CN202771010U - 随钻地震波发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种随钻地震波发生器，包括本体、低压泵、冲击振动器、传动伸缩装置；本体是由上接头、上主体、连接接头、下主体组成；低压泵是由活塞、缸套、限位套、定位块组成；冲击振动器是由冲锤头、平衡阀、锤身、砧子、阀套组成；传动伸缩装置是由外方轴、内方轴、密封圈、轴卡环组成。随钻地震波发生器不仅可以提高钻井速度，而且可以产生地震波，用于随钻地质勘探，与此同时，随钻地震波发生器还产生与地震波同频率的钻杆波和泥浆脉冲波，可用于地震波的检波和滤波，方便了地震波的采集、处理和解释，使随钻地震波勘探技术的实用成为可能。本实用新型只需调节定位块的位移，就可以设置冲击振动器的频率、振幅及冲击功，既可以直接接钻头使用，又可以与井下动力钻具配合使用，还可以与井下MWD配合使用，操作灵活、结构简单、使用方便。

Description

随钻地震波发生器

技术领域

本实用新型涉及一种井下随钻发生地震波的新震源，属于地震勘探领域。 

背景技术

随钻地震是在传统地面地震勘探方法和已成熟的垂直地震剖面的基础上结合钻井工程发展起来的一项学科交叉的新技术。 

随钻地震是一种逆VSP(vertical seismic profiling)，随钻地震剖面是利用钻井期间旋转钻头的振动作为井下震源，在钻杆的顶部安装应力传感器，在井口附近的地表埋置地震检波器和地震仪器，分别接收经钻杆和地层传输的钻头振动信号，这些振动信息经加工处理，可以实时获得各种地层参数(如层速度、钻头前方反射界面的深度等)，根据获得的各种地质参数可以估算出钻头前方待钻地层的岩石类型，岩石孔隙度、孔隙压力和其它声学敏感的岩石参数，同时，结合声波测井资料，可以更准确地研究井眼附近的地层性质，因此也称它为结合了地面地震和井中垂直地震(VSP)的优点，具有不干扰钻井工作、不占用钻井时间、无检波器下井风险、在深度方向可以连续测量、勘探效率高等特点。最重要的是通过现场处理，它能实时预测井筒周围、钻头前方地层的构造细节，以达到减少钻探风险的目的。 

随钻地震在地面井场周围进行全方位观测，可得到多条过井的随钻地震剖面，用直达法可以求出不同方向的钻头偏离垂直井轴的距离，最终确定钻头深度的空间位置(井斜角、方位角)。将不同深度处的钻头空间位置连接起来，就得到井身轨迹的空间曲线及井身参数值，为井眼轨迹控制提供地质导向依据，使井眼轨迹准确“入窗中靶”，实现实时地质导向。由于地震波在油、气、水等流体中的传播速度比在岩石基质中的速度小，随钻地震在探井 中发现油气层成为可能，从而提高探井成功率。随钻地震获取的信息是油藏未被污染的原始参数，对制定保护油气层和油藏描述工作有重要价值。 

随钻VSP技术与常规VSP技术相比，具有其自身的特点和独特的优越性，正是由于上述优越性，随钻VSP技术一直受到石油勘探开发界的广泛关注。早在1936年B.B.Weatherby第一次提出利用钻头(顿钻钻具组合)的振动作为震源进行逆VSP观测。此后，国外众多专家、学者对上述技术进行了系统研究。研究结果表明：牙轮钻头所产生的能量和频带宽度足以用作逆VSP震源。 

但由于以下几方面原因限制了该项技术的发展： 

1、钻头振动信号为随机噪声信号，其强度与地面井场附近的各种干扰噪声比，处于绝对弱势，在井场强干扰噪声背景下准确地采集和恢复弱钻头反射信号，并使之变成等效的地层脉冲响应，存在一定困难； 

