[发明专利]一种随钻井下扭矩测量系统及方法

说明书

本发明涉及一种扭矩测量系统及方法，属于钻探技术领域，尤其是涉及一种随钻井下扭矩测量系统及方法。包括：钻铤本体，其外壁上等间距共轴心设置多个扭矩传感器安装凹槽，相邻扭矩传感器安装凹槽之间设置有通孔；扭矩测量传感器，为一安装于所述扭矩传感器安装凹槽内部的弹性圆环结构，其上设置有共圆周等距排列的多个扭矩应变测量体。因此，本发明具有如下优点：1.采用随钻测量方式，能够实时获取钻具所受扭矩，从而为快速调整钻具参数提供支持；2.采用多个扭矩测量传感器圆环结构上的测量体来监测扭矩变化，提高了测量精度。

技术领域

本发明涉及一种扭矩测量系统及方法，属于钻探技术领域，尤其是涉及一种随钻井下扭矩测量系统及方法。

背景技术

随钻测量MWD(Measurement While Drilling)是指钻机在钻进的同时连续不断地检测有关钻孔或钻头的信息。

钻井过程中，近钻头处的钻压、扭矩等钻井工程参数的随钻准确测量对安全、高效钻井是十分重要的。随着钻井深度的增加，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，实时测量近钻头处的钻压扭矩等钻井工程参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测量扭矩和钻压，由于钻井过程中钻柱与井壁的相互作用过程复杂，由地面测量数据推算得到近钻头处工程参数的准确度较差。并且钻铤在钻井液中受到浮力与摩擦力、钻铤下放的冲击力和弹性力、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。

现有的一些工具基本用于非连续管钻井作业中测量钻压和扭矩，其工具的直径大，整体体积大。在保证钻井安全的前提下，需要施加巨大的钻压和扭矩力才能产生微小的应变输出，因此对扭矩和钻压的测量灵敏度差。大直径的测量工具不能用于连续管钻井作业的工作环境，一次需要直径在3.5寸测量工具才能适用于连续管钻井作业的工作环境。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的随钻扭矩测量不准确，实时性差等技术问题，提供了一种随钻井下扭矩测量系统及方法。该系统及方法采用扭矩测量圆环呈圆周阵列放置于钻铤本体上，利用扭矩测量圆环上的测量体来监测扭矩变化，该测量体通过感受外部扭矩力作用，从而改变掺杂硅晶体应变测量体内部形成的电流沟道的宽度，进而等效于改变了掺杂硅晶体应变测量体的等效电阻。由测量体组成的相应电桥阵列中，电桥的输出电压值可反映随钻井下扭矩测量装置钻铤本体上承受的扭矩力。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种随钻井下扭矩测量系统，包括：

钻铤本体，其外壁上等间距共轴心设置多个扭矩传感器安装凹槽，相邻扭矩传感器安装凹槽之间设置有通孔；

扭矩测量传感器，为一安装于所述扭矩传感器安装凹槽内部的弹性圆环结构，其上设置有共圆周等距排列的多个扭矩应变测量体。

优化的，上述的一种随钻井下扭矩测量系统，所述钻铤本体为水眼偏心结构设计，钻铤本体水眼内部设置电池供电单元连接线、MWD接口协议电路连接线，所述MWD接口协议电路连接线的一端连接至钻铤本体的圆环接头处；所述钻铤本体的两端接头处设置密封圈结构。

优化的，上述的一种随钻井下扭矩测量系统，所述钻铤本体侧壁上设置电池舱体、压力测量电路舱体，MWD接口协议电路舱体；所述压力测量电路舱体，MWD接口协议电路舱体与扭矩传感器安装凹槽相连。

优化的，上述的一种随钻井下扭矩测量系统，所述扭矩传感器安装凹槽为圆柱形，并且扭矩传感器安装凹槽内设置用于安装金属螺栓盖板的螺扣。