所述測量短節與所述數據傳輸模塊之間的數據通信；所述數據傳輸模塊用于實時監測所述鉆柱的工程參數，對鉆柱的工作狀態進行實時預警和分析處理。

Drilling parameter measuring device for deepwater drilling string

The invention provides a deepwater drill string while drilling engineering parameter measuring device, the device includes a top drive drill string, and a measurement section and a data transmission module and data transmission module; the top drive is used for providing the driving force of the drill string; the measurement of the short top and top drive. The bottom of the nipple and the measurement of drill string is used for collecting engineering parameters of drill string in drilling process; the data transmission module are respectively connected with the measurement section and the data transmission module for data communication between the measurement and the short data transmission module; the data transmission module for real-time monitoring of the engineering parameters of the drill string, the real-time warning and Analysis on the working state of drill string.

【技術實現步驟摘要】
深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置
本專利技術涉及海洋石油天然氣采集領域，尤指一種可以在鉆井過程中對鉆柱狀態進行實時監測的深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置。
技術介紹
深水鉆柱受力狀態十分復雜和惡劣。上部受風、海浪、海流和潮汐等海洋環境載荷的隨機作用和平臺運動的聯合作用，引起鉆柱與隔水管耦合接觸；下部鉆頭受地層的作用力、井壁與鉆柱的接觸力；此外，鉆井液和鉆柱之間亦存在流固耦合力，導致鉆柱運動狀態異常復雜。鉆柱通常會產生偏移(最大偏移距離超過100米)、振動、搖擺等不同形式的復雜運動。為了提高海上鉆井作業的科學性和安全性，掌握深水鉆柱的受力狀態和運動規律，需要采集深水鉆柱的工程參數——鉆壓、扭矩、彎矩、位移、轉速和鉆柱內鉆井液壓力與溫度等。目前，獲取深水鉆柱的工程參數的方法可以分為地面(或近井口)間接采集、地面直接采集和井下直接采集三種。其中，地面間接采集的方法由于成本低而最為常用，但準確性不夠。例如，對鉆柱扭矩的測量主要是在井口裝置或電機軸上進行，無法準確測得鉆柱的真實扭矩。對鉆柱彎曲應力和位移等參數，地面間接采集的方法更是無法測得。井下直接采集方法具有準確性高的特點，但無法獲得受海洋環境載荷影響嚴重的上部鉆柱的工程參數，并且由于井下測量裝置工作環境惡劣，服務費用高，因此未能得到普及應用。國際上，國民油井公司的StringSense系統可以直接在地面上采集部分鉆井工程參數，具體包括扭矩、拉壓力、鉆速、彎矩、鉆柱內壓力和振動參數等，但無法采集到深水鉆柱重要的運動參數——位移。由于深水鉆柱通過鉆柱升沉運動補償器與鉆井平臺連接在一起，鉆柱的垂直位移與鉆井平臺的垂直位移不是同步的，因此無法鉆井平臺的運動不能代表深水鉆柱上部的運動。為此亟需研制新型測量裝置測試深水鉆柱的頂部位移及其它工程參數。
技術實現思路