2、随钻VSP记录质量与所钻地层的岩性和钻井参数如钻头类型、钻压、钻头转速等因素有关，但其中部分机理尚不完全明了； 

3、无法在井下钻具非旋转状态下，采集钻头地震波； 

4、旋转状态下，钻具与井壁多点碰撞，产生多源震动波，增加了分析井下钻具振动波场性质和钻头波场性质的难度； 

5、无法调整地震波的频率和钻头振动的能级； 

6、无法多点、多井段重复地震波测量； 

7、无法减弱和消除地面某一强噪音，即无法在减少，或者消除井场某一震源的条件下，改变地面波场的格局； 

8、钻头的振动和钻具的振动均是随机振动，不仅振动信号弱，而且震动参数未知，难以甄别钻头波场性质； 

9、无法提高钻井速度。 

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种随钻地震波发生器，使其具有以下作用： 

1、提高井底地震波的能量，改变井口附近地面声噪比； 

2、消除或减弱钻头类型、钻压、转速、钻具结构对随钻VSP记录的影响； 

3、能够在循环泥浆时间段内、停止钻具转动的条件下，发生地震波； 

4、能够在井下改变地震波频率、振动能量，为随钻勘探提供更多地震波剖面； 

5、把钻头的随机振动改变为有规律的振动，或者增加钻头振动的规律性，提高地震波的采集、处理、解释的准确性和精确程度； 

6、能够在井眼的任何井段连续，或者多点间断发生地震波； 

7、能够在井底任何井段随钻发生与地震波同频率的泥浆脉冲信号和钻杆波信号，并可在井口的泥浆泵输出管上和钻具顶端的水龙头上，通过应力传感器检测、记录泥浆脉冲信号和钻杆波信号，作为地震波的参考信号； 

8、能够在发生地震波的同时，提高钻井速度。 

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种随钻地震波发生器，包括柱形本体、低压泵、冲击振动器、传动伸缩装置。低压泵和冲击振动器安装在本体内，传动伸缩装置通过丝扣连接在本体的下端，随钻地震波发生器的上下端通过钻杆丝扣分别与钻具和钻头连接。 

所述的本体是中空柱体，是由上接头、上主体、连接接头、下主体通过钻杆丝扣连接而成。上接头的一端通过钻杆丝扣可与钻铤连接，也可与井下动力钻具连接，另一端通过钻杆丝扣与上主体的一端连接；上主体的一端与上接头连接，另一端通过钻杆丝扣与连接接头连接；连接接头的一端与上接头连接， 另一端通过钻杆丝扣与下主体连接；下柱体的一端与连接接头连接，另一端通过钻杆丝扣与传动伸缩装置的内方套连接。 

所述的低压泵安装在本体内，是由活塞、缸套、限位套、定位块和调节垫圈组成。活塞是直径不同的圆柱形状，两端的丝扣分别与定位块和冲击振动器的锤身连接，并与缸套内孔动封密配合，其大直径圆柱的一端有圆孔，其小直径端是实心柱体，活塞的中间的台面上有多个斜孔，均与圆孔相通，大直径柱面与缸套内孔动密封配合，小直径柱面与缸套的出口动密封配合；缸套是三棱柱体，其与上主体内孔面是间隙配合，并固定在限位套和连接接头之间；限位套是阶梯孔的管体，大孔端与缸套三棱柱接触，小孔端与上接头相接触；定位块与活塞连接，并安装在限位套的大孔里；调节垫圈安装在缸套与定位块之间。 

所述的冲击振动器也安装在本体内，是由冲锤头、平衡阀、锤身、砧子、阀套组成；冲锤头是圆柱体，其一端通过丝扣与阀套连接，另一端的端面中间有一小孔，小孔四周是凸的冲击面和凹的起压面，柱面上均布多块扶正块；平衡阀是变径圆柱体，并有一中心孔，圆柱的一端口处有一锥面体，与阀套端部的锥面凹孔配合，平衡法安装在阀套和冲锤头的内孔里；锤身是圆柱体，并有一中心孔，锤身一端与活塞螺纹连接，另一端与阀套螺纹连接；阀套是圆柱体，有一阶梯内孔，其两端分别与冲锤头和锤身螺纹连接；砧子是由多个硬质合金喷嘴(或者钢结合金喷嘴)、砧子体、密封圈组成；砧子体是圆柱体，并有一中心通孔，中心孔的一端是锥形孔，另一端与外方轴的中心孔相通，砧子体的圆柱面上分布多个阶梯斜孔，并与中心孔相通；硬质合金喷嘴是圆柱体，并安装在砧子体的圆柱面上的斜孔里，密封圈静密封其之间的配合，砧子体通过螺纹安装在外方轴的一端。 

所述的传动伸缩装置是由外方轴、内方轴、密封圈、轴卡环组成；外方轴是 多方柱体，有一贯穿的中心孔，该中心孔有多段截面积依次减少的中心孔构成，截面积最大的一端设置在与所述的砧子对接的一端，外方轴的柱面，通过密封圈与内方套动密封配合。其一端有钻杆丝扣，与钻头连接，另一端与砧子螺纹连接；内方套的一端是内多方体，与外方轴配合，通过丝扣与下主体连接，另一端有一中心内孔，通过密封圈与外方轴上的圆柱面动密封配合；外方轴上有一卡槽，轴卡环安装于此，轴卡环是两半圆环，圆环的外侧面上有一密封圈槽，用于安装密封圈。 

