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一种地质导向钻井测试工具及使用方法

阅读：530发布：2021-06-07

专利汇可以提供一种地质导向钻井测试工具及使用方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一地质导向钻井测试工具及使用方法，主要由护丝、扶正环、上扶正器、浮箍、脉冲发生器、弹簧组件、高能电池串、伽马仪、下扶正器、导向马达、导向摩擦块、传动轴和地面控制系统组成，当在地质勘探作业时，向井下泵入钻井液，并启动地面控制系统，并与与地质导向钻进测试系统结合，PC机记录传感器、译码单元、液压控制单元等的数据，通过整件数据输入和泥浆脉冲遥感勘测离钻头 3英尺远的近钻头方位角；可供多组用户自定义重复编程模式，零件结构少，降低工具复杂程度，自动液电调节模式，低维护，高可靠性，及时数据存储，伽马射线和震动数据在离钻头10英尺左右可以获得，此种测试工具能够节约地质勘探成本，提高钻进测试效率。，下面是一种地质导向钻井测试工具及使用方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种地质导向钻井测试工具及使用方法，其特征在于，地质导向钻井测试工具(30)包括护丝(1)、扶正环(2)、上扶正器(3)、浮箍(4)、脉冲发生器(5)、弹簧组件(6)、高能电池串(7)、伽马仪(8)、下扶正器(9)、导向马达(10)、导向摩擦块(11)和传动轴(12)，护丝(1)下端与扶正环(2)上端螺纹连接，扶正环(2)下端与上扶正器(3)上端螺纹连接，上扶正器(3)下端与浮箍(4)上端螺纹连接，浮箍(4)下端与脉冲发生器(5)上端螺纹连接，脉冲发生器(5)下端连接在弹簧组件(6)上端，弹簧组件(6)下端连接在高能电池串(7)上端，高能电池串(7)连接在伽马仪(8)上端，伽马仪(8)套装在下扶正器(9)壳体内，下扶正器(9)壳体与导向马达(10)的外壳上端螺纹连接，导向马达(10)的外壳下端与旋转套(112)上端螺纹连接，导向摩擦块(11)沿周向设置在旋转套(112)外的上端，导向马达(10)内设置的马达转子(114)下端与传动轴(12)螺纹连接。
2.根据权利要求书1所述一种地质导向钻井测试工具及使用方法，其特征在于，所述导向摩擦块(11)设有多片，多片导向摩擦块(11)沿周向均匀分布并连接在旋转套(112)外，导向摩擦块(11)的表面镶嵌有硬质合金齿，以提高表面耐磨性。
3.根据权利要求书2所述一种地质导向钻井测试工具及使用方法，其特征在于，所述导向摩擦块(11)包括测量包(111)、旋转套(112)、水力活塞(113)和马达转子(114)，其中，所述测量包(111)镶嵌在旋转套(112)外圈，所述水力活塞外壳(113)焊接在旋转套(112)外圈，所述内圈马达转子(114)的一端套装在导向马达(10)的壳体内。
4.根据权利要求书1所述一种地质导向钻井测试工具及使用方法，其特征在于，使用地质导向钻井测试工具时，采用地面控制仿真系统，地面控制仿真系统包括钻头，钻头与传动轴(12)的底端连接，钻头由导向马达(10)提供导向钻进的动力，导向马达(10)带动传动轴(12)旋转而驱动钻头导向钻进。
5.根据权利要求书4所述一种地质导向钻井测试工具及使用方法，其特征在于，所述脉冲发生器(5)可将井下信息反馈到地面控制仿真系统，地面控制仿真系统接收信息后调整钻压和排量，实现调整导向马达(10)的导向钻进。
6.根据权利要求书5所述一种地质导向钻井测试工具及使用方法，其特征在于，所述地面控制仿真系统还包括PLC机(20)、立管管汇(21)、传感器(22)、手控阀(23)、液控阀(24)、液压管线(25)、泥浆管线(26)、译码单元(27)、终端(28)和液压控制单元(29)，所述PLC机(20)、终端(28)和传感器(22)分别连接译码单元(27)，所述液压控制单元(29)的一端连接译码单元(27)且另一端通过液压管线(25)连接至液控阀(24)，所述传感器(22)连接立管管汇(21)，所述立管管汇(21)依次连接手控阀(23)和液控阀(24)，所述液控阀(24)连接泥浆管线(26)，所述泥浆管线(26)连接地质导向钻井测试工具，地面控制仿真系统通过采集地质导向钻进测试工具的信息，并将信息储存，而调整钻头导向并定位。
7.根据权利要求书6所述一种地质导向钻井测试工具及使用方法，其特征在于，所述伽马仪(8)距离钻头8～12英寸，传感器(22)的精度满足：测试方位角的误差在±0.3°内，井斜角的误差在±0.1°内，偏离角的误差在±0.1°内，所述伽马仪(8)的使用温度范围为0～150℃，适用在井眼尺寸81/2″～91/2″，传感器(22)位置距离钻头小于等于3英尺。
8.根据权利要求书6所述一种地质导向钻井测试工具及使用方法，其特征在于，所述伽马仪(8)和传感器(22)的电能由高能电池串(7)提供，所述高能电池串(7)由多节锂电池串联连接。
9.根据权利要求书6所述一种地质导向钻井测试工具及使用方法，其特征在于，使用方法包括以下步骤：S1、按连接关系装配好地质导向钻井测试工具(30)和地面控制仿真系统的各部件；S2、启动马达(10)，钻头开始钻进并随钻记录数据，通过PLC机(20)记录传感器(22)、译码单元(27)、终端(29)、液压控制单元(29)的数据；S3、根据S2中的数据和脉冲发生器(5)的反馈数据，若钻头导向与原始设计出现偏差，则通过手控阀(23)、液压控阀(24)和液压控制单元(29)对流量参数和压力参数进行调节；S4、若出现数据参数超出正常范围时，进行报警。
10.根据权利要求书9所述一种地质导向钻井测试工具及使用方法，其特征在于，地面控制仿真系统还包括报警灯和报警显示屏，步骤S4中，通过报警灯亮灯和报警显示屏显示超出正常范围的数据来进行报警。

