传感器内装式近钻头参数测量装置的制作方法

本实用新型涉及钻井参数测量装置技术领域，是一种传感器内装式近钻头参数测量装置。

背景技术：

在钻井过程中出现卡钻、断钻具、憋跳、钻头提前缩短寿命等复杂井况不可避免，目前，单纯的依赖于地面综合录井来进行钻井工况的监测，并通过地面推测分析来减少井下复杂情况的发生，但该效果并不明显。目前缺少一种实时监测钻井状态的测量工具，通过该工具对井下工况的实时测量来进行井下工况的分析判断以达到降低井下复杂井况发生的目的。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种传感器内装式近钻头参数测量装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有监测井下工况过程中存在不能实时监测钻井状态的问题。

本实用新型的技术方案是通过以下措施来实现的：一种传感器内装式近钻头参数测量装置，包括本体和外筒，外筒的下部内侧与本体的中部外侧密封固定安装在一起，在本体的上端固定安装有套装在外筒内的流道转换体，在流道转换体上端密封固定安装有套装在外筒内的转换接头，在与外筒下端对应的本体外侧设置有至少一个的测量凹槽，在测量凹槽内固定安装有力学测量装置，在测量凹槽上方的本体外侧设置有环形凹槽，在环形凹槽内固定安装有信号处理电路模块，在本体上分别密封固定安装有内压传感器和外压传感器，在本体上设置有与本体内侧相通的内压测量通道，内压传感器通过内压测量通道测量钻具内部压力，在本体上设置有与外筒外侧相通的外压测量通道，外压传感器通过外压测量通道测量环空压力，力学测量装置的信号输出端与信号处理电路模块的第一信号输入端电连接，内压传感器的信号输出端与信号处理电路模块的第二信号输入端电连接，外压传感器的信号输出端与信号处理电路模块的第三信号输入端电连接，在流道转换体的外部右侧与外筒内侧之间设置有与本体内部相通的空腔，在转换接头外侧与外筒内侧之间有间距，在流道转换体内设置有与环形凹槽相通的第二过线通道，在第二过线通道上端内密封固定安装有旋转插头。

下面是对上述实用新型技术方案的进一步优化或/和改进：

上述本体包括传感器安装短节和下本体，外筒的下部内侧与下本体的上部外侧密封固定安装在一起，下本体的上端密封固定安装有套装在外筒内的传感器安装短节，流道转换体固定安装在传感器安装短节的上端，在与外筒下端对应的下本体外侧设置有至少一个的测量凹槽，在测量凹槽与传感器安装短节之间的下本体外侧设置有环形凹槽，在环形凹槽内固定安装有信号处理电路模块，在测量凹槽与环形凹槽之间的下本体上设置有均与测量凹槽与环形凹槽相通的第一过线通道，第一过线通道的数量与测量凹槽的数量相同，在传感器安装短节的下部外侧沿圆周分别设置有相互隔离的连接凹槽、内安装凹槽和外安装凹槽，在内安装凹槽内固定有能测量钻具内部压力的内压传感器，在外安装凹槽内固定有能测量环空压力的外压传感器，在环形凹槽与连接凹槽之间的本体上固定安装有第一接线塞，在环形凹槽与内安装凹槽之间的本体上固定安装有第二接线塞，内压传感器与信号处理电路模块之间的线缆通过第二接线塞连接，在环形凹槽与外安装凹槽之间的下本体上固定安装有第三接线塞，外压传感器与信号处理电路模块之间的线缆通过第三接线塞连接，在传感器安装短节上部设置有使内安装凹槽与下本体内侧相通的内压测量通道，在传感器安装短节上部设置有与外安装凹槽相通的外压测量通道，在外筒上设置有与外压测量通道相通的外压径向通孔，在第二过线通道与连接凹槽之间的传感器安装短节上设置有与连接凹槽以及第二过线通道相通的走线通孔，在第二过线通道和走线通孔内密封固定安装有连接接头，信号处理电路模块与连接接头之间的线缆通过第一接线塞连接；或/和，力学测量装置为应变片。

