随钻钻压扭矩测量短节制造技术

随钻钻压扭矩测量短节，该短节上部加工成锥形内螺纹，下部加工成锥形外螺纹，外部中间部分加工成内小外大的四个环形槽，下端到中间部位加工有圆形孔，孔内装有内部保护套管；该短节内部中间偏上部分装有导流套总成，导流套总成内部装有二次转换电路，导流套总成由导流套固定螺栓与测量短节固定连接；测量敏感区外部有四层密封，测量敏感区上、下边缘处沿圆周安装有硬质合金片。该测量短节通过橡胶硫化、玻璃钢充注技术，实现了传感部分的多层密封，测量短节内部安装了内部保护套管、外部镶嵌了硬质合金片，保证了短节性能的长期稳定性。该测量短节结构简单、密封性能好、耐磨性能好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种在石油钻井工程中应用于井下钻压扭矩随钻测量的測量短节。
技术介绍
钻井过程中，近钻头处的钻压、扭矩等钻井工程參数的随钻准确测量对安全、高效钻井是十分重要的。随着钻井深度的増加，特别是各种分支井、水平井的开发，各种卡钻、掉牙轮、钻具断落等钻井事故时有发生，给钻井生产的安全与效率带来很大影响，实时測量近钻头处的钻压扭矩等钻井工程參数的变化可以有效地防止此类事故的发生，为安全、高效钻井提供技术支持。公知的钻井监控技术大多采用地面扭矩仪和指重表来測量扭矩和钻压，由于钻井过程中钻柱与井壁的相互作用过程复杂，由地面測量数据推算得到近钻头处工程參数的准·确度较差。并且钻铤在钻井液中受到浮力与摩擦力、钻铤下放的冲击カ和弾性力、不规则井眼的井壁对钻铤的摩擦力、钻铤螺旋弯曲旋转的离心力、以及钻铤在井下的纵振、横振等因素都不易精确计算，即便推算模型考虑因素再多，推算结果的准确度与可信度也很低。如在定向井和水平井的钻井过程中，钻铤靠在或躺在井底，无法仅凭地面指重表上的钻压指示来判定井底真正加在钻头处的钻压与扭矩的大小。由此可见地面仪表测量的不准确性、推算结果的可信度低以及传送数据的时间延迟效应等情况，都会引起不同程度钻井事故的发生。通过井下近钻头处工程參数的准确测量，可以对实际钻井过程的实时数据进行分析、处理和对比，进而指导钻井过程。如合理泥浆当量循环密度的确定、环空压カ检测与分析技术等，总结各种工程參数对钻井过程的影响规律，及时发现和控制某些钻井事故、达到安全、闻效钻井的目的，真正实现无风险、闻效钻井。目前石油钻井中使用的钻头分为牙轮钻头，金刚石钻头及刮刀钻头三大类，其中前两类钻头使用较多。通过钻头旋转与钻压的作用，钻头的各个齿交替地接触井底岩石，以冲击、压碎和滑动剪切等作用使岩石破碎。除旋转运动以外，钻头还会有纵向振动，并且纵向振动的频率高，幅度小。采用井下动カ钻井时，井下动カ钻具是用钻柱送到井底并靠钻柱与钻铤来承受反扭矩。采用转盘钻井吋，依靠钻柱和钻铤向井底传递钻压和扭矩。钻铤在钻进、下钻、起钻等不同的工作状态下，不同部位的受カ情况与运动形式差别很大。主要包括轴向拉カ和压力、扭矩、弯曲カ矩、离心力、钻铤内外挤压、纵向振动、扭转振动、横向摆振等。由于钻柱和钻铤的复杂运动形式，钻头在井底有涡动现象、井底钻压波动很大，甚至出现钻头离开井底的跳钻现象。理论上，钻铤所受的カ与力矩可以简化为对钻头施加的钻压、传递钻柱的扭矩、由钻柱运动和井底反作用力产生的弯曲カ矩以及钻进过程中的钻头振动。从测量技术的角度，可以将钻铤受カ简化为轴向的钻压作用与振动作用、围绕轴向的一对扭矩和钻铤径向受到的弯矩作用。由于多年来国内外井下测量仪器的开发重点一直是与油气地质储量直接相关的地层电阻率、孔隙率、伽马射线等地质參数的測量；与几何导向相关的井斜、方位、工具面角等井眼轨迹參数的測量与控制；而与钻井安全、钻井效率相关的钻压、扭矩、环空压カ等エ程參数测量技术研究较少，检索发现仅有少量的与此相关的专利技术，下面分别予以分析比较公知的圆柱拉伸、压缩与扭转测量技术是基于材料力学中拉压与扭转应力作用产生的应变效应，利用应变测量原理来实现的。沿圆柱轴向0°、90°粘贴应变片，通过测量应变片的电阻变化获得圆柱受到拉伸与压缩カ的大小；沿圆柱轴向±45°粘贴应变片，通过测量应变片的电阻变化获得圆柱受到扭转カ矩的大小；但是该原理适用于単独的拉压作用、単独的扭矩作用的測量，无法直接应用于井下高温、高压、受复合应力作用的井下工程參数测量。基于上述測量原理和井下仪器的实际工作过程，最早在1985年由法国石油研究院研制了第一台钻柱力学參数测量仪并申请了专利，随后著名的石油仪器公司，如斯伦贝谢、贝克休斯、APS等公司相继于2000年前后申请了相关的井下工程參数测量短节专利，国内的研究人员在2005年前后也申请过与贝克休斯公司相近的专利技木。相应的专利包括美国专利:6610935 Bl、4608861、4821563、4958517、5386724、6216533，欧洲专利PCT/ US00/31685 等。法国石油研究院和贝克休斯公司的专利就是基本的拉压、扭矩測量原理加上不同结构的井下仪器保护套、不同的测量电路与应变片连接方式。这两个专利共同的缺点是保护套与应变片部分的密封比较困难，特别是在井下钻铤的工作过程中，由于弯矩的作用常常会使泥浆侵入应变片部分而导致測量电路无法正常工作，为此贝克休斯公司在保护套与传感部分、转换电路的密封方面开展了大量的工作，如设计双密封圏、GT型密封圈、通过地面测试系统检验弯矩大小对密封性能的影响等，一定程度地解决了该问题。斯伦贝谢和APS公司对该技术进行了进ー步的改进，通过在钻铤径向钻一定直径、一定深度的孔，将应变片粘贴在钻孔内，然后用高压密封盖板将应变片密封在内部，应变片的电极引线通过钻孔之间的内部连接通道进行互连，最后与安装在钻铤中间的抗压筒内或者安装在钻铤壁槽内的測量电路相连。二者的共同点是解决了保护套的密封问题，不同之处在于径向孔的布置方式、应变片引线连接方式及其与二次转换电路的连接方式等方面。这种技术的问题是首先，内部引线孔加工比较困难，往往需要分别加工，然后再焊接到一起，或者采用特制工具进行加工；其次，由于径向孔的直径不能太大，给应变片的粘贴造成了很大困难。第三，这种测量短节的测量特性也表现出一定的非线性，必须经过地面刻度与校验之后才能应用于实际的測量当中，使该技术的实用性受到一定程度的限制。除上述著名公司的专利以外，国内外还有部分公司分别针对密封问题、加工问题进行了改进与专利申请，但都没有改变加工难度、密封性能、測量短节测量特性三者之间的矛盾，因此，技术上没有本质性的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种简单实用的井下钻压扭矩随钻测量的測量短节，且测量短节输出与被测參数呈线性关系。与现有技术相比，该测量短节克服了井下钻压扭矩测量短节的密封性、耐磨性和抗冲蚀性能较差等方面的缺陷；本专利技术结构简单、可以方便地实现測量短节的更换、并可以方便地连接到近钻头钻铤的不同測量位置处。本专利技术所述的仪器包括上部连接钻挺、钻铤短节、导流套总成、导流套固定螺栓、硬质合金片、第一层密封、第二层密封、第三层密封、第四层密封、下部连接钻挺、固定螺帽、内部保护套管、測量敏感区、应变片、密封圏、导线孔、高压密封盖板、二次转换电路、扭矩测量应变片、钻压測量应变片、扭矩測量桥路、钻压測量桥路、扭矩放大单元以及钻压放大单J Li o钻铤短节上部加工成锥形内螺纹，下部加工成锥形外螺纹，外部中间部分加工成内小外大的四个环形槽，下端到中间部位加工有圆形孔，孔内装有内部保护套管；钻铤短节内部中间偏上部分装有导流套总成，导流套总成内部装有二次转换电路，导流套总成由导流套固定螺栓与钻铤短节固定连接；測量敏感区外部的四个环形槽分别安装有第一层密封、第二层密封、第三层密封和第四层密封，四层密封的材料是橡胶，或者是玻璃钢，測量敏感区上、下边缘处沿圆周安装有硬质合金片，硬质合金片高出測量短节外表面I 2mm ;内部保护套管选用硬质合金材质，内部保护套管和測量敏感区的内表面之间安装有密封圏，内部保护套管由固定螺帽进行安装紧固。·本专利技术所述的钻压扭矩随钻测量測量短节具有的有本文档来自技高网...

