一种随钻孔底震源装置

技术领域

本发明涉及地层钻孔探测技术领域，特别涉及一种随钻震源装置。

背景技术

在地质钻探等各类工程钻孔中，需要准确测量钻孔的深度、地层精准识别等。现有技术中，钻孔深度一般是在钻孔结束后通人工亲点钻杆数量或者向钻孔中塞入铁丝等方式来测量，但这些检测方式存在工作量较大、效率低的技术问题，而基于随钻地震的地层识别中，采用钻头破碎岩石发出的振动信号由于能量小，适用孔深较浅。

在微震勘探中，人工震源用来携带有用的地质信息数据，通过地面的检波器采集经地层传播上来的震动信号。目前在地震勘探中常用的人工震源可以分为两类，一类是炸药震源，另一类是非炸药震源。炸药震源激发的地震波具有良好的脉冲特性和能量高的优点，是野外油气勘探激发地震波的主要震源；非炸药震源有落重式震源、气爆震源、电火花震源。但是前述的这些人工震源并不能跟随钻头在钻孔过程中实时产生。由于钻头本身切削破岩产生的微震信号较弱，地面难以有效接收，因此，需发明一种随钻孔底震源装置，以提高震源信号强度，通过震源装置产生强度更高、频率相对固定的震源信号，以利于地面检波器接收信号和后期滤噪处理。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种随钻孔底震源装置，以解决在钻探过程中跟随钻头实时产生频率相对固定且强度高的震动信号的技术问题。

本发明随钻孔底震源装置包括外套管、设置在外套管上端的进液接头、设置在外套管中的内管、固定在内管上端的压盖和固定插在内管下端中的隔套，且所述隔套固定在外套管的下端内，外套管和内管之间形成外环形腔体，进液接头上设置有与外环形腔体连通的第一通孔；

所述随钻孔底震源装置还包括与内管滑动配合的活塞，所述活塞包括圆杆体和形成在圆杆体上的上隔环和下隔环，上隔环和下隔环将圆杆体分隔成上杆段、中杆段和下杆段，下隔环的上端面面积小于其下端面面积，下杆段插在隔套中并与隔套内孔滑动密封配合；

所述内管的内壁上从上至下依次设置有第一环台、第二环台和第三环台，所述上杆段穿在第一环台中并与第一环台滑动密封配合，第一环台和压盖之间的密闭腔内充有压缩氮气；第一环台与第二环台将形成在内管和活塞之间的内环形腔体分成上环形腔段、中环形腔段和下环形腔段，内管上设置有连通外环形腔体和中环形腔段的第二通孔，活塞的圆杆体上设置有与上环形腔段连通的径向孔和与径向孔连接并沿轴向向下贯穿圆杆体的轴向孔；所述隔套的外侧面上设置有连通下环形腔段的轴向槽，隔套上还设置有与轴向槽下端连接的径向通孔；

在活塞的上隔环处于第二环台内时，上环形腔段和中环形腔段被隔断；在活塞的上隔环脱离第二环台内时，上环形腔段和中环形腔段连通；在活塞的下隔环处于第三环台内时，下环形腔段和中环形腔段被隔断；在活塞的下隔环脱离第三环台时，下环形腔段和中环形腔段连通。

进一步，所述压盖上设置有与内管配合的第一密封圈，所述内环上设置有与上杆段配合的第二密封圈。

进一步，所述上隔环的上端面面积大于其下端面面积。

本发明的有益效果：

本发明随钻孔底震源装置使用时安装在中空钻杆上，钻孔时跟随中空钻杆进入地层中，通过从中空钻杆内孔流入随钻孔底震源装置的钻井液驱动活塞沿轴向做有规律的往复运动，利用活塞有规律的撞击与外套管下端连接的钻头或取芯管尾从而发出频率相对固定、且强度高的震动信号，解决了在钻孔过程中跟随钻杆从钻孔底部实时向地面发送频率相对固定且强度高的震动信号的技术问题。