上述信号处理电路模块包括电路板，在电路板上固定有磁通门、三轴加速度传感器、温敏元件、滤波放大电路模块、数据处理发送电路模块和电源模块，电源模块的电源输出端分别与磁通门、三轴加速度传感器、温敏元件、滤波放大电路模块、数据处理发送电路模块、力学测量装置、内压传感器和外压传感器的电源输入端电连接，力学测量装置的信号输出端与滤波放大电路模块的第一信号输入端电连接，内压传感器的信号输出端与滤波放大电路模块的第二信号输入端电连接，外压传感器的信号输出端与滤波放大电路模块的第三信号输入端电连接,磁通门的信号输出端与滤波放大电路模块的第四信号输入端电连接，三轴加速度传感器的信号输出端与滤波放大电路模块的第五信号输入端电连接，温敏元件的信号输出端与滤波放大电路模块的第六信号输入端电连接，滤波放大电路模块的信号输出端与数据处理发送电路模块的信号输入端电连接。

上述第一过线通道包括轴向长孔以及与轴向长孔相通的连接径向通孔，轴向长孔设置在下本体上，轴向长孔与环形凹槽相通，连接径向通孔设置在测量凹槽与轴向长孔之间，在轴向长孔的下端密封固定安装有螺堵，在连接径向通孔内密封固定安装有多芯密封塞，力学测量装置与信号处理电路模块之间的线缆通过多芯密封塞连接。

上述下本体的上端内侧与传感器安装短节的下部外侧密封安装在一起，下本体的上端与传感器安装短节通过至少一个的连接螺栓固定安装在一起；或/和，传感器安装短节的上部与流道转换体的下部通过至少一个的紧固螺栓固定安装在一起；或/和，第二过线通道的上端呈上宽下窄的台阶状，旋转插头密封固定安装在台阶状的第二过线通道内，在旋转插头上部内通过紧钉固定安装有压盖环，压盖环的底端与旋转插头顶端顶紧在一起。

上述与连接凹槽内外对应的外筒上设置有与连接凹槽相通的测试径向通孔，在测试径向通孔内自内而外固定安装有密封堵头和固定塞；或/和，第一接线塞为多芯密封塞；或/和，第二接线塞为多芯密封塞；或/和，第三接线塞为多芯密封塞；或/和，在测量凹槽下方的外筒内侧与下本体外侧之间固定安装有至少一道的密封圈，在环形凹槽与测量凹槽之间的外筒内侧与本体外侧之间固定安装有至少一道的密封圈，在连接凹槽与环形凹槽之间的外筒内侧与下本体外侧之间固定安装有至少一道的密封圈，在连接凹槽上方的外筒内侧与传感器安装短节外侧之间固定安装有至少一道的密封圈，在流道转换体的下端外侧与外筒内侧之间固定安装有至少一道的密封圈，在流道转换体的上部外侧与转换接头的下部内侧之间固定安装有至少一道的密封圈；或/和，外筒的下部内侧与下本体的上部外侧通过螺纹固定安装在一起，流道转换体的上部外侧与转换接头的下部内侧通过螺纹安装在一起；或/和，在外筒的上部设置有内螺纹或外螺纹，在下本体的下部设置有内螺纹或外螺纹。

本实用新型所述的传感器内装式近钻头参数测量装置能够对井下工况进行实时监控，通过该实时监控数据对井下工况进行分析判断，以调整相应的钻井钻进参数，从而减少卡钻、断钻具、憋跳、钻头提前缩短寿命等复杂井况的发生。

附图说明

图1为本实用新型最佳实施例的主视剖视结构示意图。

图2为附图1中A-A向的剖视结构示意图。

图3为附图1中B-B向的剖视结构示意图。

图4为附图1中C-C向的剖视结构示意图。

图5为附图1中D-D向的剖视结构示意图。

图6为附图1中E-E向的剖视结构示意图。

图7为附图1中F-F向的剖视结构示意图。

图8为附图4中G-G向的剖视结构示意图。

图9为附图4中H-H向的剖视结构示意图。

图10为本实用新型的电路框图。

附图中的编码分别为：1为下本体，2为外筒，3为传感器安装短节，4为流道转换体，5为转换接头，6为测量凹槽，7为力学测量装置，8为环形凹槽，9为密封堵头，10为连接凹槽，11为内安装凹槽，12为外安装凹槽，13为内压传感器，14为外压传感器，15为第一接线塞，16为第二接线塞，17为第三接线塞，18为内压测量通道，19为外压测量通道，20为外压径向通孔，21为第二过线通道，22为旋转插头，23为走线通孔，24为连接接头，25为空腔，26为轴向长孔，27为连接径向通孔，28为螺堵，29为多芯密封塞，30为连接螺栓，31为紧固螺栓，32为压盖环，33为固定塞，34为密封圈。

