一种气体钻井井底近钻头连续冲击震源短节的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石油、天然气钻井装备技术领域，具体涉及一种气体钻井井底近钻头连续冲击震源短节，该连续冲击震源短节主要用于气体钻井井底近钻头处产生地震波，获取的地震波信息可用于随钻地层信息和钻头位置的预测。
【背景技术】
[0002]近年来在用气体钻水平井、大斜度井的过程中时常会发生钻头偏离钻井轨迹的现象，导致该现象发生的原因通常是井眼轨迹设计过程中产生的设计误差。为解决上述问题，在钻井期间可以利用井底钻头附近振动产生的地震波实现对钻头轨迹的定位，并及时修改井眼轨迹。如在钻直井段时，利用在井底近钻头处和地表放置检波器的方式接收井底附近的振动，并对接收到的地震波信息进行处理，可以获取实时的地层参数，根据获取的地层参数可以预测钻头前方岩石类型、地层孔隙压力、地层出水层段、目的层的位置以及应力特殊的层段，减少钻井过程的资源物力的浪费；同时，也极大地避免了钻井事故的发生。
[0003]目前，上述随钻地震的井下震源是利用钻头轴向冲击产生的振动作为震源，利用钻头齿轮与地层的接触向地层发射地震波，通过在井口和地表放置检波器的方式接收地层反射回来的地震波，并对接收到地震波信息进行处理来预测地层信息和钻头轨迹。这种方式在使用过程中存在以下问题:(1)只适用于牙轮钻头，无法用于PDC钻头；(2)钻头的振动是随机的、冲击能量较小；(3)井底钻头的旋转会影响井底反射波的接收，同时，井底钻具组合的振动也会对钻头的振动产生影响；(4)井下钻头振动不适用于软地层、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减大。因此这种方式不利于对井底地层信息和钻头轨迹的预测。
[0004]基于上述钻头震源的不足，考虑将地震勘探震源用于井底钻头附近来产生地震波。同时，为避免井底钻具组合振动和钻头旋转对井底震源激发和接收的影响，井底钻头附近震源的激发和地震信号测量必须安排在钻井暂停或进行其它作业等相对安静的情况下进行，不干扰正常的钻井工作，不占用钻井时间。现有常用的地震勘探震源包括电火花震源、空气枪震源、气动震源和重锤震源等多种类型。其中，电火花震源和空气枪震源适用于海上作业，不适用于气体钻井过程中；气动震源是将可燃气体导入爆炸室，然后由电火花引爆，爆炸时产生的脉冲由爆炸室底板传至地下，该震源反作用力较大对钻压要求高，对爆炸室的强度要求也高，影响钻井安全，且单次冲击激发能量低，需要多次激发;重锤震源要求重锤的质量大，不易用于井下作业，且单次冲击的能量有限，一致性较差。
[0005]此外，气体钻井过程中所用的空气锤通过活塞连续冲击锤头产生脉冲震源，扫频水力脉冲震击器通过自驱动分流阀将流道中的泥浆流迅速切断从而产生脉冲震击，虽然空气锤和扫频水力脉冲震击器都可以用作井下震源，但是这两种震源在应用中也会遇到困难。首先，要想得到冲击速率的随机分布，需要几百次甚至上千次的冲击次数，接收时间通常可达几分钟，常规的地震记录仪器无法满足要求，需要专门的地震记录仪器才能实现，而且由于冲击时间很长也降低了勘探施工效率，增加了施工成本，对钻井的作业时间和安全性产生了影响。其次，尽管冲击次数很多，由于空气锤和扫频水力脉冲震击器的固有限制难以得到一个真正意义下的随机序列，因此，严重的相关噪声会对地震记录的信噪比产生较大影响。由于气体存在高压缩性，扫频水力脉冲震击器并不适用于在气体钻井中产生井下震源。
