控制閥14、控制器15和排放氣量流量計(jì)16,注氣流量控制閥14和排放 氣量流量計(jì)16分別連接于注氣管線與地面大氣環(huán)境18之間，注氣流量控制閥14與控制器 15的控制信號(hào)輸出端相連，信號(hào)接收傳感器12與控制器15的采樣信號(hào)輸入端連接。
[0042] 所述的氣液混合器13靠近鉆臺(tái)29及水龍頭10設(shè)置，盡量前移高壓注入管線28 的注氣點(diǎn)，靠近鉆臺(tái)29,有助于縮短最大注氣量轉(zhuǎn)換最小注氣量后有效接收信號(hào)的時(shí)間。
[0043] 所述的控制器15上設(shè)置有最小注氣量計(jì)算模塊，用于計(jì)算信號(hào)接收傳感器12能 夠正常接收壓力脈沖信號(hào)的臨界注氣量。
[0044] 所述的控制器15上設(shè)置有計(jì)時(shí)模塊，用于計(jì)算信號(hào)接收傳感器12接收一組完整 參數(shù)所需的最短時(shí)間。
[0045] 所述的控制器15上設(shè)置有最短切換時(shí)間計(jì)算模塊，用于根據(jù)最大注氣量條件下 的壓力脈沖信號(hào)傳輸距離計(jì)算最短切換時(shí)間。
[0046] 一種在充氣鉆井條件下使用泥漿脈沖傳輸井下信號(hào)的方法，包括以下步驟：
[0047] Sl :確定信號(hào)接收傳感器12能夠正常接收壓力脈沖信號(hào)的臨界注氣量即最小注 氣量Q4+:
[0048] 完全打開注氣流量控制閥14,注氣量從零開始；逐漸減小注氣流量控制閥14的開 度，增加注氣量（例如每次增加2m 3/min)并穩(wěn)定循環(huán)一周，信號(hào)接收傳感器12連續(xù)讀取井 下壓力脈沖信號(hào)，直到信號(hào)接收傳感器12接收不到壓力脈沖信號(hào)為止，該臨界時(shí)刻的注氣 量即為最小注氣量例如：〇、2、4、6、8m 3/min注氣量都可以正常接收信號(hào)，但在IOm3/ min時(shí)不能正常接收信號(hào)，則保證壓力脈沖信號(hào)正常傳輸?shù)呐R界注氣量為8m3/min。
[0049] S2 :確定信號(hào)接收傳感器12接收一組完整參數(shù)所需的最短時(shí)間:
[0050] 在最小注氣量、的條件下循環(huán)，記錄信號(hào)接收傳感器12接收到的壓力脈沖信 號(hào)，由讀取的壓力脈沖信號(hào)判斷讀取一組完整參數(shù)所需的最短時(shí)間-般情況下，對(duì)軌 跡控制作業(yè)中讀取一組井斜角、方位角、工具面角的最短時(shí)間約為半分鐘，對(duì)地質(zhì)導(dǎo)向作業(yè) 中讀取一組參數(shù)的時(shí)間在1~2分鐘之間。
[0051] S3 :確定最大注氣量條件下壓力脈沖信號(hào)的傳輸距離，進(jìn)而確定所需的最短 切換時(shí)間:
[0052] 完全關(guān)閉注氣流量控制閥14,達(dá)到最大注氣量，循環(huán)滿一周，此時(shí)地面的信號(hào) 接收傳感器12接收不到有效的壓力脈沖信號(hào)，在井內(nèi)的壓力脈沖信號(hào)只能從井底向上傳 輸?shù)骄畠?nèi)某個(gè)高度位置，該位置向下能夠接收到壓力脈沖信號(hào)，向上則接收不到；
[0053] 將注氣量由最大注氣量切換到最小注氣量、，隔一段時(shí)間后信號(hào)接收傳感 器12重新接收到有效的壓力脈沖信號(hào)，該段時(shí)間即為由最大注氣量切換到最小注氣量后 能夠有效接收到壓力脈沖信號(hào)的最短時(shí)間;
[0054] 計(jì)算氣液混合流體的體積、流量，并根據(jù)管道內(nèi)徑計(jì)算移動(dòng)距離，從而得到最大注 氣量條件下壓力脈沖信號(hào)的最大傳輸距離；一般鉆井條件下，該位置距離井口在200~ 500米之間。
[0055] S4 :校準(zhǔn)該鉆井條件下的注氣流量控制閥14 :
[0056] 在最大注氣量條件下，注氣流量控制閥14完全關(guān)閉；
[0057] 微調(diào)注氣流量控制閥14的開度，使注入井內(nèi)氣量為最小注氣量、時(shí)，排放氣量 為Q最* 最小，與排放氣量流量計(jì)16的讀數(shù)彳呆持一至女；
[0058] 調(diào)整閥門開度，繪制氣量-開度-壓力圖版，近似的，有氣量-開度-壓力圖版可 用，可以在壓力確定的條件下查出對(duì)應(yīng)氣量的閥門開度。