具体实施方式

本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本实用新型中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例对本实用新型作进一步描述：

如附图1至10所示，该传感器内装式近钻头参数测量装置，包括本体和外筒2，外筒2的下部内侧与本体的中部外侧密封固定安装在一起，在本体的上端固定安装有套装在外筒2内的流道转换体4，在流道转换体4上端密封固定安装有套装在外筒2内的转换接头5，在与外筒2下端对应的本体外侧设置有至少一个的测量凹槽6，在测量凹槽6内固定安装有力学测量装置7，在测量凹槽6上方的本体外侧设置有环形凹槽8，在环形凹槽8内固定安装有信号处理电路模块，在本体上分别密封固定安装有内压传感器13和外压传感器14，在本体上设置有与本体内侧相通的内压测量通道18，内压传感器13通过内压测量通道18测量钻具内部压力，在本体上设置有与外筒2外侧相通的外压测量通道19，外压传感器14通过外压测量通道19测量环空压力，力学测量装置7的信号输出端与信号处理电路模块的第一信号输入端电连接，内压传感器13的信号输出端与信号处理电路模块的第二信号输入端电连接，外压传感器14的信号输出端与信号处理电路模块的第三信号输入端电连接，在流道转换体4的外部右侧与外筒2内侧之间设置有与本体内部相通的空腔25，在转换接头5外侧与外筒2内侧之间有间距，在流道转换体4内设置有与环形凹槽8相通的第二过线通道21，在第二过线通道21上端内密封固定安装有旋转插头22。

力学测量装置7为现有公知的能够测量钻压、钻柱的弯矩和扭矩的力学测量单元。信号处理电路模块为由放大器、滤波器等组成现有公知的信号处理电模路块，信号处理电路模块为现有公知技术。内压传感器13和外压传感器14为现有公知技术中的压力传感器。内压传感器13通过内压测量通道18测量钻具内部的压力。外压传感器14通过外压测量通道19测量环空压力。

旋转插头22与脉冲发生器连接，本实施例所述的传感器内装式近钻头参数测量装置在下入井内后，力学测量装置7能够获得井下的钻压、钻柱的弯矩和扭矩，内压传感器13能够获得井下钻具内的压力，外压传感器14能够获得井下环空压力，信号处理电路模块将力学测量装置7、内压传感器13以及外压传感器14获得的参数转化成脉冲信号并发送至脉冲发生器，脉冲发生器将接收到的信号上传至井上，由上所述可知，通过传感器内装式近钻头参数测量装置能够对井下工况进行实时监控，通过该实时监控数据对井下工况进行分析判断，以调整相应的钻井钻进参数，从而减少卡钻、断钻具、憋跳、钻头提前缩短寿命等复杂井况的发生。

可根据实际需要，对上述传感器内装式近钻头参数测量装置作进一步优化或/和改进：

如附图1至10所示，本体包括传感器安装短节3和下本体1，外筒2的下部内侧与下本体1的上部外侧密封固定安装在一起，下本体1的上端密封固定安装有套装在外筒2内的传感器安装短节3，流道转换体4固定安装在传感器安装短节3的上端，在与外筒2下端对应的下本体1外侧设置有至少一个的测量凹槽6，在测量凹槽6与传感器安装短节3之间的下本体1外侧设置有环形凹槽8，在环形凹槽8内固定安装有信号处理电路模块，在测量凹槽6与环形凹槽8之间的下本体1上设置有均与测量凹槽6与环形凹槽8相通的第一过线通道，第一过线通道的数量与测量凹槽6的数量相同，在传感器安装短节3的下部外侧沿圆周分别设置有相互隔离的连接凹槽10、内安装凹槽11和外安装凹槽12，在内安装凹槽11内固定有能测量钻具内部压力的内压传感器13，在外安装凹槽12内固定有能测量环空压力的外压传感器14，在环形凹槽8与连接凹槽10之间的本体上固定安装有第一接线塞15，在环形凹槽8与内安装凹槽11之间的本体上固定安装有第二接线塞16，内压传感器13与信号处理电路模块之间的线缆通过第二接线塞16连接，在环形凹槽8与外安装凹槽12之间的下本体1上固定安装有第三接线塞17，外压传感器14与信号处理电路模块之间的线缆通过第三接线塞17连接，在传感器安装短节3上部设置有使内安装凹槽11与下本体1内侧相通的内压测量通道18，在传感器安装短节3上部设置有与外安装凹槽12相通的外压测量通道19，在外筒2上设置有与外压测量通道19相通的外压径向通孔20，在第二过线通道21与连接凹槽10之间的传感器安装短节3上设置有与连接凹槽10以及第二过线通道21相通的走线通孔23，在第二过线通道21和走线通孔23内密封固定安装有连接接头24，信号处理电路模块与连接接头24之间的线缆通过第一接线塞15连接。

