一种气体钻井井下可控震源短节的制作方法

本发明涉及石油与天然气钻井装备技术领域，具体涉及一种气体钻井井下可控震源短节。

背景技术：

气体钻井技术在深井提速和储层保护方面有显著的优势，但在气体钻井过程中一旦钻遇易垮塌层、易出水层和异常高压层等地层时，通常会发生钻头偏离预先设定的钻井轨迹。为避免出现这种情况，在气体钻井过程中，可以利用随钻地震勘探技术监测井底钻头附近振动产生的地震波，实现对钻头轨迹的定位，并及时修正井眼轨迹。随钻地震勘探技术是指利用钻井过程中钻头破岩产生的振动噪声为震源进行地震勘探，属于无源地震的范畴。随钻地震勘探技术通过识别钻前地质构造的反射，得到所钻地层和待钻地层的声学属性或弹性属性，提供前探功能。随钻地震勘探技术具有没有仪器设备下井风险，不干扰正常的钻井工作，不占用钻井时间，可在钻井现场实时地采集、分析和处理随钻地震数据，对井筒周围、钻头前方地层岩性和压力情况进行实时预测，减少钻井风险，提高钻井勘探效率，减少钻井资源的浪费等优点。

目前，国内气体钻井随钻地震勘探技术处于初级阶段。主要侧重于理论和方法的探索性研究，与国外相比存在较大差距，可用于现场应用的系列产品及配套设施较少。国外已经提供现场服务，不出售其产品。这样严重限制了我国随钻地震监测技术的发展和应用，加大了我国钻井的生产成本。因此，通过对可控震源及震动检测方法的研究，可以缩短我国随钻地震技术与国际先进水平的差距，可以打破国外在该技术的垄断，提高我国在该领域的国际竞争力，具有显著的经济效益和社会效益。

我国现有的随钻震源装置如“一种气体钻井井底近钻头连续冲击震源短节”（cn201520985386.6）和“一种随震激发泥枪震源装置”（cn201420299994.7），其结构和控制系统复杂，井下供电困难，且井底钻具组合的振动对反射波存在较大影响，控制振动频率的设备较多且复杂。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种气体钻井井下可控震源短节，该可控震源短节具有振动频率可控、使用寿命长、适用于井下恶劣环境和抗干扰能力强等优点，可广泛应用于气体钻井过程中随钻地震勘探技术，具有广阔的市场前景。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

一种气体钻井井下可控震源短节，包括套筒、横板、挡板、桶体、隔板、滑块、垫块、弹簧、二位三通电磁阀，所述套筒内固定有横板和挡板，横板和挡板之间固定有桶体，套筒和桶体组成的环形空间被隔板分成左腔室和右腔室，左右腔室相互密封不通气；所述桶体内有可上下滑动的滑块，桶体顶端固定有弹簧，弹簧位于滑块上方，桶体底端固定有垫块，桶体侧壁下端有通孔a，通孔a的高度低于垫块的高度，桶体侧壁上端有通孔b，通孔a、通孔b分别与左腔室、右腔室相连通；所述横板上开有通气孔a和通气孔b，通气孔a、通气孔b分别与左腔室、桶体相连通；所述横板上部安装有二位三通电磁阀；所述挡板上设有弧形孔，该弧形孔与右腔室相连通。

所述滑块与桶体内壁具有一定的空隙，不完全贴合，方便气流通过。

所述弹簧在滑块上方并对其具有缓冲和反弹的作用。

所述滑块底部和垫块均为硬质金属合金。

所述套筒的截面为圆形，所述套筒上端为锥孔，其内壁有内螺纹，套筒下端为锥形，其外壁有外螺纹，便于上端和下端连接外部件，使连接更紧密。

所述通孔a、通孔b分别与左腔室、右腔室相连通，通孔a、通孔b的截面为弧形。

所述二位三通电磁阀为一进两出电磁阀，该电磁阀控制气体经过通气孔a进入到左腔室或经过通气孔b进入到桶体内。

本发明便于安装和拆卸，定位于近钻头位置，可以控制振动的频率。

与现有技术相比，本发明使用方便快捷，能有效提高气体钻井过程中随钻地震勘探的精确度，增大其探测范围，提高钻井勘探效率。

附图说明

图1是本发明一种气体钻井井下可控震源短节的结构示意图。

图2是图1的a-a剖视图。

图3是图1的b-b剖视图。

图4是图1的c-c剖视图。

图中：1.套筒；2.挡板；2-1.弧形孔；3.垫块；4.桶体；4-1.通孔a；4-2.通孔b；5.滑块；6.弹簧；7.二位三通电磁阀；8.横板；8-1.通气孔a；8-2.通气孔b；9.隔板；10.左腔室；11.右腔室。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4所示。

