[发明专利]基于随钻测量的钻头粘滑振动监测装置及方法

权利要求书

1.基于随钻测量的钻头粘滑振动监测装置，由传动短节（7）、扶正器（11）、轴承（12）、稳定单元、信号单元、永磁体（23）组成，其特征在于：所述的监测装置安装于随钻测量钻具（4）与钻头（6）之间，上端直接与随钻测量钻具（4）相连，下端与钻头（6）直接连接；所述稳定单元包括伸缩块（14）、硬质合金柱（15）、挡块（16）、弹簧（17）、密封圈（18），伸缩块（14）为柱状体，其底部设有用于防脱落的台肩，中心设有用于设置弹簧（17）的弹簧孔，挡块（16）通过螺纹固定于扶正器（11）上，伸缩块（14）与挡块（16）间设有弹簧（17）用于将伸缩块（14）沿径向外推，伸缩块（14）用于稳定井壁的一端镶嵌有硬质合金柱（15）；所述信号单元包括电源（19）、线缆（20）、传感器（21）、无线模块（22），电源（19）通过线缆（20）与传感器（21）连接，传感器（21）通过线缆（20）与无线模块（22）连接；所述传动短节（7）上端设有公扣（9），下端设有母扣（10）；所述扶正器（11）通过轴承（12）安装于传动短节（7）外部，扶正器（11）设有扶正器叶片（13），扶正器叶片（13）沿扶正器（11）周向均匀布置，每一个扶正器叶片（13）均设有用于将扶正器（11）稳定从而使其相对井壁不转动的稳定单元；所述信号单元固定于其中一个扶正器叶片（13）内部，信号单元中的传感器（21）与永磁体（23）设于同一高度，永磁体（23）安装于传动短节（7）上，所述永磁体（23）转至离传感器（21）最近时二者间距离小于1厘米。

2.根据权利要求1所述的基于随钻测量的钻头粘滑振动监测装置，其特征在于：所述传动短节（7）设有钻井液流道（8）；传动短节（7）外部设有上下两个台肩，上台肩用于限定与所述的监测装置（1）连接的上部钻具，下台肩用于限定轴承（12）；传动短节（7）外部设有用于固定永磁体（23）的凹槽。

3.根据权利要求1所述的基于随钻测量的钻头粘滑振动监测装置，其特征在于：所述扶正器（11）内部设有用于安置稳定单元和信号单元的凹槽，上下两端分别设有用于安装轴承（12）的台肩，扶正器（11）的上端面略低于所述传动短节（7）的上台肩；所述扶正器叶片（13）外径略小于钻头（6）尺寸。

4.根据权利要求1所述的基于随钻测量的钻头粘滑振动监测装置，其特征在于：所述信号单元的数量为1个；永磁体（23）数量可为1个或多个，固定于传动短节（7）与传感器（21）同样高度的位置，当永磁体（23）的数量大于1个时其在传动短节（7）周向均匀分布。

5.根据权利要求1所述的基于随钻测量的钻头粘滑振动监测装置，其特征在于：所述轴承（12）为旋转密封轴承，可为带密封性能的深沟球轴承或带密封性能的滚针轴承或带密封性能的滚柱轴承；所述传感器（21）具有额定的感应范围，可为霍尔传感器。

6.基于随钻测量的钻头粘滑振动监测方法，其特征在于：在随钻测量钻具（4）与钻头（6）间装有如权利要求1-5所述的监测装置（5）；在钻进过程中，由井口经钻柱（2）传递的钻压与扭矩通过传动短节（7）传至钻头（6），传动短节（7）带动永磁体（23）一起转动；扶正器（11）通过稳定单元抵住井壁使其相对井壁不转动，传感器（21）与永磁体（23）间具有相对转速；传动短节（7）上的永磁体（23）转至传感器（21）处时，传感器（21）感应永磁体（23）产生的磁场并将信号传至无线模块（22）；无线模块（22）将对信号进行处理并将处理后的电脉冲信号发射至所述监测装置（5）上端的随钻测量钻具（4），永磁体（23）每转过传感器（21）一次，无线模块（22）便发出一个脉冲信号；随钻测量钻具（4）对所接收的信号进行处理并将其传输至地面，钻井人员通过转速波动情况对粘滑振动进行判别。

7.根据权利要求6所述的基于随钻测量的钻头粘滑振动监测方法，其特征在于：所述传动短节（7）上端连接能够处理并传输无线模块（22）发出的电脉冲信号的随钻测量钻具（4），下端连接钻头（6），传动短节（7）随钻头（6）一起转动，二者具有相同的转速。

8.根据权利要求6所述的基于随钻测量的钻头粘滑振动监测方法，其特征在于：所述扶正器（11）相对井壁不转动或以极低的转速转动，扶正器的上下两端设有带密封性能的轴承（12）用于保护信号单元和永磁体（23）；所述传感器（21）的数量为1个，可为霍尔传感器；所述永磁体的数量可为多个，永磁体（23）的最佳数量为3个。