如附图10所示，信号处理电路模块包括电路板，在电路板上固定有磁通门、三轴加速度传感器、温敏元件、滤波放大电路模块、数据处理发送电路模块和电源模块，电源模块的电源输出端分别与磁通门、三轴加速度传感器、温敏元件、滤波放大电路模块、数据处理发送电路模块、力学测量装置7、内压传感器13和外压传感器14的电源输入端电连接，力学测量装置7的信号输出端与滤波放大电路模块的第一信号输入端电连接，内压传感器13的信号输出端与滤波放大电路模块的第二信号输入端电连接，外压传感器14的信号输出端与滤波放大电路模块的第三信号输入端电连接,磁通门的信号输出端与滤波放大电路模块的第四信号输入端电连接，三轴加速度传感器的信号输出端与滤波放大电路模块的第五信号输入端电连接，温敏元件的信号输出端与滤波放大电路模块的第六信号输入端电连接，滤波放大电路模块的信号输出端与数据处理发送电路模块的信号输入端电连接。

磁通门能够测量钻柱的钻速，三轴加速度传感器能够测量钻头的振动值，温敏元件能够测量井内的温度，各个测量元件（磁通门、三轴加速度传感器、温敏元件、力学测量装置7、内压传感器13和外压传感器14）将测量得到的相应参数通过滤波放大电路模块和数据处理发送电路模块的处理后得到脉冲信号，然后通过脉冲发生器上传至井上。通过磁通门、三轴加速度传感器和温敏元件可以获得更加全面的井下工况参数，为相应的钻井钻进参数的调整提供更多数据依据，进一步减少卡钻、断钻具、憋跳、钻头提前缩短寿命等复杂井况的发生。磁通门、三轴加速度传感器、温敏元件、滤波放大电路模块、数据处理发送电路模块和电源模块均为现有公知技术。

根据需要，力学测量装置7为应变片。

如附图1至9所示，第一过线通道包括轴向长孔26以及与轴向长孔26相通的连接径向通孔27，轴向长孔26设置在下本体1上，轴向长孔26与环形凹槽8相通，连接径向通孔27设置在测量凹槽6与轴向长孔26之间，在轴向长孔26的下端密封固定安装有螺堵28，在连接径向通孔27内密封固定安装有多芯密封塞29，力学测量装置7与信号处理电路模块之间的线缆通过多芯密封塞29连接。

多芯密封塞29可以为八芯密封塞。多芯密封塞29为公知公用的多芯密封塞，多芯密封塞29不仅起到密封的作用，而且能够起到连接线缆的作用。螺堵28可以封堵轴向长孔26的下端，防止其它物质进入轴向长孔26内。

如附图1所示，下本体1的上端内侧与传感器安装短节3的下部外侧密封安装在一起，下本体1的上端与传感器安装短节3通过至少一个的连接螺栓30固定安装在一起；或/和，传感器安装短节3的上部与流道转换体4的下部通过至少一个的紧固螺栓31固定安装在一起；或/和，第二过线通道21的上端呈上宽下窄的台阶状，旋转插头22密封固定安装在台阶状的第二过线通道21内，在旋转插头22上部内通过紧钉固定安装有压盖环32，压盖环32的底端与旋转插头22顶端顶紧在一起。

旋转插头22可以为四芯旋转插头22。连接螺栓30便于拆装本体的和传感器安装短节3。紧固螺栓31便于拆装传感器安装短节3和流道转换体4。压盖环32对旋转插头22起到限位作用。