[0006]基于上述各种震源存在的问题，考虑采用带阀门的连续冲击震源短节，将可控震源线性(Chirp)扫描技术与Min1-SOSIE技术(以冲击夯作为震源)结合，产生由低频到高频的冲击，形成的冲击序列随机性好，冲击次数可以显著减少。通过脉冲编码技术使震源向地下激发出线性扫描脉冲信号，并采用解码技术将这种连续多次小能量激发情形的原始地震记录转换为等价的单次大能量激发的地震记录，可以压制相关噪声，提高地震记录的信噪比，从而实现对井底地层信息和钻头轨迹更加可靠、准确的预测。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提供一种气体钻井井底近钻头连续冲击震源短节，在钻直井段时可利用本实用新型产生的地震波来预测钻头前方的地层岩性、地层孔隙压力、地层出水层段，定位钻头位置，优化套管下入深度，降低钻遇危险层段的风险;在钻水平井段时可利用本实用新型产生的地震波来探测钻头到储层顶底边界的距离，保证钻头在储层的最佳位置钻进;并可用于邻井防碰检测。
[0008]本实用新型的目的通过以下技术方案来实现:一种气体钻井井底近钻头连续冲击震源短节，它包括短接本体、气缸体、活塞和配气装置;短接本体由外壳和上接头连接而成，气缸体安装在外壳内，气缸体包括气缸体外壁、气缸体内壁和气缸体底部，活塞配合安装在气缸体外壁和气缸体内壁之间，活塞可在气缸体内往复运动;气缸体外壁与外壳内壁之间设置下进气通道，活塞下端与外壳内壁之间形成下气室，下进气通道与下气室连通，气缸体底部上设置有上进气通道，活塞上端与气缸体之间形成上气室，上进气通道与上气室连通；配气装置包括配气盘、步进电机A、配气底座和流量阀，所述的配气盘安装在气缸体上部，配气盘还配合安装在配气底座内，所述的配气盘与步进电机A的输出轴连接，组成电控开关阀，配气底座配合安装在外壳内，配气盘与配气底座之间形成配气腔室，配气底座的上部设置有配气底座进气口，配气底座进气口处设置有流量阀。流量阀控制配气底座进气口的进气量，使气体以一定流量进入配气腔室，步进电机A带动配气盘旋转一定角度，使配气腔室内的气体分别通过不同的进气口进入上气室、下气室，驱动活塞做往复运动。
[0009]优选地，所述的外壳和上接头通过螺纹连接。
[0010]优选地，所述的螺纹为锥螺纹。锥螺纹连接可有效提高连接密封性能。
[0011]优选地，所述的外壳内壁与活塞下端配合处设置有密封圈。
[0012]优选地，所述的配气盘上沿圆周方向分别设置有若干个上进气口和若干个下进气口，上进气口设置在配气盘的内圆环上，下进气口设置在配气盘的外圆环上，所述的上进气口与上进气通道相对应;所述的下进气口与下进气通道相对应。
[0013]当不需要短节内部的活塞运动时，步进电机A带动配气盘旋转一定角度，使上进气口与上进气通道对齐，气体经过上气室直接进入短节中心的流体通道，最终经钻头喷嘴进入环空。
[0014]当钻头遇到特殊地层需要进行随钻地震勘探时，停止钻井并对钻头施加足够的钻压，防止钻头在活塞强大冲击力的作用下与地层脱耦。步进电机A带动配气盘转动，使得配气盘外圆环上的下进气口与下进气通道对齐，下气室开始进气，推动活塞向上运动，当活塞运动到一定距离时，下气室开始排气，在惯性的作用下活塞继续向上运动；运动一段距离后，通过步进电机A带动配气盘旋转一定角度使得配气盘内圆环上的上进气口与上进气通道对齐，上气室开始进气，活塞先做减速运动，然后加速向下冲击短节内部的砧板，同时通过步进电机A带动配气盘旋转关闭上进气口，上气室开始排气，依次循环上述过程，使活塞往复运动产生满足地震勘探需要的频率和振幅。虽然上气室开始进气的时候，进入上气室的气体会流入下进气通道，但因下进气通道是封闭的，所以不会影响上气室进气推动活塞的向下运动。停钻接收地震波是考虑到井下钻头旋转和井下钻具组合的振动对地震波激发和接收的影响，提高接收到的地震反射波品质。当钻遇到坚硬的地层，需要提高钻头的破岩能力时，活塞在气体作用下的往复运动连续冲击短节内部的砧板还可以提高钻头的破岩能力，从而提尚钻井速度。
[0015]优选地，所述的步进电机A输出端设置安装轴，安装轴安装在配气盘的中心处。
[0016]优选地，所述的流量阀为电控流量阀，所述的电控流量阀包括密封胶塞、调节杆、阀体、步进电机B和控制系统;所述的阀