一种钻井用定向传感器制造技术

一种能够实现抗干扰能力强，精度高，导向作业效率高的，通过插接轴与随钻测量工具连接的测控系统中安装的钻井用定向传感器，包括定位传感器，磁方位角补偿器，以及感应线圈。

Directional sensor for drilling

To achieve a strong anti-interference ability, high precision orientation, high operation efficiency, directional sensor installation of drilling shaft and control system by inserting MWD tool connection, including positioning sensor, magnetic azimuth compensator and induction coil.

【技术实现步骤摘要】
一种钻井用定向传感器
本专利技术涉及一种用于定向钻井井下导向工具的定向传感器，具体的，涉及一种全旋转指向式导向工具的定向传感器，这种全旋转指向式导向工具适于结合到钻井井下钻探装置中。
技术介绍
现有技术中，在石油天然气钻井工程中，定向井、水平井、大位移井的数量占比越来越高，随钻测量工具的应用范围越来越广，目前，最常用的石油钻井随钻工具为MWD(无线随钻测量仪)。作为旋转导向工具，钻杆在旋转状态下即能够实现对井眼轨迹的导向控制，通常，旋转导向工具按导向方式分为钻头推靠式和钻头指向式，按动力传递结构方式可划分为“驱动轴—不旋转套”结构和“全旋转”结构等，其中全旋转指向式导向工具结合了指向式导向和全旋转钻井两者的优点，更能适应各种复杂的地层和作业工况，是导向钻井技术发展的趋势。在旋转导向工具设计研发上各式纷呈，诸如贝克休斯公司的AutoTrack即是钻头推靠式工具，研发的“驱动轴—不旋转套”结构中，通过控制不旋转外套上推力块作用于井壁的合力大小及方向进行导向(例如参照专利文献WO2008101020A)。作为钻头指向式旋转导向工具，诸如哈里伯顿公司的Geo-Pilot(例如参照专利文献WO2014055068A)、威德福公司的Revolution(例如参照专利文献WO2008120025A)及斯伦贝谢公司的PowerDriveXceed(例如参照专利文献NO20061119A)等。其中，所述PowerDriveXceed是“全旋转”结构，即全旋转指向式导向工具，通过交替变化的导向和稳斜钻进模式来修正造斜率，并根据地面系统下传导向参数来进行控制。此时，由于旋转轴转动会造成振动干扰，定向导向时很容易受其影响并使得磁分量产生较大偏差，这给连接在旋转轴上的随钻测量(MWD)工具的测量精度带来挑战。现有技术中，存在这样一种钻井用旋转导向工具的方案，所述导向工具置于钻杆内，包括非旋转的套筒，该套筒具有一个或多个可伸缩的推动器，用于调整该套筒相对于钻井的定向，在套筒内可旋转地安装有一个空心轴，其限定作为钻探泥浆的通道，并且与钻头连接。其中，为了调整钻探装置的钻探方向，通过调整该空心轴中的钻探泥浆的压力而促成该一个或多个推动器与钻井的壁抵接，从而调整非旋转套筒相对于钻井的定向，同时调整钻探的方向。在现有技术中，通常的情况是，在随钻测量工具中，布置有用于测量定向参数、振动参数、电阻率以及伽马等的测量短节(随钻测量工具由多个测量短节串接而成)，其中，磁方位角即是随钻测量工具测量的井筒重要参数之一。通常，随钻测量工具中装有定向传感器组件，定向传感器组件中的核心部件定位传感器含有3个重力加速度传感器和3个磁场传感器，该3个重力加速度传感器与3个磁场传感器分别正交安装于传感器龙骨上，所述重力加速度传感器用于测量重力加速度分量Gx、Gy、Gz，所述磁场传感器用于测量地球磁场的磁感应强度分量Bx、By、Bz，根据测量的上述6个参数，即可以计算出传感器中心轴线所指的磁方位角。为此，现有技术中，还存在这样一种通过将一个或多个定向传感器连接到其旋转轴上的随钻测量(MWD)工具的技术方案，其提供了相对于外套筒垂直方向的定向指示，该定向传感器和MWD工具均安装在旋转轴上。由于定向传感器对于振动干扰敏感，电磁干扰敏感，因而在轴旋转时要从安装在旋转轴上的定向传感器中获得信号是非常困难或甚至不可能的，因此，只能在旋转轴静止或缓慢移动时才能获得定向传感器的信号和外套筒相对于钻井的定向指示，这样，要么获得离散的导向结果，要么得到精度极差的连续导向结果。基于此，本申请团队在针对钻头指向式旋转导向工具，特别是针对斯伦贝谢公司的PowerDriveXceed全旋转指向式导向工具，提出了一种改进的全旋转指向式导向工具，使用一种全新的定位传感器，具有较高的抗干扰能力，能够对井眼轨道精细控制，大大提高了井眼轨道控制精度和导向钻井作业效率。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种能够实现抗干扰能力强，精度高，导向作业效率高的，通过插接轴与随钻测量工具连接的测控系统中安装的钻井用定向传感器，以及使用该定向传感器的导向工具。