CN108729869B - 一种井下震源发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种井下震源发生器，属石油开采钻井工具技术领域。下外筒上装有外花键套筒，外花键套筒上装有下接头；上外筒和下外筒内设置有活塞，活塞与下外筒之间设置有止推套筒和内花键套筒，下外筒内装有固定套筒，固定套筒与活塞之间设置有冲击锤。工作时，在钻进液作用下推动活塞上行，从而带动冲击锤上行并压缩弹簧使其蓄能，需要起震时，停止打压，弹簧能量释放推动冲击锤迅速下行冲击内花键套筒，实现一次起震，即产生一次标志性信号，由此获得方便识别，且不受外界干扰的波形信号，解决了现有钻头信号在套管中传播时的衰减作用,致使传递的距离有限,限制了其深层应用的问题。特别适用于地层特征测量和钻头位置测量使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种井下震源发生器，属石油开采钻井工具技术领域。
背景技术
在石油开采钻井中,为了识别地层及钻头位置等,需要采用一种在井下重复起震的装置,以通过采集这种起震装置所产生的振动信号,达到识别井下状态、地层特性和钻头位置等的目的。例如,在丛式井钻井过程中为防止各井眼之间的碰撞,就需要采用这种工具,来识别钻头距风险套管间的距离。因为井眼之间一旦发生碰撞,其产生的后果是非常严重,不仅会造成巨大的经济损失,同时还会造成严重的环境污染。以往解决防碰问题的主要方法是采用井眼轨道设计、随钻测量和防碰扫描等技术,但在不同的条件下均因存在一定的不足而不能避免将钻头打到邻井套管,因此需要采用一种或多种方式来补充。现有技术中,依据监测套管头振动波的防碰监测方法已经成为一种防碰监测的有效手段,它通过安装在风险邻井套管头部位的加速度传感器,采集和分析由钻头破岩时所产生振动波的信号,判断井眼是否具有碰撞邻井套管的风险因素,并基于信号传播规律,建立井眼防碰模型,计算钻头距邻井井筒的最近距离。但由于钻头信号扩散衰减和地层介质的吸收衰减作用以及震动波在套管中传播时的衰减作用,因此在较深层段的钻头信号传递的距离有限,限制了此项技术的深层应用。无论是地层特征测量还是钻头位置测量,都希望能产生一种具有独立特征,便于识别而不受或少受外界干扰的信号。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种方便识别，且不受外界干扰的信号井下震源发生器。
本发明的技术方案是：
一种井下震源发生器，它由上接头、下接头、连接套管、上外筒、下外筒和活塞构成，其特征在于：上外筒和下外筒之间通过连接套管相互螺纹连接；上外筒上螺纹安装有上接头，下外筒上螺纹安装有外花键套筒，外花键套筒上通过滑槽和滑键滑动安装有下接头；上外筒和下外筒内活动设置有活塞，活塞与下外筒之间设置有相互螺纹连接的止推套筒和内花键套筒，连接套管一侧的下外筒内固定安装有固定套筒，固定套筒与活塞之间设置有冲击锤，冲击锤一侧的活塞上通过弹簧套筒安装有弹簧。
所述的止推套筒与下外筒之间为滑动连接，内花键套筒与下接头螺纹连接，内花键套筒与活塞之间为滑动连接。
所述的冲击锤与活塞固定连接。
所述的冲击锤与弹簧套筒螺纹连接。
所述的上外筒上设置有上外筒平衡孔。
所述的下外筒和固定套筒上设置有相互连通的套筒平衡孔。
所述的外花键套筒一侧的下外筒上设置有下外筒平衡孔。
所述的活塞设置有中心孔，活塞由上活塞、中活塞和下活塞构成；上活塞、中活塞和下活塞相互螺纹连接；上活塞上设置有活塞通孔和斜形槽型孔，活塞通孔和斜形槽型孔与活塞的中心孔连通；活塞通孔一侧的上活塞上设置有凸缘，凸缘与上外筒的内壁滑动密封连接。
所述的中活塞和下活塞连接处的中活塞和下活塞上对称设置有凸台，冲击锤通过对称设置的凸台固定卡装在中活塞和下活塞的连接处。
所述的固定套筒为变径体，固定套筒一端的圆周上通过装配孔均布有多个钢球。
所述的冲击锤和止推套筒的端头分别设置有弧形的钢球凹。
本发明的优点在于：