说明书全文

一种地质导向钻井测试工具及使用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及钻井和测试工具技术领域，具体而言，涉及一种地质导向钻井测试工具及使用方法。

背景技术

[0002] 地质导向钻井技术的研发和应用，使石油企业既能拿储量和产量，又能提高钻井时率和降低勘探开发成本，具有广阔的发展前景和很高的实用价值，为低产、低压、低渗透薄油层和难采储层多的国内石油企业带来了新的希望。

[0003] 地质导向钻进技术的研制和开发，破解了国内钻井工程和技术难题。当今我国油气资源整装“大而肥”的油田越来越少，剩余油资源的品位愈来愈差，勘探开发技术难度步步加大，为石油地质、工程、工艺勘探开发人员带来了更大压力。我国已开发数十年的玉门、大庆、胜利、中原、四川、延长、新疆等老油田所持有夹层、薄油层、低压低渗透低产储层、难产储层、非均质储层越来越多，钻井施工难度大、速度慢、周期长、成本高、单井产量低，已成为制约老油田勘探开发的“瓶颈”。

[0004] 地质导向的任务是对准确钻入油气目的层负责，它具有测量、传输和导向三大功能。具体说就是:地质导向钻井就是使用随钻测量数据和随钻地层评价测量数据来控制井眼轨迹的钻井技术，它以井下实际地质特征来确定和控制井眼轨迹，而不是按照预先设计的井眼轨道进行钻井。地质导向技术主要应用于水平井钻井，是水平井钻井技术的一项重大发展，它标志着水平井钻井技术上升到一个更高的层次。井底信息包括两类：一类是地质参数，包括电阻率、自然伽马、岩性密度、声波和地层倾角等，这类参数分别被称为随钻测井参数(LWD)和随钻地层评价参数(FEWD)；另一类则是工程参数，分为两组，一组是井眼轨迹的空间位置参数，包括井斜角、方位角和工具面角等，这组参数的随钻测量称为MWD，另一组是钻井参数，包括井底钻压、井底扭矩和井底压力等，这组参数称为PWT。地质导向钻井过程中必不可少的是井眼轨迹空间位置参数随钻测量(MWD)和地质参数随钻测量(LWD)，这是工具基础。

[0005] 在直井段由于旋转导向的钻头钻速比较低，只有147rpm，常规为200rpm以上，如果想提高机械钻速，只有加大钻压，常规钻井如果钻压过大会导致井眼轨迹不可控，而旋转导向由于随时在纠斜，所以不所钻压大，据旋转导向公司介绍，钻压还可以增加。在造斜段，旋转导向继续保持10吨的钻压，机械钻速仍然为15min/单根，这比常规钻井要快许多，因为常规钻井时转盘不转，钻头转速比较低，并且钻压也比较小，所以机械转速比较慢；而旋转导向钻井时转盘仍然旋转，钻压仍然为10吨，所以机械钻速和直井段差不多。因此，在定向钻井由于依靠传统的泥浆马达和随钻测量系统，存在很难钻到正确的方位和很难保持高钻速的问题。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种，其能够以实时测量多种井底信息为前提，根据钻头处的实时地质数据和储层数据的反馈，以便作业人员能够迅速做出调整钻井轨迹的决定，引导钻头在油层中水平前进，能保持正确的导向及较高的钻速，且零部件少，便于组装和加工，特别适用于水平井和深井地质勘探井的导向钻进工作。

