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专利号: 2013103202369
申请人: 西南石油大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种井下钻柱振动随钻监测装置,其特征在于:它包括钻铤短节(1),钻铤短节(1)的内壁呈阶梯型,且钻铤短节(1)上段内壁的内径大于下段内壁的内径,钻铤短节(1)的上段内壁内设置有上保护接头(2)和下保护接头(3),上保护接头(2)和下保护接头(3)均为双层套管结构,双层套管结构的内层管(4)和外层管(5)间通过连接棱(6)连接,上保护接头(2)和下保护接头(3)通过设置在各自内层管(4)上的螺纹紧密连接为一体,下保护接头(3)的下表面由钻铤短节(1)的阶梯型内壁的台阶面(7)支撑,上保护接头(2)和下保护接头(3)的内层管(4)形成容置腔(8),容置腔(8)内设置有通过螺纹与上保护接头(2)和下保护接头(3)的内层管(4)连接的传感器支架(9),传感器支架(9)上固定设置有加速度传感器(10),上保护接头(2)的内层管(4)的上端通过螺纹紧密连接上封堵装置(11),下保护接头(3)的内层管(4)的下端通过螺纹紧密连接探管(12),探管(12)的下端通过螺纹连接支撑堵头(13),探管(12)和支撑堵头(13)位于钻铤短节(1)的下段内壁内,且下段内壁上设置有支撑支撑堵头(13)的定位台阶(14),探管(12)内固定设置有电池组(15)和电子电路板(16),电子电路板(16)通过电线分别连接电池组(15)和加速度传感器(10),加速度传感器(10)通过电线连接电池组(15),电线由上保护接头(2)或下保护接头(3)的内层管(4)内通过;上保护接头(2)的上方安装有弹性垫块(17),弹性垫块(17)下端面与上保护接头(2)的上端面之间设置有弹簧(18)。

2.根据权利要求1所述的一种井下钻柱振动随钻监测装置,其特征在于:所述的钻铤短节(1)的上段内壁设置有垂直方向延伸的键槽(19),上保护接头(2)和下保护接头(3)的外壁上均设置有与该键槽(19)配合的键。

3.根据权利要求1所述的一种井下钻柱振动随钻监测装置,其特征在于:所述的上封堵装置(11)为MWD接头,电子电路板(16)通过电线连接MWD接头。

4.根据权利要求1所述的一种井下钻柱振动随钻监测装置,其特征在于:所述的上封堵装置(11)为堵头。

5.根据权利要求1所述的一种井下钻柱振动随钻监测装置,其特征在于:所述的加速度传感器(10)为一个安装在钻具轴心轴线方向、测量钻柱轴向振动和横向振动加速度的三轴加速度传感器(20)和以180度相位差均匀安装在半径为R的圆周线的切线方向上、测量钻柱扭转振动加速度或角加速度的单轴加速度传感器A(21)和单轴加速度传感器B(22);

或所述的加速度传感器(10)为一个安装在钻具轴心轴线方向、测量钻柱轴向振动加速度的单轴加速度传感器C(23)和以120度相位差均匀安装在半径为R的圆周线的切线方向上、测量钻柱扭转振动加速度或角加速度和横向振动加速度的单轴加速度传感器D(24)、单轴加速度传感器E(25)和单轴加速度传感器F(26);或所述的加速度传感器(10)为一个安装在钻具轴心轴线方向、测量钻柱轴向振动加速度的单轴加速度传感器G(27)和以30度相位差安装在半径为R的圆周线、Y轴附近的切线方向上、测量钻柱扭转振动加速度或角加速度和横向振动加速度的单轴加速度传感器H(28)、单轴加速度传感器I(29)和单轴加速度传感器J(30)。

6.采用权利要求5所述的一种井下钻柱振动随钻监测装置的钻柱振动监测方法,其特征在于:以三轴加速度传感器(20)三轴向加速度响应为A11、A12、A13,以单轴加速度传感器A(21)加速度响应为A14,以单轴加速度传感器B(22)加速度响应为A15,则井下钻柱振动的钻柱纵向振动加速度、横向振动加速度(方向)和扭转振动角加速度分别为:2

纵向振动加速度:az=A11(m/s),

横向振动加速度:

横向振动加速度方向:

扭转振动角加速度:

式中:A11为三轴加速度传感器(20)Z轴响应加速度;A12为三轴加速度传感器(20)X轴响应加速度;A13为三轴加速度传感器(20)Y轴响应加速度;A14为单轴加速度传感器A(21)响应加速度;A15为单轴加速度传感B响应加速度;R为单轴加速度传感器安装圆周半径;

或以单轴加速度传感器C(23)加速度响应为A21,单轴加速度传感器D(24)加速度响应为A22,单轴加速度传感器E(25)加速度响应为A23,单轴加速度传感器F(26)加速度响应为A24,则井下钻柱振动的钻柱纵向振动加速度、横向振动加速度和扭转振动角加速度分别为2

纵向振动加速度:az=A21(m/s),

横向振动加速度:

横向振动加速度方向:

扭转振动角加速度:

式中:A21为单轴加速度传感器C(23)响应加速度;A22为单轴加速度传感器D(24)响应加速度;A23为单轴加速度传感器E(25)响应加速度;A24为单轴加速度传感器F(26)响应加速度;R为均布安装三个单轴加速度传感器圆周的半径;

或以单轴加速度传感器G(27)加速度响应为A31,单轴加速度传感器H(28)加速度响应为A32,单轴加速度传感器I(29)加速度响应为A33,单轴加速度传感器J(30)加速度响应为A34,则井下钻柱振动的钻柱纵向振动加速度、横向振动加速度和扭转振动角加速度分别为2

纵向振动加速度:az=A31(m/s),

横向振动加速度:

横向振动加速度方向:

扭转振动角加速度:

式中:A31为单轴加速度传感器G(27)响应加速度;A32为单轴加速度传感器H(28)响应加速度;A33为单轴加速度传感器I(29)响应加速度;A34为单轴加速度传感器J(30)响应加速度;R为非均布安装三个单轴加速度传感器圆周的半径。