本專利技術目的在于提供一種可以隨鉆測量深水鉆柱上部的拉壓應力、扭矩、彎矩、位移、轉速、振動參數和鉆柱內鉆井液壓力與溫度等工程參數的隨鉆測量系統。為達上述目的，本專利技術具體提供一種深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置，所述裝置包含：頂驅、鉆柱、測量短節、數據傳輸模塊和數據傳輸模塊；所述頂驅用于提供所述鉆柱驅動力；所述測量短節頂部與所述頂驅相連，所述測量短節底部與所述鉆柱相連，用于在鉆井過程中采集鉆柱的工程參數；所述數據傳輸模塊分別與所述測量短節和所述數據傳輸模塊相連，用于所述測量短節與所述數據傳輸模塊之間的數據通信；所述數據傳輸模塊用于實時監測所述鉆柱的工程參數，對鉆柱的工作狀態進行實時預警和分析處理。在上述深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置中，優選的，所述裝置還包含導航模塊，所述導航模塊分別與所述數據傳輸模塊、所述測量短節和所述數據傳輸模塊通信連接，用于獲取所述鉆柱的位移數據并輸出。在上述深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置中，優選的，所述測量短節包含測試主軸、定位模塊、通信模塊、存儲器、處理模塊及測量模塊；所述測試主軸為中空管軸；所述定位模塊設置于所述測試主軸上并與所述導航模塊配合組成ALIGN(實時動基站可變基線定位定向技術)測向系統，用于通過測向及解算處理實時監測鉆柱的位移數據；所述測量模塊設置于所述測試主軸上，用于采集鉆柱的工程參數；所述處理模塊分別與所述定位模塊、所述通信模塊、所述存儲器和所述測量模塊相連，用于將所述位移數據及所述鉆柱的工程參數處理后存儲至所述存儲器并通過所述通信模塊輸出至所述數據傳輸模塊。在上述深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置中，優選的，所述測量模塊包含慣性傳感器組合板卡、壓力傳感器、和溫度傳感器；所述慣性傳感器組合板卡用于采集所述鉆柱的三維導航信息；所述壓力傳感器用于測量所述測量主軸內的鉆井液的壓力值；所述溫度傳感器用于測量所述測量主軸內的鉆井液的溫度值。在上述深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置中，優選的，所述測試主軸設有儲油腔和中空腔，所述中空腔內設置有橡膠隔離套，所述儲油腔通過所述橡膠隔離套與鉆柱內鉆井液相接，所述壓力傳感器通過測量所述儲油腔內壓力值獲得所述鉆井液的壓力值。在上述深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置中，優選的，所述測量模塊還包含拉壓應變片和扭矩應變片；所述拉壓應變片和所述扭矩應變片用于測量所述鉆柱的拉壓應力數據、彎矩數據和扭矩數據。在上述深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置中，優選的，所述拉壓應變片和所述扭矩應變片由所述電阻應變片組合構成。在上述深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置中，優選的，所述測量模塊通過拉壓應變片及以下公式獲得彎矩數據：每個電阻應變片的靈敏系數均為K，在測量過程中第i個電阻應變片的應變為εi，其中鉆柱的應變最大的為εmax，鉆柱的彎矩數據為W。在上述深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置中，優選的，所述慣性傳感器組合板卡還包含導航接收模塊、加速度傳感器和陀螺儀；所述陀螺儀用于測量所述鉆柱的位移數據；所述加速度傳感器用于測量所述鉆柱的轉速數據及加速度數據；所述導航接收模塊用于按預定周期接收所述導航模塊輸出的所述鉆柱的位移數據并根據所述位移數據修正所述陀螺儀所測的位移數據。在上述深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置中，優選的，所述測量短節還包含復數個電源模塊、防水密封門及防水開關；所述電源模塊用于為所述測量短節提供電能；所述防水密封門用于放置所述電源模塊；所述防水開關用于控制所述電源模塊導通或關閉。本專利技術的有益技術效果在于：1、本專利技術能夠全面有效的對深水鉆柱上部的狀態信息進行實時監測，幫助鉆井工程師掌握鉆柱的實際工作狀態，及時預判井下復雜情況，有效地調整鉆井施工措施，防止深水鉆柱在深水環境載荷的影響下出現復雜事故。2、本專利技術利用高精度星際差分GPS技術和慣性導航技術，可以連續穩定地測量到深水鉆柱的上部位移，位移精度能夠達到亞米級。3、本專利技術采用GNSS雙頻測向和陀螺儀慣性導航技術，可以非接觸測量鉆柱的轉速，該方式不破壞鉆柱的整體性，安全可靠。