隨鉆鉆壓扭矩測量短節制造技術

隨鉆鉆壓扭矩測量短節，該短節上部加工成錐形內螺紋，下部加工成錐形外螺紋，外部中間部分加工成內小外大的四個環形槽，下端到中間部位加工有圓形孔，孔內裝有內部保護套管；該短節內部中間偏上部分裝有導流套總成，導流套總成內部裝有二次轉換電路，導流套總成由導流套固定螺栓與測量短節固定連接；測量敏感區外部有四層密封，測量敏感區上、下邊緣處沿圓周安裝有硬質合金片。該測量短節通過橡膠硫化、玻璃鋼充注技術，實現了傳感部分的多層密封，測量短節內部安裝了內部保護套管、外部鑲嵌了硬質合金片，保證了短節性能的長期穩定性。該測量短節結構簡單、密封性能好、耐磨性能好。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及ー種在石油鉆井工程中應用于井下鉆壓扭矩隨鉆測量的測量短節。
技術介紹
鉆井過程中，近鉆頭處的鉆壓、扭矩等鉆井工程參數的隨鉆準確測量對安全、高效鉆井是十分重要的。隨著鉆井深度的増加，特別是各種分支井、水平井的開發，各種卡鉆、掉牙輪、鉆具斷落等鉆井事故時有發生，給鉆井生產的安全與效率帶來很大影響，實時測量近鉆頭處的鉆壓扭矩等鉆井工程參數的變化可以有效地防止此類事故的發生，為安全、高效鉆井提供技術支持。公知的鉆井監控技術大多采用地面扭矩儀和指重表來測量扭矩和鉆壓，由于鉆井過程中鉆柱與井壁的相互作用過程復雜，由地面測量數據推算得到近鉆頭處工程參數的準·確度較差。并且鉆鋌在鉆井液中受到浮力與摩擦力、鉆鋌下放的沖擊カ和弾性力、不規則井眼的井壁對鉆鋌的摩擦力、鉆鋌螺旋彎曲旋轉的離心力、以及鉆鋌在井下的縱振、橫振等因素都不易精確計算，即便推算模型考慮因素再多，推算結果的準確度與可信度也很低。如在定向井和水平井的鉆井過程中，鉆鋌靠在或躺在井底，無法僅憑地面指重表上的鉆壓指示來判定井底真正加在鉆頭處的鉆壓與扭矩的大小。由此可見地面儀表測量的不準確性、推算結果的可信度低以及傳送數據的時間延遲效應等情況，都會引起不同程度鉆井事故的發生。通過井下近鉆頭處工程參數的準確測量，可以對實際鉆井過程的實時數據進行分析、處理和對比，進而指導鉆井過程。如合理泥漿當量循環密度的確定、環空壓カ檢測與分析技術等，總結各種工程參數對鉆井過程的影響規律，及時發現和控制某些鉆井事故、達到安全、聞效鉆井的目的，真正實現無風險、聞效鉆井。目前石油鉆井中使用的鉆頭分為牙輪鉆頭，金剛石鉆頭及刮刀鉆頭三大類，其中前兩類鉆頭使用較多。通過鉆頭旋轉與鉆壓的作用，鉆頭的各個齒交替地接觸井底巖石，以沖擊、壓碎和滑動剪切等作用使巖石破碎。除旋轉運動以外，鉆頭還會有縱向振動，并且縱向振動的頻率高，幅度小。采用井下動カ鉆井時，井下動カ鉆具是用鉆柱送到井底并靠鉆柱與鉆鋌來承受反扭矩。采用轉盤鉆井吋，依靠鉆柱和鉆鋌向井底傳遞鉆壓和扭矩。鉆鋌在鉆進、下鉆、起鉆等不同的工作狀態下，不同部位的受カ情況與運動形式差別很大。主要包括軸向拉カ和壓力、扭矩、彎曲カ矩、離心力、鉆鋌內外擠壓、縱向振動、扭轉振動、橫向擺振等。由于鉆柱和鉆鋌的復雜運動形式，鉆頭在井底有渦動現象、井底鉆壓波動很大，甚至出現鉆頭離開井底的跳鉆現象。理論上，鉆鋌所受的カ與力矩可以簡化為對鉆頭施加的鉆壓、傳遞鉆柱的扭矩、由鉆柱運動和井底反作用力產生的彎曲カ矩以及鉆進過程中的鉆頭振動。從測量技術的角度，可以將鉆鋌受カ簡化為軸向的鉆壓作用與振動作用、圍繞軸向的一對扭矩和鉆鋌徑向受到的彎矩作用。