聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置及其使用方法
【專利摘要】本發明涉及鉆井數據傳輸裝置及其使用方法技術領域，是一種聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置及其使用方法，該聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置包括短鉆鋌、聲波傳輸外筒、隨鉆測壓外筒、電池筒、儀器艙筒和芯軸。本發明所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置結構合理而緊湊，使用方便，在將壓力與溫度一體式傳感器獲得的壓力和溫度的數據傳輸至地面的過程中，由于其通過壓電陶瓷換能器產生應力波實現井下數據的傳輸，該數據傳輸方式具有抗干擾能力強和傳輸速率快的優點，因此本發明所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置不受欠平衡鉆井采用的循環介質的限制，使信號正常并實時的傳輸，不僅適用于常規欠平衡鉆井的井下數據的傳輸。
【專利說明】
聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置及其使用方法
技術領域
[0001]本發明涉及鉆井數據傳輸裝置及其使用方法技術領域，是一種聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置及其使用方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著低壓、低滲地層、深層及復雜地區油氣藏勘探、開發工作量的增加，欠平衡鉆井在儲層保護、快速鉆進等方面的技術優勢得已逐漸體現，受益于市場環境的變化以及欠平衡鉆井本身工藝技術的不斷發展和完善，目前已在國內形成了應用欠平衡鉆井的熱潮。欠平衡鉆井中欠壓差值至關重要，欠壓值是指井底壓力與井底地層孔隙壓力之差值，如果欠壓值過大，地面設備控制和處理困難，并可能導致地層坍塌、出砂，造成地層滲透率嚴重下降;欠壓值過小，施工井油氣層保護失去作用。因此，如何準確控制欠平衡鉆進過程中的井底壓力，使之保持在設計范圍內，關系到欠平衡鉆井工程的成敗。在精細控制壓力鉆井及液相欠平衡鉆井過程中，依靠PWD(隨鉆測壓)儀器精確測量并及時上傳到地面的井底環空液柱壓力，精確控制壓力窗口，杜絕了僅僅依靠地面數據來判斷井下工作狀況，以此采取的一系列控制措施顯現出不科學以及控制滯后的情況。
[0003]目前使用的PWD均采用泥漿脈沖傳輸方式進行壓力等數據的傳輸，其利用泥漿的壓力波動(脈沖)作為信號傳輸載體，該種傳輸方式的數據傳輸速率較慢(一般為0.5bit/s至1.5bit/s)，抗干擾能力差，且受井筒流體限制，限制了該種傳輸方式的應用范圍。多數欠平衡鉆井采用液相介質，但在部分特殊區塊由于儲層壓力系數較低而采用泡沫、充氮氣或者混油微泡沫作為循環介質，由于正負泥漿脈沖傳輸方式在含氣鉆井循環介質中均不能正常傳輸信號，而限制了該種傳輸方式的應用，從而不能保障含氣鉆井的鉆井效益。
【發明內容】
[0004]本發明提供了一種聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置及其使用方法，克服了上述現有技術之不足，在欠平衡鉆井施工中使用泡沫、充氮氣或者混油微泡沫作為循環介質時，其能有效解決現有采用泥漿脈沖傳輸方式傳輸壓力等井下數據的過程中存在的不能正常傳輸信號的問題。
