CN104863565B - 井下信息声传输用中空动力钻具钻进噪声控制工具及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种井下信息声传输用中空动力钻具钻进噪声控制工具及方法。包括控制器芯轴，防冲套环，防旋密封筒，防脱卡环，防脱流道控制筒；防冲套环安装在控制器芯轴的上部，防旋密封筒与防脱流道控制筒活动连接在一体，并且安装在控制器芯轴的中部，所述的防旋密封筒与防脱流道控制筒通过花键配合实现轴向可滑动、周向不旋转，所述的控制器芯轴的下部外壁上设有分流流道，通过与控制器芯轴滑动配合实现分流流道的开启与关闭。有益效果：1、可根据测斜过程的钻井状态启动及停止动力钻具的工作状态，从而从根本上抑制动力钻具工作引起的相关噪声；2、噪声控制器结构简单、长度极短；3、安装及使用方便，维修简单，安全性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻井工程机械，特别涉及一种井下信息声传输用中空动力钻具钻进噪声控制工具及方法，用于定向井测斜数据声传输时，抑制因开泵循环引起的中空动力钻具带动钻头滑磨井壁或井底的噪声。
背景技术
目前，在油田钻井工程中，利用声波作为载波，钻柱作为信息传输通道的井下信息传输技术可以提高井底数据的传输效率，减小数据传输对井内环境的依赖性，降低数据传输设备成本，因而成为井下信息无线传输领域研究的热点。然而，钻井过程中钻头破岩、钻井液循环及钻机工作等产生的噪声对声载波干扰问题始终未能够很好解决，最终影响着井下信息声传输技术的实现。钻井测斜过程中，需上提钻具并停止转盘或者顶驱旋转，保持开泵循环。钻具停止旋转，钻柱与井壁的摩擦噪声可消除，钻井液循环噪声亦强度较小，近似可以忽略。在诸多噪声之中，因开泵使得动力钻具工作，从而带动钻头与井壁或井眼的碰撞、摩擦产生的噪声因其强度大、频带宽的特性而成为井下信息传输声载波的最主要干扰因素。若能够使得测斜过程中动力钻具停止工作、钻进时动力钻具开始工作，则动力钻具钻进噪声可有效消除。因此，研发井下噪声控制器来根据钻井状态控制井下动力钻具的工作状态对定向井测斜过程中噪声的抑制及规避非常有意义，对井下信息声传输技术的实现具有重要作用。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种井下信息声传输用中空动力钻具钻进噪声控制工具及方法，实现测斜时停止动力钻具工作，钻进时启动动力钻具钻进，从而规避井下信息声传输过程钻头滑磨井壁的噪声，实现声载波无干扰传输的目的。
本发明提到的一种井下信息声传输用中空动力钻具钻进噪声控制工具，包括控制器芯轴（1）、防冲套环（2）、花键腔密封总成（3）、防旋密封筒（4）、防脱卡环（6）、防脱流道控制筒（7），所述的防冲套环（2）安装在控制器芯轴（1）的上部，防旋密封筒（4）与防脱流道控制筒（7）螺纹连接在一体，并且安装在控制器芯轴（1）的中部，所述的防旋密封筒（4）与防脱流道控制筒（7）通过花键配合，与控制器芯轴（1）实现轴向可滑动、周向不旋转，防脱卡环（6）安装于控制器芯轴（1）中部的防脱卡槽中，防旋密封筒（4）内侧安装花键腔密封总成（3）；所述的控制器芯轴（1）的下部外壁上设有分流流道（8），所述的防脱流道控制筒（7）的底部与控制器芯轴（1）滑动配合实现分流流道（8）的开启与关闭，所述的控制器芯轴（1）底端设有动力钻具中空喷嘴（9）。
上述的控制器芯轴（1）内部由上到下依次为钻具连接扣（101）、钻井液内流道（102）和动力钻具中空喷嘴（9），钻具连接扣（101）用于连接上部钻具组合，钻井液内流道（102）用于钻井液过流，动力钻具中空喷嘴（9）将流经钻井液内流道（102）的钻井液喷射入动力钻具转子中空腔内。