[0059] S5 :交替注氣施工：
[0060] Iam-一上述求得的由最大注氣量切換到最小注氣量后，能接收到有效信號(hào)的最 短時(shí)間；
[0061] 由接收到有效?目號(hào)到完整接收到一組參數(shù)的最短時(shí)間；
[0062] t最小 最小注氣量的注入持續(xù)時(shí)間：t最小=t切換+t接收；
[0063] 最大注氣量的注入持續(xù)時(shí)間；
[0064] 工程上確定的必需提供一組完整參數(shù)的時(shí)間間隔；
[0065] 計(jì)算最小注氣量Q最小的注入持續(xù)時(shí)間t最小=1:切換+t接收；
[0066] 向控制器15輸入t4小、t4大、Q4小參數(shù)，空壓機(jī)19以最大注氣量Q 4大工作，注氣流 量自動(dòng)控制單元17則通過注氣流量控制閥14自動(dòng)控制注氣量實(shí)現(xiàn)間隔變化注氣；
[0067] 如圖2所示，在持續(xù)以最大注氣量注氣時(shí)間后，以最小注氣量、注氣t 、時(shí)間完成一個(gè)交替周期，以此反復(fù)。
[0068] 假設(shè)，由工程計(jì)算得到的設(shè)計(jì)注氣量為QiSi+，則有如下關(guān)系：
[0069]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在充氣鉆井條件下使用泥漿脈沖傳輸井下信號(hào)的裝置，包括鉆井液輸送組件、 注氣組件、氣液混合器（13 )、鉆井組件和返出分離組件； 鉆井液輸送組件包括泥漿罐（21)和泥漿泵（20 )，泥漿罐（21)通過泥漿泵（20 )與氣液 混合器（13)的一個(gè)入口相連；注氣組件包括空壓機(jī)（19)，空壓機(jī)（19)通過注氣管線與氣液 混合器（13)的另一個(gè)入口連接； 鉆井組件包括壓力脈沖發(fā)生器（4)、鉆柱（5)、井筒（7)、返出口（8)和水龍頭（10)，返出 口（8)設(shè)置于井筒（7)的頂部，壓力脈沖發(fā)生器（4)設(shè)置于鉆柱（5)的底部，水龍頭（10)設(shè) 置于鉆柱（5)的頂部，水龍頭（10)通過立管（11)和高壓注入管線（28)與氣液混合器（13) 的出口相連； 返出分離組件通過返出管線（30)與返出口（8)相連； 其特征在于：還包括信號(hào)接收傳感器（12)和注氣流量自動(dòng)控制單元（17)，信號(hào)接收傳 感器（12)設(shè)置在立管（11)上；注氣流量自動(dòng)控制單元（17)包括注氣流量控制閥（14)、控 制器（15)和排放氣量流量計(jì)（16)，注氣流量控制閥（14)和排放氣量流量計(jì)（16)分別連接 于注氣管線與地面大氣環(huán)境（18)之間，注氣流量控制閥（14)與控制器（15)的控制信號(hào)輸 出端相連，信號(hào)接收傳感器（12)與控制器（15)的采樣信號(hào)輸入端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在充氣鉆井條件下使用泥漿脈沖傳輸井下信號(hào)的裝置， 其特征在于：所述的氣液混合器（13)靠近鉆臺(tái)（29)及水龍頭（10)設(shè)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在充氣鉆井條件下使用泥漿脈沖傳輸井下信號(hào)的裝置， 其特征在于：所述的控制器（15)上設(shè)置有最小注氣量計(jì)算模塊，用于計(jì)算信號(hào)接收傳感器 (12)能夠正常接收壓力脈沖信號(hào)的臨界注氣量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在充氣鉆井條件下使用泥漿脈沖傳輸井下信號(hào)的裝置， 其特征在于：所述的控制器（15)上設(shè)置有計(jì)時(shí)模塊，用于計(jì)算信號(hào)接收傳感器（12)接收一 組完整參數(shù)所需的最短時(shí)間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在充氣鉆井條件下使用泥漿脈沖傳輸井下信號(hào)的裝置， 其特征在于：所述的控制器（15)上設(shè)置有最短切換時(shí)間計(jì)算模塊，用于根據(jù)最大注氣量條 件下的壓力脈沖信號(hào)傳輸距離計(jì)算最短切換時(shí)間。