如附图1至9所示，在与连接凹槽10内外对应的外筒2上设置有与连接凹槽10相通的测试径向通孔，在测试径向通孔内自内而外固定安装有密封堵头9和固定塞33；或/和，第一接线塞15为多芯密封塞；或/和，第二接线塞16为多芯密封塞；或/和，第三接线塞17为多芯密封塞；或/和，在测量凹槽6下方的外筒2内侧与下本体1外侧之间固定安装有至少一道的密封圈34，在环形凹槽8与测量凹槽6之间的外筒2内侧与本体外侧之间固定安装有至少一道的密封圈34，在连接凹槽10与环形凹槽8之间的外筒2内侧与下本体1外侧之间固定安装有至少一道的密封圈34，在连接凹槽10上方的外筒2内侧与传感器安装短节3外侧之间固定安装有至少一道的密封圈34，在流道转换体4的下端外侧与外筒2内侧之间固定安装有至少一道的密封圈34，在流道转换体4的上部外侧与转换接头5的下部内侧之间固定安装有至少一道的密封圈34；或/和，外筒2的下部内侧与下本体1的上部外侧通过螺纹固定安装在一起，流道转换体4的上部外侧与转换接头5的下部内侧通过螺纹安装在一起；或/和，在外筒2的上部设置有内螺纹或外螺纹，在下本体1的下部设置有内螺纹或外螺纹。

第一接线塞15、第二接线塞16和第三接线塞17可以为六芯密封塞。当需要对传感器内装式近钻头参数测量装置内的线路进行测试时，将外部测试设备的测试端通过测试径向通孔与第一接线塞15连接进行测试；当不需要测试时，采用密封堵头9和固定塞33密封测试径向通孔。密封圈34可以提高设置密封圈34的结构之间的密封性能。

上述所述的传感器内装式近钻头参数测量装置的使用方法，按下述方法进行：将旋转插头22与脉冲发生器固定安装在一起，脉冲发生器与钻柱固定安装在一起，将本体与钻头固定安装在一起，然后，将传感器内装式近钻头参数测量装置随钻具下入井内，传感器内装式近钻头参数测量装置下入井内后，力学测量装置7能够测量钻压以及钻柱的弯矩和扭矩，内压传感器13能够测量钻具内部的内压力，外压传感器14能够测量环空压力，磁通门能够测量钻柱的钻速，三轴加速度传感器能够测量钻头的振动值，温敏元件能够测量井内的温度，力学测量装置7将测量到的钻压以及钻柱的弯矩和扭矩的数据发送至滤波放大电路模块，内压传感器13将测量到的内压力数据发送至滤波放大电路模块，外压传感器14将测量到的环空压力数据发送至滤波放大电路模块，磁通门将测量到的钻速数据发送至滤波放大电路模块，三轴加速度传感器将测量到的振动值数据发送至滤波放大电路模块，温敏元件将测量到的温度数据发送至滤波放大电路模块，滤波放大电路模块将接收到的数据经过滤波放大后发送至数据处理发送电路模块，数据处理发送电路模块将接收到的信号处理并转化成脉冲信号后发送至脉冲发生器，脉冲发生器将接收到的脉冲信号上传至井上信号接收系统。

由上可知，各个测量元件（磁通门、三轴加速度传感器、温敏元件、力学测量装置7、内压传感器13和外压传感器14）将测量得到的相应参数通过滤波放大电路模块和数据处理发送电路模块的处理后得到脉冲信号，然后通过脉冲发生器上传至井上，即通过传感器内装式近钻头参数测量装置能够对井下工况进行实时监控，通过该实时监控数据对井下工况进行分析判断，以调整相应的钻井钻进参数，从而减少卡钻、断钻具、憋跳、钻头提前缩短寿命等复杂井况的发生。井上信号接收系统为现有公知技术中的井上信号接收系统。

综上所述，本实用新型所述的传感器内装式近钻头参数测量装置能够对井下工况进行实时监控，通过该实时监控数据对井下工况进行分析判断，以调整相应的钻井钻进参数，从而减少卡钻、断钻具、憋跳、钻头提前缩短寿命等复杂井况的发生。

以上技术特征构成了本实用新型的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。