一種氣體鉆井井底近鉆頭連續(xù)沖擊震源短節(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油、天然氣鉆井裝備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣體鉆井井底近鉆頭連續(xù)沖擊震源短節(jié)，該連續(xù)沖擊震源短節(jié)主要用于氣體鉆井井底近鉆頭處產(chǎn)生地震波，獲取的地震波信息可用于隨鉆地層信息和鉆頭位置的預(yù)測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)在用氣體鉆水平井、大斜度井的過(guò)程中時(shí)常會(huì)發(fā)生鉆頭偏離鉆井軌跡的現(xiàn)象，導(dǎo)致該現(xiàn)象發(fā)生的原因通常是井眼軌跡設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生的設(shè)計(jì)誤差。為解決上述問(wèn)題，在鉆井期間可以利用井底鉆頭附近振動(dòng)產(chǎn)生的地震波實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆頭軌跡的定位，并及時(shí)修改井眼軌跡。如在鉆直井段時(shí)，利用在井底近鉆頭處和地表放置檢波器的方式接收井底附近的振動(dòng)，并對(duì)接收到的地震波信息進(jìn)行處理，可以獲取實(shí)時(shí)的地層參數(shù)，根據(jù)獲取的地層參數(shù)可以預(yù)測(cè)鉆頭前方巖石類型、地層孔隙壓力、地層出水層段、目的層的位置以及應(yīng)力特殊的層段，減少鉆井過(guò)程的資源物力的浪費(fèi)；同時(shí)，也極大地避免了鉆井事故的發(fā)生。
[0003]目前，上述隨鉆地震的井下震源是利用鉆頭軸向沖擊產(chǎn)生的振動(dòng)作為震源，利用鉆頭齒輪與地層的接觸向地層發(fā)射地震波，通過(guò)在井口和地表放置檢波器的方式接收地層反射回來(lái)的地震波，并對(duì)接收到地震波信息進(jìn)行處理來(lái)預(yù)測(cè)地層信息和鉆頭軌跡。這種方式在使用過(guò)程中存在以下問(wèn)題:(1)只適用于牙輪鉆頭，無(wú)法用于PDC鉆頭；(2)鉆頭的振動(dòng)是隨機(jī)的、沖擊能量較??；(3)井底鉆頭的旋轉(zhuǎn)會(huì)影響井底反射波的接收，同時(shí)，井底鉆具組合的振動(dòng)也會(huì)對(duì)鉆頭的振動(dòng)產(chǎn)生影響；(4)井下鉆頭振動(dòng)不適用于軟地層、深井段和水平井段，在斜井和大位移井中地表采集的反射波信息衰減大。因此這種方式不利于對(duì)井底地層信息和鉆頭軌跡的預(yù)測(cè)。
[0004]基于上述鉆頭震源的不足，考慮將地震勘探震源用于井底鉆頭附近來(lái)產(chǎn)生地震波。同時(shí)，為避免井底鉆具組合振動(dòng)和鉆頭旋轉(zhuǎn)對(duì)井底震源激發(fā)和接收的影響，井底鉆頭附近震源的激發(fā)和地震信號(hào)測(cè)量必須安排在鉆井暫停或進(jìn)行其它作業(yè)等相對(duì)安靜的情況下進(jìn)行，不干擾正常的鉆井工作，不占用鉆井時(shí)間?，F(xiàn)有常用的地震勘探震源包括電火花震源、空氣槍震源、氣動(dòng)震源和重錘震源等多種類型。其中，電火花震源和空氣槍震源適用于海上作業(yè)，不適用于氣體鉆井過(guò)程中；氣動(dòng)震源是將可燃?xì)怏w導(dǎo)入爆炸室，然后由電火花引爆，爆炸時(shí)產(chǎn)生的脈沖由爆炸室底板傳至地下，該震源反作用力較大對(duì)鉆壓要求高，對(duì)爆炸室的強(qiáng)度要求也高，影響鉆井安全，且單次沖擊激發(fā)能量低，需要多次激發(fā)；重錘震源要求重錘的質(zhì)量大，不易用于井下作業(yè)，且單次沖擊的能量有限，一致性較差。