本实用新型具有以下特点： 

1、根据地质勘探和提高钻井速度的需要，调节定位块的位移和设置冲击振动器的频率及振幅；不同的井深、不同的地层岩石，不同的钻头，可设置不同的冲击器频率和振幅。 

2、根据随钻地震波采集、处理和解释的需要，钻井起、下钻具的过程中，或者划眼、清理沙床、破除键槽、循环泥浆洗井等过程中，在井眼的任何位置，只要泵送泥浆通过随钻地震波发生器，冲击器即可发生低频地震波，此时随着钻具的移动，随钻地震波发生器能够多点连续，或者多点间断地发生地震波；现在国内外没有能在井下任何位置，多点连续，或者多点间断的发生地震波的技术。把钻头放入井底，并施加钻压，旋转钻进，或者冲压钻进，冲击器由低频振动转变为相对高频振动。一旦钻头离开井底，冲击器产生低频的振动，这使得本发明在水平井、大位移井、复杂井等难以加上钻压的井和井段中，仍然能够随钻地震波检测钻头的工况。只有具备了此性能的随钻地震波发生器，才能有真正意义上的随钻地震波勘探。 

国内外现有随钻地震波勘探技术，也只有利用钻头微弱的随机振动，产生地震波，给地面地震波的采集、纪录、处理和解释造成难以克服的困难，并且 往往失真，这就是此技术难以推广应用的主要原因。 

3、在随钻发生地震波的同时，随钻地震波发生器发生与地震波相同频率的泥浆脉冲信号和钻杆波信号。本实用新型的这一优越性能是国内外现有随钻勘探技术所没有的。 

4、随钻地震波发生器给钻头施加冲击载荷，提高了钻头的冲击破岩能量，加快钻井速度。这一性能是国内外随钻地震波勘探技术所没有的，现有国内外随钻勘探技术都是利用钻头的随机振动，作为震源，虽然不降低钻井速度，但是也不提高钻井速度。 

5、本实用新型不仅不抵触国内外现有的随钻勘探技术，而且可以改善现有技术，提升现有技术水平，推动随钻地震波勘探、测量技术进步，使这一跨世纪技术尽快走出实验室，服务地质勘察、石油天然气勘探。 

本实用新型的实施步骤： 

1、根据地质勘探和提高钻井速度的需要，调节定位块的位移、设置冲击振动器的频率及振幅； 

2、把随钻地震波发生器接在钻头和钻铤之间，或者把随钻地震波发生器接在钻头与井下动力钻具之间，并下入井中； 

3、在临近随钻勘探井段前，开泵，当泥浆通过随钻地震波发生器时，产生有规律地震波。 

4、若需减少地面设备产生的地滚波干扰，或者取消钻具转动的影响，则需停止钻具和钻头的转动，保持泥浆循环，随钻地震波发生器产生有规律的地震波； 

5、若需在钻进过程中发生地震波，则把随钻地震波发生器下入井底，并施加钻压，当泥浆通过随钻地震波发生器时，冲击振动器的冲锤头冲击砧子，产 生有规律的冲击载荷，并施加给钻头。钻头在已有冲压、旋转剪切破碎地层岩石的同时，得到此冲击载荷，不仅提高了破岩效率，而且产生了能量更大的、且有规律的地震波； 

6、若需要在多个不同的井段，分段发生不同能量的地震波，则在起钻的过程中，根据需要把随钻地震波发生器提至不同井段，调节泥浆泵排量，使随钻地震波发生器发生不同震级的地震波，既可为井间地震波测井提供地震波，又可为随钻地震波精细勘探提供校核地震波剖面； 

7、若需要在同一井段多点连续发生不同能量的地震波，则在起钻的过程中，按照不同深度间距要求，把随钻地震波发生器连续的提至该井段的不同点上，保持泥浆泵排量，使随钻地震波发生器发生地震波，为油气藏的精细描述，提供丰富的地震波剖面。 

本实用新型通过提供的随钻地震波发生器，增加了随钻地震波勘探功能和手段，丰富了随钻地震波剖面，拓宽了随钻勘探领域，可提高随钻地震波勘探测量精度至少10％，同时为随钻井眼轨迹控制、井眼轨迹预测、地质导向钻井提供了新的钻井方法，为油井油层保护、油井增产措施、乃至油田开发提供丰富的原始地层资料，对提高油气田勘探、开发整体水平意义重大，对地质勘查意义深远。 

