一种带有动力学数据采集功能的钻头及其使用方法技术

本发明专利技术属于石油钻井设备技术领域，具体涉及一种带有动力学数据采集功能的钻头及其使用方法，钻头包括，多个切削组件，呈放射状设置在钻头本体的头部，用于实现切削钻孔；切削组件包括：刀翼，刀翼与钻头本体固定连接；多个切削齿，均匀设置在刀翼上，切削齿与刀翼固定连接；采集机构，设置在刀翼的内部，用于获取钻头的转速、震动、温度状态信息；本发明专利技术通过设置在刀翼上的采集仓，能够对钻头的多种状态数据进行采集，方便还原钻头在井下运行的真实情况，通过数据分析对钻头的参数针对性调整，对钻头的运行状况、故障以及地层情况有详细了解，降低作业时钻头故障率。本发明专利技术的采集系统安全可靠，使用方便，实用性强，值得推广。值得推广。值得推广。

A bit with dynamic data acquisition function and its application method

【技术实现步骤摘要】
一种带有动力学数据采集功能的钻头及其使用方法


[0001]本专利技术属于石油钻井设备
，具体涉及一种带有动力学数据采集功能的钻头及其使用方法。

技术介绍

[0002]石油工业是我国经济发展和国防建设的重要组成部分，因此的科技的发展对石油工业的发展有着深远影响。近十年来，北美页岩气革命改变了世界油气供应格局，出现了供大于求的局面，油价进入了中低价格阶段，上游板块的发展也正由资源扩张型转向降本增效型。我国大部分油气资源开采难度大，需要对深部地层进行钻探开发。钻头是钻井工具中切削岩石的重要设备，钻头在井下运行参数对钻井的速度以及钻头寿命有重要影响；由于我国深部地层结构复杂，后期抽取石油时需要扩大钻井；为了提高扩井效率需要在前期钻探过程中记录地层的详细信息，及时调整扩井钻头工作时的参数；目前记录地层信息一般为钻头钻探一段距离，取出钻头记录一段地层信息；这不仅严重降低了前期钻探的效率，而且无法实时记录地层信息，影响扩井时钻头运行参数的精确性，增加了钻头的损耗；因此，急需一种带有动力学数据采集功能的钻头及其使用方法。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供了一种带有动力学数据采集功能的钻头及其使用方法，以便解决现有技术中的不足。
[0004]本专利技术的技术方案是：
[0005]一种带有动力学数据采集功能的钻头，包括钻头，所述钻头包括：
[0006]多个切削组件，均匀设置在钻头本体的头部，用于实现切削钻孔；
[0007]所述切削组件包括：
[0008]刀翼，所述刀翼与钻头本体固定连接；
[0009]多个切削齿，均匀设置在刀翼上，所述切削齿与刀翼固定连接；
[0010]采集机构，设置在刀翼的内部，用于获取钻头的转速、震动、温度状态信息；
[0011]控制器，设置在刀翼的内部，所述控制器与采集机构电连接。
[0012]优选的，所述采集机构包括开设在刀翼上的采集仓，采集仓的内部设有支撑架，支撑架与采集仓连接，支撑架上开设有多个放置槽，放置槽的内部分别设有传感器、电池、存储器，控制器4也固定在放置槽23中，支撑架沿轴线开设有排气孔，采集仓的外侧上还设有采集仓盖，采集仓盖与采集仓可拆卸连接，控制器分别与传感器、电池、存储器电连接。
[0013]优选的，所述传感器包括转速传感器、振动传感器、温度传感器。
[0014]优选的，所述支撑架上开设有多个环形凹槽，环形凹槽上套设有橡胶圈，橡胶圈的外侧与采集仓的内壁贴合连接。
[0015]优选的，所述采集仓盖靠近支撑架的一端套设有密封圈且与采集仓螺纹连接，另一端与刀翼截面平齐。
[0016]优选的，所述钻头本体1上均匀开设有多个水眼71，水眼71位于相邻的刀翼2之间，钻头本体1的内部开设有水腔81，水腔81靠近刀翼2的一端与分别与多个水眼71连通，另一端通过钻杆内部的管道与地上的水泵连接。
[0017]一种带有动力学数据采集功能的钻头的使用方法，包括以下步骤：
[0018]S1，通过控制器将支撑架上的传感器、存储器通电打开，再将支撑架放入采集仓中，使用采集仓盖将采集仓密封；
[0019]S2，当采集仓内部的振动传感器检测的振动值大于5g或者转速传感器检测的转速值大于20rpm时，采集机构处于钻井模式，控制器每10s
‑
30s采集一次数据并写入存储器；
[0020]S3，当采集仓内部的振动传感器检测的振动值小于5g或者转速传感器检测的转速值小于20rpm并持续1
‑
5min，采集机构处于地面模式，控制器每4
‑
8分钟采集一次数据并写入存储器；
[0021]S4，待钻头一次钻探周期完成后，将其内部的支撑架取出后，再将存储器中的信息数据导出。
[0022]优选的，所述采集机构处于钻井模式时，控制器每15s采集一次数据；采集机构处于地面模式时，控制器每6分钟采集一次数据。