4、本專利技術系統的數據傳輸方式選用Wi-Fi技術，現場實施便捷，可以實現數據實時采集與顯示。5、整個系統結構簡單，易于安裝和更換，適合批量、系列化生產。附圖說明此處所說明的附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本專利技術的限定。在附圖中：圖1為本專利技術所提供的深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置結構示意圖；圖2為本專利技術所提供的測量短節結構示意圖；圖3為本專利技術所提供的測量短節的A-A剖面示意圖；圖4為本專利技術所提供的測量短節的B-B剖面示意圖。附圖標記1-深水鉆井平臺；2-井架；3-頂驅；4-鉆柱；5-隔水管；6-隔水管運動補償裝置；7-測量短節；8-導航模塊；9-數據傳輸模塊；10-數據傳輸模塊。7-1-測試主軸；7-2-測試裝置外殼；7-3-處理模塊；7-4-GNSS板卡；7-5-GNSS天線；7-6-MEMS慣性傳感器組合板卡；7-7-拉壓應力應變片；7-8-扭矩應變片；7-9-應力傳感器電路板；7-10-壓力傳感器；7-11-溫度傳感器；7-12-存儲器；7-13-電源模塊；7-14-密封膠圈；7-15-Wi-Fi模塊；7-16-Wi-Fi天線；7-17-螺孔；7-18-螺栓；7-19-橡膠隔離套；7-20-電源模塊盒；7-21-防水密封門；7-22-防水開關；7-23-方孔；7-24-蓋板。具體實施方式為使本專利技術實施例的目的、技術方案和優點更加本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置，其特征在于，所述裝置包含：頂驅、鉆柱、測量短節、數據傳輸模塊和數據傳輸模塊；所述頂驅用于提供所述鉆柱驅動力；所述測量短節頂部與所述頂驅相連，所述測量短節底部與所述鉆柱相連，用于在鉆井過程中采集鉆柱的工程參數；所述數據傳輸模塊分別與所述測量短節和所述數據傳輸模塊相連，用于所述測量短節與所述數據傳輸模塊之間的數據通信；所述數據傳輸模塊用于實時監測所述鉆柱的工程參數，對鉆柱的工作狀態進行實時預警和分析處理。

【技術特征摘要】
1.一種深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置，其特征在于，所述裝置包含：頂驅、鉆柱、測量短節、數據傳輸模塊和數據傳輸模塊；所述頂驅用于提供所述鉆柱驅動力；所述測量短節頂部與所述頂驅相連，所述測量短節底部與所述鉆柱相連，用于在鉆井過程中采集鉆柱的工程參數；所述數據傳輸模塊分別與所述測量短節和所述數據傳輸模塊相連，用于所述測量短節與所述數據傳輸模塊之間的數據通信；所述數據傳輸模塊用于實時監測所述鉆柱的工程參數，對鉆柱的工作狀態進行實時預警和分析處理。2.根據權利要求1所述的深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置，其特征在于，所述裝置還包含導航模塊，所述導航模塊分別與所述數據傳輸模塊、所述測量短節和所述數據傳輸模塊通信連接，用于獲取所述鉆柱的位移數據并輸出。3.根據權利要求2所述的深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置，其特征在于，所述測量短節包含測試主軸、定位模塊、通信模塊、存儲器、處理模塊及測量模塊；所述測試主軸為中空管軸；所述定位模塊設置于所述測試主軸上并與所述導航模塊配合組成ALIGN測向系統，用于通過測向及解算處理實時監測鉆柱的位移數據；所述測量模塊設置于所述測試主軸上，用于采集鉆柱的工程參數；所述處理模塊分別與所述定位模塊、所述通信模塊、所述存儲器和所述測量模塊相連，用于將所述位移數據及所述鉆柱的工程參數處理后存儲至所述存儲器并通過所述通信模塊輸出至所述數據傳輸模塊。4.根據權利要求3所述的深水鉆柱的工程參數隨鉆測量裝置，其特征在于，所述測量模塊包含慣性傳感器組合板卡、壓力傳感器、和溫度傳感器；所述慣性傳感器組合板卡用于采集所述鉆柱的三維導航信息；所述壓力傳感器用于測量所述測量主軸內的鉆井液的壓力值；所述溫度傳感器用于測量所述測量主軸內的鉆井液的溫度值。5.根據權利要求4所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：連志龍，周英操，蔣宏偉，霍宗強，楊堯焜，李牧，
申請(專利權)人：中國石油天然氣集團公司，中國石油集團鉆井工程技術研究院，
類型：發明
國別省市：北京,11