附图说明

图1是随钻地震波发生器的结构半剖视图； 

图2是随钻地震波发生器的结构半剖视图； 

图3是随钻地震波发生器的结构全剖视图； 

图4是缸套机构的侧视图； 

图5是缸套机构剖面图； 

图6是活塞机构的侧视图； 

图7是活塞机构的剖面图； 

图8是阀套结构剖面图； 

图9是平衡阀结构剖面图； 

图10是砧子结构侧视图； 

图11是砧子结构剖面图； 

图12是冲锤头结构侧视图； 

图13是锤头结构剖面图； 

图14是锤身结构剖面图； 

图15是外方轴结构剖面图； 

图16是内方轴结构侧视图； 

图17是内方轴结构剖面图； 

具体实施方式

实施例1 

使用本实用新型进行随钻勘探的具体步骤如下： 

步骤101：在钻井勘探新区时，未知井下待钻地层地质构造，在钻入需要随钻勘探井段前，须依据随钻勘探井深、井型、井径、地层压力、泥浆泵压力、泥浆排量、泥浆性能、待钻井段使用钻头结构、拟定钻压、钻速等现场资料，设置随钻地震波发生器的振动频率、振幅。 

步骤102：把随钻地震波发生器接在钻头和钻铤之间，或者接在钻头与井下动力钻具之间，并与钻头和钻具一起下入井中。 

步骤103：在钻头到达井底之前，利用循环泥浆的时间，随钻地震波发生器在钻具不旋转的条件下，发生地震波，地面采集地震波、钻杆波、泥浆脉冲信 号、地滚波和环境噪声等，依此设定基础对比波值，并校核井眼轨迹、钻头方位、井斜、井深、井眼地质剖面、井眼周围地质、待钻地层岩性等，依此设计钻井参数，包括泥浆性能参数和井眼轨迹设计参数等。 

步骤104：钻井磨合钻头时，地面采集地震波、钻杆波、泥浆脉冲信号、地滚波和环境噪声，再依此设定基础对比值，测量并校核井眼轨迹、钻头方位、井斜、井深、井眼地质剖面、井眼周围地质、正钻地层岩性、待钻地层岩性等，依此选择和调整钻井参数，包括泥浆性能参数和井眼轨迹设计参数等。 

步骤105：正常钻进时，随钻勘探。若发现随钻勘探资料与停转发生地震波方式时的随钻勘探资料及解释有差距时，或者差距较大时，则需要调整泥浆泵排量，提高随钻地震波发生器的震动能量，压制干扰波，加强随钻地震信号，重复步骤104的内容。必要时停止转动钻具，消除钻具转动的影响，减少地滚波干扰，相对提高随钻地震波发生器的震动能量，并把这种方式下的随钻勘探资料与步骤103和步骤104的随钻勘探资料进行对比，优选地震波最佳观测方式和最佳波场分离方式。 

步骤106：若不同发生地震波方式下，采集的地震波剖面一致性程度较高时，把地面采集到的地震波剖面，传输到地震波处理器，进行处理和解释，并把由地震波所解释、描述的地质剖面结果与综合录井资料进行对比，若与综合录井剖面符合率较高时，此工况下的随钻地震波发生器工作参数和钻井参数可作为下一个钻头钻进井段的随钻勘探参考。 

步骤107：将不同发生地震波方式下，采集的地震波剖面进行比对，对可疑井段和层位，如高陡构造、垂直裂缝等其它勘探方法不能勘查的地质构造，需反复地震波勘探，则在此钻头起钻的过程中，采取分井段，连续多点，调整泥浆泵不同排量，停转发生不同震级的地震波，加密勘探，落实可疑井段的地质 剖面。 

步骤108：按照前一只钻头随钻勘探结果和取得的经验，在落实已钻地层地质剖面的前提下，调整随钻地震波发生器的工作参数，把随钻地震波发生器接在钻铤和钻头之间，或者随钻地震波发生器接在井下动力钻具和钻头之间，下入井底，进行随钻勘探。 

本实用新型旨在发生较大能量、不同频率、且有规律的地震波、钻杆波和泥浆脉冲波，使地面的设备能够从井场强干扰噪音背景中，对照泥浆脉冲信号，参考钻杆波信号，准确提取与恢复相对较弱的地震波信号，提高随钻勘探的准确性和勘探精度。 

实施例2 

参照图1、图2及图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16、图17，进一步说明本发明的结构，如图1、图2和图3所示，随钻地震波发生器是由本体1、低压泵2、冲击振动器3和传动伸缩装置4构成。 