[0007] 本发明的实施例是这样实现的：

[0008] 一种地质导向钻井测试工具及使用方法，地质导向钻井测试工具包括护丝、扶正环、上扶正器、浮箍、脉冲发生器、弹簧组件、高能电池串、伽马仪、下扶正器、导向马达、导向摩擦块和传动轴，护丝下端与扶正环上端螺纹连接，扶正环下端与上扶正器上端螺纹连接，上扶正器下端与浮箍上端螺纹连接，浮箍下端与脉冲发生器上端螺纹连接，脉冲发生器下端连接在弹簧组件上端，弹簧组件下端连接在高能电池串上端，高能电池串连接在伽马仪上端，伽马仪套装在下扶正器壳体内，下扶正器壳体与导向马达的外壳上端螺纹连接，导向马达的外壳下端与旋转套上端螺纹连接，导向摩擦块沿周向设置在旋转套外的上端，导向马达内设置的马达转子下端与传动轴螺纹连接。

[0009] 在本发明较佳的实施例中，上述导向摩擦块设有多片，多片导向摩擦块沿周向均匀分布并连接在旋转套外，导向摩擦块的表面镶嵌有硬质合金齿，以提高表面耐磨性。

[0010] 在本发明较佳的实施例中，上述导向摩擦块包括测量包、旋转套、水力活塞和马达转子，其中，测量包镶嵌在旋转套外圈，水力活塞外壳焊接在旋转套外圈，内圈马达转子的一端套装在导向马达的壳体内。

[0011] 在本发明较佳的实施例中，上述使用地质导向钻井测试工具时，采用地面控制仿真系统，地面控制仿真系统包括钻头，钻头与传动轴的底端连接，钻头由导向马达提供导向钻进的动力，导向马达带动传动轴旋转而驱动钻头导向钻进。

[0012] 在本发明较佳的实施例中，上述脉冲发生器可将井下信息反馈到地面控制仿真系统，地面控制仿真系统接收信息后调整钻压和排量，实现调整导向马达的导向钻进。

[0013] 在本发明较佳的实施例中，上述地面控制仿真系统还包括PLC机、立管管汇、传感器、手控阀、液控阀、液压管线、泥浆管线、译码单元、终端、液压控制单元和电源，PLC机、终端和传感器分别连接译码单元，电源连接液压控制单元，液压控制单元的一端连接译码单元且另一端通过液压管线连接至液控阀，传感器连接立管管汇，立管管汇依次连接手控阀和液控阀，液控阀连接泥浆管线，泥浆管线连接地质导向钻井测试工具，地面控制仿真系统通过采集地质导向钻进测试工具的信息，并将信息储存，而调整钻头导向并定位。

[0014] 在本发明较佳的实施例中，上述伽马仪距离钻头8～12英寸，传感器的精度满足：测试方位角的误差在±0.3°内，井斜角的误差在±0.1°内，偏离角的误差在±0.1°内，伽马仪的使用温度范围为0～150℃，适用在井眼尺寸81/2″～91/2″，传感器位置距离钻头小于等于3英尺。

[0015] 在本发明较佳的实施例中，上述伽马仪和传感器的电能由高能电池串提供，高能电池串由多节锂电池串联连接。

[0016] 在本发明较佳的实施例中，上述使用方法包括以下步骤：S1、按连接关系装配好地质导向钻井测试工具和地面控制仿真系统的各部件；S2、启动马达，钻头开始钻进并随钻记录数据，通过PLC机记录传感器、译码单元、终端、液压控制单元的数据；S3、根据S2中的数据和脉冲发生器的反馈数据，若钻头导向与原始设计出现偏差，则通过手控阀、液压控阀和液压控制单元对流量参数和压力参数进行调节；S4、若出现数据参数超出正常范围时，进行报警。