具体的，本专利技术提供一种钻井用定向传感器，该定向传感器包括安装在与随钻测量工具连接的测控系统的旋转外套筒内壁上的至少一个的定位传感器，位于该至少一个的定位传感器附近并与其连接的至少一个磁方位角补偿器，位于该至少一个的定位传感器附近并与其连接的至少一个感应线圈的第一部分，以及安装于旋转芯轴上的所述至少一个感应线圈的第二部分，其中，所述定位传感器用于提供通过所述磁方位角补偿器对所述旋转外套筒的磁方位角补偿后的定向信号，通过所述感应线圈的第一部分和第二部分的耦合作用发送至地面。根据本专利技术，通过将至少一个定位传感器设置在与随钻测量工具连接的测控系统的旋转外套筒内壁，使定位传感器与测控系统的外套筒同步，通过感应线圈传输电磁信号，这样大大降低了定位传感器信号接收的难度，并且受电磁干扰强度大大降低，即使受到总线电流的电磁影响，也能够实时进行补偿，以消除电磁干扰造成的定向精度的扰动。根据本专利技术，无需将定位传感器安装于旋转芯轴上，巧妙的解决了离散导向的问题，通过反演计算，大大提高了导向精度。根据本专利技术，通过增加至少一组感应线圈，使定位传感器所产生的信号同时能够供给至连接在旋转芯轴上的随钻测量工具，同时促进了与地面信号的传递作用。根据本专利技术，在感应线圈的第一部分和第二部分各自均具有电流回路，实现信号的发送和接收功能，由此，使得该定向传感器无需额外提供电源，可以减少现有技术中需要装卸电池的麻烦。根据本专利技术，还能够通过在磁方位角补偿器的校正电路中连接截止或屏蔽元件来消除由于振动所产生的不期望的电磁噪音，这样，能够消除由于旋转芯轴的转动产生的振动所产生的电磁干扰。根据本专利技术，还可以在磁方位角补偿器附近靠近感应线圈的位置设置温度传感器，以监控周围电子线路附近的温度是否因为旋转芯轴的转动而导致升温过高而致使定位传感器灵敏度下降，使测量精度下降。根据本专利技术的另一方面，提供了一种使用上述定向传感器的导向工具，其特征在于，包括测控系统、导向轴，位于最后一级的导向轴与钻头连接，为钻头的钻进提供导向，其中，所述定向传感器位于所述测控系统中，利用该定向传感器，进行井斜角、磁方位角等参数的测量，并由此调整导向轴的方向，以进行导向作业。根据本专利技术，因为所述旋转导向工具包括依次按顺序连接的随钻测量工具、插接轴、涡轮发动机、测控系统、导向轴，利用插接轴连接随钻测量工具和位于后级的导向系统，不但形成全旋转结构，而且能够利用测控系统对导向进行精确控制，利用所述测控系统的定向传感器(组件)，进行井斜角、磁方位角以及工具面角等参数的测量和校准，并由此进行导向作业。根据本专利技术，还可以在测控系统中植入声学位置探测装置，并将之与定向传感器电连接。该声学位置探测装置包括声波发射器、声波接收器和声波处理装置，通过所述声波处理装置，将基于钻井中反射的声波特征形成数字信息，并将其转换成位置数据传输至随钻测量工具。其中，所述声学位置探测装置通过该定向传感器确定定向参考位置，并且接收并处理反射得到的地下声波，以测定与地面的相对位置或者边界的距离，因此，能够进一步确定钻井处于目标结构内的位置，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻井用定向传感器，其特征在于，包括安装在与随钻测量工具连接的测控系统的旋转外套筒内壁上的至少一个的定位传感器，位于该至少一个的定位传感器附近并与其连接的至少一个磁方位角补偿器，位于该至少一个的定位传感器附近并与其连接的至少一个感应线圈的第一部分，以及安装于旋转芯轴上的所述至少一个感应线圈的第二部分，其中，所述定位传感器用于提供通过所述磁方位角补偿器对所述旋转外套筒的磁方位角补偿后的定向信号，通过所述感应线圈的第一部分和第二部分的耦合作用发送至地面。

【技术特征摘要】
1.一种钻井用定向传感器，其特征在于，包括安装在与随钻测量工具连接的测控系统的旋转外套筒内壁上的至少一个的定位传感器，位于该至少一个的定位传感器附近并与其连接的至少一个磁方位角补偿器，位于该至少一个的定位传感器附近并与其连接的至少一个感应线圈的第一部分，以及安装于旋转芯轴上的所述至少一个感应线圈的第二部分，其中，所述定位传感器用于提供通过所述磁方位角补偿器对所述旋转外套筒的磁方位角补偿后的定向信号，通过所述感应线圈的第一部分和第二部分的耦合作用发送至地面。2.如权利要求1所述钻井用定向传感器，其特征在于，通过将所述至少一个定位传感器设置在与所述随钻测量工具连接的所述测控系统的旋转外套筒内壁，使所述定位传感器与所述测控系统的外套筒同步，通过所述至少一个感应线圈传输电磁信号。3.如权利要求1所述钻井用定向传感器，其特征在于，所述感应线圈的第一部分和第二部分各自均具有电流回路，实现信号的发送和接收功能。4.如权利要求1所述钻井用定向传...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，王晓伟，徐江燕，程金晶，
申请(专利权)人：青岛汉源传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37