附图说明

图1为随钻孔底震源装置的结构示意图。

图2为活塞的结构示意图。

图3为内管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

本实施例中随钻孔底震源装置包括外套管1、设置在外套管上端的进液接头2、设置在外套管中的内管3、固定在内管上端的压盖4和固定插在内管下端中的隔套5，且所述隔套固定在外套管的下端内，外套管和内管之间形成外环形腔体6，进液接头上设置有与外环形腔体连通的第一通孔7。

所述随钻孔底震源装置还包括与内管滑动配合的活塞8，所述活塞包括圆杆体和形成在圆杆体上的上隔环81和下隔环82，上隔环和下隔环将圆杆体分隔成上杆段83、中杆段84和下杆段85，下隔环的上端面面积小于其下端面面积，下杆段插在隔套中并与隔套内孔滑动密封配合。

所述内管3的内壁上从上至下依次设置有第一环台31、第二环台32和第三环台33，所述上杆段穿在第一环台中并与第一环台滑动密封配合，第一环台和压盖之间的密闭腔9内充有压缩氮气；第一环台与第二环台将形成在内管和活塞之间的内环形腔体分成上环形腔段10、中环形腔段11和下环形腔段12，内管上设置有连通外环形腔体和中环形腔段的第二通孔13，活塞的圆杆体上设置有与上环形腔段连通的径向孔14和与径向孔连接并沿轴向向下贯穿圆杆体的轴向孔15；所述隔套的外侧面上设置有连通下环形腔段的轴向槽16，隔套上还设置有与轴向槽下端连接的径向通孔17。

在活塞的上隔环处于第二环台内时，上环形腔段和中环形腔段被隔断；在活塞的上隔环脱离第二环台内时，上环形腔段和中环形腔段连通；在活塞的下隔环处于第三环台内时，下环形腔段和中环形腔段被隔断；在活塞的下隔环脱离第三环台时，下环形腔段和中环形腔段连通。

作为对上述实施例的改进，所述上隔环的上端面面积大于其下端面面积。本改进使得可以借助上隔环两端的压力差来加速活塞停止向上运动并加快活塞向下运动。

作为对上述实施例的改进，所述压盖上设置有与内管配合的第一密封圈18，所述内环上设置有与上杆段配合的第二密封圈19。本改进进一步提高了对氮气的密封效果，能更好的避免氮气泄露。

本实施例中随钻孔底震源装置的工作原理如下：

在对地层进行钻孔时，将本实施例中随钻孔底震源装置安装在中空钻杆的前部，钻孔过程中通过钻杆内孔向随钻孔底震源装置输入钻井液，通过钻井液驱动活塞上下有规律的往复运动，通过活塞上下运动来敲击与外套管1下端连接的钻头或取芯管尾从而发出频率相对固定的震动信号。

在驱动活塞上移过程中，钻井液依次经进液接头2、第一通孔7、外环形腔体6、第二通孔13进入中环形腔段11和下环形腔段12，由于下隔环82的上端面面积小于其下端面面积，因此下隔环下端面承受的压力大于上端面承受的压力，在该压力差下活塞便会向上加速运动，同时活塞上移会压缩密闭腔9内的氮气，使密闭腔9内压力升高蓄能，当活塞往上运动至下隔环82进入第三环台33内时，中环形腔段11和下环形腔段12被隔断使得钻井液不再进入下环形腔段12，但此时活塞还会在惯性作用下继续往上运动直至上隔环81从第二环台32内脱离，在活塞上移过程中当下杆段85与径向通孔17分离时，下环形腔段12内的液体会通过径向通孔17排出，而进入上环形腔段10内的液体会通过径向孔14和轴向孔15排出。

在活塞惯性上移至上隔环81从第二环台32内脱出后，上环形腔段和中环形腔段连通，此时活塞会在高压氮气和上隔环两端压力差作用下快速减速至速度为0，然后活塞会在高压氮气和上隔环两端压力差作用下掉头并加速向下移动，活塞加速下移至下杆段端部与连接于外套管1下端连接的钻头或取芯管尾进行碰撞，从而产生震动信号。在完成一次敲击后，活塞又会在钻井液压力下向上运动，从而进入下一个循环，如此往复循环，即能向地面发送频率相对固定、且强度高的震动信号。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。