该井下震源发生器工作时，在钻进液作用下推动活塞上行，从而带动冲击锤上行并压缩弹簧使其蓄能，根据监测要求，需要起震时，停止打压，弹簧能量释放推动冲击锤迅速下行冲击内花键套筒，实现一次起震，即产生一次标志性信号。冲击力的大小可产生不同的波形，该波形即为标志性波形信号，由此获得方便识别，且不受外界干扰的波形信号，解决了现有钻头信号扩散衰减和地层介质的吸收衰减作用以及震动波在套管中传播时的衰减作用,致使在较深层段的钻头信号传递的距离有限,限制了其深层应用的问题。特别适用于地层特征测量和钻头位置测量使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中的A处放大结构示意图；
图3为图1中的B处放大结构示意图；
图4为图1中的C处放大结构示意图；
图5为本发明的钢球初始状态示意图。
图中：1、上接头，2、下接头，3、连接套管，4、上外筒，5、下外筒，6、外花键套筒，7、上活塞，8、中活塞，9、下活塞，10、活塞通孔，11、斜形槽型孔，12、凸缘，13、上外筒平衡孔，14、止推套筒，15、内花键套筒，16、固定套筒，17、冲击锤，18、凸台，19、弹簧套筒，20、弹簧，21、钢球，22、套筒平衡孔，23、下外筒平衡孔。
具体实施方式
该井下震源发生器由上接头1、下接头2、连接套管3、上外筒4、下外筒5和活塞构成，上外筒4和下外筒5之间通过连接套管3相互螺纹连接；上外筒4的一端端头螺纹安装有上接头1，下外筒5的一端端头螺纹安装有外花键套筒6，外花键套筒6上通过滑槽和滑键滑动安装有下接头2；上外筒4和下外筒5内活动设置有活塞。活塞上设置有中心孔，活塞由上活塞7、中活塞8和下活塞9构成；上活塞7、中活塞8和下活塞9之间相互螺纹连接从而构成一个整体。上活塞7上设置有活塞通孔10和斜形槽型孔11，活塞通孔10和斜形槽型孔11与活塞的中心孔连通；活塞通孔10一侧的上活塞7圆周上设置有凸缘12，凸缘12与上外筒7的内壁滑动密封连接。上接头1一侧的的上外筒4上设置有上外筒平衡孔13，以保证工作时上外筒4内外的压力平衡。
下活塞9与下外筒5之间设置有相互螺纹连接的止推套筒14和内花键套筒15，止推套筒14与下外筒5之间为滑动连接，内花键套筒15与下接头2螺纹连接，内花键套筒15与下活塞9之间为滑动连接。
连接套管3一侧的下外筒5内固定安装有固定套筒16，固定套筒16与中活塞8和下活塞9之间设置有冲击锤17，中活塞8和下活塞9连接处的中活塞8和下活塞9上对称设置有凸台18，冲击锤17通过对称设置的凸台18固定卡装在中活塞8和下活塞9的连接处，工作中冲击锤17随活塞的移动而移动。止推套筒14与固定套筒16间歇接触连接。
冲击锤17一侧的中活塞8上通过弹簧套筒19安装有弹簧20。冲击锤17与弹簧套筒19螺纹连接，冲击锤17和弹簧套筒19与固定套筒16之间为滑动连接。
下外筒5和固定套筒16上设置有相互连通的套筒平衡孔22。以保证工作时固定套筒16内外的压力平衡。外花键套筒6一侧的下外筒5上设置有下外筒平衡孔23；以保证工作时下外筒5内外的压力平衡。
该井下震源发生器的固定套筒16为变径体，固定套筒16一端的圆周上通过装配孔均布有多个钢球21。装配孔为直径大于钢球21直径的通孔，以保证钢球21能在装配孔移动。
冲击锤17和止推套筒14的端头分别设置有弧形坡面的钢球凹。冲击锤17和止推套筒14通过钢球凹与钢球21接触连接（参见附图1—4）。
该井下震源发生器工作时，经上接头1进入的钻井液进入活塞的中心孔，在上活塞7处，钻井液经活塞通孔10和斜形槽型孔11进入上活塞7与上外筒4之间的环空，由此推动活塞上行，从而带动冲击锤17向上运动，冲击锤17向上运动的过程中压缩弹簧20使其蓄能，此时，钢球21处于与弹簧套筒19的外表面的接触滑动状态，并向冲击锤17的钢球凹处滑动（参见附图5）。当冲击锤17上行处于止点时，上活塞7的台肩部位上端面正好也和上接头1接触，活塞由此停止轴向上行；此时，止推套筒14端头位于下外筒5和固定套筒16之间，并且上端面与固定套筒16下端面贴合，固定套筒16装配孔内的钢球21底部部分进入至冲击锤17的钢球凹内从而将冲击锤17卡住，以避免冲击锤17下行；同时在钻压的作用下，其外花键套筒6与下接头2处于贴合状态，此时，该震源发生器不会产生震击作用，只是作为钻具的一部分传递扭矩和钻压，即，钻进扭矩靠内花键套筒15的花键传递，钻压通过内花键套筒15底部与下接头2的接触传递。