[0005]本發明的技術方案之一是通過以下措施來實現的:一種聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置，包括短鉆鋌、聲波傳輸外筒、隨鉆測壓外筒、電池筒、儀器艙筒和芯軸，短鉆鋌、聲波傳輸外筒和隨鉆測壓外筒自上而下依序固定安裝在一起，在隨鉆測壓外筒的中部內置有芯軸，在芯軸上設置有開口朝上的盲孔，在芯軸的中部沿圓周分布有至少一個與盲孔相通的徑向通孔，在隨鉆測壓外筒的中部沿圓周分布有與徑向通孔內外對應的徑向傳壓螺紋孔，在徑向傳壓螺紋孔內固定安裝能將芯軸頂緊固定在隨鉆測壓外筒內的頂絲，在頂絲上設置有與徑向通孔相通的連通孔，在盲孔內固定安裝有壓力與溫度一體式傳感器，在短鉆鋌下方的聲波傳輸外筒的上部內側固定有限位環臺，儀器艙筒的上部外側與限位環臺固定安裝在一起，在儀器艙筒的下部與芯軸的上部之間密封固定安裝有連接筒，儀器艙筒的內部和盲孔均與連接筒的內部相通，電池筒的下部與儀器艙筒的上部密封固定安裝在一起，在儀器艙筒內自上而下固定安裝有壓電陶瓷換能器、信號處理模塊和井下電源模塊，在電池筒內固定安裝有電池，電池與井下電源模塊的供電輸入端電連接，井下電源模塊分別與壓電陶瓷換能器、信號處理模塊、壓力與溫度一體式傳感器電連接，信號處理模塊分別與壓力與溫度一體式傳感器以及壓電陶瓷換能器電連接。
[0006]下面是對上述發明技術方案之一的進一步優化或/和改進:
上述信號處理模塊包括信號接收調理電路模塊、DSP井下數字信號處理模塊和信號放大發射電路模塊，井下電源模塊分別與信號接收調理電路模塊、DSP井下數字信號處理模塊和信號放大發射電路模塊的電源輸入端子電連接，信號接收調理電路模塊的信號輸入端子與壓力與溫度一體式傳感器的輸出端子電連接，信號接收調理電路模塊的信號輸出端子與DSP井下數字信號處理模塊的輸入端子電連接，DSP井下數字信號處理模塊的輸出端子與信號放大發射電路模塊的輸入端子電連接，信號放大發射電路模塊的輸出端子與壓電陶瓷換能器的輸入端子電連接。
[0007]上述連接筒包括密封筒、電子艙筒和承壓筒，密封筒的上部外側與儀器艙筒的下部內側密封固定安裝在一起，密封筒的下部內側與電子艙筒的上部外側密封固定安裝在一起，電子艙筒的下部內側與承壓筒的上部外側密封固定安裝在一起，承壓筒的下部外側與芯軸的上部內側密封固定安裝在一起，壓力與溫度一體式傳感器的上部固定安裝在承壓筒的下部內側，壓力與溫度一體式傳感器的下部位于承壓筒下方的盲孔內，在密封筒的下部內側固定安裝有上四線旋轉插頭，在電子艙筒的上部內側固定安裝有與上四線旋轉插頭配合的下四線旋轉插頭，上四線旋轉插頭與下四線旋轉插頭插接在一起，井下電源模塊與壓力與溫度一體式傳感器的電源輸入端子之間的導線通過上四線旋轉插頭和下四線旋轉插頭電連接，信號處理模塊與壓力與溫度一體式傳感器之間的信號線通過上四線旋轉插頭和下四線旋轉插頭電連接。
[0008]上述密封筒的上部外側與儀器艙筒的下部內側之間固定安裝有至少一道的密封圈，在密封筒的下部內側與電子艙筒的上部外側之間固定安裝有至少一道的密封圈，在電子艙筒的下部內側與承壓筒的上部外側之間固定安裝有至少一道的密封圈。
[0009]上述聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置還包括定位螺母，定位螺母固定安裝在限位環臺上方的儀器艙筒的外側;或/和，在壓電陶瓷換能器與信號處理模塊之間固定安裝有調節環和壓緊螺母，在調節環和壓緊螺母上均分布有縱向貫通的過線孔。
[0010]上述電池筒的下部內側與儀器艙筒的上端內側之間密封固定安裝有轉換插頭，電池與井下電源模塊之間的導線通過轉換插頭連接，電池筒的下部內側與轉換插頭的上部外側之間固定安裝有至少一道的密封圈，在轉換插頭的下部外側與儀器艙筒的上端內側之間固定安裝有至少一道的密封圈。
[0011]上述限位環臺上沿圓周分布有至少一個縱向貫通的上過流孔，在芯軸的中部沿圓周分布有至少兩個與盲孔相通的徑向通孔，在相鄰的徑向通孔之間的芯軸上分布有縱向貫通的下過流孔;或/和，在連通孔外側的芯軸上設置有定位槽，頂絲的內端頂緊在定位槽內；或/和，在芯軸的下部固定有牽引頭;或/和，在電池筒的上部固定有扶正器，在扶正器的外側固定有扶正翼，扶正翼的外側與短鉆鋌的內側頂緊在一起;或/和，在芯軸的外側與隨鉆測壓外筒的內側之間固定安裝有至少一道的密封圈。