由于多年來國內外井下測量儀器的開發重點一直是與油氣地質儲量直接相關的地層電阻率、孔隙率、伽馬射線等地質參數的測量；與幾何導向相關的井斜、方位、工具面角等井眼軌跡參數的測量與控制；而與鉆井安全、鉆井效率相關的鉆壓、扭矩、環空壓カ等エ程參數測量技術研究較少，檢索發現僅有少量的與此相關的專利技術，下面分別予以分析比較公知的圓柱拉伸、壓縮與扭轉測量技術是基于材料力學中拉壓與扭轉應力作用產生的應變效應，利用應變測量原理來實現的。沿圓柱軸向0°、90°粘貼應變片，通過測量應變片的電阻變化獲得圓柱受到拉伸與壓縮カ的大小；沿圓柱軸向±45°粘貼應變片，通過測量應變片的電阻變化獲得圓柱受到扭轉カ矩的大小；但是該原理適用于単獨的拉壓作用、単獨的扭矩作用的測量，無法直接應用于井下高溫、高壓、受復合應力作用的井下工程參數測量。基于上述測量原理和井下儀器的實際工作過程，最早在1985年由法國石油研究院研制了第一臺鉆柱力學參數測量儀并申請了專利，隨后著名的石油儀器公司，如斯倫貝謝、貝克休斯、APS等公司相繼于2000年前后申請了相關的井下工程參數測量短節專利，國內的研究人員在2005年前后也申請過與貝克休斯公司相近的專利技木。相應的專利包括美國專利:6610935 Bl、4608861、4821563、4958517、5386724、6216533，歐洲專利PCT/ US00/31685 等。法國石油研究院和貝克休斯公司的專利就是基本的拉壓、扭矩測量原理加上不同結構的井下儀器保護套、不同的測量電路與應變片連接方式。這兩個專利共同的缺點是保護套與應變片部分的密封比較困難，特別是在井下鉆鋌的工作過程中，由于彎矩的作用常常會使泥漿侵入應變片部分而導致測量電路無法正常工作，為此貝克休斯公司在保護套與傳感部分、轉換電路的密封方面開展了大量的工作，如設計雙密封圏、GT型密封圈、通過地面測試系統檢驗彎矩大小對密封性能的影響等，一定程度地解決了該問題。斯倫貝謝和APS公司對該技術進行了進ー步的改進，通過在鉆鋌徑向鉆一定直徑、一定深度的孔，將應變片粘貼在鉆孔內，然后用高壓密封蓋板將應變片密封在內部，應變片的電極引線通過鉆孔之間的內部連接通道進行互連，最后與安裝在鉆鋌中間的抗壓筒內或者安裝在鉆鋌壁槽內的測量電路相連。二者的共同點是解決了保護套的密封問題，不同之處在于徑向孔的布置方式、應變片引線連接方式及其與二次轉換電路的連接方式等方面。這種技術的問題是首先，內部引線孔加工比較困難，往往需要分別加工，然后再焊接到一起，或者采用特制工具進行加工；其次，由于徑向孔的直徑不能太大，給應變片的粘貼造成了很大困難。第三，這種測量短節的測量特性也表現出一定的非線性，必須經過地面刻度與校驗之后才能應用于實際的測量當中，使該技術的實用性受到一定程度的限制。除上述著名公司的專利以外，國內外還有部分公司分別針對密封問題、加工問題進行了改進與專利申請，但都沒有改變加工難度、密封性能、測量短節測量特性三者之間的矛盾，因此，技術上沒有本質性的提高。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種簡單實用的井下鉆壓扭矩隨鉆測量的測量短節，且測量短節輸出與被測參數呈線性關系。與現有技術相比，該測量短節克服了井下鉆壓扭矩測量短節的密封性、耐磨性和抗沖蝕性能較差等方面的缺陷；本專利技術結構簡單、可以方便地實現測量短節的更換、并可以方便地連接到近鉆頭鉆鋌的不同測量位置處。