CN110847836B - 一种随钻井下震源短节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种随钻井下震源短节，包括上筒体（1）、中筒体（2）、下筒体（3）和内套筒（4），所述上筒体（1）与中筒体（2）通过花键接头连接，中筒体（2）与下筒体（3）通过锥螺纹连接，中筒体（2）底部设置有多个弹簧（5），下筒体（3）内设置有外套筒（6）、滑块（7）和高性能磁钢（8），高性能磁钢（8）设置于外套筒（6）下方，所述弹簧（5）位于外套筒（6）内，内套筒（4）通过传动螺纹（11）与滑块（7）连接，滑块（7）下滑冲击高性能磁钢（8）产生振动波，高性能磁钢（8）吸附住滑块（7）防止二次冲击，上筒体（1）可以通过花键接头向中筒体（2）传递扭矩。

Description

一种随钻井下震源短节

技术领域

本发明涉及石油、天然气钻井装备技术领域，特别是一种随钻井下震源短节。

背景技术

在钻井作业中，提前预测钻头前方的地层信息以及钻头到待钻风险地层的距离对提高钻井的安全性有着极为重要的意义。随钻地震技术可以通过识别钻前地质构造引起的反射，得到所钻地层和待钻地层的声学属性或弹性属性，提供前探功能。目前已有的钻头随钻地震技术和随钻垂直地震剖面技术还不能很好的应用到钻井作业中。

井下随钻震源短节“一种气体钻井井底近钻头连续冲击震源短节”（专利号：ZL201520985386.6）和“一种用于气体钻井钻前探测的近钻头震源短节” （专利号：ZL201820293110.5），该震源短节可应用于气体钻井，但震源短节结构和控制系统复杂，耗电量大，很难适应于井下特殊环境，且不能很好压制震源短节产生的振动尾波，影响岩性界面反射波信号的识别。井下随钻震源短节“一种气体钻井井下可控震源短节”（专利号：ZL201711065956.X），该震源短节使用电磁阀控制冲锤的往复运动，对电磁阀的性能要求高，且会产生二次冲击，影响反射波信号的识别。

目前已有的井下随钻震源短节“随钻地震波发生器”（专利号：ZL201220125165.8），该震源短节使用泥浆驱动冲击器产生地震波信号，控制结构复杂，且容易产生二次冲击影响反射波信号的识别。“一种机械式井下震源”（专利号：CN102817567B），井下重复起震装置是一种机械式井下震源，由于受其结构设计的特殊性，导致其抗拉强度有限，只进行了样机的室内模拟试验研究，尚未见有关报道将其应用于井下作为震源。“井下震源”（专利号：CN201910003744.1）的控制结构复杂，且很难将井下震源短节锚定在井壁或套管壁上，锁紧力太大会产生震源拉不开的情况。“一种井下震源发生器”（专利号：CN201810777995.0）需要钻井液推动活塞冲击锤上行压缩弹簧，但在地面无法精确控制钻井液的推力，导致其不能很好的控制冲击锤上行运动。

因此，需要设计一种操作简便、稳定可靠的井下震源，同时还能压制单次冲击振动的尾波以及二次冲击振动波，从而实现钻井过程中探测钻头前方地层信息的目的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种稳定可靠、可以压制单次冲击振动的尾波以及二次冲击振动波的井下震源短节。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种随钻井下震源短节，包括上筒体、中筒体、下筒体和内套筒，所述上筒体、中筒体和下筒体依次连接并套设于内套筒外侧，所述上筒体与中筒体通过花键接头连接，花键接头可以方便将上筒体进行上提，并且在上筒体不需要上提时，上筒体可以通过花键向中筒体传递扭矩，所述内套筒的上端与上筒体的内孔固定连接，所述中筒体的外圆上设置有台阶，所述上筒体的下端面抵靠于台阶的上端面，所述台阶的下端面抵靠于下筒体的上端面，台阶部分可以承受上部钻柱的拉力和下部振动时产生的冲击，所述中筒体与下筒体通过螺纹连接，台阶承受轴向方向上的拉力和冲击，可以保护螺纹不受损坏，所述中筒体螺纹部分的端面上设置有多个弹簧，所述下筒体的内孔为台阶孔，所述下筒体的台阶孔内设置有圆筒A、圆筒B、外套筒、磁性体和滑块，所述圆筒A的外壁与下筒体的内壁贴合，所述圆筒A的内孔为台阶孔，所述圆筒A的两端分别抵靠于中筒体螺纹部分的端面上和下筒体台阶孔台阶部分的端面上，所述磁性体为圆环状，所述磁性体的下端面抵靠于圆筒A的台阶孔台阶部分的端面上，所述外套筒下端面抵靠与磁性体的上端面，外套筒的上端面抵靠于圆筒B的下端面，所述圆筒B的上端面抵靠于中筒体螺纹部分的端面上，所述滑块设置于外套筒内，所述滑块为圆环结构，所述滑块内孔设置有传动螺纹，所述内套筒下端设置有与滑块内孔相配合的传动螺纹。内套筒通过传动螺纹与滑块连接，上提上筒体可以带动内套筒上移，同时滑块上移压缩弹簧，旋转上筒体使内套筒与滑块分离，在自身重力和弹簧弹力的作用下，滑块向下滑动并冲击磁性体，从而产生振动。

