[發明專利]井下脈沖信號發生器、傳輸壓力脈沖的方法、鉆鋌及鉆井設備

有效

• 申請號: 202010399273.3
• 申請日: 2020-05-12
• 公開（公告）號: CN111577261B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 劉慶波;底青云;王向陽;楊永友;謝棋軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: E21B47/20
• 分類號: E21B47/20;E21B17/16
• 代理公司: 北京君慧知識產權代理事務所(普通合伙) 11716
• 代理人: 吳紹群

本申請公開了一種井下脈沖信號發生器，包括外殼，所述外殼具有：中空腔體，以及分別與中空腔體連通的泥漿入口和泥漿出口，中空腔體內設置有：沿泥漿流動方向依次設置的初級閥體和次級閥體；用于驅動初級閥體旋轉的初級轉動件，用于驅動次級閥體旋轉的次級轉動件，初級轉動件和次級閥體均由泥漿驅動旋轉；用于調整所述溢流通道的溢流量的泥漿排量調節單元，以使流經初級轉動件的泥漿排量與流經次級轉動件的泥漿排量的差值為可調節變量，初級閥體和次級閥體能夠以可調節的轉速差運轉。本申請還公開了利用所述信號發生器在流體中傳輸壓力脈沖的方法，以及具有所述信號發生器的鉆鋌及鉆井設備。本申請能夠獲得可調節的信號頻率以適應不同的井深。

技術領域

本申請屬于石油井下儀器技術領域，尤其涉及一種井下脈沖信號發生器、傳輸壓力脈沖的方法、鉆鋌及鉆井設備。

背景技術

在石油鉆井中，尤其是在鉆大斜度井、水平井、多分支井等結構復雜需要特殊工藝井的過程中，需要操作人員實時掌握井下各種工藝參數，監測鉆井軌跡，并對鉆井參數及時調整優化，修正鉆井軌跡，達到安全高效鉆井的目的，因此隨鉆測量數據的實時傳輸的速率、準確性等成為鉆井作業的重要影響因素。

隨鉆測量和隨鉆測井是指在鉆井的過程中由鉆頭附近的測量儀器測得井下信息并傳送到地面上來。借助隨鉆測量和隨鉆測井技術，可以測得地面上難以測得的信息，如井下鉆頭的轉矩、扭矩、鉆壓、井斜角、方位角、工具面角、軸向拉力、三相加速度、地層巖石物理參數、反映地層特性的伽馬射線、電阻率等。利用隨鉆測量和測井技術可以對信息進行實時獲取，并通過隨鉆測量的地面軟件系統對這些信息進行數據處理，以方便操作人員實時掌握鉆頭的工作狀態，實現隨鉆底層的構造與模擬，完成地層評價，使鉆頭在油氣層中高效的前進。

隨著隨鉆測量和隨鉆測井技術的發展，方位側向電阻率成像隨鉆測井儀、伽馬成像隨鉆測井儀等多種隨鉆測井儀器相繼投入應用，隨鉆測量和測井技術的準確性取決于獲得井下信息的真實性和快速性，其關鍵技術是井下信息傳輸的載體、傳輸工具、傳輸速率及其在地面的信號接收、信號處理及解碼等。井下信息傳輸分為有線傳輸和無線傳輸兩種方式，目前無線傳輸因在井下作業過程中受限制較少而受到廣泛應用。

現有的無線傳輸方式按照傳輸通道和傳輸介質的不同主要分為聲波、電磁波、泥漿脈沖傳輸。其中，聲波傳輸技術目前尚未解決噪音、衰減等問題，因而處于試驗研究階段；電磁波傳輸技術受井深和地質條件的影響較大，應用范圍受到限制；泥漿脈沖傳輸技術借助泥漿脈沖發生器產生，目前商業應用作為廣泛。

泥漿脈沖傳輸方式按照借助泥漿脈沖類型的不同分為負脈沖、正脈沖和連續波信號傳輸。其中，負脈沖信號發生器存在污染，信號速率低，能量損失大的缺陷；正脈沖泥漿信號發生器目前應用廣泛，通常通過控制蘑菇頭阻塞泥漿通道的原理實現泥漿脈沖信號上傳，但其傳輸速率一般低于0.5-5bit/s，已經不能滿足多組隨鉆測量參數和測井參數同時實時上傳的要求；而且負脈沖傳輸和正脈沖屬于基帶傳輸，傳輸速率低，可靠性差，容易受干擾產生誤碼；連續波信號傳輸屬于頻帶傳輸，相對負脈沖和正脈沖傳輸而言，連續波信號傳輸的傳輸速率要快的多，同時還具有可靠性高、抗干擾能力強的優點，因此連續波信號傳輸具有較好的應用前景。

連續波信號發生器通過電機控制轉閥的轉子以一定的規律運動以改變泥漿液的流通面積，不同的鉆井液流通面積產生不同幅值的鉆井液壓力信號，利用鉆井液壓力信號實現井下數據的傳輸。具體而言，通過控制轉子的運轉方式，能夠實現泥漿鉆井液正弦壓力波信號幅值、頻率及相位的變化，從而實現隨鉆測量數據的調制，連續波信號發生器的數據傳輸速率要比泥漿負脈沖發生器和泥漿正脈沖發生器快得多，最高可達40bit/s。