[0005]此外，氣體鉆井過(guò)程中所用的空氣錘通過(guò)活塞連續(xù)沖擊錘頭產(chǎn)生脈沖震源，掃頻水力脈沖震擊器通過(guò)自驅(qū)動(dòng)分流閥將流道中的泥漿流迅速切斷從而產(chǎn)生脈沖震擊，雖然空氣錘和掃頻水力脈沖震擊器都可以用作井下震源，但是這兩種震源在應(yīng)用中也會(huì)遇到困難。首先，要想得到?jīng)_擊速率的隨機(jī)分布，需要幾百次甚至上千次的沖擊次數(shù)，接收時(shí)間通?？蛇_(dá)幾分鐘，常規(guī)的地震記錄儀器無(wú)法滿足要求，需要專門的地震記錄儀器才能實(shí)現(xiàn)，而且由于沖擊時(shí)間很長(zhǎng)也降低了勘探施工效率，增加了施工成本，對(duì)鉆井的作業(yè)時(shí)間和安全性產(chǎn)生了影響。其次，盡管沖擊次數(shù)很多，由于空氣錘和掃頻水力脈沖震擊器的固有限制難以得到一個(gè)真正意義下的隨機(jī)序列，因此，嚴(yán)重的相關(guān)噪聲會(huì)對(duì)地震記錄的信噪比產(chǎn)生較大影響。由于氣體存在高壓縮性，掃頻水力脈沖震擊器并不適用于在氣體鉆井中產(chǎn)生井下震源。
[0006]基于上述各種震源存在的問(wèn)題，考慮采用帶閥門的連續(xù)沖擊震源短節(jié)，將可控震源線性(Chirp)掃描技術(shù)與Min1-SOSIE技術(shù)(以沖擊夯作為震源)結(jié)合，產(chǎn)生由低頻到高頻的沖擊，形成的沖擊序列隨機(jī)性好，沖擊次數(shù)可以顯著減少。通過(guò)脈沖編碼技術(shù)使震源向地下激發(fā)出線性掃描脈沖信號(hào)，并采用解碼技術(shù)將這種連續(xù)多次小能量激發(fā)情形的原始地震記錄轉(zhuǎn)換為等價(jià)的單次大能量激發(fā)的地震記錄，可以壓制相關(guān)噪聲，提高地震記錄的信噪比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)井底地層信息和鉆頭軌跡更加可靠、準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提供一種氣體鉆井井底近鉆頭連續(xù)沖擊震源短節(jié)，在鉆直井段時(shí)可利用本發(fā)明產(chǎn)生的地震波來(lái)預(yù)測(cè)鉆頭前方的地層巖性、地層孔隙壓力、地層出水層段，定位鉆頭位置，優(yōu)化套管下入深度，降低鉆遇危險(xiǎn)層段的風(fēng)險(xiǎn)；在鉆水平井段時(shí)可利用本發(fā)明產(chǎn)生的地震波來(lái)探測(cè)鉆頭到儲(chǔ)層頂?shù)走吔绲木嚯x，保證鉆頭在儲(chǔ)層的最佳位置鉆進(jìn)；并可用于鄰井防碰檢測(cè)。
[0008]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種氣體鉆井井底近鉆頭連續(xù)沖擊震源短節(jié)，它包括短接本體、氣缸體、活塞和配氣裝置；短接本體由外殼和上接頭連接而成，氣缸體安裝在外殼內(nèi)，氣缸體包括氣缸體外壁、氣缸體內(nèi)壁和氣缸體底部，活塞配合安裝在氣缸體外壁和氣缸體內(nèi)壁之間，活塞可在氣缸體內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；氣缸體外壁與外殼內(nèi)壁之間設(shè)置下進(jìn)氣通道，活塞下端與外殼內(nèi)壁之間形成下氣室，下進(jìn)氣通道與下氣室連通，氣缸體底部上設(shè)置有上進(jìn)氣通道，活塞上端與氣缸體之間形成上氣室，上進(jìn)氣通道與上氣室連通；配氣裝置包括配氣盤、步進(jìn)電機(jī)A、配氣底座和流量閥，所述的配氣盤安裝在氣缸體上部，配氣盤還配合安裝在配氣底座內(nèi)，所述的配氣盤與步進(jìn)電機(jī)A的輸出軸連接，組成電控開(kāi)關(guān)閥，配氣底座配合安裝在外殼內(nèi)，配氣盤與配氣底座之間形成配氣腔室，配氣底座的上部設(shè)置有配氣底座進(jìn)氣口，配氣底座進(jìn)氣口處設(shè)置有流量閥。流量閥控制配氣底座進(jìn)氣口的進(jìn)氣量，使氣體以一定流量進(jìn)入配氣腔室，步進(jìn)電機(jī)A帶動(dòng)配氣盤旋轉(zhuǎn)一定角度，使配氣腔室內(nèi)的氣體分別通過(guò)不同的進(jìn)氣口進(jìn)入上氣室、下氣室，驅(qū)動(dòng)活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0009]優(yōu)選地，所述的外殼和上接頭通過(guò)螺紋連接。
