[发明专利]用于随钻测量井下仪器的冲击振动状态的方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻井领域，特别涉及一种用于随钻测量井下仪器的冲击振动状态的方法。

背景技术

井下仪器种类繁多，构造精密。在进行钻进作业的过程中会产生高强度的振动，从而对井下仪器产生冲击载荷，有可能造成井下仪器工作效果不理想等后果，严重时甚至会对仪器造成损坏。实时检测井下仪器受到的冲击的强度、方向和频率以及其振动状态可以准确地判断井下仪器的情况，在出现异常振动时及时进行控制，防止损害仪器。同时这对仪器工作性能的验证以及对测量结果的校正分析具有参考作用。

同时，一些井下工具通过在井下产生连续冲击载荷来完成工作（这些井下工具涉及但不限于钻井冲击器），衡量这些工具工作性能的主要参数就是冲击功和冲击频率。随钻实时检测工具的冲击频率、冲击功、冲击末速度和位移等参数，对验证工具在井下的真实工作性能、改进设计或提高工具工作的稳定性等具有非常重要的意义。

目前的井下振动监测主要是针对钻头和钻柱系统的转动、扭矩和轴向振动的监测，尚无针对井下仪器或工具在钻进时受到的冲击力以及冲击频率等冲击情况的检测。

专利文献US7139218B2公开了一种用于测量钻柱振动状态的井下高速网络。该网络沿钻柱方向设置了多个测量节点，来测量钻柱的振动状态，各节点之间使用电缆有线连接，可将测量数据实时传输给地面系统，通过分析处理获得振动状态曲线。该网络能够在钻进过程中实时获得钻柱的振动情况，但必须对钻柱进行改造来加装多个测量节点和埋设电缆，其结构复杂，使用成本高，实际应用难度较大。

专利文献US7083006B2提出了一种和MWD配合使用的钻柱振动状态测量装置，该振动测量装置安装在MWD下方，测量结果通过MWD随钻传输给地面系统。专利文献EP728915A2提出一种通过监测钻头振动状态来对钻头进行改进优化的方法，使用传感器检测钻头的至少一种工作状态，并且通过现有的遥测系统（MWD/LWD等）将测量结果传输给地面。上述装置和方法虽然实现了在钻井过程中对井下钻头/钻柱振动状态的实时监控，但测量工具必须结合MWD等遥测系统才能将数据发送给地面，使用时必须将测量工具和MWD同时下入井内，使用不方便；同时在钻进过程中井下短节接头连接处容易发生变形和断裂，使用短节数量多，降低了作业的安全性。

发明内容

根据上述现有技术中的不足，本发明提出了一种用于随钻测量井下仪器的冲击振动状态的方法。根据本发明的方法能够实时监测井下仪器的冲击振动状态，且本方法所应用的系统结构简单，成本低廉，同时作业的安全性较高。根据本发明的方法可以用于在钻进过程中对待测仪器、工具（涉及但不限于钻头、井下冲击器）等的振动加速度、振动位移、转动角速度、冲击频率等参数进行实时测量，分析待测仪器的工作状态，及时预判井下复杂情况，有效地预防事故发生。

本发明提出了一种用于随钻测量井下仪器的冲击振动状态的方法，包括：第一步：设置线路基座，在线路基座中沿纵向设置至少两个彼此间隔开的开口的安装槽，在第一安装槽内设置测量电路，在第二安装槽内设置控制及发射电路；第二步：将线路基座安装在密封筒体内，在密封筒体外布置壳体和天线，并且在壳体和筒体之间形成钻井液通道，并将天线、壳体和密封筒体作为井下部分安装在钻杆上；第三步：安装有井下部分的钻杆下入到井中后，控制及发射电路在预设时间控制测量电路开始进行参数测量，并接收来自测量电路的测量结果且经由天线传输。

在一个实施例中，还在线路基座上设置间隔开的开口的第三安装槽，在第三安装槽中设置脉冲变压装置，脉冲变压装置将来自控制及发射电路的信号合成为双极性脉冲信号后传输给天线。

在一个实施例中，采用双匝并绕结构设置脉冲变压装置，使其包括两个绕制方式和方向完全一致的线圈。

在一个实施例中，将测量电路和控制及发射电路分别通过螺钉机械地固定在第一安装槽和第二安装槽内，再通过灌封胶进行灌封固定。

在一个实施例中，在密封筒体的上端部设置上座键使其与壳体相连接，通过定位件将密封筒体固定在壳体内，并且还为密封筒体设置扶正器，使得测量电路的测量点处于钻柱的纵向中轴线上。

在一个实施例中，利用通过绝缘层与壳体隔离的位于壳体外侧的环状金属带以及壳体本体来构建天线。

在一个实施例中，将井下部分紧邻于井下仪器设于其上方。

在一个实施例中，设置地面处理平台，将地面处理平台的信号线分别连接到井口防喷器和埋地电极，并通过测量二者之间的电压差来接受井下的天线传送的信号。