专利名称：一种机械式无线随钻测斜仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油、煤矿及地质勘探中钻井工程领域，是一种用于钻井过程中 井斜姿态参数测量的随钻测斜工具。
背景技术：
目前，公知的钻井施工用的测斜仪，主要有照相式测斜仪、电子单点测斜仪、电子 多点测斜仪、有线随钻测斜仪和无线随钻测斜仪(MWD)。照相系列的测斜仪由于使用操作不 便，精度低等缺点，现场使用已经越来越少，正逐步被其它测斜仪代替。电子单点测斜仪、电 子多点测斜仪、有线随钻测斜仪和无线随钻测斜仪(MWD)等测斜仪是利用电子元件来测量 井斜及方位，这些仪器适合不同的场合，其中电子单点测斜仪是现场广泛应用的一种直井 测斜仪器，但这种仪器测量需要时间长，受温度、井深和钻井液性能等的影响较大，使用条 件要求苛刻，且不能实现随钻测量，在使用中存在很大的局限性。有线随钻测斜仪和无线随 钻测斜仪(MWD)最大的优点就是能够随钻测斜，能够在钻进过程中测量井斜及方位，但其测 量深度只能在4000米以内，并且多应用于水平井。在上世纪七十年代初期和本世纪初，国外、国内先后出现了纯机械结构的随钻测 斜仪，此类测斜仪主要用于直井井斜的测量，测量增量为0.5°，测量精度士0.5°，测量范 围0.5° 10°，可在起钻后通过手工调节。其摆锤采用“上挂”定位，止动环呈锥形延伸， 摆锤中心线和仪器中心线的夹角始终等于井斜角，角度变化较大，整体构造复杂。
发明内容为了解决纯机械式随钻测斜仪中摆锤测量结构复杂等问题，本实用新型提供了一 种机械式无线随钻测斜仪，这种测斜仪是一种由机械结构和电子部分组成的仪器，涉及机 械、电子、电动机和泥浆脉冲技术。这种测斜仪井斜数据采用井斜传感器进行测量，通过控 制电路控制升降机构等部件执行动作，仪器主体为机械结构件，使用时将仪器放置在接近 钻头的钻铤中，随钻测量井斜。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种细长杆形结构，主要由脉 冲发生装置、导向套、升降机构、测量装置、上连接套、阻尼装置、平衡机构、底部连接套、底 座及钻铤接头等组成。其特征是底座在仪器的最下端，仪器外部由下向上通过螺纹顺序连 接底部连接套、上连接套和导向套；平衡机构装在底部连接套内，向上为阻尼装置，其与底 部连接套固定，测量装置与阻尼装置连接，向上顺序连接升降机构和脉冲发生装置。本实用新型的有益效果是，采用机械结构和电子部分组合的方式，没有复杂的零 件，降低了加工难度，可以随钻测量，可在任何时间任何井深测量井斜，测量精度高，测量的 时间短，提高钻井速度，节约钻井成本。
图1是一种机械式无线随钻测斜仪结构剖面图。[0008]图2是平衡机构、阻尼装置和测量装置部件剖视图。图3是升降机构、脉冲发生装置和钻铤接头部件剖视图。
具体实施方式如图1、2、3所示，底部连接套8、上连接套19、导向套21、卡紧端盖24组成仪器的 外壳，连同活塞10、活塞杆23和各连接处的密封圈组成一个密闭腔室，并被阻尼装置2分为 上密闭腔和下密闭腔两部分，内部充满润滑油。仪器的升降机构4和测量装置3在上密闭 腔室内，这些机构的零件全部与外部隔开，并充分润滑。平衡机构1由活塞弹簧9、活塞10组成，活塞10上有密封槽用于安装密封圈，下部 装入活塞弹簧9中，通过活塞10的动作实现仪器内外压力的平衡。阻尼装置2为圆柱结构，由阻尼座11、阻尼盘12等组成，并固定在底部连接套8 上，工作时油液经多层阻尼盘12后，由于阻尼小孔作用，降低油液的流量，从而使脉冲阀产 生向下的速度。测量装置3为仪器的主要部分，下部与阻尼装置2连接，它是由井斜传感器13、电 路板支架14、控制电路板15、高温电池16组成。井斜数据由井斜传感器13进行测量，测量 精度可达到0.2°，然后经控制电路板15进行信号处理，进而控制升降机构4动作。每个井 斜脉冲的产生，都要受测量装置3的控制。