CN114645708A - 钻井管柱及消声结构 - Google Patents

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刘焕雨
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Abstract

本发明提供了一种钻井管柱及消声结构,该钻井管柱包括:从上往下依次连接的压力波检测装置、钻铤和钻头,所述钻铤设有脉冲发生装置和消声结构,所述脉冲发生装置和所述消声结构从上往下依次分布;所述消声结构包括阻尼套筒,所述阻尼套筒固设于所述钻铤的内壁,所述钻铤内的流体能流经所述阻尼套筒。通过本发明,缓解了井下的脉冲信号向上传输时,受噪声的干扰,而导致地面系统难以解算出脉冲信号的技术问题。

Description

钻井管柱及消声结构
技术领域
本发明涉及钻井装备的技术领域,尤其涉及一种钻井管柱及消声结构。
背景技术
钻井管柱中,井下仪器向上传输脉冲信号,地面系统接收脉冲信号,并进行解算,从而实现从井下向地面传输信号,方便在地面了解井下状况。但是,钻井管柱中会产生噪声,由于噪声的干扰,导致地面系统难以解算出脉冲信号。
发明内容
本发明的目的是提供一种钻井管柱及消声结构,以缓解井下的脉冲信号向上传输时,受噪声的干扰,而导致地面系统难以解算出脉冲信号的技术问题。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现:
本发明提供一种钻井管柱,包括:从上往下依次连接的压力波检测装置、钻铤和钻头,所述钻铤设有脉冲发生装置和消声结构,所述脉冲发生装置和所述消声结构从上往下依次分布;所述消声结构包括阻尼套筒,所述阻尼套筒固设于所述钻铤的内壁,所述钻铤内的流体能流经所述阻尼套筒。
在优选的实施方式中,所述消声结构包括支撑筒,所述支撑筒的侧壁设有连通结构,所述阻尼套筒套设于所述支撑筒外,所述支撑筒的内腔中的流体能够经所述连通结构流至所述阻尼套筒的内壁。
在优选的实施方式中,所述连通结构包括多个分布于所述支撑筒的侧壁的通孔。
在优选的实施方式中,所述连通结构包括多个沿所述支撑筒的轴向延伸的通槽。
在优选的实施方式中,所述支撑筒的外壁设有筒凹槽,所述阻尼套筒设置于所述筒凹槽内。
在优选的实施方式中,所述钻铤的内壁设有钻铤凹槽,所述支撑筒安装于所述钻铤凹槽内。
在优选的实施方式中,所述钻铤包括上钻铤和下钻铤,所述钻铤凹槽设于所述上钻铤,所述下钻铤连接于所述上钻铤的下端,并且所述下钻铤的上端与所述支撑筒抵接;所述钻头连接于所述下钻铤的下端。
在优选的实施方式中,所述支撑筒的内壁的上端设有上导流部,所述上导流部的内径从上往下逐渐缩小;所述支撑筒的内壁的下端设有下导流部,所述下导流部的内径从上往下逐渐扩大。
在优选的实施方式中,所述阻尼套筒的材料采用阻尼橡胶或者气囊。
本发明提供一种消声结构,应用于上述的钻井管柱,所述消声结构包括阻尼套筒,所述阻尼套筒能够固设于所述钻铤的内壁,所述钻铤内的流体能流经所述阻尼套筒。
本发明的特点及优点是:
位于井下的脉冲发生装置发出脉冲信号,脉冲信号经过井内的泥浆向上传输,位于地面的压力波检测装置接收脉冲信号。该钻井管柱中,阻尼套筒设于脉冲发生装置与钻头之间,泥浆流经钻头、阻尼套筒和脉冲发生装置。钻头处产生的压力波动,形成经泥浆传递的噪声。泥浆流经阻尼套筒时,在泥浆的压力下,阻尼套筒会产生预压缩量,并在泥浆的压力增加时,能够进一步被压缩,从而减缓压力的增加值;而当泥浆的压力减小时,阻尼套筒回弹,填充一部分泥浆流通通道的液体空间,减少了压力的减少值,从而减小压力波动,降低钻头向上传递的噪声能量,降低脉冲噪声,提高信噪比,提高解码成功率,缓解了井下的脉冲信号向上传输时,受噪声的干扰,而导致地面系统难以解算出脉冲信号的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的钻井管柱的结构示意图;
图2a为图1所示的钻井管柱置于地层的示意图;
图2b为图1所示的钻井管柱中的消声结构与钻铤的连接示意图;
图3为图1所示的钻井管柱中的消声结构第一种实施方式的结构示意图;
图4为图1所示的钻井管柱中的消声结构第二种实施方式的结构示意图。
附图标号说明:
11、压力波检测装置;12、脉冲发生装置;21、钻头;22、泥浆泵;
30、钻铤;301、钻铤凹槽;31、上钻铤;32、下钻铤;
40、消声结构;41、阻尼套筒;