上述的控制器芯轴（1）外部由上到下依次为紧扣端面（103）、套环安装扣（104）、密封柱面（105）、外花键（106）、防脱卡槽（107）、流道控制轴面（108）、中空结构连接面（109），紧扣端面（103）为连接上部钻具提供紧扣空间；套环安装扣（104）与防冲套环（2）配合；外花键（106）与防旋密封筒（4）配合，实现防旋密封筒（4）与控制器芯轴（1）间周向不旋转；外花键（106）下侧的防脱卡槽（107）用于安装防脱卡环（6）；流道控制轴面（108）用于与防脱流道控制筒（7）配合实现动力钻具定子与转子间钻井液的过流控制；中空结构连接面（109）用于滑动连接动力钻具转子中空腔内表面；流道控制轴面（108）的下侧周向开有分流流道（8）。
上述的防冲套环（2）外部为圆柱面，防冲套环（2）内部由上到下依次为：心轴连接扣（201）、安装扶正面（202）、防冲击端面（203）；心轴连接扣（201）连接套环安装扣（104）从而使得防冲套环（2）安装于控制器芯轴（1）之上；安装扶正面（202）与密封柱面（105）间隙配合，从而实现防冲套环（2）安装过程中的扶正；防冲击端面（203）为防冲套环（2）底部端面，形状为圆环面，用于承受防冲套环（2）与防旋密封筒（4）产生的冲击；安装扶正面（202）上开有密封槽，用于安装密封从而实现安装扶正面（202）与密封柱面（105）间密封。
上述的防旋密封筒（4）外侧上部为密封筒外柱面（401），下部为防脱流道控制筒连接扣（403）；防旋密封筒（4）内侧上部为滑动密封端面（404），下部为内花键（405）；滑动密封端面（404）上开有密封槽，用于实现滑动密封端面（404）与密封柱面（105）间的密封；内花键（405）与外花键（106）可实现配合，用于实现防旋密封筒（4）与控制器芯轴（1）间周向不旋转；密封筒外柱面（401）与滑动密封端面（404）间开有密封注油孔（402），用于为密封注油润滑；密封筒外柱面（401）与内花键（405）间开有注油孔（5），用于为花键配合注油润滑。
上述防脱卡环（6）为内径大于防脱卡槽（107）直径，外径小于卡环限位面（705）直径的两个半圆圆环。
上述的防脱流道控制筒（7）外侧上部为防脱流道控制筒外柱面（701），中部为动力钻具外壳连接扣（702），下部为丝扣扶正面（703）；动力钻具外壳连接扣（702）用于连接动力钻具外壳；丝扣扶正面（703）用于为防脱流道控制筒（7）与动力钻具连接时提供居中扶正；防脱流道控制筒（7）外侧上部为密封筒连接扣（704），中部为卡环限位面（705），下部为流道控制孔面（706）；密封筒连接扣（704）为钻具连接扣，用于与防脱流道控制筒连接扣（403）配合连接，实现防脱流道控制筒（7）与防旋密封筒（4）的连接；卡环限位面（705）用于与防脱卡环（6）间隙配合实现防脱卡环（6）轴向固定于防脱卡槽（107）之内；流道控制孔面（706）用于与流道控制轴面（108）间隙配合实现对分流流道（8）的阻断及放开；流道控制孔面（706）上开有密封槽，用于安装密封从而实现安装流道控制轴面（108）与流道控制孔面（706）间密封。
本发明提到的一种井下信息声传输用中空动力钻具钻进噪声控制工具的使用方法，包括以下步骤：
（1）、测斜数据声传输过程：
测斜过程中，钻头提离井底，因摩擦力及重力作用，动力钻具拉动防旋密封筒与防脱流道控制筒的连接体相对于控制器芯轴（1）向下运动，控制器芯轴（1）上的分流流道（8）进入防脱流道控制筒（7）之内，通往动力钻具定子与转子腔体的流道被堵死，动力钻具停止旋转，而同时，控制器芯轴（1）上动力钻具中空喷嘴（9）仍保持于动力钻具转子中空之内，钻井液全部通过动力钻具转子中空流向井底，通过上述过程，在保证钻井液正常循环的前提下，消除了动力钻具旋转及动力钻具带动钻头滑磨井壁或井底的噪声；
（2）、正常钻井钻进过程中：
正常钻井钻进过程中，井底钻具受压，上部钻具推力推动防旋密封筒（4）与防脱流道控制筒（7）的螺纹连接体相对于控制器芯轴（1）向上运动，控制器芯轴（1）上的分流流道（8）推出防脱流道控制筒（7）之外，通往动力钻具定子与转子腔体的流道被打通，部分钻井液流入动力钻具定子与转子间的腔体，动力钻具开始旋转，而同时，控制器芯轴（1）上动力钻具中空喷嘴（9）仍保持于动力钻具转子中空之内，钻井液另一部分通过动力钻具转子中空流向井底，通过上述过程，实现了正常钻进过程中中空动力钻具旋转及中空动力钻具带动钻头破岩钻进。