[0010]優(yōu)選地，所述的螺紋為錐螺紋。錐螺紋連接可有效提高連接密封性能。
[0011]優(yōu)選地，所述的外殼內(nèi)壁與活塞下端配合處設(shè)置有密封圈。
[0012]優(yōu)選地，所述的配氣盤上沿圓周方向分別設(shè)置有若干個(gè)上進(jìn)氣口和若干個(gè)下進(jìn)氣口，上進(jìn)氣口設(shè)置在配氣盤的內(nèi)圓環(huán)上，下進(jìn)氣口設(shè)置在配氣盤的外圓環(huán)上，所述的上進(jìn)氣口與上進(jìn)氣通道相對(duì)應(yīng)；所述的下進(jìn)氣口與下進(jìn)氣通道相對(duì)應(yīng)。
[0013]當(dāng)不需要短節(jié)內(nèi)部的活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)A帶動(dòng)配氣盤旋轉(zhuǎn)一定角度，使上進(jìn)氣口與上進(jìn)氣通道對(duì)齊，氣體經(jīng)過(guò)上氣室直接進(jìn)入短節(jié)中心的流體通道，最終經(jīng)鉆頭噴嘴進(jìn)入環(huán)空。
[0014]當(dāng)鉆頭遇到特殊地層需要進(jìn)行隨鉆地震勘探時(shí)，停止鉆井并對(duì)鉆頭施加足夠的鉆壓，防止鉆頭在活塞強(qiáng)大沖擊力的作用下與地層脫耦。步進(jìn)電機(jī)A帶動(dòng)配氣盤轉(zhuǎn)動(dòng)，使得配氣盤外圓環(huán)上的下進(jìn)氣口與下進(jìn)氣通道對(duì)齊，下氣室開(kāi)始進(jìn)氣，推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到一定距離時(shí)，下氣室開(kāi)始排氣，在慣性的作用下活塞繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)；運(yùn)動(dòng)一段距離后，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)A帶動(dòng)配氣盤旋轉(zhuǎn)一定角度使得配氣盤內(nèi)圓環(huán)上的上進(jìn)氣口與上進(jìn)氣通道對(duì)齊，上氣室開(kāi)始進(jìn)氣，活塞先做減速運(yùn)動(dòng)，然后加速向下沖擊短節(jié)內(nèi)部的砧板，同時(shí)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)A帶動(dòng)配氣盤旋轉(zhuǎn)關(guān)閉上進(jìn)氣口，上氣室開(kāi)始排氣，依次循環(huán)上述過(guò)程，使活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滿足地震勘探需要的頻率和振幅。雖然上氣室開(kāi)始進(jìn)氣的時(shí)候，進(jìn)入上氣室的氣體會(huì)流入下進(jìn)氣通道，但因下進(jìn)氣通道是封閉的，所以不會(huì)影響上氣室進(jìn)氣推動(dòng)活塞的向下運(yùn)動(dòng)。停鉆接收地震波是考慮到井下鉆頭旋轉(zhuǎn)和井下鉆具組合的振動(dòng)對(duì)地震波激發(fā)和接收的影響，提高接收到的地震反射波品質(zhì)。當(dāng)鉆遇到堅(jiān)硬的地層，需要提高鉆頭的破巖能力時(shí)，活塞在氣體作用下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)連續(xù)沖擊短節(jié)內(nèi)部的砧板還可以提高鉆頭的破巖能力，從而提尚鉆井速度。
[0015]優(yōu)選地，所述的步進(jìn)電機(jī)A輸出端設(shè)置安裝軸，安裝軸安裝在配氣盤的中心處。
[0016]優(yōu)選地，所述的流量閥為電控流量閥，所述的電控流量閥包括密封膠塞、調(diào)節(jié)桿、閥體、步