一种气体钻井井下可控震源短节，主要由套筒1、横板8、挡板2、桶体4、隔板9、滑块5、垫块3、弹簧6、二位三通电磁阀7组成，所述套筒1内固定有横板8和挡板2，横板和挡板之间固定有桶体4，套筒和桶体组成的环形空间被隔板9分成左腔室10和右腔室11；所述桶体内有可上下滑动的滑块5，桶体顶端固定有弹簧6，弹簧位于滑块上方，桶体底端固定有垫块3，桶体侧壁下端有通孔a4-1，通孔a的高度低于垫块3的高度，桶体侧壁上端有通孔b4-2，通孔a、通孔b分别与左腔室10、右腔室11相连通；所述横板8上开有通气孔a8-1和通气孔b8-2，通气孔a、通气孔b分别与左腔室10、桶体4相连通；所述横板8上部安装有二位三通电磁阀7；所述挡板2设有弧形孔2-1，该弧形孔与右腔室11相连通。

本发明应用于空气钻井中的近钻头部位，安装时连接钻铤与钻杆。

气体钻井时，套筒1上方具有较高压强的空气，二位三通电磁阀7处于断电状态，气体通过二位三通电磁阀7从通气孔b8-2进入到桶体4内，再经过桶体4的通孔b4-2出去，滑块5由于重力作用停止在垫块3上，钻进时通气不影响空气锤的正常工作。

当停止钻进时，开启二位三通电磁阀7，套筒1上方具有较高压强的空气，控制气体通过二位三通电磁阀7从通气孔a8-1进入到套筒1与桶体4之间的左腔室10内，再经过桶体4的通孔a4-1进入桶体4内，由于通孔a4-1的位置比垫块3低，气体会将滑块5顶起并使其向上运动，当滑块5运动到通孔b4-2上方时，气体从通孔b4-2排出到套筒1与桶体4之间的右腔室11内，再通过弧形孔2-1从套筒1下端出去；由于气体压力较大，滑块5继续向上运动，直到碰撞弹簧6并使其收缩，保护横板8免于受损，弹簧6缓冲回弹，对滑块5产生一个向下的力，滑块5有向下运动的趋势；此时关闭二位三通电磁阀7，通气孔a8-1关闭，通气孔b8-2打开，气体从通气孔b8-2进入到桶体4，滑块5在弹簧6的弹力、自身重力和气体压力的共同作用下向下运动，撞击到垫块3上产生震动波，气体从通孔b4-2排出到套筒1与桶体4之间的右腔室11内，再从弧形孔2-1向下排出，不断开闭二位三通电磁阀7，实现滑块5上下移动并碰撞垫块3产生更多的震动波。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种气体钻井井下可控震源短节，由套筒1、横板8、挡板2、桶体4、隔板9、滑块5、垫块3、弹簧6、二位三通电磁阀7组成，套筒1内固定有横板8和挡板2，横板和挡板之间固定有桶体4，套筒和桶体组成的环形空间被隔板9分成左腔室10和右腔室11；桶体内有滑块5，顶端有弹簧6，底端有垫块3，桶体侧壁下端有通孔A 4‑1，上端有通孔B 4‑2，通孔A、通孔B分别与左、右腔室相连通；横板8有通气孔A 8‑1和通气孔B 8‑2，通气孔A、通气孔B分别与左腔室、桶体相连通；横板8上有二位三通电磁阀7；挡板2有弧形孔2‑1，该弧形孔与右腔室相连通。本发明振动频率可控，使用寿命长，抗干扰能力强，能提高气体钻井过程中随钻地震勘探的精确度。

技术研发人员：李皋;张蕴榕;简旭;许明
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2017.11.02
技术公布日：2018.01.05