CN106593417B - 井下压力监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下压力监测装置，包括依次连接的换能器、换能器驱动电路和编码转码电路，还包括分别于编码转码电路连接的环空压力测量元件和钻柱内压力测量元件；环空压力测量元件测得的环空压力信号和钻柱内压力测量元件测得的钻柱内压力信号传输至编码转码电路进行编码及转码，转码后的压力信号传输至换能器驱动电路进行信号驱动，换能器驱动电路驱动换能器将转码后的压力信号转换成声波信号发出。本发明能够实现正常钻进的同时，将井下压力准确、实时转换成声波信号的目的，且利用钻柱作为传输通道，不依赖钻井液，抗噪声干扰能力强，传输速率快，误码率低，不受气侵等井下复杂情况影响。

Description

井下压力监测系统

技术领域

本发明属于石油与天然气钻井工程技术领域，涉及一种随钻监测系统，具体地说，涉及一种基于声波传输的井下压力监测系统，用于井下压力的实时监测。

背景技术

根据目前世界油气资源开发现状来看，油气资源开发已经由常规油气藏向非常规油气藏，由浅部地层向深部地层，由陆地向海洋深水、超深水区域发展，这将使得未来石油钻井行业遭遇到地质条件更复杂、自然环境更恶劣的严峻挑战，因此，对油气钻井的安全性提出了更高的要求。

在钻井过程中，异常井底压力是导致卡钻、井眼垮塌、井涌、井喷等井下复杂事故的主要原因，在钻进过程、起下钻杆过程、空井状态三种钻井工况下均有可能造成井下异常压力，从而导致井下复杂事故的发生，而钻进过程较其他两种工况而言，具有井下压力预测难度大，发生井下复杂事故概率大的特点，因此，对钻进过程中的井底压力进行实时监测，及时发现井底压力异常，并采取有效措施控制井底压力，从而减少井下复杂事故的发生，是安全钻井的一个关键环节。

目前采用的PWD系统(英文：Pressure WhileDrilling，中文：压力随钻监测系统)可以实现实时监测环空压力，并将压力信号上传至地面，但是该系统造价昂贵，推广应用难度大，且采用泥浆脉冲进行数据传输，该传输方式具有传输速率低、误码率高、抗噪声干扰能力低等缺点，尤其当地层气体侵入时会对传输信道造成干扰，增加信号误码率，甚至中断信号传输。相比而言，井下信息声波传输方式在应用时具有以下优点：该传输方式是以钻柱作为传输信道，以声波作为信号载体，进行井下信息的无线传输方式。由于利用钻柱作为信道，该信息传输方式不依赖于钻井液的存在与否以及性质差异，也不受地层内磁性物质的干扰，为井下信息的高速传输提供了条件。此外，还具有成本低、结构简单、易于定向发射等优点。因此，设计一种随钻柱下入井内，对钻柱内及环空中压力进行实时监测，并通过声波传输方式进行数据传输的井下压力检测系统对降低井下事故发生率，降低钻井作业风险具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术监测井下压力时存在的成本高、传输速率低、抗噪声干扰能力低等上述问题，提供了一种成本低、传输速率快、抗干扰能力强、可靠性高的井下压力监测系统，该系统能实时测量钻柱内及环空压力，并通过声波传输方式将井下数据传输至地面，实现对井底压力的实时监测，进而降低井下事故发生率，降低钻井作业风险。

为了达到上述目的，本发明提供了一种井下压力监测装置，包括依次连接的换能器、换能器驱动电路和编码转码电路，还包括分别与编码转码电路连接的环空压力测量元件和钻柱内压力测量元件；环空压力测量元件测得的环空压力信号和钻柱内压力测量元件测得的钻柱内压力信号传输至编码转码电路进行编码及转码，转码后的压力信号传输至换能器驱动电路进行信号驱动，换能器驱动电路驱动换能器将转码后的压力信号转换成声波信号发出。

进一步的，还包括数据存储电路，数据存储电路分别与环空压力测量元件和钻柱内压力测量元件连接，环空压力测量元件测得的环空压力数据和钻柱内压力测量元件测得的钻柱内压力数据传输至数据存储电路进行存储。

进一步的，还包括依次连接的上接头、上部子筒保护筒和下部子筒保护筒；所述上部子筒保护筒内安装有依次连接的用于安装换能器的换能器保护筒、换能器安装子筒以及用于安装换能器驱动电路和编码转码电路的电路安装子筒，所述换能器保护筒的端部与上接头配合；所述下部子筒保护筒内安装有端部与下部子筒保护筒端部连接的压力测量子筒，数据存储电路、环空压力测量元件以及钻柱内压力测量元件均安装于压力测量子筒内。

优选的，所述上接头外部设有用于连接上部子筒保护筒的上部子筒保护筒连接扣，用于与换能器保护筒配合的换能器保护筒配合面，以及用于接触换能器的换能器接触面；所述上接头内部设有用于连接钻杆的钻杆连接扣，用于钻井液分流的钻井液分流面，以及用于流通钻井液的钻井液分流流道。

优选的，所述上部子筒保护筒外部为一等直径圆柱面；所述上部子筒保护筒内部依次设有用于连接上接头的上接头连接扣，用于放置换能器保护筒、换能器安装子筒和电路安装子筒的上部子筒外筒，以及用于连接下部子筒保护筒的下部子筒保护筒连接扣。

进一步的，所述上部子筒保护筒内还安装有电源安装子筒，电源安装子筒的端部与压力测量子筒的端部连接，电源安装子筒放置于上部子筒外筒内；电源安装子筒内设有为换能器驱动电路、编码转码电路和数据存储电路供电的供电模块。