优选的，圆筒A和圆筒B采用聚四氟乙烯制成，当滑块冲击磁性体时，聚四氟乙烯材质的圆筒A和圆筒B会显著衰减振动波的尾波，并产生一个低频的雷克子波。所述磁性体为高性能磁钢，在受到滑块冲击时，高性能磁钢能够吸附住滑块，防止滑块产生二次冲击。

所述内套筒与上筒体的内孔通过锥形螺纹连接，所述中筒体与下筒体通过锥形螺纹连接。锥螺纹的密封性更好，可以有效地防止气体泄漏。

所述弹簧的轴向方向与中筒体的轴向方向相平行。

所述外套筒的孔壁上设置有多个轴向的凹槽，所述滑块外圆上设置有多个与凹槽向匹配的凸起。通过凹槽与凸起的配合，在滑块上下滑动的时候不会发生周向旋转。

所述内套筒包括两个直径不同的套管和变径接箍。两个套管通过变径接箍连接，所述直径小的套管与上筒体连接，直径大的套管与滑块连接，所述两个套管在变径接箍处形成台阶结构，所述中筒体的内孔为与内套筒台阶结构相匹配的台阶孔。

本发明具有以下优点：

1、 该震源短节控制结构简单，操作方便，可适用于液基、油基和气基钻井下的复杂工况；

2、 该震源短节依靠弹簧推动冲击锤撞击高性能磁钢，可适用于直井和水平井。同时高性能磁钢利用磁力吸住冲击锤，抑制二次冲击，防止二次冲击波对岩性界面反射波的干扰；

3、 该震源短节使用聚四氟乙烯材料可以显著压制振动波的尾波信号，产生一个稳定的雷克子波信号，有利于识别出钻头前方岩性界面的反射波信号；

4、 套管通过传动螺纹与滑块进行连接，连接过程轻松快速和稳固，并且便于拆卸；

5、 上筒体与中筒体通过花键接头连接，方便上筒体的上提，同时可以满足上筒体向中筒体传递扭矩，中筒体的台阶部分可以承受上部钻柱的拉力和轴向方向上的冲击，防止冲击对螺纹部分造成损坏；

6、 该震源短节不仅适用于牙轮钻头，也适用于PDC钻头，使用范围广；

7、 该震源短节也可用于井下防碰监测。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为本发明的一个工作状态示意图；

图3 为本发明的另一个工作状态示意图；

图4 为本发明花键接头处的剖视图；

图5 为本发明A-A处外套筒的剖视图；

图6 为本发明A-A处滑块的剖视图；

图中：1-上筒体，2-中筒体，3-下筒体，4-内套筒，5-弹簧，6-外套筒，7-滑块，8-高性能磁钢，9-圆筒A，10-圆筒B，11-传动螺纹。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1~3所示，一种随钻井下震源短节，包括上筒体1、中筒体2、下筒体3和内套筒4，上筒体1的下端面内陷形成花键母接头，中筒体2上端面凸出形成与上端面的花键接头向匹配的花键公接头，上筒体1花键母接头外圆端面抵靠于中筒体2台阶的上端面上。上筒体1的内孔分为锥孔和直孔两段，锥孔直径小的一端与直孔连接，所述直孔内壁面上设置有锥螺纹，内套筒4的上端通过锥螺纹固定于上筒体1的底部。

中筒体2下端面凸起，凸起的侧面设置有锥螺纹，因此中筒体2分为上端的花键接头、中部的台阶和下端的锥螺纹三段，中筒体2的内孔为台阶孔，中筒体2锥螺纹与内孔之间的端面上固定有多个弹簧5，弹簧5的轴线与中筒体2的轴线向平行。

下筒体3的上端通过锥螺纹与中筒体2连接，下筒体3螺纹外圆处的端面抵靠于中筒体2台阶的下端面上。下筒体3内设置有圆筒A9、圆筒B10、高性能磁钢8、外套筒6和滑块7，高性能磁钢8和滑块7为圆环状，外套筒6套设于滑块7上，外套筒6的两端的端面分别抵靠于圆筒B10下端的端面和高性能磁钢8上端的端面，所述圆筒A9套设于圆筒B10、外套筒6和高性能磁钢8上，所述圆筒A9的内孔为台阶孔，高性能磁钢8下端的端面抵靠于圆筒A9台阶孔台阶处的端面上，所述下筒体3套设于圆筒A9上，所述下筒体3的内孔为台阶孔，所述圆筒A9上端的端面抵靠于中筒体2锥螺纹与内孔之间的端面上，圆筒A9下端的端面抵靠于下筒体3台阶孔台阶处的端面上，所述中筒体2下端的弹簧5位于外套筒6内侧。