所述的本体1是中空的圆柱体，由上接头5、上主体6、连接接头7、下主体8通过钻杆丝扣连接而成。 

所述的低压泵2安装在上主体6内，是由定位块9、缸套10、活塞11、限位套12和调节垫圈16组成。活塞11是直径不同的圆柱形状，两端的丝扣分别与定位块9和冲击振动器3的锤身23连接，大直径圆柱的一端有圆孔21，小直径端是实心柱体19，大、小直径柱面的过度面上有多个斜孔14，均与圆孔21相通，活塞11大直径柱面上有多道凹槽15，柱面与缸套10内孔21动密封配合，小直径柱体19的柱面与缸套10的出口13动密封配合；缸套10是三棱柱体22，一端有一个大直径的中心孔20，另一端有一个小直径的中心孔13，中心孔13 的内壁面上有多道凹形密封圈槽44，与活塞11的一端实心柱体19构成动密封配合，缸套10的三棱柱22与上主体6的内孔面是间隙配合，并固定在限位套12和连接接头7之间；限位套12是阶梯孔的管体，大直径孔18的端面与缸套10上的三棱柱22的端面接触，小直径孔17的端面与上接头5的丝扣端面相接触；定位块9与活塞11的实心柱体19通过螺纹连接，并一起安装在限位套12的大内孔18里；调节垫圈16安装在缸套10的小直径的中心孔13的端面与定位块9之间。 

所述的冲击振动器3安装在下主体8的内孔内，是由冲锤头31、平衡阀30、锤身23、砧子34、阀套25组成；冲锤头31是带有中心孔46的圆柱体，其一端通过丝扣57与阀套25连接，另一端在中心孔46的端面四周是凸的冲击面48和凹的起压面32，冲锤头31的柱面上均布多块扶正块45；平衡阀30是变径圆柱体，并有一中心孔49，平衡阀30的一端口处有一锥面体33，与阀套25端部的锥面凹59配合，平衡阀30的中部有一凸圆台29与阀套25的大直径圆孔28动密封配合，平衡阀30的两端圆柱体面55和56分别与阀套25的内孔46和冲锤头31的内孔27动密封配合；锤身23是圆柱体，并有一中心孔24，锤身小直径端73螺纹71与活塞11螺纹52连接，大直径端74螺纹75与阀套25螺纹54连接；阀套25是圆柱体，有一阶梯中心孔，大直径中心孔28和小直径中心孔27，两端的螺纹53和54分别与冲锤头的螺纹57和锤身螺纹75连接；砧子34是由多个硬质合金喷嘴(或者钢结合金喷嘴)35、砧子体62、多组密封圈42组成。砧子体是圆柱体，并有一中心通孔61，中心孔61的一端是锥形孔59，与平衡阀30的锥面体33配合，另一端是螺纹孔60与外方轴43顶部螺纹65连接；砧子的中心孔61与外方轴的中心孔68相通，砧子体62的圆柱面上分布多个阶梯斜孔40，并与中心孔61相通；硬质合金喷嘴35是圆柱体，并安装在砧子体 62的圆柱面上的斜孔40里，密封圈42静密封其之间的配合。 

所述的传动伸缩装置4是由内方套37、外方轴43、卡圈36、密封圈39组成；内方套37是一个有中心孔的圆柱体，通过一端的钻杆丝扣与下主体连接，内孔的一端是多边内方孔76，与外方轴43的外多方67配合，用于传递扭矩，内孔的另一端是个圆孔78，有密封槽79，密封圈36安装在79里，内孔78与外方轴43的圆台柱69及密封圈36构成动密封配合；外方轴43是个柱体，有一个中心阶梯孔，大直径中心孔80、中直径中心孔81和小直径中心孔24构成了泥浆射流自激振荡谐振腔，外方轴的小端柱面上有一个卡圈槽66，两半圆卡圈36安装在66里。外方轴43一端螺纹65与砧子体62的螺纹60连接，另一端通过钻杆丝扣与钻头连接。外方轴43的外方面67与内方套37的内方面77配合。 

实施例3 

实施例3是比实施1更详细的方案流程，具体步骤如下： 

步骤1011根据勘探需要，在进入随钻勘探井段前的一个钻头上安装随钻地震波发生器，按照地震波发生器的振动频率和震动能量，选择冲击器3、低压泵2和传动伸缩装置4，其中包括锤身23的重量、冲锤头31结构和寿命、砧子体62的材料和结构、喷嘴35的数量和大小，设置调节垫圈16的厚度和数量，活塞11在缸套10中的行程，以及外方轴的43的长度等，使随钻地震波发生器在拉伸状态下，平衡阀30的锥体33依然与砧子34的锥形孔59紧密配合，冲锤头31的冲击面48与砧子34的承冲面76接触，即承冲面76上承受锤身23和冲锤头31以及活塞11、阀套25、定位块9的全部重量。 