优选的，数据存储电路包括与环空压力测量元件连接的第一数据存储电路和与钻柱内压力测量元件连接的第二数据存储电路；压力测量子筒外部依次设有用于与电源安装子筒的子筒下端部固定面配合的子筒上端部固定面，用于为压力测量子筒提供周向上支撑的子筒支撑面，用于安装第一数据存储电路的第一存储电路安装槽，用于安装第二数据存储电路的第二存储电路安装槽，用于为压力测量子筒提供轴向上支撑的子筒下端部固定面，以及用于与下部子筒保护筒配合的子筒下部密封面；压力测量子筒内部依次设有用于与电源安装子筒配合的上部子筒密封配合面，用于为钻井液提供流动通道的内流道，用于安装环空压力测量元件的环空压力测量元件安装孔，用于测量环空压力的环空流体测压孔，用于为第二数据存储电路及钻柱内压力测量元件的连接导线提供安装通道的中部导线安装孔，用于安装钻柱内压力测量元件的钻柱内压力测量元件安装孔，用于测量钻柱内压力的钻柱内流体测压孔；所述子筒支撑面包括子筒上部支撑面、子筒中部支撑面和子筒下部支撑面，所述子筒中部支撑面上设有用于将环空流体引入环空流体测压孔内的环空流体引流仓，所述子筒下部支撑面上设有用于将钻柱内流体引入钻柱内流体测压孔内的钻柱内流体引流仓，钻柱内流体引流仓与内流道之间通过钻柱内流体导流孔连通。

优选的，所述电源安装子筒外部依次设有用于与电路安装子筒的子筒下端部固定面配合的子筒上端部固定面，用于为电源安装子筒提供周向上支撑的子筒支撑面，用于为供电模块提供安装空间的电源仓，用于安装电源仓的电源仓固定架，用于安装电源仓固定架的电源仓固定架安装板，用于为电源安装子筒提供轴向上支撑的子筒下端部固定面，以及用于与压力测量子筒的上部子筒密封配合面配合的子筒下部密封面；所述电源安装子筒内部依次设有用于与电路安装子筒配合的上部子筒密封面，用于为电源仓的连接导线提供安装通道的第一导线安装孔，用于为钻井液提供流通通道的内流道，以及用于为电源仓的连接导线提供安装通道的第二导线安装孔。

优选的，所述电路安装子筒外部依次设有用于与换能器安装子筒的子筒下端部固定面配合的子筒上端部固定面，用于为电路安装子筒提供周向上支撑的子筒支撑面，用于为换能器驱动电路和编码转码电路提供安装空间的电路安装槽，用于为电路安装子筒提供轴向上支撑的子筒下端部固定面，以及用于与电源安装子筒的上部子筒密封面配合的下部子筒密封面；所述电路安装子筒内部依次设有与换能器安装子筒配合的上部子筒密封面，用于为连接电路的导线提供安装通道的第三导线安装孔，用于为钻井液提供流通通道的内流道，以及用于为连接电路的导线提供安装通道的第四导线安装孔。

优选的，所述下部子筒保护筒外部为一等直径圆柱面；所述下部子筒保护筒内部依次为用于与上部子筒保护筒连接的上部子筒保护筒连接扣，用于保护压力测量子筒的子筒外筒，用于与压力测量子筒的下端部固定面配合的压力测量子筒配合面，用于与压力测量子筒的子筒下部密封面配合的端部密封面，以及用于连接下部钻杆的下部钻杆连接扣。

优选的，所述换能器保护筒外部为一等直径圆柱面；所述换能器保护筒内部设有用于配合上接头端部的上接头配合面，用于为上接头提供支撑的上接头支撑面，用于为换能器提供扶正支撑的换能器扶正面，用于放置换能器的换能器外筒，以及用于连接换能器安装子筒端部的换能器安装子筒连接扣；所述换能器安装子筒外部依次设有用于与换能器保护筒连接的换能器保护筒连接扣，用于为换能器安装子筒提供周向上支撑的子筒上部支撑面，用于为换能器安装子筒提供轴向上支撑的子筒下端部固定面，以及用于与电路安装子筒配合的子筒下部密封面；所述换能器安装子筒内部依次设有用于为换能器提供支撑的换能器支撑面，用于为换能器的连接导线提供安装通道的第五导线安装孔，用于为钻井液提供流动通道的转换流道和子筒内流道，以及用于为换能器的连接导线提供安装通道的第六导线安装孔，转换流道连通子筒内流道。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用声波传输经井下压力信号传输至地面，设有换能器驱动电路、编码转码电路、环空压力测量元件和钻柱内压力测量元件，环空压力测量元件测量的环空压力信号和钻柱内压力测量元件测量的钻柱内压力信号传输至编码转码电路进行信号的编码与转码，转码后的压力信号传输至换能器驱动电路进行信号驱动，然后通过换能器驱动电路驱动换能器将转码后的压力信号转换成强度大的通带频率内声波信号发出，再通过钻柱信道将声波信号传输至上部中继装置或地面接收装置，能够实现正常钻进的同时，将井下压力准确、实时转换成声波信号的目的，且利用钻柱作为传输通道，不依赖钻井液，抗噪声干扰能力强，传输速率快，误码率低，不受气侵等井下复杂情况影响。

(2)本发明长度短，结构简单且无活动部件，使用时不影响钻具配合，不影响动力钻具及其他随钻测量工具的动作，循环压降低于钻铤压降，降低了额外作业的风险。

(3)本发明将各功能部件单元化，集成到不同的子筒当中，且子筒与子筒之间具有相同的连接方式，降低了本发明的维护时间与成本，且可通过增加子筒保护筒长度来增加电源安装子筒的个数，进而增加本发明的井下工作时间以适应不同井深要求，减少起下钻次数，降低了钻井作业成本。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为本发明一个实施例中上接头的结构示意图。