[0023]与现有技术相比，本专利技术提供的一种带有动力学数据采集功能的钻头及其使用方法，通过设置在采集仓内部的多种传感器，能够对钻头的多种运行状态数据进行采集，还原钻头运行时的真实情况，方便后期钻探时对钻头的参数进行针对性调整提高钻探效率；另外通过实时获取的数据对钻头的运行状况、故障以及地层情况有详细了解，降低后期钻探作业时的故障率，提高钻头的寿命降低钻探成本；通过可拆卸的一体式采集单元，提高其安装方便性；通过密封圈与采集仓盖不仅能够避免外部物质进入采集仓损坏设备，而且采集仓盖与刀翼平齐，确保采集仓盖与钻头刀翼的整体流线型，避免钻探时损坏采集仓盖以及影响钻探效率；另外密封圈能够增加支撑架与采集仓的装配紧密性，使得传感器与钻头保持相对静止，提高数据采集的准确性；通过支撑架上的排气孔进一步提高支撑架与采集仓的配合紧密性，避免气体堵塞造成装配间隙大，影响传感器精准度；通过采集仓外侧均匀分布的水眼，不仅能够在钻探时冲洗钻头上粘黏的异物，提高钻探效率；而且能够对钻头进行降温，避免钻头自身损耗以及高温损坏传感器；本专利技术安全可靠，使用方便，实用性强，值得推广。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的正视图；
[0025]图2是本专利技术的剖视图；
[0026]图3是本专利技术的俯视图；
[0027]图4是本专利技术沿刀翼方向的剖视图；
[0028]图5是本专利技术的密封仓盖结构示意图；
[0029]图6是本专利技术的采集单元结构示意图；
[0030]图7是本专利技术采集单元的剖视图；
[0031]图8是本专利技术基于LabVIEW的采集数据展示图；
[0032]图9是是本专利技术基于LabVIEW的局部波形放大图；
[0033]图10是是本专利技术基于LabVIEW的近钻头数据可视化展示图；
[0034]图11是是本专利技术基于LabVIEW的近钻头数据采集文档展示图；
[0035]图12是本专利技术基于Python的数据分析展示图；
[0036]图13是本专利技术基于Python的传感器数据统计图，图a是温度统计图，图b是轴向振动峰值统计图，图c是侧向振动峰值统计图；
[0037]图14是是本专利技术基于Python的钻头的粘滑与停滞分析图；
[0038]图15是钻头切换为钻井模式时间表；
[0039]图16是钻头切换为地面模式时间表。
[0040]附图标记说明：
[0041]1‑
钻头本体，2
‑
刀翼，3
‑
切削齿，4
‑
控制器，21
‑
采集仓，22
‑
支撑架，23
‑
放置槽，24
‑
传感器，25
‑
电池，26
‑
存储器，28
‑
排气孔，29
‑
采集仓盖，41
‑
环形凹槽，42
‑
橡胶圈，61
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有动力学数据采集功能的钻头，包括钻头(1)，其特征在于，所述钻头(1)包括：多个切削组件，呈放射状设置在钻头本体(1)的头部，用于实现切削钻孔；所述切削组件包括：刀翼(2)，所述刀翼(2)与钻头本体(1)固定连接；多个切削齿(3)，均匀设置在刀翼(2)上，所述切削齿(3)与刀翼(2)固定连接；采集机构，设置在刀翼(2)的内部，用于获取钻头的转速、震动、温度状态信息；控制器(4)，设置在刀翼(2)的内部，所述控制器(4)与采集机构电连接。2.根据权利要求1所述的一种带有动力学数据采集功能的钻头，其特征在于，所述采集机构包括开设在刀翼(2)上的采集仓(21)，采集仓(21)的内部设有支撑架(22)，支撑架(22)与采集仓(21)连接，支撑架(22)上开设有多个放置槽(23)，放置槽(23)的内部分别设有传感器(24)、电池(25)、存储器(26)，控制器(4)也固定在放置槽(23)中，支撑架(22)沿轴线开设有排气孔(28)，采集仓(21)的外侧上还设有采集仓盖(29)，采集仓盖(29)与采集仓(21)可拆卸连接，控制器(4)分别与传感器(24)、电池(25)、存储器(26)电连接。3.根据权利要求2所述的一种带有动力学数据采集功能的钻头，其特征在于，所述传感器(24)包括转速传感器、振动传感器、温度传感器。4.根据权利要求2所述的一种带有动力学数据采集功能的钻头，其特征在于，所述支撑架(22)上开设有多个环形凹槽(41)，环形凹槽(41)上套设有橡胶圈(42)，橡胶圈(42)的外侧与采集仓(21)的内壁贴合连接。5.根据权利要求2所述的一种带有动力学数据采集功能的钻头，其特征在于，所述采集仓盖(29)靠近支撑架(22)的一端套设...

【专利技术属性】
技术研发人员：李飞，谭瑜琦，宋浩兰，刘思云，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：