[0012]本發明的技術方案之二是通過以下措施來實現的:一種聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置的使用方法，按下述方法進行:將技術方案之一所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置通過短鉆鋌與鉆柱連接，并通過隨鉆測壓外筒與鉆頭連接，將技術方案之一所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置下入井內，鉆井環空和盲孔通過徑向通孔和連通孔導通，使壓力與溫度一體式傳感器獲得環空井底液柱壓力與溫度的數據，壓力與溫度一體式傳感器將獲得的環空井底液柱壓力與溫度的數據傳送給信號接收調理電路模塊，信號接收調理電路模塊對來自壓力與溫度一體式傳感器的電信號進行濾波和放大后，將信號傳送給DSP井下數字信號處理模塊，DSP井下數字信號處理模塊對來自信號接收調理電路模塊的信號進行處理、計算以及編碼，然后，編碼數據經過DSP井下數字信號處理模塊的數模轉換單元轉換成電信號，接著，DSP井下數字信號處理模塊將電信號發送給信號放大發射電路模塊，信號放大發射電路模塊對接收到的信號放大后發送至壓電陶瓷換能器，壓電陶瓷換能器根據接收到的信號產生能疊加的縱向振動，地面接收解碼系統通過鉆柱接收到振動信號，最后，地面接收解碼系統將接收到的振動信號還原為壓力和溫度的數據。
[0013]本發明所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置結構合理而緊湊，使用方便，在將壓力與溫度一體式傳感器獲得的壓力和溫度的數據傳輸至地面的過程中，由于其通過壓電陶瓷換能器產生應力波實現井下數據的傳輸，該數據傳輸方式具有抗干擾能力強和傳輸速率快的優點，因此本發明所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置不受欠平衡鉆井采用的循環介質的限制，使信號正常并實時的傳輸，不僅適用于常規欠平衡鉆井的井下數據的傳輸，而且適用于欠平衡鉆井施工中使用泡沫、充氮氣或者混油微泡沫作為循環介質的鉆井施工過程中，實現安全、便捷、快速的欠平衡鉆進作業，保障含氣鉆井的鉆井效益，因此，本發明所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置具有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0014]附圖1為實施例1所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置上半部分的主視剖視結構示意圖。
[0015]附圖2為實施例1所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置下半部分的主視剖視結構示意圖。
[0016]附圖3為附圖1中A-A向的剖視放大結構示意圖。
[0017]附圖4為芯軸B-B向的剖視放大結構示意圖。
[0018]附圖5為實施例1的電路框圖。
[0019]附圖中的編碼分別為:I為短鉆鋌，2為聲波傳輸外筒，3為隨鉆測壓外筒，4為電池筒，5為扶正器，6為儀器艙筒，7為芯軸，8為盲孔，9為徑向通孔，10為頂絲，11為壓力與溫度一體式傳感器，12為限位環臺，13為壓電陶瓷換能器，14為信號處理模塊，15為井下電源模塊，16為密封筒，17為電子艙筒，18為承壓筒，19為上四線旋轉插頭，20為下四線旋轉插頭，21為密封圈，22為定位螺母，23為調節環，24為壓緊螺母，25為轉換插頭，26為上過流孔，27為下過流孔，28為牽引頭。