6. -種在充氣鉆井條件下使用泥漿脈沖傳輸井下信號(hào)的方法，其特征在于：包括以下 步驟： 51 :確定信號(hào)接收傳感器（12)能夠正常接收壓力脈沖信號(hào)的臨界注氣量即最小注氣 量^?。? 完全打開注氣流量控制閥（14)，注氣量從零開始；逐漸減小注氣流量控制閥（14)的開 度，增加注氣量并穩(wěn)定循環(huán)一周，信號(hào)接收傳感器（12)連續(xù)讀取井下壓力脈沖信號(hào)，直到信 號(hào)接收傳感器（12)接收不到壓力脈沖信號(hào)為止，該臨界時(shí)刻的注氣量即為最小注氣量Q ft ?。? 52 :確定信號(hào)接收傳感器（12)接收一組完整參數(shù)所需的最短時(shí)間 在最小注氣量、的條件下循環(huán)，記錄信號(hào)接收傳感器（12)接收到的壓力脈沖信號(hào)， 由讀取的壓力脈沖信號(hào)判斷讀取一組完整參數(shù)所需的最短時(shí)間; 53 :確定最大注氣量條件下壓力脈沖信號(hào)的傳輸距離，進(jìn)而確定所需的最短切換 時(shí)間 完全關(guān)閉注氣流量控制閥（14)，達(dá)到最大注氣量，循環(huán)滿一周，此時(shí)地面的信號(hào)接 收傳感器（12)接收不到有效的壓力脈沖信號(hào)，在井內(nèi)的壓力脈沖信號(hào)只能從井底向上傳輸 到井內(nèi)某個(gè)高度位置，該位置向下能夠接收到壓力脈沖信號(hào)，向上則接收不到； 將注氣量由最大注氣量切換到最小注氣量、，隔一段時(shí)間后信號(hào)接收傳感器 (12)重新接收到有效的壓力脈沖信號(hào)，該段時(shí)間即為由最大注氣量切換到最小注氣量后能 夠有效接收到壓力脈沖信號(hào)的最短時(shí)間; 計(jì)算氣液混合流體的體積、流量，并根據(jù)管道內(nèi)徑計(jì)算移動(dòng)距離，從而得到最大注氣量 條件下壓力脈沖信號(hào)的最大傳輸距離； 54 :校準(zhǔn)該鉆井條件下的注氣流量控制閥（14): 在最大注氣量條件下，注氣流量控制閥（14)完全關(guān)閉； 微調(diào)注氣流量控制閥（14)的開度，使注入井內(nèi)氣量為最小注氣量Q^+時(shí)，排放氣量為 Q最大-Q最小，與排放氣量流量計(jì)（16)的讀數(shù)保持一致； 55 :交替注氣施工： 計(jì)算最小注氣量Q?小的注入持續(xù)時(shí)間1：4小=1：切換+ t接收； 在持續(xù)以最大注氣量注氣時(shí)間后，以最小注氣量、注氣、時(shí)間完成一個(gè) 交替周期，以此反復(fù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在充氣鉆井條件下使用泥漿脈沖傳輸井下信號(hào)的裝置及方法，包括信號(hào)接收傳感器（12）和注氣流量自動(dòng)控制單元（17），信號(hào)接收傳感器（12）設(shè)置在立管（11）上；注氣流量自動(dòng)控制單元（17）包括注氣流量控制閥（14）、控制器（15）和排放氣量流量計(jì)（16），注氣流量控制閥（14）和排放氣量流量計(jì)（16）分別連接于注氣管線與地面大氣環(huán)境（18）之間，注氣流量控制閥（14）與控制器（15）的控制信號(hào)輸出端相連，信號(hào)接收傳感器（12）與控制器（15）的采樣信號(hào)輸入端連接。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)最大注氣量和最小注氣量的分時(shí)段間隔注氣，在最小注氣量時(shí)段有效傳輸信號(hào)，在最大注氣量時(shí)段放棄傳輸信號(hào)、保障井內(nèi)壓力控制所需的注氣體積。
【IPC分類】E21B47-18, E21B21-14, E21B21-08
【公開號(hào)】CN104632111
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410799774
【發(fā)明人】孟英峰, 李紅濤, 陳一健, 朱寬亮, 馬驍
【申請(qǐng)人】西南石油大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2014年12月19日