图3为本发明图2的A-A向剖面图。

图4为本发明一个实施例中上部子筒保护筒的结构示意图。

图5为本发明一个实施例中下部子筒保护筒的结构示意图。

图6为本发明图5的A-A向剖面图。

图7为本发明图5的的B-B向剖面图

图8为本发明一实施例中换能器保护筒的结构示意图。

图9为本发明图8的A-A向剖面图。

图10为本发明一实施例中换能器安装子筒的结构示意图。

图11为本发明图10的A-A向剖面图。

图12为本发明图10的B-B向剖面图。

图13为本发明图10的C-C向剖面图。

图14为本发明一实施例中电路安装子筒的结构示意图。

图15为本发明图14的A-A向剖面图。

图16为本发明图14的B-B向剖面图。

图17为本发明图14的C-C向剖面图。

图18为本发明一实施例中电源安装子筒的结构示意图。

图19为本发明图18的A-A向剖面。

图20为本发明图18的B-B向剖面图。

图21为本发明图18的C-C向剖面图。

图22为本发明一实施例中压力测量子筒的结构示意图。

图23为本发明图22的A-A向剖面。

图24为本发明图22的B-B向剖面图。

图25为本发明图22的C-C向剖面图。

图26为本发明图22的D-D向剖面图。

图27为本发明图22的E-E向剖面图。

图28为本发明图22的F-F向剖面图。

图中，1、上接头，101、上部子筒保护筒连接扣，102、换能器保护筒配合面，103、换能器接触面，104、钻杆连接扣，105、钻井液分流面，106、钻井液分流流道，107、密封槽，2、上部子筒保护筒，201、上接头连接扣，202、上部子筒外筒，203、下部子筒保护筒连接扣，3、下部子筒保护筒，301、上部子筒保护筒连接扣，302、子筒外筒，303、环空导流孔，304、防砂滤网安装槽，305、卡簧安装槽，306、压力测量子筒配合面，307、压力测量子筒固定销配合孔，308、端部密封面，309、下部钻杆连接扣，4、换能器保护筒，401、上接头配合面，402、上接头支撑面，403、换能器扶正面，404、换能器外筒，405、换能器安装子筒连接扣，5、换能器安装子筒，501、换能器保护筒连接扣，502、子筒上部支撑面，503、上部密封安装槽，504、导线安装槽，505、子筒下端部固定面，506、端部固定销，507、电路插针，508、子筒下部密封面，509、下部密封安装槽，510、换能器支撑面，511、第五导线安装孔，512、转换流道，513、子筒内流道，514、第六导线安装孔，6、电路安装子筒，601、子筒上端部固定面，602、子筒固定销配合孔，603、导线插座，604、子筒上部支撑面，605、上部密封安装槽，6061、第一导线固定槽，6062、第二导线固定槽，607、电路安装槽，608、子筒下部支撑面，609、子筒下端部固定面，610、端部固定销，611、电路插针，612、下部子筒密封面，613、下部密封安装槽，614、上部子筒密封面，615、第三导线安装孔，616、内流道，617、第四导线安装孔，7、电源安装子筒，701、子筒上端部固定面，702、子筒固定销配合孔，703、导线插座，704、子筒上部支撑面，705、上部密封安装槽，7061、第三导线固定槽，7062、第四导线固定槽，707、电源仓，708、电源仓固定架，709、电源仓固定架安装板，710、子筒下部支撑面，711、子筒下端部固定面，712、端部固定销，713、电路插针，714、子筒下部密封面，715、下部密封安装槽，716、上部子筒密封面，717、第一导线安装孔，718、内流道，719、电源仓固定架安装孔，720、第二导线安装孔，8、压力测量子筒，801、子筒上端部固定面，802、子筒固定销配合孔，803、导线插座，804、子筒上部支撑面，805、上部密封安装槽，8061、第一导线固定槽，8062、第二导线固定槽，8071、第一存储电路安装槽，8072、第二存储电路安装槽，808、子筒中部支撑面，809、中部密封安装槽，810、环空流体引流仓，811、子筒下部支撑面，812、钻井内流体引流仓，813、下部密封安装槽，814、子筒下端部固定面，815、端部固定销，816、子筒下部密封面，817、下部密封安装槽，818、上部子筒密封配合面，819、上部导线安装孔，820、内流道，821、环空压力测量元件安装孔，822、环空流体测量孔，823、中部导线安装孔，824、钻柱内压力测量元件安装孔，825、钻柱内流体测压孔，826、钻柱内流体导流孔，9、换能器，10、换能器驱动电路，11、编码转码电路，1201、第一数据存储电路，1202、第二数据存储电路，13、环空压力测量元件，14、钻柱内压力测量元件，15、供电模块，1601第一防砂滤网，1602、第二防砂滤网。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“中”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，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，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图1，本发明一实施例，提供了一种井下压力监测系统，包括依次连接的换能器9、换能器驱动电路10和编码转码电路11，还包括分别与编码转码电路11连接的环空压力测量元件13和钻柱内压力测量元件14；环空压力测量元件13测得的环空压力信号和钻柱内压力测量元件14测得的钻柱内压力信号传输至编码转码电路11进行编码及转码，转码后的压力信号传输至换能器驱动电路10进行信号驱动，换能器驱动电路10驱动换能器9将转码后的压力信号转换成声波信号发出。将压力信号转换成声波信号发出，通过钻柱信道将声波信号传输至上部的中继装置或地面接收装置，最终通过地面装置对接收的声波信号进行解码，实现对井下压力的实时监测。利用钻柱信道作为传输通道，不依赖钻井液，抗噪声干扰能力强，传输速率快，误码率低，不受气侵等复杂环境的影响。