【具體實施方式】
[0020]本發明不受下述實施例的限制，可根據本發明的技術方案與實際情況來確定具體的實施方式。
[0021]在本發明中，為了便于描述，各部件的相對位置關系的描述均是根據說明書附圖1的布圖方式來進行描述的，如:前、后、上、下、左、右等的位置關系是依據說明書附圖的布圖方向來確定的。
[0022]下面結合實施例及附圖對本發明作進一步描述:
實施例1:如附圖1至5所示，該聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置包括短鉆鋌1、聲波傳輸外筒2、隨鉆測壓外筒3、電池筒4、儀器艙筒6和芯軸7，短鉆鋌1、聲波傳輸外筒2和隨鉆測壓外筒3自上而下依序固定安裝在一起，在隨鉆測壓外筒3的中部內置有芯軸7，在芯軸7上設置有開口朝上的盲孔8，在芯軸7的中部沿圓周分布有至少一個與盲孔8相通的徑向通孔9，在隨鉆測壓外筒3的中部沿圓周分布有與徑向通孔9內外對應的徑向傳壓螺紋孔，在徑向傳壓螺紋孔內固定安裝能將芯軸7頂緊固定在隨鉆測壓外筒3內的頂絲10，在頂絲10上設置有與徑向通孔9相通的連通孔，在盲孔8內固定安裝有壓力與溫度一體式傳感器11，在短鉆鋌I下方的聲波傳輸外筒2的上部內側固定有限位環臺12，儀器艙筒6的上部外側與限位環臺12固定安裝在一起，在儀器艙筒6的下部與芯軸7的上部之間密封固定安裝有連接筒，儀器艙筒6的內部和盲孔8均與連接筒的內部相通，電池筒4的下部與儀器艙筒6的上部密封固定安裝在一起，在儀器艙筒6內自上而下固定安裝有壓電陶瓷換能器13、信號處理模塊14和井下電源模塊15，在電池筒4內固定安裝有電池，電池與井下電源模塊15的供電輸入端電連接，井下電源模塊15分別與壓電陶瓷換能器13、信號處理模塊14、壓力與溫度一體式傳感器11電連接，信號處理模塊14分別與壓力與溫度一體式傳感器11以及壓電陶瓷換能器13電連接。壓力與溫度一體式傳感器11、壓電陶瓷換能器13、信號處理模塊14和井下電源模塊15均為現有公知公用的技術，井下電源模塊15具有分配電壓的作用。將本實施例所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置通過短鉆鋌I與鉆柱連接，并通過隨鉆測壓外筒3與鉆頭連接，將本實施例所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置下入井內，鉆井環空和盲孔通過徑向通孔9和連通孔導通，使壓力與溫度一體式傳感器11獲得環空井底液柱壓力與溫度(井下數據)，壓力與溫度一體式傳感器11將獲得的井下數據傳送給信號處理模塊14，信號處理模塊14對接收的信號處理后傳送給壓電陶瓷換能器13，壓電陶瓷換能器13根據接收到的信號產生應力波，鉆柱作為傳輸媒介，鉆柱將應力波傳輸至地面接收解碼系統，地面接收解碼系統將接收到的應力波信號還原為壓力和溫度的數據。在將壓力與溫度一體式傳感器11獲得的壓力和溫度的數據傳輸至地面的過程中，由于本實施所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置通過壓電陶瓷換能器13產生應力波實現井下數據的傳輸，該數據傳輸方式具有抗干擾能力強和傳輸速率快的優點，因此本實施所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置不受欠平衡鉆井采用的循環介質的限制，使信號正常并實時的傳輸，不僅適用于常規欠平衡鉆井的井下數據的傳輸，而且適用于欠平衡鉆井施工中使用泡沫、充氮氣或者混油微泡沫作為循環介質的鉆井施工過程中，實現安全、便捷、快速的欠平衡鉆進作業，保障含氣鉆井的鉆井效益，因此，本實施所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置具有廣泛的應用前景。
