一种在充气钻井条件下使用泥浆脉冲传输井下信号的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种在充气钻井条件下使用泥浆脉冲传输井下信号的装置。
【背景技术】
[0002]在勘探、开采石油与天然气的钻井过程中，经常需要将井下的某些传感器测得的工程参数传递到地面，例如:1、控压钻井中井下实测的压力和温度。2、定向井、水平井等轨迹控制钻井中井下实测的井斜角、方位角、工具面角等。3、地质导向钻井中井下实测的伽马、中子、电阻率等。有时也会遇到将地面信号传输到井下的需求，如:闭环地质导向钻井的轨迹控制中，将地面调整指令发送到井下，改变井下造斜工具的姿态参数，以期达到改变井眼轨迹的目的。
[0003]常规钻井条件下钻井液为液体，此时传输井下信号最常用的方法是“脉冲信号发生器”，它通过控制装在钻柱内的井下阀开度的大小，产生钻井液中的压力脉冲，此压力脉冲沿钻柱内液体向上传输，到达地面后被监测传感器记录。井下测量的参数变成编码，以压力波形式传递到地面，被接收之后解释出井下参数。这种传输技术被称之为“泥浆脉冲传输”(MWD--Measurement While Drilling)，是目前世界最广泛成功应用的主力技术。
[0004]然而，某些特殊情况下，人们必须向钻井液内注气，地面的气液两相流体通过钻柱流至井底，由井底通过环空返至地面。此种情况下，钻柱内向下流动的不是液体，而是气液混合流体。在这种情况下，由于压力波在含气流体中的衰减和畸变，井下脉冲发生器产生的压力波不能传输到地面，地面监测传感器接收不到有效信号，压力脉冲信号传输技术在此种条件下完全失效。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在通过钻杆向井内环空充气的充气钻井条件下，在常规压力脉冲仪器传输的技术条件下，既能连续间断传输井下信号，又能实现连续的阶段注气的充气钻井作业的在充气钻井条件下使用泥浆脉冲传输井下信号的装置。
[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的:一种在充气钻井条件下使用泥浆脉冲传输井下信号的装置，包括钻井液输送组件、注气控制组件、信号接收传感器、气液混合器、钻井组件和返出分离组件；
[0007]钻井液输送组件包括泥浆罐和泥浆泵，钻井液置于泥浆罐内，泥浆罐通过泥浆泵与气液混合器的一个入口相连；注气控制组件包括空压机和注气流量自动控制单元，空压机通过注气管线与气液混合器的另一个入口连接；注气流量自动控制单元包括注气流量控制阀、控制器和排放气量流量计，注气流量控制阀和排放气量流量计分别连接于注气管线与地面大气环境之间，注气流量控制阀与控制器的控制信号输出端相连，信号接收传感器设置在立管上，信号接收传感器与控制器的采样信号输入端连接；
[0008]钻井组件包括压力脉冲发生器、钻柱、井筒、返出口、井口组合和水龙头，钻柱与井筒之间形成环空，返出口和井口组合设置于井筒的顶部，压力脉冲发生器设置于钻柱的底部，水龙头设置于钻柱的顶部，水龙头通过立管和高压注入管线与气液混合器的出口相连；
[0009]返出分离组件通过返出管线与返出口相连。
[0010]所述的气液混合器靠近钻台及水龙头设置。
[0011]所述的返出分离组件包括气液固三相分离器和液相输送泵，返出口通过返出管线与气液固三相分离器的入口连接，气液固三相分离器的液相出口通过液相输送泵与泥浆罐相连。
[0012]所述的钻井组件还包括钻头和与钻头相匹配的喷嘴，喷嘴为高注入压力喷嘴。
[0013]所述的压力脉冲发生器为大功率脉冲发生器。
[0014]本实用新型的有益效果是:
[0015]I)气液混合器靠近钻台及水龙头设置，前移高压注入管线的注气点，有助于缩短最大注气量转换最小注气量后有效接收信号的时间。
[0016]2)喷嘴为与钻头匹配的高注入压力喷嘴，提高了注入压力，一方面有助于钻井的高效破岩，另一方面可以大幅度提高最大注气量下压力脉冲信号的可达深度。
[0017]3)压力脉冲发生器采用大功率脉冲发生器，有助于提高压力脉冲信号的传输距离。
[0018]可实现最大注气量和最小注气量的分时段间隔注气，在最小注气量时段有效传输信号，在最大注气量时段放弃传输信号、保障井内压力控制所需的注气体积。利用本实用新型，既实现了连续的阶段注气的充气钻井作业，又实现了连续间隔式传输井下信号的需求。最短信号传输间隔可以做到每10分钟一组，该采样密度可以满足一般地质导向钻井和轨迹控制钻井的要求。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型装置结构示意图；
[0020]图中，1-喷嘴，2-钻头，3-传感器，4-压力脉冲发生器，5-钻柱，6_环空，7_井筒，8-返出口，9-井口组合，10-水龙头，11-立管，12-信号接收传感器，13-气液混合器，14-注气流量控制阀，15-控制器，16-排放气量流量计，17-注气流量自动控制单元，18-地面大气环境，19-空压机，20-泥浆泵，21-泥浆罐，22-钻井液，23-气液固三相分离器，24-气相，25-液相，26-固相，27-液相输送泵，28-高压注入管线，29-钻台，30-返出管线。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
[0022]通过理论研宄、室内实验和现场试验，我们找到并验证了 2条重要的客观发现:1、充气钻井条件下，井下压力脉冲信号是否能传递到地面，与钻井过程中的充气量直接相关:一定钻井条件下，存在一个极限充气量。在小于此极限充气量的条件下，压力脉冲信号可以传递到地面；反之，在大于此极限充气量的条件下，压力脉冲信号不可以传递到地面。在常见钻井条件下该极限注气量的范围为6~10m3/min。2、在较大充气量条件下，虽然井下压力脉冲信号不能传递到地面，但并非在整个钻柱内都没有有效信号，而只是在上部一小段井段内没有有效信号。也就是说，在较大充气量条件下，井下压力脉冲信号向上传输，并沿传输路程衰减，直到达到某点时，信号能量衰减至背景噪声的能量水平，信号消失。在常见钻井条件下，这个信号消失的深度在距地面200至500米之间。