本專利技術所述的儀器包括上部連接鉆挺、鉆鋌短節、導流套總成、導流套固定螺栓、硬質合金片、第一層密封、第二層密封、第三層密封、第四層密封、下部連接鉆挺、固定螺帽、內部保護套管、測量敏感區、應變片、密封圏、導線孔、高壓密封蓋板、二次轉換電路、扭矩測量應變片、鉆壓測量應變片、扭矩測量橋路、鉆壓測量橋路、扭矩放大單元以及鉆壓放大單J Li o鉆鋌短節上部加工成錐形內螺紋，下部加工成錐形外螺紋，外部中間部分加工成內小外大的四個環形槽，下端到中間部位加工有圓形孔，孔內裝有內部保護套管；鉆鋌短節內部中間偏上部分裝有導流套總成，導流套總成內部裝有二次轉換電路，導流套總成由導流套固定螺栓與鉆鋌短節固定連接；測量敏感區外部的四個環形槽分別安裝有第一層密封、第二層密封、第三層密封和第四層密封，四層密封的材料是橡膠，或者是玻璃鋼，測量敏感區上、下邊緣處沿圓周安裝有硬質合金片，硬質合金片高出測量短節外表面I 2mm ;內部保護套管選用硬質合金材質，內部保護套管和測量敏感區的內表面之間安裝有密封圏，內部保護套管由固定螺帽進行安裝緊固。·本專利技術所述的鉆壓扭矩隨鉆測量測量短節具有的有本文檔來自技高網...

【技術保護點】
隨鉆鉆壓扭矩測量短節，包括上部連接鉆鋌(1)、鉆鋌短節(2)、導流套總成(3)、導流套固定螺栓(4)、下部連接鉆鋌(10)、測量敏感區(13)、應變片(14)、導線孔(16)、高壓密封蓋板(17)、二次轉換電路(18)，其特征還包括硬質合金片(5)、第一層密封(6)、第二層密封(7)、第三層密封(8)、第四層密封(9)、固定螺帽(11)、內部保護套管(12)、密封圈(15)；鉆鋌短節(2)上部加工成錐形內螺紋，下部加工成錐形外螺紋，外部中間部分加工成內小外大的四個環形槽，下端到中間部位加工有圓形孔，孔內裝有內部保護套管(12)；鉆鋌短節(2)內部中間偏上部分裝有導流套總成(3)，導流套總成(3)內部裝有二次轉換電路(18)，導流套總成(3)由導流套固定螺栓(4)與鉆鋌短節(2)固定連接；測量敏感區(13)外部有四層密封，測量敏感區(13)上、下邊緣處沿圓周安裝有硬質合金片(5)。

【技術特征摘要】
1.隨鉆鉆壓扭矩測量短節，包括上部連接鉆挺(I)、鉆鋌短節(2)、導流套總成(3)、導流套固定螺栓(4)、下部連接鉆挺(10)、測量敏感區(13)、應變片(14)、導線孔(16)、高壓密封蓋板(17)、二次轉換電路(18)，其特征還包括硬質合金片(5)、第一層密封￠)、第二層密封(7)、第三層密封(8)、第四層密封(9)、固定螺帽(11)、內部保護套管(12)、密封圈(15);鉆鋌短節(2)上部加工成錐形內螺紋，下部加工成錐形外螺紋，外部中間部分加工成內小外大的四個環形槽，下端到中間部位加工有圓形孔，孔內裝有內部保護套管(12);鉆鋌短節(2)內部中間偏上部分裝有導流套總成(3)，導流套總成(3)內部裝有二次轉換電路(18)，導流套總成(3)由導流套固定螺栓⑷與鉆鋌短節⑵固定連接；測量敏感區(13)外...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張海花，楊錦舟，耿艷峰，崔海波，李閃，
申請(專利權)人：中國石油化工集團公司，中國石化集團勝利石油管理局鉆井工藝研究院，
類型：發明
國別省市：