【技术保护点】
随钻钻压扭矩测量短节，包括上部连接钻铤(1)、钻铤短节(2)、导流套总成(3)、导流套固定螺栓(4)、下部连接钻铤(10)、测量敏感区(13)、应变片(14)、导线孔(16)、高压密封盖板(17)、二次转换电路(18)，其特征还包括硬质合金片(5)、第一层密封(6)、第二层密封(7)、第三层密封(8)、第四层密封(9)、固定螺帽(11)、内部保护套管(12)、密封圈(15)；钻铤短节(2)上部加工成锥形内螺纹，下部加工成锥形外螺纹，外部中间部分加工成内小外大的四个环形槽，下端到中间部位加工有圆形孔，孔内装有内部保护套管(12)；钻铤短节(2)内部中间偏上部分装有导流套总成(3)，导流套总成(3)内部装有二次转换电路(18)，导流套总成(3)由导流套固定螺栓(4)与钻铤短节(2)固定连接；测量敏感区(13)外部有四层密封，测量敏感区(13)上、下边缘处沿圆周安装有硬质合金片(5)。

【技术特征摘要】
1.随钻钻压扭矩測量短节，包括上部连接钻挺(I)、钻铤短节(2)、导流套总成(3)、导流套固定螺栓(4)、下部连接钻挺(10)、測量敏感区(13)、应变片(14)、导线孔(16)、高压密封盖板(17)、二次转换电路(18)，其特征还包括硬质合金片(5)、第一层密封￠)、第二层密封(7)、第三层密封(8)、第四层密封(9)、固定螺帽(11)、内部保护套管(12)、密封圈(15);钻铤短节(2)上部加工成锥形内螺纹，下部加工成锥形外螺纹，外部中间部分加工成内小外大的四个环形槽，下端到中间部位加工有圆形孔，孔内装有内部保护套管(12);钻铤短节(2)内部中间偏上部分装有导流套总成(3)，导流套总成(3)内部装有二次转换电路(18)，导流套总成(3)由导流套固定螺栓⑷与钻铤短节⑵固定连接；測量敏感区(13)外...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海花，杨锦舟，耿艳峰，崔海波，李闪，
申请(专利权)人：中国石油化工集团公司，中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院，
类型：发明
国别省市：