脈沖發(fā)生裝置、鉆桿膠塞智能定位系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了應(yīng)用在尾管完井過程中的一種鉆桿膠塞智能定位用的脈沖發(fā)生裝置，所述脈沖發(fā)生裝置包括沖擊機(jī)構(gòu)；電機(jī)，所述電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)連接沖擊蓋板，并能夠帶動沖擊蓋板至少做上下往復(fù)運(yùn)動，以使得沖擊蓋板與其周圍的流體相互作用并產(chǎn)生壓力波；外殼，所述電機(jī)和至少一部分的所述傳動機(jī)構(gòu)被安裝在所述外殼內(nèi)。能夠隨鉆桿膠塞共同輸送使用，在輸送過程中，沖擊蓋板在縱向的往復(fù)運(yùn)動下與周圍的流體不斷產(chǎn)生連續(xù)的壓力脈沖波，形成連續(xù)的、實(shí)時的脈沖信號供壓力傳感器采集，這種連續(xù)的工作方式可以避免固井碰壓時存在的碰壓不明顯或碰壓失效的情況。本發(fā)明還提供了包含該裝置的鉆桿膠塞智能定位系統(tǒng)和方法。
【專利說明】
脈沖發(fā)生裝置、鉆桿膠塞智能定位系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及鉆探技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種脈沖發(fā)生裝置，并提供含有脈沖發(fā)生裝 置的鉆桿膠塞智能定位系統(tǒng)，以及利用該系統(tǒng)的定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 尾管碰壓式完井技術(shù)在目前固井施工中扮演著重要角色，由于其施工簡便，不需 要下內(nèi)管柱或通井鉆塞，因而備受推崇。但隨著井深的增加，在施工過程中，由于碰壓壓力 的不明顯，不能正確判斷碰壓膠塞是否真正到底，時常出現(xiàn)少替留塞、多替留空等工程事故 的發(fā)生，給整個固井施工帶來風(fēng)險。
[0003] 中國專利CN202338336U提供了一種用于碰壓式完井工藝的信號膠塞，該專利利用 尾管碰壓式完井技術(shù)，通過其裝置的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，在井下實(shí)現(xiàn)二次碰壓。該專利實(shí)現(xiàn)了將壓力 信號反饋至地面，為施工人員判斷泥漿頂替液量提供了一定依據(jù)。然而該專利無法產(chǎn)生連 續(xù)的壓力信號，因此無法實(shí)時監(jiān)測膠塞于井中的位置，僅在一定程度上彌補(bǔ)了現(xiàn)有深井、超 深井尾管固井碰壓不明顯或不碰壓的不足。
[0004] "楊超.諧振膠塞監(jiān)測控制系統(tǒng)[D].西安：西安科技大學(xué)，2013."中披露了一種諧 振膠塞監(jiān)測控制系統(tǒng)，其裝置可在固井工作結(jié)束后進(jìn)行回收，讀取其中存儲的信息，了解膠 塞在井下的工作過程。然而其設(shè)計需建立在固井工作正常進(jìn)行的前提下，且膠塞在井下的 工作過程也僅能在工作結(jié)束后獲得，無法即時了解膠塞在井下的實(shí)際狀態(tài)，不能解決固井 工作中遇見的特殊情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 已知的一些鉆桿膠塞智能定位系統(tǒng)無法產(chǎn)生連續(xù)的壓力信號，因此無法實(shí)時監(jiān)測 膠塞在井中的位置，不能完全解決碰壓不明顯或不碰壓的問題，另外一些已知的鉆桿膠塞 智能定位裝置需要在固井工作結(jié)束后進(jìn)行回收，才能夠讀取解膠塞在井下的實(shí)際狀態(tài)信 息。
[0006] 本發(fā)明至少為解決上述技術(shù)問題的一部分而作出，并能夠作為以下的實(shí)施方式 來實(shí)現(xiàn)。
[0007] 第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種鉆桿膠塞智能定位用的脈沖發(fā)生裝置，所述脈 沖發(fā)生裝置包括
[0008] 沖擊部；
[0009] 電機(jī)，所述電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)連接沖擊部，并能夠帶動沖擊部至少做上下往復(fù)運(yùn) 動，以使得沖擊部與其周圍的流體相互作用并產(chǎn)生壓力波；