参见图1，在本发明另一实施例中，井下压力监测系统还包括数据存储电路，数据存储电路分别与环空压力测量元件13和钻柱内压力测量元件14连接，环空压力测量元件13测得的环空压力信号和钻柱内压力测量元件14测得的钻柱内压力信号传输至数据存储电路进行存储。一方面，环空压力测量元件13测得的环空压力信号和钻柱内压力测量元件14测得的钻柱内压力信号传输至编码转码电路11进行编码及转码转码后的压力信号传输至换能器驱动电路10进行信号驱动，换能器驱动电路10驱动换能器9将转码后的压力信号转换成声波信号发出，实现对井下压力的实时监测。另一方面环空压力测量元件13测得的环空压力信号和钻柱内压力测量元件14测得的钻柱内压力信号传输至数据存储电路进行存储，以便后续对所测得的压力信号进行数据分析。

参见图1，在本发明又一实施例中，井下压力监测系统还包括依次连接的上接头1、上部子筒保护筒2和下部子筒保护筒3；所述上部子筒保护筒2内安装有依次连接的用于安装换能器9的换能器保护筒4、换能器安装子筒5以及用于安装换能器驱动电路和编码转码电路的电路安装子筒6，所述换能器保护筒4的端部与上接头1配合；所述下部子筒保护筒3内安装有端部与下部子筒保护筒端部连接的压力测量子筒8，数据存储电路、环空压力测量元件13以及钻柱内压力测量元件14均安装于压力测量子筒8内。在进行井下压力实时监测的同时，能够实现正常钻进。

为了便于上部子筒保护筒、换能器保护筒以及换能器的安装和使用，以及便于钻井液的流通以及实现声波信号传入上接头。参见图2，在本发明一优选实施例中，所述上接头1外部由上至下设有用于连接上部子筒保护筒2的上部子筒保护筒连接扣101，用于与换能器保护筒4配合的换能器保护筒配合面102，以及用于接触换能器9的换能器接触面103；所述上接头1内部由上至下设有用于连接钻杆的钻杆连接扣104，用于钻井液分流的钻井液分流面105，以及用于流通钻井液的钻井液分流流道106。钻井液通过钻杆进入上接头1，到达钻井液分流面，经钻井液分流面分流后进入钻井液分流流道106。参见图3，本实施例中，钻井液分流流道设有三个，在实际钻井过程中，钻井液分流流道的数量可以根据实际需要进行调整。所述换能器保护筒配合面102上设有密封槽107，密封槽107用于安装密封圈，实现上接头1与换能器保护筒2之间的密封。

为了便于上接头、换能器保护筒、换能器安装子筒、电路安装子筒的安装和使用。在本发明一优选实施例中，参见图4，所述上部子筒保护筒2外部为一等直径圆柱面；所述上部子筒保护筒2内部由上至下依次设有用于连接上接头1的上接头连接扣201，用于放置换能器保护筒4、换能器安装子筒5和电路安装子筒6的上部子筒外筒202，以及用于连接下部子筒保护筒3的下部子筒保护筒连接扣203。参见图1，所述上部子筒保护筒2内还安装有电源安装子筒7，电源安装子筒7的端部与压力测量子筒的端部连接，电源安装子筒7放置于上部子筒外筒202内；电源安装子筒7内设有为换能器驱动电路10、编码转码电路11和数据存储电路供电的供电模块15。上部子筒外筒202用于保护放置于其内部的换能器保护筒4、换能器安装子筒5、电路安装子筒6以及电源安装子筒7。

在本发明一优选实施例中，参见图1，数据存储电路包括与环空压力测量元件13连接的第一数据存储电路1201和与钻柱内压力测量元件14连接的第二数据存储电路1202，环空压力测量元件13测量的环空压力信号存储在第一数据存储电路1201中，钻柱内压力测量元件14测量的钻柱内压力信号存储在第二数据存储电路1202中。参见图22至28，压力测量子筒8外部由上至下依次设有用于与电源安装子筒7的子筒下端部固定面711配合的子筒上端部固定面801，用于为压力测量子筒8上部提供周向上支撑的子筒上部支撑面804，用于为连接第一数据存储电路1201与环空压力测量元件13之间以及上下导通的连接导线提供分类、固定空间的第一导线固定槽8061，用于安装第一数据存储电路1201的第一存储电路安装槽8071，用于为压力测量子筒8中部提供周向上支撑的子筒中部支撑面808，用于为连接第二数据存储电路1202与钻柱内压力测量元件14之间以及上下导通的连接导线提供分类、固定空间的第二导线固定槽8062，用于安装第二数据存储电路1202的第二存储电路安装槽8072，用于为压力测量子筒8下部提供周向上支撑的子筒下部支撑面811，用于为压力测量子筒8提供轴向上支撑的子筒下端部固定面814，以及用于与下部子筒保护筒3的端部密封面308配合的子筒下部密封面816；压力测量子筒8内部由上至下依次设有用于与电源安装子筒7配合的上部子筒密封配合面818，用于为钻井液提供流动通道的内流道820，用于安装环空压力测量元件13的环空压力测量元件安装孔821，用于测量环空压力的环空流体测压孔822，用于为第二数据存储电路1202及钻柱内压力测量元件14的连接导线提供安装通道的中部导线安装孔823，用于安装钻柱内压力测量元件14的钻柱内压力测量元件安装孔824，用于测量钻柱内压力的钻柱内流体测压孔825；所述子筒中部支撑面808上设有用于将环空流体引入环空流体测压孔内的环空流体引流仓810，所述子筒下部支撑面811上设有用于将钻柱内流体引入钻柱内流体测压孔825内的钻柱内流体引流仓812，钻柱内流体引流仓812与内流道820之间通过钻柱内流体导流孔826连通。

进行环空压力测量时，通过环空流体引流仓810将环空钻井液引入环空流体测压孔822内，通过环空压力测量元件13进行环空压力测量。进行钻柱内压力测量时，钻柱内钻井液通过钻柱内流体导流孔826引入钻柱内流体引流仓812内，然后通过钻柱内流体引流仓812将钻柱内钻井液倒入钻柱内流体测压孔825内，通过钻柱内压力测量元件14进行钻柱内压力测量。