[0023]可根據實際需要，對上述聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置作進一步優化或/和改進:
如附圖5所示，信號處理模塊14包括信號接收調理電路模塊、DSP井下數字信號處理模塊和信號放大發射電路模塊，井下電源模塊15分別與信號接收調理電路模塊、DSP井下數字信號處理模塊和信號放大發射電路模塊的電源輸入端子電連接，信號接收調理電路模塊的信號輸入端子與壓力與溫度一體式傳感器11的輸出端子電連接，信號接收調理電路模塊的信號輸出端子與DSP井下數字信號處理模塊的輸入端子電連接，DSP井下數字信號處理模塊的輸出端子與信號放大發射電路模塊的輸入端子電連接，信號放大發射電路模塊的輸出端子與壓電陶瓷換能器13的輸入端子電連接。信號接收調理電路模塊、DSP井下數字信號處理模塊和信號放大發射電路模塊均為現有公知公用的電路模塊。井下電源模塊15對輸出電壓進行變換后，形成多路不同的電壓輸出，分別給壓力與溫度一體式傳感器11、壓電陶瓷換能器13、信號接收調理電路模塊、DSP井下數字信號處理模塊和信號放大發射電路模塊供電。信號接收調理電路模塊接收壓力與溫度一體式傳感器11輸出的電信號后，其對信號進行濾波、放大后并傳送給DSP井下數字信號處理模塊，DSP井下數字信號處理模塊接收來自信號接收調理電路模塊輸出的信號，并對其進行處理及計算后獲取有效數據，對數據進行保存后對該數據依照一定規則進行編碼并發送給信號放大發射電路模塊，信號放大發射電路模塊對接收到的信號放大后發送至壓電陶瓷換能器13。
[0024]如附圖1至4所示，連接筒包括密封筒16、電子艙筒17和承壓筒18，密封筒16的上部外側與儀器艙筒6的下部內側密封固定安裝在一起，密封筒16的下部內側與電子艙筒17的上部外側密封固定安裝在一起，電子艙筒17的下部內側與承壓筒18的上部外側密封固定安裝在一起，承壓筒18的下部外側與芯軸7的上部內側密封固定安裝在一起，壓力與溫度一體式傳感器11的上部固定安裝在承壓筒18的下部內側，壓力與溫度一體式傳感器11的下部位于承壓筒18下方的盲孔8內，在密封筒16的下部內側固定安裝有上四線旋轉插頭19，在電子艙筒17的上部內側固定安裝有與上四線旋轉插頭19配合的下四線旋轉插頭20，上四線旋轉插頭19與下四線旋轉插頭20插接在一起，井下電源模塊15與壓力與溫度一體式傳感器11的電源輸入端子之間的導線通過上四線旋轉插頭19和下四線旋轉插頭20電連接，信號處理模塊14與壓力與溫度一體式傳感器11之間的信號線通過上四線旋轉插頭19和下四線旋轉插頭20電連接。密封筒16、電子艙筒17和承壓筒18的設置便于拆裝，提高了本發明的使用靈活性。上四線旋轉插頭19和下四線旋轉插頭20為現有公知公用的四線旋轉插頭。
[0025]如附圖1至4所示，密封筒16的上部外側與儀器艙筒6的下部內側之間固定安裝有至少一道的密封圈21，在密封筒16的下部內側與電子艙筒17的上部外側之間固定安裝有至少一道的密封圈21，在電子艙筒17的下部內側與承壓筒18的上部外側之間固定安裝有至少一道的密封圈21。密封圈21的設置能夠提高結構之間的密封性能，從而防止液體等進入連接筒內，防止其對電子配件等造成的損壞。
[0026]如附圖1至4所示，還包括定位螺母22，定位螺母22固定安裝在限位環臺12上方的儀器艙筒6的外側;或/和，在壓電陶瓷換能器13與信號處理模塊14之間固定安裝有調節環23和壓緊螺母24，在調節環23和壓緊螺母24上均分布有縱向貫通的過線孔。定位螺母22的設置能夠進一步提高儀器艙筒6在聲波傳輸外筒2內的固定穩固度。信號線等線纜可以穿過過線孔。調節環23能夠便于壓電陶瓷換能器13的安裝，通過壓緊螺母24將壓電陶瓷換能器13頂緊在儀器艙筒6內。
