一种含有相变材料的高温深井随钻测井钻铤及其使用方法

1.本发明属于随钻测井设备技术领域，涉及一种含有相变材料的高温深井随钻测井钻铤及其使用方法。


背景技术：

2.随钻测井能够在钻开底层的同时实时测量地层信息，随钻测井的井下仪器单元均安装在钻铤中，可测量井斜、井斜方位、井下扭矩、钻头承重、自然伽玛、电阻率等参数。然而，在深井及超深井(3000m～6000m)钻测过程中，由于井下温度随钻井深度增加而增加(约0.03℃/m)，随钻测井的井下仪器单元容易受到井下高温环境的影响，严重影响了井下仪器的使用效率和寿命。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供了一种含有相变材料的高温深井随钻测井钻铤及其使用方法，用于随钻测井，适用于深井及超深井测钻过程中遇到的高温环境，能够有效保护随钻测井的井下仪器单元。
4.为了实现本发明的技术目的，本发明采用的技术方案为：
5.本发明提供了一种含有相变材料的高温深井随钻测井钻铤，包括测井仪器主体以及相变测井仪器保护装置，所述相变测井仪器保护装置套设在所述测井仪器主体的外部并且与所述测井仪器主体适配，其中：
6.所述相变测井仪器保护装置包括壳体，所述壳体的顶部设有内螺纹，所述壳体的底部设有卡槽，所述卡槽内嵌有密封圈；所述壳体的内部设有用于容纳相变材料的波纹管腔体，所述波纹管腔体的内侧设置为直管壁、外侧设置为波纹管壁，所述波纹管壁与所述壳体之间设置有环空；
7.所述测井仪器自上而下设置有顶部螺纹、上部螺纹、井下仪器单元、下部台阶以及底部螺纹，所述顶部螺纹用于和上部钻杆连接，所述上部螺纹用于和所述壳体顶部的内螺纹连接，所述下部台阶用于和所述壳体的底部密封连接，所述底部螺纹用于和下部钻杆连接。
8.优选地，所述壳体的顶部设置有pcm注入孔，用于将相变材料注入至波纹管腔体内。
9.更优选地，所述pcm注入孔为两个且对称设置于所述壳体的中心线的两侧。
10.优选地，所述相变材料的相变温度为50℃～70℃，相变潜热为160kj/kg～190kj/kg。
11.优选地，所述环空的体积为所述波纹管腔体的15％～20％。
12.优选地，所述密封圈为双层o型密封圈。
13.优选地，所述壳体为金属壳体。
14.本发明还提供了上述含有相变材料的高温深井随钻测井钻铤的使用方法，包括：
首先将相变测井仪器保护装置自上而下套至测井仪器主体上，通过上部螺纹实现上部连接，通过密封圈与下部台阶实现下部连接，再将相变测井仪器整体与下部钻杆连接，下放后再将相变测井仪器整体与上部钻杆连接，测井完成后，先将上部钻杆与相变测井仪器整体解除连接，再将相变测井仪器整体与下部钻杆解除连接，最后将相变测井仪器保护装置与测井仪器主体解除连接，更换为冷却的相变测井仪器保护装置，以备后续使用。
15.优选地，还包括将已使用的相变测井仪器保护装置进行低温冷却。
16.更优选地，用于更换的相变测井仪器保护装置的数目为2～4套。
17.本发明具有如下有益效果：
18.(1)在深井高温钻井环境下，利用相变材料从固态变为液态的过程中，吸收大量熔化潜热而温度不变的特性，长时间保持内部测井仪器的局部常温环境，保护测井仪器单元免受高温环境的影响；
19.(2)相变测井仪器保护装置与测井仪器主体可实现快速连接拆装，提高使用效率；
20.(3)相变测井仪器保护装置可循环利用。
附图说明
21.图1为本发明含有相变材料的高温深井随钻测井钻铤的保护装置。
22.图2为本发明含有相变材料的高温深井随钻测井钻铤的测井仪器。
23.图3为本发明含有相变材料的高温深井随钻测井钻铤整体结构示意图。
24.图4为本发明保护装置底部的o型密封圈局部放大图。
25.图5为本发明含有相变材料的高温深井随钻测井钻铤的使用流程图。
26.图中：
27.100、相变测井仪器保护装置，101、内螺纹，102、pcm注入孔，103、波纹管壁，104、直管壁，105、波纹管腔体，106、环空，107、壳体，108、密封圈，200、测井仪器主体，201、顶部螺纹，202、上部螺纹，203、井下仪器单元，204、线缆通道，205、下部台阶，206、底部螺纹，300、相变测井仪器整体，400、双层o型密封圈。