参见23，所述子筒上端部固定面801上设有子筒固定销配合孔802和导线插座803，通过子筒固定销配合孔802与电源安装子筒7的子筒下端部固定面711上的端部固定销712配合固定压力测量子筒8和电源安装子筒7的相对位置，导线插座803与与电源安装子筒的子筒下端部固定面711上的电路插针713配合连通压力测量子筒8和电源安装子筒7的电路导线。参见图22，所述压力测量子筒的内部还设有上部导线安装孔819，用于为连接导线插座803与第一数据存储电路1201的导线提供安装通道。

参见图22、24，所述子筒上部支撑面804上设有用于安装密封圈对压力测量子筒8进行密封的上部密封安装槽805，在密封槽内安装密封圈，实现压力测量子筒8的密封。所述子筒中部支撑面808上设有中部密封安装槽809，用于安装密封圈对环空流体引流仓810的上下方向进行密封。所述子筒下部支撑面811上设有子筒下部密封安装槽813，用于安装密封圈对钻柱内流体引流仓812与上部空间进行密封。

为了便于第一数据存储电路1201和第二数据存储电路1202的安装和使用，参见图22、图24，所述第一存储电路安装槽8071和第二存储电路安装槽8072均为相互对称的具有阶梯形边缘的槽型空间。

参见图24，所述子筒下端部固定面814上设有对称分布的端部固定销815，通过端部固定销815确定压力测量子筒8与下部子筒保护筒3的相对位置。

参见图22、图24，所述子筒下部密封面816设有下部密封安装槽817，用于安装密封圈实现压力测量子筒8与下部子筒保护筒3连接处的密封。

参见图28，所述钻柱内流体导流孔826内设有相邻的防砂滤网安装槽827和卡簧安装槽828。防砂滤网安装槽827用于安装第一防砂滤网1601，通过第一防砂滤网1601将钻井液进行过滤，避免大直径固体颗粒进入钻柱内流体测压孔825造成堵塞。卡簧安装槽828用于安装卡簧，通过卡簧固定防砂滤网。

为了便于上接头、换能器以及换能器安装子筒的安装和使用，参见图8、图9，在本发明一优选实施例中，所述换能器保护筒4外部为一等直径圆柱面；所述换能器保护筒4内部由上至下设有用于配合上接头1端部的上接头配合面401，用于为上接头1提供支撑的上接头支撑面402，用于为换能器9提供扶正支撑的换能器扶正面403，用于放置换能器9的换能器外筒404，以及用于连接换能器安装子筒5端部的换能器安装子筒连接扣405。所述换能器扶正面403的外径小于上接头配合面401的外径，换能器扶正面403的直径小于换能器外筒404的直径。

为了便于换能器保护筒和电路安装子筒安装和使用，以及换能器与电路安装子筒内电路的连接，参见图10至13，在本发明一优选实施例中，所述换能器安装子筒5外部由上至下依次设有用于与换能器保护筒4连接的换能器保护筒连接扣501，用于为换能器安装子筒5提供周向上支撑的子筒上部支撑面502，用于为换能器安装子筒5提供轴向上支撑的子筒下端部固定面505，以及用于与电路安装子筒6配合的子筒下部密封面508；所述换能器安装子筒5内部由上至下依次设有用于为换能器9提供支撑的换能器支撑面510，用于为换能器9的连接导线提供安装通道的第五导线安装孔511，用于为钻井液提供流动通道的转换流道512和子筒内流道513，以及用于为换能器9的连接导线提供安装通道的第六导线安装孔514，转换流道512连通子筒内流道513。

参见图10，所述子筒上部支撑面502上设有上部密封安装槽503和导线安装槽504，上部密封安装槽503用于安装密封圈对换能器安装子筒5进行密封，导线安装槽504用于安装进入换能器安装子筒的换能器连接导线。

参见图10、图12，所述子筒下端部固定面505上设有端部固定销506和电路插针507，端部固定销506对称分布于子筒下端固定面505上，用于确定换能器安装子筒5与电路安装子筒6的相对位置，电路插针507用于连接换能器安装子筒5与电路安装子筒6间的连接导线。所述子筒下部密封面508上设有下部密封安装槽509，下部密封安装槽509用于安装密封圈，对换能器安装子筒5与电路安装子筒6连接处进行密封。

参见图11，所述的转换六道512设有三个，用于为通过上接头1的钻井液到达下部子筒内流道513提供流动通道。

参见图14至图17，在本发明一优选实施例中，所述电路安装子筒6外部由上至下依次设有用于与换能器安装子筒5的子筒下端部固定面505配合的子筒上端部固定面601，用于为电路安装子筒6上部提供周向上支撑的子筒上部支撑面604，用于为换能器驱动电路10和编码转码电路11提供安装空间的电路安装槽607，用于为电路安装子筒6下部提供周向上支撑的子筒下部支撑面608，用于为电路安装子筒6提供轴向上支撑的子筒下端部固定面609，以及用于与电源安装子筒7配合的下部子筒密封面612；所述电路安装子筒6内部依次设有与换能器安装子筒5配合的上部子筒密封面614，用于为连接电路的导线提供安装通道的第三导线安装孔615，用于为钻井液提供流通通道的内流道616，以及用于为连接电路的导线提供安装通道的第四导线安装孔617。

参见图14、图16，所述子筒上端部固定面601上设有子筒固定销配合孔602和导线插座603，子筒固定销配合孔602与换能器安装子筒5的子筒下端部固定面505上的端部固定销506配合，用于确定换能器安装子筒5与电路安装子筒6的相对位置，导线插座603与换能器安装子筒5的子筒下端部固定面505上的电路插针507紧密配合，用于实现电路导线的连通，连接导线插座603与电路安装子筒6内部电路的导线安装于第三导线安装孔615内。