[0017] 在本发明较佳的实施例中，上述地面控制仿真系统还包括报警灯和报警显示屏，步骤S4中，通过报警灯亮灯和报警显示屏显示超出正常范围的数据来进行报警。

[0018] 本发明的有益效果是：

[0019] 本发明通过护丝与钻柱连接，通过扶正环、上扶正器和下扶正器将地质导向钻井测试工具调整在井眼的中心位置，通过浮箍单向导流，通过脉冲发生器发生信号，通过弹簧组件提供缓冲，通过高能电池串提供电能，通过伽马仪测试井下数据，通过导向摩擦块定位导向，通过导向马达和传动轴提供钻头驱动力，通过地面控制仿真系统来实时监控井下数据，进行各阀门的控制和调节；本工具能够以实时测量多种井底信息为前提，根据钻头处的实时地质数据和储层数据的反馈，以便作业人员能够迅速做出调整钻井轨迹的决定，引导钻头在油层中水平前进，能保持正确的导向及较高的钻速，且零部件少，便于组装和加工，特别适用于水平井和深井地质勘探井的导向钻进工作。

[0020] 本发明还具有以下优点：

[0021] 1、只需设定适宜的转盘和马达转速，旋转导向设备能够实现传输最佳的信号。

[0022] 2、与其它钻井方式与常规导向相比，旋转导向在造斜段提速明显。

[0023] 3、旋转导向的电池及液压油的使用寿命长，最长测试可达170小时。

[0024] 4、整件数据输入和泥浆脉冲遥感勘测离钻头3"远的近钻头方位角。

[0025] 5、多组用户自定义可重复编程模式。

[0026] 6、自动液电调节模式，低维护，高可靠性，及时存储数据。附图说明

[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。

[0028] 图1为一种地质导向钻井测试工具的结构图。

[0029] 图2为一种地质导向钻井测试工具的导向摩擦块结构图。

[0030] 图3为一种地质导向钻井测试工具的整体控制原理图。

[0031] 图标：1-护丝，2-扶正环，3-上扶正器，4-浮箍，5-脉冲发生器，6-弹簧组件，7-高能电池串，8-伽马仪，9-下扶正器，10-导向摩擦块，11-导向马达，12-传动轴，20-PLC机，21-立管管汇，22-传感器，23-手控阀，24-液控阀，25-液压管线，26-泥浆管线，27-译码单元，28-终端，29-液压控制单元，30-地质导向钻井测试工具，111-测量包，112-旋转套，113-水力活塞，114-马达转子。

具体实施方式

[0032] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和表示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0033] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0034] 第一实施例

[0035] 请参照图1，本实施例提供一种地质导向钻井测试工具及使用方法，地质导向钻井测试工具30包括从上至下依次设置的护丝1、扶正环2、上扶正器3、浮箍4、脉冲发生器5、弹簧组件6、高能电池串7、伽马仪8、下扶正器9、导向马达11、导向摩擦块10和传动轴12，使用该工具时结合地面控制仿真系统，地面控制仿真系统包括钻头、PLC机20、立管管汇21、传感器22、手控阀23、液控阀24、液压管线25、泥浆管线26、译码单元27、终端28、液压控制单元29和电源，地质导向钻井测试工具30的结构简易，最少的零件构成工具结构，复杂程度较低使加工和组装方便，便于维修和拆卸，使用地质导向钻井测试工具30时结合地面控制仿真系统，地面控制仿真系统是以PLC机20为主控的控制中枢，是PLC机20实现控制功能的“大脑”，主要实现的功能有：相关部件的内部电子元器件的电源供给；手控阀23和液控阀24的驱动；模拟数据的输入输出监测；地质导向钻井测试工具30与PLC机20之间的数据通信。

[0036] 护丝1下端与扶正环2上端分别设置有螺纹且通过螺纹连接固定，扶正环2下端与上扶正器3上端分别设置有螺纹且通过螺纹连接固定，上扶正器3沿扶正环2的周向设置一圈，上扶正器3下端与浮箍4上端分别设置有螺纹且通过螺纹连接固定，浮箍4下端与脉冲发生器5上端分别设置有螺纹且通过螺纹连接固定，脉冲发生器5下端连接在弹簧组件6上端，脉冲发生器5可将井下信息反馈到地面控制仿真系统，地面控制仿真系统接收信息后调整钻压和排量，实现调整导向马达11的导向钻进，脉冲发生器5和弹簧组件6分别设置在该工具的壳体内，弹簧组件6为沿该工具延伸方向伸长和压缩的弹簧，弹簧组件6的设置使得脉冲发生器5沿地质导向钻井测试工具30的方向来回震荡，以起到缓冲的作用，弹簧组件6下端连接在高能电池串7上端，高能电池串7由多节锂电池串联连接，高能电池串7连接在伽马仪8上端，其为伽马仪8提供电能，伽马仪8套装在下扶正器9的壳体内，伽马仪8距离钻头10英寸，伽马仪8的使用温度范围为0～150℃，适用在井眼尺寸8 1/2″～9 1/2″，下扶正器9壳体与导向马达11的外壳上端分别设置有螺纹且通过螺纹连接固定，导向马达11的外壳下端与旋转套112上端分别设置螺纹且通过螺纹连接固定，导向摩擦块10沿周向设置在旋转套112外的上端，导向马达11内设置的马达转子114下端与传动轴12通过螺纹连接固定。

