[发明专利]一种具有测量功能的智能钻头

说明书

本发明公开了一种具有测量功能的智能钻头，该钻头主要由钻头体、切削结构、内流道以及固定在钻头体内的测量模块组成，在钻头钻进破碎岩石的过程中，测量模块能够测量钻头的加速度、温度、转速等工况，为钻井现场提供数据参考。本发明通过将测量模块设置于钻头体内，能直接、精准地反应钻头上的实际工况，有效避免了干扰和其他影响；通过螺栓将测量模块和钻头相对固接，结构可靠性强且易于拆卸，同时保证了测量模块与钻头无相对运动，测量数据更能反映钻头实际工况，准确性高。

技术领域

本发明涉及石油天然气、矿山工程等钻探设备技术领域，具体涉及一种具有测量功能的智能钻头。

背景技术

为了能够直接测量井下钻头的钻压、扭矩、转速、振动等工程参数，实时地为钻井现场人员提供钻头处的井下工况，随钻测量和智能钻井的概念被提出。智能钻头能够自动感知地层压力、井下温度以及钻头振动情况。智能钻头所测量的参数，能够为钻柱动力学和岩石破碎力学提供现场数据支持，优化钻井参数和钻具组合，从而产生经济价值。

然而，常规随钻测量工具以测量短节的方式安装于近钻头段，与钻头实际位置存在距离，参数测量方式不直接且参数结果干扰大，导致测量数据结果与实际情况存在差距，准确度不高。此外，短节在钻头与上部钻具之间增加了连接环节和长度，给实际钻井增添了危险性，降低钻具串的安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有测量功能的智能钻头，以达到可靠、简便地精准测量钻头工况的目的。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种具有测量功能的智能钻头，包括钻头体、切削结构和内流道，所述钻头体分为本体段和接头段，所述切削结构设置在钻头体本体段，所述钻头体内设置有内流道，所述钻头体接头段为与上部钻具相连接的连接端，所述钻头体中设置有测量装置，所述测量装置内设置有测量模块，所述测量装置固接在钻头体中与钻头体相对固定，且测量装置内的测量模块在本体段和接头段之间，测量模块的上端面不出接头段的上端面。

所述测量装置可以在钻头制造完成后，通过杆状固定结构固接在钻头体上，以便拆卸。测量模块为测量装置的一个功能模块，固接后测量模块整体处在钻头体内且测量模块的上端面不出接头段的上端面。

杆状固定结构是指杆状结构的长度大于垂直长度方向上的宽度1.5倍及以上的结构体。

测量装置除了测量模块还可具有供电模块、传输模块以及储存模块等其他功能模块。测量装置的其他功能模块可根据需求与测量模块结合设计为一体式测量装置安装于钻头体内，在保证测量模块整体处在钻头体内且测量模块的上端面不出接头段的上端面的情况下，其他模块可超出接头段的上端面。测量装置的其他功能模块也可以设计为短节安装于近钻头位置。

作为优选，测量模块下端离钻头体本体段冠部的距离L≤2H/3，H为钻头的总长度。

作为优选，测量模块下端离钻头体冠部的距离L≤H/2。

作为优选，测量模块下端离钻头体冠部的距离L≤H/3。

作为优选，测量模块下端离钻头体冠部的距离L≤H/4。

作为优选，测量模块下端离钻头体冠部的距离L≤H/5。

作为优选，杆状固定结构采用螺栓，测量模块设置在钻头体的内流道内，并通过螺栓顶紧固定。

作为优选，钻头体内流道内的测量模块通过3根螺栓顶紧固定。

作为优选，钻头体的内流道内的测量模块通过4至18根螺栓顶紧固定，成2-6组对顶螺栓，每组对顶螺栓在钻头轴线上处于不同的轴向位置。作为进一步优选，相邻组对顶螺栓在钻头周向上相互错位。

作为优选，各组对顶螺栓的对顶螺栓数量可以是2根、3根、4根、5或6根。