参见图14、图16，所述子筒上部支撑面604上设有上部密封安装槽605，上部密封安装槽605用于安装密封圈，对电路安装子筒6上部进行密封。所述子筒上部支撑面604与电路安装槽607之间设有第一导线固定槽6061，用于为连接电路安装子筒6内各电路之间以及与上部换能器安装子筒5导通的连接导线提供分类、固定的空间。所述电路安装槽607与子筒下部支撑面608之间设有第二导线固定槽6062，用于为连接电路安装子筒6内各电路之间的连接导线提供分类、固定的空间。

参见图14、图16，所述电路安装槽607为周向分布的相互对称的、具有阶梯形边缘的四个槽型空间，为固定在金属保护罩内的换能器驱动电路10和编码转码电路11提供安装空间。

参见图14、图16，所述子筒下端部固定面609上设有端部固定销610和电路插针611，端部固定销610对称分布于子筒下端部固定面609上，用于确定电路安装子筒6与电源安装子筒7的相对位置，电路插针611用于连接电路安装子筒6与电源安装子筒7间的导线，连接电路插针611与电路安装子筒6内部电路的导线安装于第四导线安装孔617内。

参见图14、图16，所述子筒下部密封面612上设有下部密封安装槽613，用于安装密封圈，对电路安装子筒6与电源安装子筒7连接处进行密封。

在本发明一优选实施例中，参见图18、图20，所述电源安装子筒7外部由上至下依次设有用于与电路安装子筒6的子筒下端部固定面609配合的子筒上端部固定面701，用于为电源安装子筒7上部提供周向上支撑的子筒上部支撑面704，用于为供电模块提供安装空间的电源仓707，用于安装电源仓707的电源仓固定架708，用于安装电源仓固定架708的电源仓固定架安装板709，用于为电源安装子筒7下部提供周向上支撑的子筒下部支撑面710，用于为电源安装子筒7提供轴向上支撑的子筒下端部固定面711，以及用于与压力测量子筒8的上部子筒密封配合面818配合的子筒下部密封面714；所述电源安装子筒7内部由上至下依次设有用于与电路安装子筒6的下部子筒密封面612配合的上部子筒密封面716，用于为电源仓的连接导线提供安装通道的第一导线安装孔717，用于为钻井液提供流通通道的内流道718，以及用于为电源仓的连接导线提供安装通道的第二导线安装孔720。电源安装子筒7的上部子筒密封面716与电路安装子筒6的下部子筒密封面612紧密配合，实现电源安装子筒7与电路安装子筒6连接处的密封，电源安装子筒7的子筒下部密封面714与压力测量子筒8的上部子筒密封配合面818紧密配合，实现电源安装子筒7与压力测量子筒8连接处的密封。

参见图19，所述电源安装子筒7的子筒上端部固定面701上设有子筒固定销配合孔702和导线插座703。子筒固定销配合孔702与电路安装子筒6的子筒下端部固定面609上的端部固定销610配合，实现对电路安装子筒6和电源安装子筒7的相对位置固定。导线插座703与电路安装子筒6的子筒下端部固定面609上的电路插针611配合，实现对电路安装子筒6和电源安装子筒7的电路导线的连通，连接导线插座703与电源安装子筒的电源仓的导线安装于第一导线安装孔717内。

参见图18，图20，所述子筒上部支撑面704上设有上部密封安装槽705，上部密封安装槽705用于安装密封圈，对电源安装子筒7上部进行密封。所述子筒上部支撑面704与电源仓707之间设有第三导线固定槽7061，用于为连接电源安装子筒7内各电源仓之间的导线以及电源安装子筒7与上部电路安装子筒6导通的连接导线提供分类、固定的空间。所述电源仓707与子筒下部支撑面710之间设有第四导线固定槽7062，用于为连接电源安装子筒7内各电源仓之间的连接导线以及电源安装子筒7与下部压力测量子筒8导通的连接导线提供分类、固定的空间。

本实施例中，所述电源仓708为圆周分布相互对称的16个圆柱仓体，为供电模块提供安装空间，供电模块为电池组。所述16个电源仓通过安装在相互对称的两组半圆形电源仓固定架上实现16个电源仓在周向上紧密排列，安装有电源仓707的电源仓固定架708通过设置在电源仓固定架安装板709上的电源仓固定架安装孔719以及螺栓固定在电源仓固定架安装板709上。

参见图18、图20，所述子筒下端部固定面711上设有端部固定销712和电路插针713，端部固定销712对称分布于子筒下端部固定面711上，用于确定电源安装子筒7与下部的压力测量子筒7的相对位置，电路插针713用于连接电源安装子筒7与压力测量子筒8间的导线，连接电路插针713与压力测量子筒8内部电路的导线安装于第二导线安装孔720内。

参见图18、图20，所述子筒下部密封面714上设有下部密封安装槽715，下部密封安装槽715用于安装密封圈，对电源安装子筒7与压力测量子筒8连接处进行进一步密封。

上述电源安装子筒和电源仓的数量可以根据不同井深要求进行调整，可以通过增加子筒保护筒长度来增加电源安装子筒的个数，进而增加井下工作时间。

参见图5，为了便于上部子筒保护筒和压力测量子筒的安装和使用，在本发明一优选实施例中，所述下部子筒保护筒3外部为一等直径圆柱面；所述下部子筒保护筒3内部依次为用于与上部子筒保护筒2连接的上部子筒保护筒连接扣301，用于保护压力测量子筒8的子筒外筒302，用于与压力测量子筒8的下端部固定面814配合的压力测量子筒配合面306，用于与压力测量子筒8的子筒下部密封面816配合的端部密封面308，以及用于连接下部钻杆的下部钻杆连接扣309。