42、支撑筒;421、上导流部;422、下导流部;43、筒凹槽;
44、连通结构;441、通槽;442、通孔;
50、地层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
发明人发现,钻井管柱中影响脉冲信号的噪声,主要来源于钻头21处的水眼,由于石块的阻碍、汲动压力变化产生随机的压力波动,形成了噪声。
本发明提供了一种钻井管柱,如图1所示,该钻井管柱包括:从上往下依次连接的压力波检测装置11、钻铤30和钻头21,钻铤30设有脉冲发生装置12和消声结构40,脉冲发生装置12和消声结构40从上往下依次分布;消声结构40包括阻尼套筒41,阻尼套筒41固设于钻铤30的内壁,钻铤30内的流体能流经阻尼套筒41。
位于井下的脉冲发生装置12发出脉冲信号,脉冲信号经过井内的泥浆向上传输,位于地面的压力波检测装置11接收脉冲信号。该钻井管柱中,阻尼套筒41设于脉冲发生装置12与钻头21之间,泥浆流经钻头21、阻尼套筒41和脉冲发生装置12。钻头21处产生的压力波动,形成经泥浆传递的噪声。泥浆流经阻尼套筒41时,在泥浆的压力下,阻尼套筒41会产生预压缩量,并在泥浆的压力增加时,能够进一步被压缩,从而减缓压力的增加值;而当泥浆的压力减小时,阻尼套筒41回弹,填充一部分泥浆流通通道的液体空间,减少了压力的减少值,从而减小压力波动,降低钻头21向上传递的噪声能量,降低脉冲噪声,提高信噪比,提高解码成功率,缓解了井下的脉冲信号向上传输时,受噪声的干扰,而导致地面系统难以解算出脉冲信号的技术问题。
如图1所示,该钻井管柱的上端连接有泥浆泵22,泥浆泵22驱动泥浆在管柱与井壁之间的环空、以及管柱内上下循环。泥浆泵22、压力波检测装置11、脉冲发生装置12和钻头21,由钻杆、钻铤30和高压软管进行连接,进行井下信号传输;钻头21向下对地层50进行钻进。脉冲发生装置12与压力波检测装置11之间相距数千米,脉冲压力信号在传输过程中,会随着距离的增加不断衰减。
钻铤30中流动的泥浆与阻尼套筒41的内壁相接触,阻尼套筒41吸收泥浆的压力波动。阻尼套筒41的外壁与钻铤30的内壁相贴合。在一些情况下,阻尼套筒41的内壁裸露设置,即阻尼套筒41的内壁全部能够与泥浆接触,使阻尼套筒41具有较大的泥浆接触面积,这样有利于阻尼套筒41与泥浆充分接触,吸收泥浆的压力波动。
在另一些情况下,消声结构40包括支撑筒42,如图3和图4所示,支撑筒42的侧壁设有连通结构44,阻尼套筒41套设于支撑筒42外,支撑筒42的内腔中的流体能够经连通结构44流至阻尼套筒41的内壁,泥浆经连通结构44与阻尼套筒41接触,阻尼套筒41能够吸收泥浆的压力波动,同时,支撑筒42能够阻挡或者减缓泥浆的冲击,对阻尼套筒41起到保护作用,避免阻尼套筒41受损,保证阻尼套筒41位置的稳定性。支撑筒42可以由钢铁等金属材料制作,阻尼套筒41附着于支撑筒42外侧。
在本发明的一实施方式中,连通结构44包括多个沿支撑筒42的轴向延伸的通槽441,有利于保证泥浆与阻尼套筒41能够比较充分地接触,并且通槽441沿轴向延伸,泥浆在支撑筒42内沿其轴向流动,有利于阻尼套筒41吸收泥浆的压力波动。如图3所示,多个通槽441可以沿支撑筒42的周向间隔分布。
连通结构44的结构形式不限于一种。在本发明的另一实施方式中,如图4所示,连通结构44包括多个分布于支撑筒42的侧壁的通孔442,泥浆能够经过通过与阻尼套筒41接触。优选地,通孔442为圆孔。
支撑筒42可以为圆筒状,阻尼套筒41固定于支撑筒42的外壁,支撑筒42、阻尼套筒41和钻铤30呈由内向外的层状分布。在本发明的另一实施方式中,如图3所示,支撑筒42的外壁设有筒凹槽43,阻尼套筒41设置于筒凹槽43内,可以通过筒凹槽43,对阻尼套筒41起到定位作用,避免阻尼套筒41在轴向发生窜动,保障阻尼套筒41的位置的稳定性,有利于阻尼套筒41吸收泥浆的压力波动。
进一步地,钻铤30的内壁设有钻铤凹槽301,支撑筒42安装于钻铤凹槽301内,钻铤凹槽301对支撑筒42起到定位作用,避免支撑筒42和阻尼套筒41在轴向发生窜动。如图2b所示,钻铤凹槽301的开口朝内,筒凹槽43的开口朝外,阻尼套筒41设于筒凹槽43内,阻尼套筒41的外壁与钻铤凹槽301的底壁相贴合。