[0027]根據需要，在電池筒4的下部內側與儀器艙筒6的上端內側之間密封固定安裝有轉換插頭25，電池與井下電源模塊15之間的導線通過轉換插頭25連接，在電池筒4的下部內側與轉換插頭25的上部外側之間固定安裝有至少一道的密封圈21，在轉換插頭25的下部外側與儀器艙筒6的上端內側之間固定安裝有至少一道的密封圈21。密封圈21的設置能夠提高結構之間的密封性能，從而防止液體等進入電池筒4和儀器艙筒6內，防止其對電池、電子配件等造成的損壞。轉換插頭25為現有公知公用的轉換插頭。
[0028]如附圖1至4所示，在限位環臺12上沿圓周分布有至少一個縱向貫通的上過流孔26，在芯軸7的中部沿圓周分布有至少兩個與盲孔8相通的徑向通孔9，在相鄰的徑向通孔9之間的芯軸7上分布有縱向貫通的下過流孔27;或/和，在連通孔外側的芯軸7上設置有定位槽，頂絲10的內端頂緊在定位槽內；或/和，在芯軸7的下部固定有牽引頭28;或/和，在電池筒4的上部固定有扶正器5，在扶正器5的外側固定有扶正翼，扶正翼的外側與短鉆鋌I的內側頂緊在一起;或/和，在芯軸7的外側與隨鉆測壓外筒3的內側之間固定安裝有至少一道的密封圈21。定位槽以及頂絲10的配合作用能夠提高隨鉆測壓外筒3對芯軸7的固定牢固度。扶正器5對電池筒4起到扶正的作用。
[0029]實施例2:如附圖5所示，該聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置的使用方法，按下述方法進行:將實施例1所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置通過短鉆鋌I與鉆柱連接，并通過隨鉆測壓外筒3與鉆頭連接，將實施例1所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置下入井內，鉆井環空和盲孔通過徑向通孔9和連通孔導通，使壓力與溫度一體式傳感器11獲得環空井底液柱壓力與溫度的數據(井下數據)，壓力與溫度一體式傳感器11將獲得的環空井底液柱壓力與溫度的數據傳送給信號接收調理電路模塊，信號接收調理電路模塊對來自壓力與溫度一體式傳感器11的電信號進行濾波和放大后，將信號傳送給DSP井下數字信號處理模塊，DSP井下數字信號處理模塊對來自信號接收調理電路模塊的信號進行處理、計算以及編碼，然后，編碼數據經過DSP井下數字信號處理模塊的數模轉換單元轉換成電信號，接著，DSP井下數字信號處理模塊將電信號發送給信號放大發射電路模塊，信號放大發射電路模塊對接收到的信號放大后發送至壓電陶瓷換能器14，壓電陶瓷換能器14根據接收到的信號產生能疊加的縱向振動(應力波)，地面接收解碼系統通過鉆柱接收到振動信號，最后，地面接收解碼系統將接收到的振動信號(應力波信號)還原為壓力和溫度的數據。由于本實施通過壓電陶瓷換能器13產生應力波實現井下數據的傳輸，該數據傳輸方式具有抗干擾能力強和傳輸速率快的優點，因此本實施所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置的使用方法不受欠平衡鉆井采用的循環介質的限制，使信號正常并實時的傳輸，不僅適用于常規欠平衡鉆井的井下數據的傳輸，而且適用于欠平衡鉆井施工中使用泡沫、充氮氣或者混油微泡沫作為循環介質的鉆井施工過程中，實現安全、便捷、快速的欠平衡鉆進作業，保障含氣鉆井的鉆井效益，因此，本實施所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置的使用方法具有廣泛的應用前景。地面接收解碼系統為現有公知技術。