参见图5、图6，所述子筒外筒302上设有环空导流孔303，用于将环空流体导入环空流体引流仓810内，所述环空导流孔303内设有相邻的防砂滤网安装槽304和卡簧安装槽305，防砂滤网安装槽304用于安装第二防砂滤网1602，通过第二防砂滤网1602将钻井液进行过滤，避免大直径固体颗粒进环空流体测压孔822造成堵塞。卡簧安装槽305用于安装卡簧，通过卡簧固定防砂滤网。参见图6、图7，所述压力测量子筒配合面306上设有压力测量子筒固定销配合孔307，压力测量子筒固定销配合孔307配合压力测量子筒8的子筒下端部固定面814上的端部固定销815实现对压力测量子筒8的固定。

本实施例中，下部子筒保护筒3的端部密封面308与压力测量子筒8的子筒下部密封面816配合，实现对下部子筒保护筒3与压力测量子筒8连接处的密封。下部钻杆连接扣309通过螺纹连接下部钻杆。

在本发明一优选实施例中，所述环空压力测量元件13和钻柱内压力测量元件14均采用测压计。

上述实施例所述的井下压力监测系统的安装过程如下：

(1)上接头1通过螺纹连接上部子筒保护筒2，上部子筒保护筒2通过螺纹连接下部子筒保护筒3，上部子筒保护筒2内依次安装换能器保护筒4、换能器安装子筒5、电路安装子筒6、电源安装子筒7，下部子筒保护筒3内安装压力测量子筒8；换能器保护筒4上端与上接头下端配合，换能器保护筒4下端与换能器安装子筒5上端螺纹连接，换能器安装子筒下端与电路安装子筒6上端连接，电路安装子筒6下端与电源安装子筒7上端连接，电源安装子筒7下端与压力测量子筒上端连接，压力测量子筒8下端与下部子筒保护筒连接。

(2)换能器保护筒4内安装换能器9，电路安装子筒6内安装依次连接的换能器驱动电路10和编码转码电路11，电源安装子筒7内安装依次连接的供电模块，压力测量子筒8安装环空压力测量元件13、钻柱内压力测量元件14、存储环空压力信号的第一数据存储电路1201以及存储钻柱内压力信号的第二数据存储电路1202。

在钻井过程中，使用上述实施例所述的井下压力监测系统对环空压力及钻柱内压力进行测量并转换为声波信号发出，其监测过程为：通过环空流体导流孔303将环空内流体导入至环空流体引流仓810内，环空流体进一步进入环空流体测压孔822，通过环空压力测量元件13测得环空流体的压力值，同时，通过钻柱内流体导流孔826将钻柱内流体导入至钻柱内流体引流仓812内，钻柱内流体进一步进入钻柱内流体测压孔825，通过钻柱内压力测量元件14测得钻柱内流体的压力值。上述测得的环空流体的压力值和钻柱内流体的压力值一方面传输至数据存储电路进行存储，以便后续对所测得的压力数据进行分析。另一方面通过导线传输至编码转码电路11进行信号的编码与转码，转码后的压力信号传输至换能器驱动电路10进行信号驱动，然后通过换能器驱动电路10驱动换能器9将转码后的压力信号转换成声波信号发出。发出的声波信号通过钻柱信道将信号传输至上部中继装置或地面接收装置，最终通过地面装置对接收的声波信号进行解码，实现对井下压力的实时检测。

上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种井下压力监测系统，其特征在于，包括依次连接的换能器(9)、换能器驱动电路(10)和编码转码电路(11)，还包括分别与编码转码电路连接的环空压力测量元件(13)和钻柱内压力测量元件(14)；环空压力测量元件(13)测得的环空压力信号和钻柱内压力测量元件(14)测得的钻柱内压力信号传输至编码转码电路(11)进行编码及转码，转码后的压力信号传输至换能器驱动电路(10)进行信号驱动，换能器驱动电路(10)驱动换能器(9)将转码后的压力信号转换成声波信号发出；还包括数据存储电路，数据存储电路分别与环空压力测量元件(13)和钻柱内压力测量元件(14)连接，环空压力测量元件(13)测得的环空压力信号和钻柱内压力测量元件(14)测得的钻柱内压力信号传输至数据存储电路进行存储；还包括电源安装子筒(7)，电源安装子筒(7)外部依次设有用于与电路安装子筒(6)的子筒下端部固定面(609)配合的子筒上端部固定面(701)，用于为电源安装子筒(7)提供周向上支撑的子筒支撑面，用于为供电模块提供安装空间的电源仓(707)，用于安装电源仓(707)的电源仓固定架(708)，用于安装电源仓固定架(708)的电源仓固定架安装板(709)，用于为电源安装子筒(7)提供轴向上支撑的子筒下端部固定面(711)，以及用于与压力测量子筒(8)的上部子筒密封配合面(818)配合的子筒下部密封面(714)；所述电源安装子筒(7)内部依次设有用于与电路安装子筒(6)配合的上部子筒密封面(716)，用于为电源仓的连接导线提供安装通道的第一导线安装孔(717)，用于为钻井液提供流通通道的内流道(718)，以及用于为电源仓的连接导线提供安装通道的第二导线安装孔(720)。

2.如权利要求1所述的井下压力监测系统，其特征在于，还包括依次连接的上接头(1)、上部子筒保护筒(2)和下部子筒保护筒(3)；所述上部子筒保护筒(2)内安装有依次连接的用于安装换能器(9)的换能器保护筒(4)、换能器安装子筒(5)以及用于安装换能器驱动电路和编码转码电路的电路安装子筒(6)，所述换能器保护筒(4)的端部与上接头(1)配合；所述下部子筒保护筒(3)内安装有端部与下部子筒保护筒端部连接的压力测量子筒(8)，数据存储电路、环空压力测量元件(13)以及钻柱内压力测量元件(14)均安装于压力测量子筒(8)内。