具体实施方式
28.为了更清楚地说明本发明，下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接；可以是直接相连，可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.另外，如未有特殊说明，以下实施例中所采用的零部件均为现有零部件，其对应的连接方式亦可通过常规技术手段实现，本技术中将不再一一赘述。
31.实施例
32.本发明提供的一种含有相变材料的高温深井随钻测井钻铤，如图3所示，主要包括相变测井仪器保护装置100及与其搭配安装的测井仪器主体200两部分：
33.如图1所示，相变测井仪器保护装置100外部为壳体107，壳体107采用金属材质，壳体107顶部设有与测井仪器主体200连接的内螺纹101，壳体107内部设有用于容纳相变材料的波纹管腔体105，波纹管腔体105的内侧设置为直管壁104、外侧设置为波纹管壁103，外侧的波纹管壁103可吸收相变材料由固态变为液态时的膨胀体积，内侧的直管壁104可隔离波纹管腔体105内部的相变材料与内部的井下仪器单元203，直管壁104采用金属材质。波纹管壁103和壳体107之间存在环空106，环空106的体积约为波纹管腔体105的15％～20％，提供相变材料体积膨胀空间。壳体107的底部设有卡槽(本领域常规结构，未示出)，卡槽内嵌有密封圈108，密封圈108优选双层o型密封圈，如图4所示，o型密封圈嵌入在壳体107下部的卡槽内，可与测井仪器主体200的下部台阶配合实现密封，将外部钻井液隔离在钻铤外部。壳体107的顶部设置有pcm注入孔102，相变材料由pcm注入孔102注入至波纹管腔体105内，相变材料的相变温度约为50℃～70℃，相变潜热约为160kj/kg～190kj/kg。pcm注入孔102为两个，对称设置于壳体107的中心线的两侧。
34.如图2所示，测井仪器主体200自上而下设置有顶部螺纹201、上部螺纹202、井下仪器单元203、下部台阶205和底部螺纹206，中央还设置有线缆通道204。顶部螺纹201与上部钻杆连接，上部螺纹202与相变测井仪器保护装置100壳体顶部的内螺纹101连接，下部台阶205与相变测井仪器保护装置100的底部通过密封圈108密封连接以实现隔离外部钻井液，底部螺纹206与下部钻杆连接。
35.如图5所示，使用含有相变材料的高温深井随钻测井钻铤时，首先将冷却后的相变测井仪器保护装置100自上而下套至测井仪器主体200上，通过上部螺纹202实现上部连接，通过密封圈108与下部台阶205实现下部连接，再将相变测井仪器整体300与下部钻杆连接，下放后再将相变测井仪器整体300与上部钻杆连接，测井完成后，先将上部钻杆与相变测井仪器整体300解除连接，再将相变测井仪器整体300与下部钻杆解除连接，最后将相变测井仪器保护装置100与测井仪器主体200解除连接，更换为冷却的相变测井仪器保护装置100，以备后续使用。已使用的相变测井仪器保护装置100进行低温冷却。本发明需要2～4套相变测井仪器保护装置100以便更换，增加测井设备效率。
36.本发明提供了一种含有相变材料的高温深井随钻测井钻铤，该钻铤包括相变测井仪器保护装置及与其搭配安装的测井仪器两部分，主要利用相变材料熔化过程中吸收大量熔化潜热而温度不变的特性，更适用于井下高温环境。该发明主要具有在高温环境下，长时间保持内部测井仪器的局部常温环境，保护测井仪器单元免受高温环境的影响，可实现快速连接拆装，提高使用效率及整体设备可反复循环使用等特点。
37.显然，本发明的上述实施例仅仅是为更清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方法予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。