工作过程中根据监测要求需要起震时，首先停止钻具转动和打压，此时的冲击锤17和活塞在弹簧20力的作用下位于卡点处，不能下行，震源处于待激发状态。稍微上提该震源发生器，由于下接头2下端和井下动力钻具及钻头连接，下接头2上端与内花键套筒15螺纹连接，内花键套筒15又与止推套筒14螺纹连接，因此靠自重保持相对的静止不动，且钻头仍与地层接触。当止推套筒14下行一段距离后，钢球21在弹簧20的弹簧力、冲击锤17和活塞的作用下由冲击锤17的钢球凹退缩到止推套筒14的钢球凹中，即卡点消失。弹簧20能量释放带动冲击锤17和活塞组迅速下行冲击内花键套筒15的上端面，由此实现一次起震，冲击力的大小将产生不同的波形，即产生一次标志性波形信号。由此获得方便识别，且不受外界干扰的波形信号，解决了现有钻头信号扩散衰减和地层介质的吸收衰减作用以及震动波在套管中传播时的衰减作用,致使在较深层段的钻头信号传递的距离有限,限制了其深层应用的问题。特别适用于地层特征测量和钻头位置测量使用。
Claims (6)
1.一种井下震源发生器，它由上接头（1）、下接头（2）、连接套管（3）、上外筒（4）、下外筒（5）和活塞构成，其特征在于：上外筒（4）和下外筒（5）之间通过连接套管（3）相互螺纹连接；上外筒（4）上螺纹安装有上接头（1），下外筒（5）上螺纹安装有外花键套筒（6），外花键套筒（6）上通过滑槽和滑键滑动安装有下接头（2）；上外筒（4）和下外筒（5）内活动设置有活塞，活塞与下外筒（5）之间设置有相互螺纹连接的止推套筒（14）和内花键套筒（15），连接套管（3）一侧的下外筒（5）内固定安装有固定套筒（16），固定套筒（16）与活塞之间设置有冲击锤（17），冲击锤（17）一侧的活塞上通过弹簧套筒（19）安装有弹簧（20）；
所述的上外筒（4）上设置有上外筒平衡孔（13）；下外筒（5）和固定套筒（16）上设置有相互连通的套筒平衡孔（22）；外花键套筒（6）一侧的下外筒（5）上设置有下外筒平衡孔（23）；
所述的活塞设置有中心孔，活塞由上活塞（7）、中活塞（8）和下活塞（9）构成；上活塞（7）、中活塞（8）和下活塞（9）之间相互螺纹连接；
所述的上活塞（7）上设置有活塞通孔（10）和斜形槽型孔（11），活塞通孔（10）和斜形槽型孔（11）与上活塞（7）的中心孔连通；活塞通孔（10）一侧的上活塞（7）上设置有凸缘（12），凸缘（12）与上外筒（4）的内壁滑动密封连接。
2.根据权利要求1所述的一种井下震源发生器，其特征在于：所述的止推套筒（14）与下外筒（5）之间为滑动连接，内花键套筒（15）与下接头（2）螺纹连接，内花键套筒（15）与活塞之间为滑动连接。
3.根据权利要求1所述的一种井下震源发生器，其特征在于：所述的冲击锤（17）与活塞固定连接；冲击锤（17）与弹簧套筒（19）螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种井下震源发生器，其特征在于：所述的中活塞（8）和下活塞（9）连接处的中活塞（8）和下活塞（9）上对称设置有凸台（18），冲击锤（17）通过对称设置的凸台（18）固定卡装在中活塞（8）和下活塞（9）的连接处。
5.根据权利要求1所述的一种井下震源发生器，其特征在于：所述的固定套筒（16）为变径体，固定套筒（16）一端的圆周上通过装配孔均布有多个钢球（21）。
6.根据权利要求1所述的一种井下震源发生器，其特征在于：所述的冲击锤（17）和止推套筒（14）的端头分别设置有弧形的钢球凹。
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