步骤1022把随钻地震发生器接在钻头与钻具之间，或者接在钻头与井下动力钻具之间，并一起下入井中，若有遇阻现象和粘卡现象时，按照钻井工程技 术操作规程，启动泥浆泵，循环泥浆，并转动钻具和钻头，泥浆进入随钻地震发生器的上接头5，流入低压泵2的限位套12，经过缸套10上的凸棱22之间的流道50和锤身23与下主体8内孔之间的环空，在冲锤头31和砧子34以及下主体8的内孔所围空间聚集升压，部分泥浆通过喷嘴35和砧子体62的中心孔61形成高速射流，喷入外方轴43的中心孔80、81和24中，通过平衡阀30的中心孔49、阀套25的中心孔27、活塞11的中心孔21，抽吸缸套10中的泥浆，并使其产生低压区。当缸套10内外压差达到某一值时，冲锤头31、锤身23、阀套25、平衡阀30、活塞11、定位块9被抬起，定位块9堵塞限位套12的小孔17，钻杆中的泥浆流动通道被切断，造成上接头5以上钻具内泥浆压力升高，产生水击，推动冲锤头31、阀套25、锤身23和活塞11、定位块9加速冲击砧子34，产生地震波，同时产生一个泥浆压力脉冲和在钻杆中产生一个应力波。随钻地震波发生器每发生一个地震波，就同时产生一个泥浆脉冲和一个钻杆应力波，由此可见：泥浆压力脉冲波频率、钻杆应力波频率与地震波频率相同，或者相近。伴随冲锤头31、锤身23、阀套25、平衡阀30、活塞11、定位块9的抬起和落下，平衡阀30的锥体33与砧子34的锥形孔59的配合，呈现脱开和接触，经砧子34的锥形孔59进入砧子体62的中心孔61中的泥浆射流，时断时续，使经硬质合金喷嘴35进入砧子体62的中心孔61中已有的泥浆射流产生脉冲扰动，形成泥浆脉冲射流。泥浆脉冲射流进入外方轴43的中心孔80、81、和24构成的自激振荡谐振腔内相对静止的泥浆中，产生脉冲谐振空化射流。随后，在具有风琴管状的泥浆流道中形成声谐共振，使钻头喷嘴出口的射流变成断续涡环流。脉冲谐振射流产生反馈压力谐振，进而诱发泥浆的声谐共振，提高了具有声谐共振的脉冲谐振泥浆射流的瞬间喷射速度，射入井底相对静止的泥浆中，进一步产生空化现象，造成井底泥浆脉动。冲击振动与具有 声谐共振的泥浆脉冲谐振射流相耦合，引发井内泥浆和钻具的震荡，克服遇阻和避免粘卡。此作用远远大于随钻震击器，即使在不能转动钻头进行划眼的井中，随钻地震波发生器产生的地震波与具有声谐共振的泥浆脉冲射流耦合，也引发钻具和泥浆的震荡，其作用也大于随钻震击器。 

步骤1033把随钻地震波发生器下入井底，但不接触井底，即不施加钻压，按照钻井工程技术操作规程的要求，启动泥浆泵循环泥浆，在井底发生地震波，因为没有旋转钻具，钻具与井壁不发生碰撞，所以没有钻具旋转的影响，井口也没有转盘的振动波，可谓地面噪声较小的工矿。此时所采集的地震波剖面可以作为对比地震波剖面。 

步骤1044磨合钻头时，给钻头施加较小钻压，随钻地震波发生器的传动伸缩装置处于收缩状态，冲锤头31、阀套25、锤身23、活塞11被举升了一段距离ΔT，即活塞11在缸套10中的行程缩短了ΔT，亦即定位块9在限位套12的大内孔18内升高了ΔT，随钻地震发生器的振动频率增加了。地面采集地震波、钻杆波、泥浆脉冲波、地滚波和环境噪声，再依此设定基础对比值，测量并校核井眼轨迹、钻头方位、井斜、井深、井眼地质剖面、井眼周围地层岩性、正钻地层岩性、待钻地层岩性等，依此选择和调整钻井参数，包括泥浆性能参数和井眼轨迹设计参数等。若地面采集的地震波与钻杆波、地滚波、环境噪声混淆，难以辨别，则可调节泥浆泵排量，提高随钻地震波发生器振动频率和振动能量，压制地滚波和环境噪声；或者在短时间内，停止钻具和钻头的转动，消除钻具转动的影响，减弱地滚波和环境噪声，再把钻头放入井底，并施加钻压，保持循环泥浆，即采取停转高频发生地震波方式，产生地震波。 