[0030]綜上所述，本發明所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置結構合理而緊湊，使用方便，在將壓力與溫度一體式傳感器獲得的壓力和溫度的數據傳輸至地面的過程中，由于其通過壓電陶瓷換能器產生應力波實現井下數據的傳輸，該數據傳輸方式具有抗干擾能力強和傳輸速率快的優點，因此本發明所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置不受欠平衡鉆井采用的循環介質的限制，使信號正常并實時的傳輸，不僅適用于常規欠平衡鉆井的井下數據的傳輸，而且適用于欠平衡鉆井施工中使用泡沫、充氮氣或者混油微泡沫作為循環介質的鉆井施工過程中，實現安全、便捷、快速的欠平衡鉆進作業，保障含氣鉆井的鉆井效益，因此，本發明所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置具有廣泛的應用前景。
[0031]以上技術特征構成了本發明的實施例，其具有較強的適應性和實施效果，可根據實際需要增減非必要的技術特征，來滿足不同情況的需求。
【主權項】
1.一種聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置，其特征在于包括短鉆鋌、聲波傳輸外筒、隨鉆測壓外筒、電池筒、儀器艙筒和芯軸，短鉆鋌、聲波傳輸外筒和隨鉆測壓外筒自上而下依序固定安裝在一起，在隨鉆測壓外筒的中部內置有芯軸，在芯軸上設置有開口朝上的盲孔，在芯軸的中部沿圓周分布有至少一個與盲孔相通的徑向通孔，在隨鉆測壓外筒的中部沿圓周分布有與徑向通孔內外對應的徑向傳壓螺紋孔，在徑向傳壓螺紋孔內固定安裝能將芯軸頂緊固定在隨鉆測壓外筒內的頂絲，在頂絲上設置有與徑向通孔相通的連通孔，在盲孔內固定安裝有壓力與溫度一體式傳感器，在短鉆鋌下方的聲波傳輸外筒的上部內側固定有限位環臺，儀器艙筒的上部外側與限位環臺固定安裝在一起，在儀器艙筒的下部與芯軸的上部之間密封固定安裝有連接筒，儀器艙筒的內部和盲孔均與連接筒的內部相通，電池筒的下部與儀器艙筒的上部密封固定安裝在一起，在儀器艙筒內自上而下固定安裝有壓電陶瓷換能器、信號處理模塊和井下電源模塊，在電池筒內固定安裝有電池，電池與井下電源模塊的供電輸入端電連接，井下電源模塊分別與壓電陶瓷換能器、信號處理模塊、壓力與溫度一體式傳感器電連接，信號處理模塊分別與壓力與溫度一體式傳感器以及壓電陶瓷換能器電連接。2.根據權利要求1所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置，其特征在于信號處理模塊包括信號接收調理電路模塊、DSP井下數字信號處理模塊和信號放大發射電路模塊，井下電源模塊分別與信號接收調理電路模塊、DSP井下數字信號處理模塊和信號放大發射電路模塊的電源輸入端子電連接，信號接收調理電路模塊的信號輸入端子與壓力與溫度一體式傳感器的輸出端子電連接，信號接收調理電路模塊的信號輸出端子與DSP井下數字信號處理模塊的輸入端子電連接，DSP井下數字信號處理模塊的輸出端子與信號放大發射電路模塊的輸入端子電連接，信號放大發射電路模塊的輸出端子與壓電陶瓷換能器的輸入端子電連接。3.根據權利要求1或2所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置，其特征在于連接筒包括密封筒、電子艙筒和承壓筒，密封筒的上部外側與儀器艙筒的下部內側密封固定安裝在一起，密封筒的下部內側與電子艙筒的上部外側密封固定安裝在一起，電子艙筒的下部內側與承壓筒的上部外側密封固定安裝在一起，承壓筒的下部外側與芯軸的上部內側密封固定安裝在一起，壓力與溫度一體式傳感器的上部固定安裝在承壓筒的下部內側，壓力與溫度一體式傳感器的下部位于承壓筒下方的盲孔內，在密封筒的下部內側固定安裝有上四線旋轉插頭，在電子艙筒的上部內側固定安裝有與上四線旋轉插頭配合的下四線旋轉插頭，上四線旋轉插頭與下四線旋轉插頭插接在一起，井下電源模塊與壓力與溫度一體式傳感器的電源輸入端子之間的導線通過上四線旋轉插頭和下四線旋轉插頭電連接，信號處理模塊與壓力與溫度一體式傳感器之間的信號線通過上四線旋轉插頭和下四線旋轉插頭電連接。4.