相对于现有技术，本发明具有如下的有益效果：
1、可根据测斜过程的钻井状态启动及停止动力钻具的工作状态，从而从根本上抑制动力钻具工作引起的相关噪声；
2、噪声控制器结构简单、长度极短，使用时不影响动力钻具及随钻测量工具的工作，有益于长时间工作，有利于现场使用；
3、安装及使用方便，维修简单，安全性好，能够适应长时间工作于井下恶略环境之中。附图说明
图1是钻进噪声控制器测斜状态整体结构图；
图2是钻进噪声控制器钻进状态整体结构图；
图3是钻进噪声控制器A-A剖面图；
图4是控制器芯轴结构图；
图5是防冲套环结构图；
图6是防旋密封筒结构图；
图7是防脱流道控制筒结构图；
图中：控制器芯轴1、防冲套环2、花键腔密封总成3、防旋密封筒4、注油孔5、防脱卡环6、防脱流道控制筒7、分流流道8、动力钻具中空喷嘴9、钻具连接扣101、钻井液内流道102、紧扣端面103、套环安装扣104、密封柱面105、外花键106、防脱卡槽107、流道控制轴面108、中空结构连接面109、心轴连接扣201、安装扶正面202、防冲击端面203、密封筒外柱面401、密封注油孔402、防脱流道控制筒连接扣403、滑动密封端面404、内花键405、防脱流道控制筒外柱面701、动力钻具外壳连接扣702、丝扣扶正面703、密封筒连接扣704、卡环限位面705、流道控制孔面706。
具体实施方式
参照附图1、图2、图3，本发明提到的一种井下信息声传输用中空动力钻具钻进噪声控制工具，包括控制器芯轴1，防冲套环2，防旋密封筒4，防脱卡环6，防脱流道控制筒7；防冲套环2安装在控制器芯轴1的上部，防旋密封筒4与防脱流道控制筒7螺纹连接在一体，并且安装在控制器芯轴1的中部，所述的防旋密封筒4与防脱流道控制筒7通过花键配合实现与控制器芯轴1轴向可滑动、周向不旋转，防脱卡环6安装于控制器芯轴1中部的防脱卡槽中，防旋密封筒4内侧安装花键腔密封总成3；所述的控制器芯轴1的下部外壁上设有分流流道8，所述的防脱流道控制筒7的底部与控制器芯轴1滑动配合实现分流流道8的开启与关闭，所述的控制器芯轴1底端设有动力钻具中空喷嘴9。
如图4所示，所述的控制器芯轴1内部由上到下依次为钻具连接扣101，钻井液内流道102，动力钻具中空喷嘴9；钻具连接扣101用于连接上部钻具组合；钻井液内流道102用于钻井液过流；动力钻具中空喷嘴9将流经钻井液内流道102的钻井液喷射入动力钻具转子中空腔内；控制器芯轴1外部由上到下依次为紧扣端面103，套环安装扣104，密封柱面105，外花键106，防脱卡槽107，流道控制轴面108，中空结构连接面109；紧扣端面103外径与上部钻具外径相同，用于为连接上部钻具提供紧扣空间；套环安装扣104用于安装防冲套环2；密封柱面105直径小于套环安装扣104小径，用于为防旋密封筒4与控制器芯轴1间相对轴向滑动提供密封面；外花键106大径略小于密封柱面105直径，用于与防旋密封筒4配合，实现防旋密封筒4与控制器芯轴1间周向不旋转；防脱卡槽107内圆柱面直径小于外花键106小径，用于安装防脱卡环6；流道控制轴面108直径大于防脱卡槽107内圆柱面直径，小于外花键106大径，用于与防脱流道控制筒7配合实现动力钻具定子与转子间钻井液的过流控制；中空结构连接面109直径小于流道控制轴面108直径，用于滑动连接动力钻具转子中空腔内表面；流道控制轴面108与钻井液内流道102间周向开有分流流道8。
如图5所示，防冲套环2外部为圆柱面，其直径等于紧扣端面103外径；防冲套环2内部由上到下依次为：心轴连接扣201，安装扶正面202，防冲击端面203；心轴连接扣201扣型与套环安装扣104相同，用于连接套环安装扣104从而使得防冲套环2安装于控制器芯轴1之上；安装扶正面202直径大于密封柱面105，与密封柱面105间隙配合，从而实现防冲套环2安装过程中的扶正；防冲击端面203为防冲套环2底部端面，形状为圆环面，用于承受防冲套环2与防旋密封筒4产生的冲击；安装扶正面202上开有密封槽，用于安装密封从而实现安装扶正面202与密封柱面105间密封。