步骤1055正常钻进时，随钻地震波发生器的定位块9在限位套12内的往复移动，冲击振动器振动，产生地震波、泥浆压力脉冲波和钻杆应力波。同时， 由于平衡阀30的锥体33与砧子34的锥形孔59的配合，随着定位块9在限位套12内的往复移动，呈现脱开和接触，使经砧子34的锥形孔59进入砧子体62的中心孔61中的泥浆射流，时断时续，导致经喷嘴35对称射入外方轴43的中心孔80、81和24中的泥浆射流产生初始脉冲，并经由中心孔80、81和24构成的自激谐振腔放大和加强，产生泥浆脉冲谐振射流，并产生空化现象，形成脉冲谐振空化射流。因外方轴43的中心孔直径80、81和24到钻头喷嘴直径依次缩小，形成风琴管结构，使脉冲谐振空化射流产生声谐共振，提高了瞬间脉冲射流速度，在淹没状态下，具有声谐共振的脉冲谐振浆体射流射入井底相对静止的泥浆中，进一步诱发产生空化现象，并形成扰流涡剪切层，使旋转冲击破碎的岩屑翻转，改善井底流场，减少了“压持效应”，提高携带钻屑的能力。具有声谐共振特性的脉冲谐振空化射流，经脉冲压力反馈，产生反馈压力谐振，强化了脉冲谐振射流，与空化作用耦合，在井底产生压力振荡，因为钻头周围上返泥浆的惯性和泥浆内摩擦力作用，对钻头底部产生抽吸作用，形成瞬间脉动低压区，减少了井底液柱瞬间压力，改变了井底流场，使井底钻屑和岩石受到压力脉动、流速脉动的泥浆射流作用，一方面减少了重复破碎岩屑，另一方面延伸和扩展了井底待钻岩石中的裂纹，增加了岩石界面，降低了岩石强度，提高了钻井速度。同时，随钻地震波发生器的定位块9在限位套12内的往复移动，造成泥浆流道的开与关交替变化，产生与地震波同频率，或者相近频率的泥浆压力脉冲波和钻杆应力波，对比泥浆压力脉冲波、钻杆应力波与地震波，使强噪声环境中的地震波剖面更加便于提取和辨别。 

步骤1066：若发现低、高频地震波剖面差别较大时，在消除钻杆转动影响和减弱井场地滚波的条件下，把钻头放入井底，产生高频地震波，并与同等条件下的低频地震波剖面相对比。亦可在地面机泵条件许可的前提下，通过改变泥 浆泵排量，调节随钻地震波发生器的振动频率，以便获取更多的地震波剖面。若地面机泵功率条件受限，则可在同排量下，把钻头放入井底，发生地震波，以便辨认地震波、钻杆波、泥浆压力脉冲波和地滚波及噪声。 

步骤1077将不同振动频率、不同发生地震波方式下，采集的地震波剖面进行比对，对可疑井段和层位，如高陡构造、垂直裂缝等其它勘探方法不能勘查的地质构造，需反复勘探，则在起钻过程中，把随钻地震波发生器提至可疑井段，采取停钻发生地震波方式，改变泥浆泵排量，随钻地震波发生器产生不同频率、不同振动能量的地震波。把随钻地震波发生器提至可疑井段的下、中、上等位置，重复上述过程，即可实现多点间断发生地震波；若从可疑井段的底端开始，边提钻具，边循环泥浆，即可获取多点连续发生地震波。需要采集可疑井段的钻杆波时，可以采取旋转发生地震波方式，发生地震波和钻杆波。在此起钻的过程中，采取旋转发生地震波与停转发生地震波的方式，辅以调整泥浆泵排量，分井段，多点间断、多点连续，加密勘探，落实可疑井段的地质剖面。为精确随钻勘探提供更多、更方便的方法和地震波剖面。 