钻铤30包括上钻铤31和下钻铤32,钻铤凹槽301设于上钻铤31,下钻铤32连接于上钻铤31的下端,并且下钻铤32的上端与支撑筒42抵接;钻头21连接于下钻铤32的下端,如图2a和图2b所示,上钻铤31与下钻铤32在连接处形成阶梯结构,组装时,下钻铤32通过钻铤螺纹扣拧紧于上钻铤31,并压住消声结构40,以限制住消声结构40的轴向移动,提高了结构的牢固度,且易于拆装。
在管柱内,泥浆向下流动,依次流经上钻铤31和下钻铤32;泥浆流至钻头21处,进入管柱与井壁之间的环空中向上流动。进一步地,支撑筒42的内壁的上端设有上导流部421,上导流部421的内径从上往下逐渐缩小;支撑筒42的内壁的下端设有下导流部422,下导流部422的内径从上往下逐渐扩大,泥浆经上导流部421流入阻尼套筒41内,又经下导流部422从阻尼套筒41中流出,进入到钻铤30中,上导流部421和下导流部422可以对泥浆的流动起到引导作用,有利于泥浆平缓流经阻尼套筒41、以及阻尼套筒41对泥浆的压力波动进行吸收。
阻尼套筒41利用弹性来吸能。阻尼套筒41的材料可以采用阻尼橡胶或者气囊,能够有效降低钻头21水眼向上传递的噪声能量,达到降低脉冲噪声、提高信噪比、提高解码成功率的目的。
实施该钻井管柱时,可以依据钻头21的水眼的压力脉动频率,选择消声结构40的固有频率,以优化消声结构40的脉动吸收效果,提高降低脉冲噪声的性能。消声结构40的固有频率,主要由阻尼套筒41的结构尺寸参数、和阻尼套筒41的材料参数来确定,可通过计算和试验进行确定。
实施例二
如图3和图4所示,本发明提供了一种消声结构40,应用于上述的钻井管柱,消声结构40包括阻尼套筒41,阻尼套筒41能够固设于钻铤30的内壁,钻铤30内的流体能流经阻尼套筒41。
该消声结构40可以安装于钻井管柱中,阻尼套筒41设于脉冲发生装置12与钻头21之间,泥浆流经钻头21、阻尼套筒41和脉冲发生装置12。钻头21处产生的压力波动,形成经泥浆传递的噪声。泥浆流经阻尼套筒41时,在泥浆的压力下,阻尼套筒41会产生预压缩量,并在泥浆的压力增加时,能够进一步被压缩,从而减缓压力的增加值;而当泥浆的压力减小时,阻尼套筒41回弹,填充一部分泥浆流通通道的液体空间,减少了压力的减少值,从而减小压力波动,降低钻头21向上传递的噪声能量,降低脉冲噪声,提高信噪比,提高解码成功率,缓解了井下的脉冲信号向上传输时,受噪声的干扰,而导致地面系统难以解算出脉冲信号的技术问题。
消声结构40可以应用于无线随钻系统或者旋转导向系统,降低井下向地面传输脉动信号时的噪声干扰。
以上所述仅为本发明的几个实施例,本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种钻井管柱,其特征在于,包括:从上往下依次连接的压力波检测装置、钻铤和钻头,所述钻铤设有脉冲发生装置和消声结构,所述脉冲发生装置和所述消声结构从上往下依次分布;所述消声结构包括阻尼套筒,所述阻尼套筒固设于所述钻铤的内壁,所述钻铤内的流体能流经所述阻尼套筒。
2.根据权利要求1所述的钻井管柱,其特征在于,所述消声结构包括支撑筒,所述支撑筒的侧壁设有连通结构,所述阻尼套筒套设于所述支撑筒外,所述支撑筒的内腔中的流体能够经所述连通结构流至所述阻尼套筒的内壁。
3.根据权利要求2所述的钻井管柱,其特征在于,所述连通结构包括多个分布于所述支撑筒的侧壁的通孔。
4.根据权利要求2所述的钻井管柱,其特征在于,所述连通结构包括多个沿所述支撑筒的轴向延伸的通槽。
5.根据权利要求2所述的钻井管柱,其特征在于,所述支撑筒的外壁设有筒凹槽,所述阻尼套筒设置于所述筒凹槽内。
6.根据权利要求5所述的钻井管柱,其特征在于,所述钻铤的内壁设有钻铤凹槽,所述支撑筒安装于所述钻铤凹槽内。
7.根据权利要求6所述的钻井管柱,其特征在于,所述钻铤包括上钻铤和下钻铤,所述钻铤凹槽设于所述上钻铤,所述下钻铤连接于所述上钻铤的下端,并且所述下钻铤的上端与所述支撑筒抵接;所述钻头连接于所述下钻铤的下端。
8.根据权利要求2所述的钻井管柱,其特征在于,所述支撑筒的内壁的上端设有上导流部,所述上导流部的内径从上往下逐渐缩小;
所述支撑筒的内壁的下端设有下导流部,所述下导流部的内径从上往下逐渐扩大。
9.根据权利要求1所述的钻井管柱,其特征在于,所述阻尼套筒的材料采用阻尼橡胶或者气囊。
10.一种消声结构,应用于权利要求1-9中任一项所述的钻井管柱,其特征在于,所述消声结构包括阻尼套筒,所述阻尼套筒能够固设于所述钻铤的内壁,所述钻铤内的流体能流经所述阻尼套筒。
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