[發明專利]測試聲波在鉆柱信道中傳輸及衰減特性的試驗裝置

有效

• 申請號: 201210394740.9
• 申請日: 2012-10-18
• 公開（公告）號: CN102900424A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 管志川;李志剛;劉永旺;趙國山;杜彬彬
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(華東)
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及石油與天然氣鉆井作業中的無線隨鉆測量技術領域，具體地說，涉及一種隨鉆測量過程中測試信息載體-聲波在鉆柱信道中傳播及衰減特性的試驗裝置。

背景技術

隨著油氣鉆井技術的不斷發展，人們迫切希望隨時掌握井下的實際工況和相關信息。如何實現鉆井信息的高速率、大容量、雙向傳輸一直是鉆井工程領域工作人員的研究熱點。其中，隨鉆測量技術就是為了滿足這一需要而應運而生。隨鉆測量技術大致可分為：有線隨鉆技術和無線隨鉆技術。由于有線隨鉆技術必須攜帶電纜的技術限制，無線隨鉆技術更受青睞。

現有的無線隨鉆測量技術主要有：泥漿脈沖、電磁波和聲波三大技術。聲波無線隨鉆測量技術是以聲鉆柱作為信道，以聲波作為信號載體，進行井下信息無線傳輸的方式。由于利用鉆柱作為鉆井信息高速傳輸的信道不用依賴于鉆井液的存在與否及性質差異，不受地層內磁性物質的干擾，為鉆井信息高速傳輸提供了得天獨厚的條件。此外，該方式還具有發射、中繼和接收設備結構簡單、成本較低、易于定向發射及傳播速度極快等優點，從而成為當前鉆井信息傳輸技術領域研究的熱點之一。然而聲波沿鉆柱信道傳播時，鉆柱本身的結構及鉆井液循環噪聲、地層性質、以及與井壁的接觸狀態等因素都影響著聲波信號的傳輸效果。因此，開展不同因素影響下聲波在鉆柱信道內的傳播及衰減特性研究是十分必要的。

目前，研究聲波在鉆柱信道中傳輸及衰減的手段主要依靠于理論計算，由于理論研究存在大量假設，要想評價其可信程度及修正理論計算結果需要進行大量室內及現場試驗。而直接依賴于現場試驗會影響正常的鉆井施工，增加鉆井作業的成本，甚至引起井下事故。

發明內容

本發明的目的在于針對現有隨鉆測量過程中聲波沿鉆柱信道傳播時存在的上述問題，提供了一種測試聲波在鉆柱信道中傳播及衰減特性的試驗裝置，該裝置安裝于實驗室內，能夠測試不同鉆具組合內不同性質的聲波在不同井眼環境中傳輸及衰減特性。

本發明的技術方案為：一種測試聲波在鉆柱信道中傳輸及衰減特性的試驗裝置，該裝置包括聲波發射系統、井筒模擬系統、模擬鉆柱和鉆井液循環系統；聲波發射系統由換能器和任意波發生器組成，任意波發生器通過換能器與模擬鉆柱連接；鉆井液循環系統與模擬鉆柱連接，用于完成鉆井液在井筒模擬系統與模擬鉆柱構成的環空及模擬鉆柱內的循環。

優選的是，井筒模擬系統包括模擬井筒和用于支撐模擬井筒的模擬井筒支撐架，模擬鉆柱安裝在模擬井筒內，模擬井筒的底部安裝有調節螺栓。

優選的是，模擬井筒由沿著軸線方向切開的、且切開面焊接有邊法蘭的短套管通過兩端焊接的模擬井筒法蘭連接組成，其上部設置有吊環，模擬井筒的邊法蘭之間、以及模擬法蘭之間采用橡膠條密封，并通過鎖緊螺栓緊固在模擬井筒上；模擬井筒的頂端開設有一個排氣閥，模擬井筒的兩端安裝有堵頭法蘭，堵頭法蘭通過法蘭卡緊套與模擬井筒法蘭連接，并通過設置在法蘭卡緊套上的邊法蘭緊固螺栓緊固。

優選的是，鉆井液循環系統包括鉆柱內鉆井液循環系統和環空鉆井液循環系統，其中，鉆柱內鉆井液循環系統用于完成鉆井液在模擬鉆柱內的循環，環空鉆井液循環系統用于完成鉆井液在模擬井筒與模擬鉆柱構成的環空內的循環。

優選的是，鉆柱內鉆井液循環系統包括鉆井液池I、泵I、鉆柱內液體流量計和泵I排量調節閥，泵I排量調節閥的一端位于鉆井液池I出口與鉆柱內液體流量計之間，用于調節鉆柱內鉆井液循環系統的流量及壓力，另一端位于鉆井液池I內，用于完成流體的回流；環空鉆井液循環系統包括鉆井液池II、泵II、環空液體流量計和泵II排量調節閥，泵II排量調節閥的一端位于鉆井液池II出口與環空液體流量計之間，用于調節環空鉆井液循環系統的流量及壓力，另一端位于鉆井液池II內，用于完成流體的回流。

優選的是，鉆柱內鉆井液循環系統還包括鉆柱內流體入口管匯、鉆柱內流體入口壓力表、鉆柱內流體出口管匯和鉆柱內流體出口壓力表，鉆柱內流體入口管匯設置在鉆柱內液體流量計和鉆柱內流體入口壓力表之間，鉆柱內流體出口管匯設置在鉆柱內流體出口壓力表和鉆井液池I之間；環空鉆井液循環系統還包括環空流體入口管匯、環空流體入口壓力表、環空流體出口管匯和環空流體出口壓力表，環空流體入口管匯設置在環空液體流量計和環空流體入口壓力表之間，環空流體出口管匯設置在環空流體出口壓力表和鉆井液池II之間。

優選的是，所述的試驗裝置還設置有控制系統，該控制系統包括360V交流電源、泵I開關和泵II開關組成，其中，360V交流電源為泵I和泵II提供動力，泵I開關用于控制泵I工作，泵II開關用于控制泵II工作。