其中高性能磁钢8只是作为一种优选的磁性体结构，本发明保护的范围不限于此。

内套筒4由两个直径大小不同的套管通过变径接箍连接而成的外圆带台阶的管状结构，其中直径大的套管位于下方，与滑块7通过传动螺纹11连接，直径小的套管位于上方，与上筒体1通过锥螺纹连接，内套筒4中部台阶部分与中筒体2的台阶状内孔相匹配，台阶状内孔可以对内套筒4进行限位作用，可以防止内套筒4与滑块7脱落后内套筒4从中筒体2中滑出。

如图4~6所示，外套管的内壁上设置有轴向的凹槽，滑块7外壁上设置有凸起，凸起与凹槽向匹配，使滑块7可以沿外套筒6上下滑动而不会发生周向的旋转。

本发明的工作过程如下：初始状态的上筒体1与中筒体2通过花键接头连接，内套筒4与滑块7通过传动螺纹11连接，在需要进行冲击作业时，上提上筒体1，上筒体1带动内套筒4和滑块7上移，如图2所示，滑块7压缩弹簧5至一定程度后，旋转上筒体1使内套筒4与滑块7分离，滑块7在自重和弹簧5的弹力作用下沿外套筒6下滑，并冲击高性能磁钢8，高性能磁钢8吸附住滑块7，防止滑块7弹起进行二次冲击，内套筒4的台阶结构可以防止内套筒4从中筒体2内被提出，然后下放上筒体1，如图3所示，无法下放后反向转动上筒体1，使内套筒4与滑块7连接，然后可以继续进行冲击作业。在需要旋转作业时，旋转上筒体1，使滑块7相对于内套筒4持续上移，确保上筒体1与中筒体2可以通过花键接头向连接，然后旋转上筒体1，通过花键接头向中筒体2传递扭矩，使中筒体2和下筒体3及下筒体3下方连接的其它部件进行旋转作业。其中上筒体1顶部设置有上接头，与钻柱进行连接，下筒体3底部设置下接头，与钻头部分连接。

Claims (5)

1.一种随钻井下震源短节，其特征在于：包括上筒体（1）、中筒体（2）、下筒体（3）和内套筒（4），所述上筒体（1）、中筒体（2）和下筒体（3）依次连接并套设于内套筒（4）外侧，所述上筒体（1）与中筒体（2）通过花键接头连接，所述内套筒（4）的上端与上筒体（1）的内孔固定连接，所述中筒体（2）的外圆上设置有台阶，所述上筒体（1）的下端面抵靠于台阶的上端面，所述台阶的下端面抵靠于下筒体（3）的上端面，所述中筒体（2）与下筒体（3）通过螺纹连接，所述中筒体（2）螺纹部分的端面上设置有多个弹簧（5），所述下筒体（3）的内孔为台阶孔，所述下筒体（3）的台阶孔内设置有圆筒A（9）、圆筒B（10）、外套筒（6）、磁性体和滑块（7），所述圆筒A（9）的外壁与下筒体（3）的内壁贴合，所述圆筒A（9）的内孔为台阶孔，所述圆筒A（9）的两端分别抵靠于中筒体（2）螺纹部分的端面上和下筒体（3）台阶孔台阶部分的端面上，所述磁性体为圆环状，所述磁性体的下端面抵靠于圆筒A（9）的台阶孔台阶部分的端面上，所述外套筒（6）下端面抵靠与磁性体的上端面，外套筒（6）的上端面抵靠于圆筒B（10）的下端面，所述圆筒B（10）的上端面抵靠于中筒体（2）螺纹部分的端面上，所述滑块（7）设置于外套筒（6）内，所述滑块（7）为圆环结构，所述滑块（7）内孔设置有传动螺纹（11），所述内套筒（4）下端设置有与滑块（7）内孔相配合的传动螺纹（11）。

2.根据权利要求1所述的一种随钻井下震源短节，其特征在于：所述内套筒（4）与上筒体（1）的内孔通过锥形螺纹连接，所述中筒体（2）与下筒体（3）通过锥形螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种随钻井下震源短节，其特征在于：所述弹簧（5）的轴向方向与中筒体（2）的轴向方向相平行。

4.根据权利要求1所述的一种随钻井下震源短节，其特征在于：所述外套筒（6）的孔壁上设置有多个轴向的凹槽，所述滑块（7）外圆上设置有多个与凹槽向匹配的凸起。

5.根据权利要求1所述的一种随钻井下震源短节，其特征在于：所述内套筒（4）包括两个直径不同的套管和变径接箍，两个套管通过变径接箍连接，所述直径小的套管与上筒体（1）连接，直径大的套管与滑块（7）连接，所述两个套管在变径接箍处形成台阶结构，所述中筒体（2）的内孔为与内套筒（4）台阶结构相匹配的台阶孔。

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