3.如权利要求2所述的井下压力监测系统，其特征在于，所述上接头(1)外部设有用于连接上部子筒保护筒(2)的上部子筒保护筒连接扣(101)，用于与换能器保护筒(4)配合的换能器保护筒配合面(102)，以及用于接触换能器(9)的换能器接触面(103)；所述上接头(1)内部设有用于连接钻杆的钻杆连接扣(104)，用于钻井液分流的钻井液分流面(105)，以及用于流通钻井液的钻井液分流流道(106)。

4.如权利要求2所述的井下压力监测系统，其特征在于，所述上部子筒保护筒(2)外部为一等直径圆柱面；所述上部子筒保护筒(2)内部依次设有用于连接上接头(1)的上接头连接扣(201)，用于放置换能器保护筒(4)、换能器安装子筒(5)和电路安装子筒(6)的上部子筒外筒(202)，以及用于连接下部子筒保护筒(3)的下部子筒保护筒连接扣(203)；所述上部子筒保护筒(2)内还安装有电源安装子筒(7)，电源安装子筒(7)的端部与压力测量子筒的端部连接，电源安装子筒(7)放置于上部子筒外筒(202)内；电源安装子筒(7)内设有为换能器驱动电路(10)、编码转码电路(11)和数据存储电路供电的供电模块(15)。

5.如权利要求4所述的井下压力监测系统，其特征在于，数据存储电路包括与环空压力测量元件(13)连接的第一数据存储电路(1201)和与钻柱内压力测量元件(14)连接的第二数据存储电路(1202)；压力测量子筒(8)外部依次设有用于与电源安装子筒(7)的子筒下端部固定面(711)配合的子筒上端部固定面(801)，用于为压力测量子筒(8)提供周向上支撑的子筒支撑面，用于安装第一数据存储电路(1201)的第一存储电路安装槽(8071)，用于安装第二数据存储电路(1202)的第二存储电路安装槽(8072)，用于为压力测量子筒(8)提供轴向上支撑的子筒下端部固定面(814)，以及用于与下部子筒保护筒(3)配合的子筒下部密封面(816)；压力测量子筒内部依次设有用于与电源安装子筒(7)配合的上部子筒密封配合面(818)，用于为钻井液提供流动通道的内流道(820)，用于安装环空压力测量元件(13)的环空压力测量元件安装孔(821)，用于测量环空压力的环空流体测压孔(822)，用于为第二数据存储电路(1202)及钻柱内压力测量元件(14)的连接导线提供安装通道的中部导线安装孔(823)，用于安装钻柱内压力测量元件(14)的钻柱内压力测量元件安装孔(824)，用于测量钻柱内压力的钻柱内流体测压孔(825)；所述子筒支撑面包括子筒上部支撑面(804)、子筒中部支撑面(808)和子筒下部支撑面(811)，所述子筒中部支撑面(808)上设有用于将环空流体引入环空流体测压孔内的环空流体引流仓(810)，所述子筒下部支撑面(811)上设有用于将钻柱内流体引入钻柱内流体测压孔(825)内的钻柱内流体引流仓(812)，钻柱内流体引流仓(812)与内流道(820)之间通过钻柱内流体导流孔(826)连通。

6.如权利要求5所述的井下压力监测系统，其特征在于，所述电路安装子筒(6)外部依次设有用于与换能器安装子筒(5)的子筒下端部固定面(505)配合的子筒上端部固定面(601)，用于为电路安装子筒(6)提供周向上支撑的子筒支撑面，用于为换能器驱动电路(10)和编码转码电路(11)提供安装空间的电路安装槽(607)，用于为电路安装子筒(6)提供轴向上支撑的子筒下端部固定面(609)，以及用于与电源安装子筒(7)的上部子筒密封面(716)配合的下部子筒密封面(612)；所述电路安装子筒(6)内部依次设有与换能器安装子筒(5)配合的上部子筒密封面(614)，用于为连接电路的导线提供安装通道的第三导线安装孔(615)，用于为钻井液提供流通通道的内流道(616)，以及用于为连接电路的导线提供安装通道的第四导线安装孔(617)。

7.如权利要求4所述的井下压力监测系统，其特征在于，所述下部子筒保护筒(3)外部为一等直径圆柱面；所述下部子筒保护筒(3)内部依次为用于与上部子筒保护筒(2)连接的上部子筒保护筒连接扣(301)，用于保护压力测量子筒(8)的子筒外筒(302)，用于与压力测量子筒(8)的下端部固定面(814)配合的压力测量子筒配合面(306)，用于与压力测量子筒(8)的子筒下部密封面(816)配合的端部密封面(308)，以及用于连接下部钻杆的下部钻杆连接扣(309)。

8.如权利要求2所述的井下压力监测系统，其特征在于，所述换能器保护筒(4)外部为一等直径圆柱面；所述换能器保护筒(4)内部设有用于配合上接头(1)端部的上接头配合面(401)，用于为上接头(1)提供支撑的上接头支撑面(402)，用于为换能器(9)提供扶正支撑的换能器扶正面(403)，用于放置换能器(9)的换能器外筒(404)，以及用于连接换能器安装子筒(5)端部的换能器安装子筒连接扣(405)；所述换能器安装子筒(5)外部依次设有用于与换能器保护筒(4)连接的换能器保护筒连接扣(501)，用于为换能器安装子筒(5)提供周向上支撑的子筒上部支撑面(502)，用于为换能器安装子筒(5)提供轴向上支撑的子筒下端部固定面(505)，以及用于与电路安装子筒(6)配合的子筒下部密封面(508)；所述换能器安装子筒(5)内部依次设有用于为换能器(9)提供支撑的换能器支撑面(510)，用于为换能器(9)的连接导线提供安装通道的第五导线安装孔(511)，用于为钻井液提供流动通道的转换流道(512)和子筒内流道(513)，以及用于为换能器(9)的连接导线提供安装通道的第六导线安装孔(514)，转换流道(512)连通子筒内流道(513)。