如图6所示，防旋密封筒4外侧上部为密封筒外柱面401，下部为防脱流道控制筒连接扣403；密封筒外柱面401为直径等于紧扣端面103的圆柱面；防脱流道控制筒连接扣403用于连接防脱流道控制筒7；防旋密封筒4内侧上部为滑动密封端面404，下部为内花键405；滑动密封端面404为直径小于密封柱面105的圆柱面，其上开有密封槽，用于实现滑动密封端面404与密封柱面105间的密封；内花键405与外花键106可实现配合，用于实现防旋密封筒4与控制器芯轴1间周向不旋转；密封筒外柱面401与滑动密封端面404间开有密封注油孔402，用于为密封注油润滑；密封筒外柱面401与内花键405间开有注油孔5，用于为花键配合注油润滑。
所述防脱卡环6为内径大于防脱卡槽107直径，外径小于卡环限位面705直径的两个半圆圆环。
如图7所示，防脱流道控制筒7外侧上部为防脱流道控制筒外柱面701，中部为动力钻具外壳连接扣702，下部为丝扣扶正面703；防脱流道控制筒外柱面701为直径等于紧扣端面103的圆柱面；动力钻具外壳连接扣702为钻具连接扣，用于连接动力钻具外壳，该扣可以为公扣或母扣；丝扣扶正面703为直径小于动力钻具外壳连接扣702小端小径的圆柱面，用于为防脱流道控制筒7与动力钻具连接时提供居中扶正；防脱流道控制筒7外侧上部为密封筒连接扣704，中部为卡环限位面705，下部为流道控制孔面706；密封筒连接扣704为钻具连接扣，用于与防脱流道控制筒连接扣403配合连接，实现防脱流道控制筒7与防旋密封筒4的连接；卡环限位面705为直径大于防脱卡环6外圆柱面的内圆柱面，用于与防脱卡环6间隙配合实现防脱卡环6轴向固定于防脱卡槽107之内；流道控制孔面706为直径大于流道控制轴面108的内圆柱面，用于与流道控制轴面108间隙配合实现对分流流道8的阻断及放开；流道控制孔面706上开有密封槽，用于安装密封从而实现安装流道控制轴面108与流道控制孔面706间密封。
本发明提到的井下信息声传输用中空动力钻具钻进噪声控制工具的连接关系：
防冲套环2通过心轴连接扣201与套环安装扣104螺纹连接安装于控制器芯轴1上部；防旋密封筒4与防脱流道控制筒7通过防脱流道控制筒连接扣403与密封筒连接扣704螺纹连接成一体，安装于控制器芯轴1中部，防旋密封筒4与防脱流道控制筒7螺纹连接体通过外花键106与内花键405的配合实现轴向可滑动、周向不旋转；防脱卡环6安装于控制器芯轴1中部防脱卡槽107中，防脱流道控制筒7的卡环限位面之内；注油孔5上安装有油堵；防旋密封筒4滑动密封端面404内安装花键腔密封总成3。
本发明提到的井下信息声传输用中空动力钻具钻进噪声控制工具的使用方法：
1）测斜数据声传输过程：
如图1所示，测斜过程中，钻头提离井底，因摩擦力及重力作用，动力钻具拉动防旋密封筒4与防脱流道控制筒7的螺纹连接体相对于控制器芯轴1向下运动，控制器芯轴1上的分流流道8进入防脱流道控制筒7之内，通往动力钻具定子与转子腔体的流道被堵死，动力钻具停止旋转，而同时，控制器芯轴1上动力钻具中空喷嘴9仍保持于动力钻具转子中空之内，钻井液全部通过动力钻具转子中空流向井底，通过上述过程，在保证钻井液正常循环的前提下，消除了动力钻具旋转及动力钻具带动钻头滑磨井壁或井底的噪声。
2）正常钻井钻进过程中：
如图2所示，正常钻井钻进过程中，井底钻具受压，上部钻具推力推动防旋密封筒4与防脱流道控制筒7的螺纹连接体相对于控制器芯轴1向上运动，控制器芯轴1上的分流流道8推出防脱流道控制筒7之外，通往动力钻具定子与转子腔体的流道被打通，部分钻井液流入动力钻具定子与转子间的腔体，动力钻具开始旋转，而同时，控制器芯轴1上动力钻具中空喷嘴9仍保持于动力钻具转子中空之内，钻井液另一部分通过动力钻具转子中空流向井底，通过上述过程，实现了正常钻进过程中中空动力钻具旋转及中空动力钻具带动钻头破岩钻进。