步骤1088根据上一个钻头的随钻地震波剖面、井身轨迹剖面和钻井参数，设置地震波发生器振动频率和震动能量，以此重新选择冲击器3、低压泵2和传动伸缩装置4，其中包括锤身23的重量、冲锤头31结构和寿命、砧子体62的材料和结构、喷嘴35的数量和大小，调节垫圈16的厚度，活塞11在缸套10中的行程，以及外方轴的23的长度等。使随钻地震波发生器在拉伸状态下，平衡阀30的锥体33与砧子34的锥形孔59分开，冲锤头31的冲击面48与砧子34的承冲面76之间有空隙，即调节垫圈16上承受锤身23和冲锤头31以及活塞11、阀套25、定位块9的全部重量，亦即活塞11在缸套10中的行程达到最大值。当循环泥浆进入随钻地震波发生器时，泥浆通过喷嘴35，以及从冲击面 48与承冲面76之间的空隙，并通过锥形孔59流入外方轴43的中心孔24中，不会驱动冲击器产生振动。无论是在井段中循环泥浆，还是在井底循环泥浆，只要不给钻头施加钻压，砧子34的锥形孔59都是敞开的，泥浆能够顺利通过砧子34流进外方轴43的中心孔80、81和24中，并通过钻头喷嘴进入井底。当给钻头施加钻压，随钻地震波发生器的传动伸缩装置4被压缩，平衡阀30的锥体33堵塞砧子34的锥形孔59，并与其构成紧密配合，同时冲锤头31的冲击面48与砧子34的承冲面76紧密接触，即承冲面76上承受锤身23、冲锤头31、活塞11、阀套25、定位块9的全部重量。此时随钻地震波发生器的作用，如同步骤1055所述。由此可见：泥浆压力脉冲频率与地震波频率相同，或者相近。脉冲射流在风琴管状的流道中的作用如1055步骤所述。 

最后应该说明，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改，或者同等替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。 

Claims (5)

1.一种随钻地震波发生器，由柱形本体、低压泵、冲击振动器、传动伸缩装置组成；其特征在于：所述低压泵和冲击振动器安装在本体内，传动伸缩装置通过丝扣连接在本体的下端，随钻地震波发生器的上下端通过钻杆丝扣分别与钻具和钻头连接。

2.如权利要求1所述的随钻地震波发生器，其特征在于：所述的柱形本体是由上接头、上主体、连接接头、下主体通过钻杆丝扣彼此连接而成。

3.如权利要求1所述的随钻地震波发生器，其特征在于：所述的低压泵是由活塞、缸套、限位套、定位块和调节垫圈组成；活塞两端的丝扣分别与定位块和冲击振动器的锤身连接，活塞安装在缸套内，并与缸套内孔动封密配合，活塞的一端有大圆孔，另一端是较细的实心柱体，与缸套的小孔动密封配合，活塞的中间的台面上有多个斜孔，均与活塞大圆孔相通；缸套是三棱柱体，与上主体内孔面是间隙配合，并固定在限位套和连接接头之间，限位套是阶梯孔的管体，大孔端与缸套三棱柱接触，小孔端与上接头相接触；定位块与活塞连接，并安装在限位套的大孔里；调节垫圈安装在缸套与定位块之间。

4.如权利要求1所述的随钻地震波发生器，其特征在于：所述的冲击振动器是由冲锤头、平衡阀、锤身、砧子、阀套组成；冲锤头是圆柱体，其一端通过丝扣与阀套连接，另一端的端面中间有一小孔，小孔四周是凸的冲击面和凹的起压面，柱面上均布多块扶正块；平衡阀是变径圆柱体，并有一中心孔，圆柱的一端口处有一锥面体，与阀套端部的锥面凹孔配合，平衡阀安装在阀套和冲锤头的内孔里；锤身是圆柱体，并有一中心孔，锤身一端与活塞螺纹连接，另一端与阀套螺纹连接；阀套是圆柱体，有一阶梯内孔，其两端分别与冲锤头和锤身螺纹连接；砧子是由多个硬质合金喷嘴、砧子体、密封圈组成，砧子体是圆柱体，并有一中心通孔，中心孔的一端是锥形孔，另一端与外方轴的中心孔相通，砧子体的圆柱面上分布多个阶梯斜孔，并与中心孔相通；硬质合金喷嘴是圆柱体，并安装在砧子体的圆柱面上的斜孔里，密封圈静密封其之间的配合，砧子体通过螺纹安装在外方轴的一端。

5.如权利要求1所述的随钻地震波发生器，其特征在于：所述的传动伸缩装置是由外方轴、内方套、密封圈、轴卡环组成；外方轴是多方柱体，有一贯穿的中心孔，该中心孔有多段截面积依次减少的中心孔构成，截面积最大的一端设置在与所述的砧子对接的一端，外方轴的柱面，与内方套配合，其一端有钻杆丝扣，与钻头连接，另一端与砧子螺纹连接；内方套的一端是内多方体，通过丝扣与下主体连接，另一端有一中心内孔，通过密封圈与外方轴上的圆柱面动密封配合；轴卡环是两半圆环，圆环的外侧面上有一密封圈槽，用于安装密封圈。

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