根據權利要求3所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置，其特征在于密封筒的上部外側與儀器艙筒的下部內側之間固定安裝有至少一道的密封圈，在密封筒的下部內側與電子艙筒的上部外側之間固定安裝有至少一道的密封圈，在電子艙筒的下部內側與承壓筒的上部外側之間固定安裝有至少一道的密封圈。5.根據權利要求1或2或4所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置，其特征在于還包括定位螺母，定位螺母固定安裝在限位環臺上方的儀器艙筒的外側;或/和，在壓電陶瓷換能器與信號處理模塊之間固定安裝有調節環和壓緊螺母，在調節環和壓緊螺母上均分布有縱向貫通的過線孔。6.根據權利要求3所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置，其特征在于還包括定位螺母，定位螺母固定安裝在限位環臺上方的儀器艙筒的外側;或/和，在壓電陶瓷換能器與信號處理模塊之間固定安裝有調節環和壓緊螺母，在調節環和壓緊螺母上均分布有縱向貫通的過線孔。7.根據權利要求1或2或3或4或5或6所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置，其特征在于電池筒的下部內側與儀器艙筒的上端內側之間密封固定安裝有轉換插頭，電池與井下電源模塊之間的導線通過轉換插頭連接，電池筒的下部內側與轉換插頭的上部外側之間固定安裝有至少一道的密封圈，在轉換插頭的下部外側與儀器艙筒的上端內側之間固定安裝有至少一道的密封圈。8.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置，其特征在于限位環臺上沿圓周分布有至少一個縱向貫通的上過流孔，在芯軸的中部沿圓周分布有至少兩個與盲孔相通的徑向通孔，在相鄰的徑向通孔之間的芯軸上分布有縱向貫通的下過流孔;或/和，在連通孔外側的芯軸上設置有定位槽，頂絲的內端頂緊在定位槽內；或/和，在芯軸的下部固定有牽引頭;或/和，在電池筒的上部固定有扶正器，在扶正器的外側固定有扶正翼，扶正翼的外側與短鉆鋌的內側頂緊在一起;或/和，在芯軸的外側與隨鉆測壓外筒的內側之間固定安裝有至少一道的密封圈。9.一種根據權利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置的使用方法，其特征在于按下述方法進行:將上述權利要求所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置通過短鉆鋌與鉆柱連接，并通過隨鉆測壓外筒與鉆頭連接，將上述權利要求所述的聲波傳輸隨鉆井底壓力數據的裝置下入井內，鉆井環空和盲孔通過徑向通孔和連通孔導通，使壓力與溫度一體式傳感器獲得環空井底液柱壓力與溫度的數據，壓力與溫度一體式傳感器將獲得的環空井底液柱壓力與溫度的數據傳送給信號接收調理電路模塊，信號接收調理電路模塊對來自壓力與溫度一體式傳感器的電信號進行濾波和放大后，將信號傳送給DSP井下數字信號處理模塊，DSP井下數字信號處理模塊對來自信號接收調理電路模塊的信號進行處理、計算以及編碼，然后，編碼數據經過DSP井下數字信號處理模塊的數模轉換單元轉換成電信號，接著，DSP井下數字信號處理模塊將電信號發送給信號放大發射電路模塊，信號放大發射電路模塊對接收到的信號放大后發送至壓電陶瓷換能器，壓電陶瓷換能器根據接收到的信號產生能疊加的縱向振動，地面接收解碼系統通過鉆柱接收到振動信號，最后，地面接收解碼系統將接收到的振動信號還原為壓力和溫度的數據。
【文檔編號】E21B47/14GK106014394SQ201610501752
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月30日
【發明人】孫鵬, 周強, 羅維, 劉琛, 唐亮, 孟現波, 馬紅濱
【申請人】中國石油集團西部鉆探工程有限公司