[0037] 请参照图2，导向摩擦块10设有4片，4片导向摩擦块10形状相同且沿周向均匀分布并连接在旋转套112外，相邻导向摩擦块10之间并未隔开，其通过内部连接，导向摩擦块10的表面镶嵌有硬质合金齿，该设置以提高其表面耐磨性。导向摩擦块10包括测量包111、旋转套112、水力活塞113和马达转子114，其中，测量包111镶嵌在旋转套112外圈，水力活塞113外壳焊接在旋转套112外圈，内圈马达转子114的一端套装在导向马达11的壳体内，内圈马达转子114为驱动钻头转动的部件，其一端位于导向马达11内，其另一端通过导向摩擦块
10内连接至传动轴12；使用地质导向钻井测试工具30时，采用钻头与传动轴12的底端连接，钻头由导向马达11提供导向钻进的动力，导向马达11带动传动轴12旋转而驱动钻头导向钻进。

[0038] 请参照图3，地面控制仿真系统包括钻头、PLC机20、立管管汇21、传感器22、手控阀23、液控阀24、液压管线25、泥浆管线26、译码单元27、终端28、液压控制单元29和电源，PLC机20采用PLC104，是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，PLC104板卡是小尺寸结构，它采用堆栈式连接，充分利用了控制系统的空间，PLC机20、终端28和传感器22分别连接译码单元27，终端28为操作和控制各阀门和管线的操作板，传感器22的电能由高能电池串7提供，传感器22为现有技术且置于地质导向钻井测试工具30内，传感器22的精度满足：
测试方位角的误差在±0.3°内，井斜角的误差在±0.1°内，偏离角的误差在±0.1°内，传感器22位置距离钻头为3英尺，传感器22和译码单元27之间利用电信号进行传输通信，电源连接液压控制单元29并提供动力，本实施例的电源采用480/220V的规格，液压控制单元29的一端连接译码单元27且另一端通过液压管线25连接至液控阀24，传感器22连接立管管汇
21，立管管汇21依次连接手控阀23和液控阀24，液控阀24连接泥浆管线26，泥浆管线26连接地质导向钻井测试工具30，地面控制仿真系统通过采集地质导向钻进测试工具的信息，并将信息储存，而调整钻头导向并定位；地面控制仿真系统还包括报警灯、报警显示屏、电磁阀驱动模块、模拟量模块和通信模块，其分别为现有技术，当检测到的数据超出正常值时，通过报警灯亮灯发出警报、报警显示屏显示超出正常范围的数据来进行报警，电磁阀驱动模块连接在液控阀24以便于通过电流控制开关，模拟量模块通过模拟软件进行仿真，预先计算各数据下的钻井轨迹和参数，通信模块包括无线和有线的数据传输的网卡。

[0039] 使用方法包括以下步骤：S1、按连接关系装配好地质导向钻井测试工具和地面控制仿真系统；S2、启动马达，钻头开始钻进并随钻记录数据，通过PLC机记录传感器、译码单元、终端、液压控制单元的数据；S3、根据S2中的数据和脉冲发生器的反馈数据，若钻头导向与原始设计出现偏差，则通过手控阀、液压控阀和液压控制单元对流量参数和压力参数进行调节；S4、若出现数据参数超出正常范围时，进行报警。

[0040] 综上所述，本发明通过护丝与钻柱连接，通过扶正环、上扶正器和下扶正器将地质导向钻井测试工具调整在井眼的中心位置，通过浮箍单向导流，通过脉冲发生器发生信号，通过弹簧组件提供缓冲，通过高能电池串提供电能，通过伽马仪测试井下数据，通过导向摩擦块定位导向，通过导向马达和传动轴提供钻头驱动力，通过地面控制仿真系统来实时监控井下数据，进行各阀门的控制和调节；本工具能够以实时测量多种井底信息为前提，根据钻头处的实时地质数据和储层数据的反馈，以便作业人员能够迅速做出调整钻井轨迹的决定，引导钻头在油层中水平前进，能保持正确的导向及较高的钻速，且零部件少，便于组装和加工，特别适用于水平井和深井地质勘探井的导向钻进工作。

[0041] 本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

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