升降机构4为井斜测量的执行部件，由定子外壳17、转子磁铁18、升降控制杆20、 托盘22、活塞杆23组成，升降机构4动作由电机驱动，在定子外壳17上缠绕有线圈，通电 后驱动转子磁铁18转动，通过连接的螺纹实现升降控制杆20的升或降，进一步带动活塞杆 23上下动作。升降机构4的动作受测量装置3中的控制电路板15及井斜传感器13控制。脉冲发生装置5在仪器的最上端，与钻铤接头6通过销钉固定连接，由脉冲环25、 调整套26、上固定套27、阀头28组成。当活塞杆23运动时，带动阀头28运动，阀头28在 运动过程中经过脉冲环25的孔，此时泥浆通道被堵，使压力升高，即压力脉冲。阀头28通 过脉冲环25的数目即是产生的脉冲个数。整机工作时如图1所示将仪器装入到钻铤接头6中，并通过销钉固定，然后将机械 式无线随钻测斜仪连同钻铤接头6安装在钻头与钻铤之间。开始钻井作业时，泥浆泵打开， 泥浆由上向下通过仪器，这时阀头28在高压高速钻井液的冲击作用下，推动活塞杆23向下 运动，直到阀头28的最下位置为止，在正常钻井作业时仪器一直处于这个状态。当需要测量井斜时，首先将泥浆泵关闭，此时振动降低，控制电路板15上的振动 传感器工作发出信号，控制井斜传感器13开始工作，测量井斜数据，然后根据井斜数据控 制电路及升降机构4的电机工作，带动升降控制杆20向上运动，到达井斜对应位置后，升降 控制杆20旋转回到初始位置，此时阀头28停在脉冲环25中的某一位置。再开泵时，阀头 28在钻井液的冲击作用下，推动活塞杆23向下运动，在阀头28向下运动过程中，经过脉冲 环25的限流孔，使钻井液因流动受阻而压力升高，从而产生压力脉冲。这时地面的压力传 感器即可检测到压力脉冲信号，根据脉冲信号的数量即可解析出井斜的大小。以上是实现本实用新型的一个方法，基于此实用新型原理的其它实现形式在本实 用新型的范围之内。
权利要求一种机械式无线随钻测斜仪，是一种细长杆形结构，主要由脉冲发生装置、导向套、升降机构、测量装置、上连接套、阻尼装置、平衡机构、底部连接套、底座及钻铤接头等组成，其特征是底座在仪器的最下端，仪器外部由下向上通过螺纹顺序连接底部连接套、上连接套和导向套；平衡机构装在底部连接套内，向上为阻尼装置，其与底部连接套固定，测量装置与阻尼装置连接，向上顺序连接升降机构和脉冲发生装置。
2.根据权利要求1所述的机械式无线随钻测斜仪，其特征是测量装置由井斜传感器、 电路板支架、控制电路板、高温电池组成。
3.根据权利要求1所述的机械式无线随钻测斜仪，其特征是升降机构由定子外壳、转 子磁铁、升降控制杆、托盘、活塞杆组成，在定子外壳上缠绕有线圈。
4.根据权利要求1所述的机械式无线随钻测斜仪，其特征是脉冲发生装置由脉冲环、 调整套、上固定套、阀头组成。
5.根据权利要求1所述的机械式无线随钻测斜仪，其特征是平衡机构由活塞弹簧、活 塞组成，活塞上有密封槽，下部装入活塞弹簧中。
6.根据权利要求1所述的机械式无线随钻测斜仪，其特征是阻尼装置为圆柱结构，由 阻尼座、阻尼盘等组成，并固定在底部连接套上。
专利摘要一种石油钻井用的机械式无线随钻测斜仪，是一种细长杆形结构，主要由脉冲发生装置、导向套、升降机构、测量装置、上连接套、阻尼装置、平衡机构、底部连接套、底座及钻铤接头等组成。底座在仪器的最下端，仪器外部由下向上通过螺纹顺序连接底部连接套、上连接套和导向套；平衡机构装在底部连接套内，向上为阻尼装置，其与底部连接套固定，测量装置与阻尼装置连接，向上顺序连接升降机构和脉冲发生装置。采用机械结构和电子部分组合的方式，没有复杂的零件，降低了加工难度，可以随钻测量，可在任何时间任何井深测量井斜，测量精度高，测量的时间短，提高钻井速度，节约钻井成本。
文档编号E21B47/022GK201747359SQ20102051182
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月1日 优先权日2010年9月1日
发明者郑学峰 申请人:北京六合伟业科技有限公司