Claims (6)
1.一种井下信息声传输用中空动力钻具钻进噪声控制工具，其特征是：包括控制器芯轴（1）、防冲套环（2）、花键腔密封总成（3）、防旋密封筒（4）、防脱卡环（6）、防脱流道控制筒（7），所述的防冲套环（2）安装在控制器芯轴（1）的上部，防旋密封筒（4）与防脱流道控制筒（7）螺纹连接在一体，并且安装在控制器芯轴（1）的中部，所述的防旋密封筒（4）与防脱流道控制筒（7）通过花键配合，并与控制器芯轴（1）实现轴向可滑动、周向不旋转，防脱卡环（6）安装于控制器芯轴（1）中部的防脱卡槽中，防旋密封筒（4）内侧安装花键腔密封总成（3）；所述的控制器芯轴（1）的下部外壁上设有分流流道（8），所述的防脱流道控制筒（7）的底部与控制器芯轴（1）滑动配合实现分流流道（8）的开启与关闭，所述的控制器芯轴（1）底端设有动力钻具中空喷嘴（9）。
2.根据权利要求1所述的井下信息声传输用中空动力钻具钻进噪声控制工具，其特征是：所述的控制器芯轴（1）内部由上到下依次为钻具连接扣（101）、钻井液内流道（102）和动力钻具中空喷嘴（9），钻具连接扣（101）用于连接上部钻具组合，钻井液内流道（102）用于钻井液过流，动力钻具中空喷嘴（9）将流经钻井液内流道（102）的钻井液喷射入动力钻具转子中空腔内。
3.根据权利要求2所述的井下信息声传输用中空动力钻具钻进噪声控制工具，其特征是：所述的控制器芯轴（1）外部由上到下依次为紧扣端面（103）、套环安装扣（104）、密封柱面（105）、外花键（106）、防脱卡槽（107）、流道控制轴面（108）、中空结构连接面（109），紧扣端面（103）为连接上部钻具提供紧扣空间；套环安装扣（104）与防冲套环（2）配合；外花键（106）与防旋密封筒（4）配合，实现防旋密封筒（4）与控制器芯轴（1）间周向不旋转；外花键（106）下侧的防脱卡槽（107）用于安装防脱卡环（6）；流道控制轴面（108）用于与防脱流道控制筒（7）配合实现动力钻具定子与转子间钻井液的过流控制；中空结构连接面（109）用于滑动连接动力钻具转子中空腔内表面；流道控制轴面（108）的下侧周向开有分流流道（8）。
4.根据权利要求1所述的井下信息声传输用中空动力钻具钻进噪声控制工具，其特征是：所述的防冲套环（2）外部为圆柱面，防冲套环（2）内部由上到下依次为：心轴连接扣（201）、安装扶正面（202）、防冲击端面（203）；心轴连接扣（201）连接套环安装扣（104）从而使得防冲套环（2）安装于控制器芯轴（1）之上；安装扶正面（202）与密封柱面（105）间隙配合，从而实现防冲套环（2）安装过程中的扶正；防冲击端面（203）为防冲套环（2）底部端面，形状为圆环面，用于承受防冲套环（2）与防旋密封筒（4）产生的冲击；安装扶正面（202）上开有密封槽，用于安装密封从而实现安装扶正面（202）与密封柱面（105）间密封。
5.根据权利要求1所述的井下信息声传输用中空动力钻具钻进噪声控制工具，其特征是：所述的防旋密封筒（4）外侧上部为密封筒外柱面（401），下部为防脱流道控制筒连接扣（403）；防旋密封筒（4）内侧上部为滑动密封端面（404），下部为内花键（405）；滑动密封端面（404）上开有密封槽，用于实现滑动密封端面（404）与密封柱面（105）间的密封；内花键（405）与外花键（106）可实现配合，用于实现防旋密封筒（4）与控制器芯轴（1）间周向不旋转；密封筒外柱面（401）与滑动密封端面（404）间开有密封注油孔（402），用于为密封注油润滑；密封筒外柱面（401）与内花键（405）间开有注油孔（5），用于为花键配合注油润滑。
6.根据权利要求1所述的井下信息声传输用中空动力钻具钻进噪声控制工具，其特征是：所述防脱卡环（6）为内径大于防脱卡槽（107）直径，外径小于卡环限位面（705）直径的两个半圆圆环。
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