[0010] 外殼，所述電機(jī)和至少一部分的所述傳動機(jī)構(gòu)被安裝在所述外殼內(nèi)。
[0011] 可選地或優(yōu)選地，所述傳動機(jī)構(gòu)包括：
[0012] 曲柄連桿機(jī)構(gòu)，所述曲柄連桿機(jī)構(gòu)被設(shè)計成在所述電機(jī)驅(qū)動下，將轉(zhuǎn)動運(yùn)動轉(zhuǎn)換 為縱向的往復(fù)運(yùn)動。
[0013 ]可選地或優(yōu)選地，所述曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括
[0014] 第一轉(zhuǎn)軸，所述第一轉(zhuǎn)軸被配置為在所述電機(jī)的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動；
[0015] 第一銷軸，所述第一銷軸設(shè)置在第一轉(zhuǎn)軸的端部的非軸心處，以使得第一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn) 動時帶動第一銷軸做圓周運(yùn)動；
[0016] 推送部，所述推送部的上端從所述外殼穿出并與所述沖擊部連接；
[0017] 連桿，所述連桿的一端套接在第一銷軸上，另一端通過第二銷軸與所述推送部連 接，以帶動推送部推動所述沖擊部做往復(fù)運(yùn)動。
[0018] 可選地或優(yōu)選地，所述電機(jī)位于外殼中的下部，電機(jī)的輸出軸朝向上方，所述曲柄 連桿機(jī)構(gòu)包括
[0019] 相互交錯的第一轉(zhuǎn)軸和第二轉(zhuǎn)軸，第二轉(zhuǎn)軸由電機(jī)驅(qū)動，并通過傳動組件與第一 轉(zhuǎn)軸關(guān)聯(lián)，以改變傳動方向；
[0020] 第一銷軸，所述第一銷軸設(shè)置在第一轉(zhuǎn)軸的端部的非軸心處，以使得第一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn) 動時帶動第一銷軸做圓周運(yùn)動；
[0021] 推送部，所述推送部的上端從所述外殼穿出并與所述沖擊部連接；
[0022] 連桿，所述連桿的一端套接在第一銷軸上，另一端通過第二銷軸與所述推送部連 接，以帶動推送部推動所述沖擊部做往復(fù)運(yùn)動。
[0023] 可選地或優(yōu)選地，所述推送部為桿狀，桿的一端通過外殼上部的孔穿出并與所述 沖擊部連接，另一端設(shè)置所述第二銷軸。
[0024] 可選地或優(yōu)選地，所述傳動組件為錐形齒輪組，雙曲面齒輪組，交錯軸斜齒輪組 或蝸輪蝸桿。
[0025] 可選地或優(yōu)選地，所述推送部為桿狀，桿的一端通過外殼上部的孔穿出并與所述 沖擊部連接，另一端通過所述第二銷軸與連桿連接。
[0026] 可選地或優(yōu)選地，所述沖擊部為扁平狀結(jié)構(gòu)。
[0027] 可選地或優(yōu)選地，所述脈沖發(fā)生裝置還包括設(shè)于所述外殼供所述推送部穿出位置 的密封裝置。
[0028] 上述的鉆桿膠塞智能定位用的脈沖發(fā)生裝置，能夠隨鉆桿膠塞共同輸送使用，在 輸送過程中，沖擊部在縱向的往復(fù)運(yùn)動下與周圍的流體不斷產(chǎn)生連續(xù)的壓力波，形成連續(xù) 的、實(shí)時的脈沖信號供壓力傳感器采集，這種連續(xù)的工作方式還可以避免有限次碰壓時存 在的碰壓不明顯或碰壓失效的情況。
[0029] 第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種鉆桿膠塞智能定位系統(tǒng)，第一方面中提供的所 述的脈沖發(fā)生裝置，以及壓力傳感器，信號調(diào)理單元、A/D轉(zhuǎn)換器和計算單元；
[0030] 所述壓力傳感器檢測脈沖發(fā)生裝置產(chǎn)生的壓力波并與信號調(diào)理單元通信連接；
[0031] 所述信號調(diào)理單元與A/D轉(zhuǎn)換器通信連接，將信號的特性參數(shù)調(diào)理到A/D轉(zhuǎn)換器可 接收的范圍內(nèi)，以使得A/D轉(zhuǎn)換器將壓力波的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
[0032] 所述計算單元與A/D轉(zhuǎn)換器通信連接，并根據(jù)接收到的壓力波脈沖信號計算鉆桿 膠塞的輸送距離。
[0033]通過壓力傳感器接收到來自脈沖發(fā)生裝置發(fā)送的連續(xù)的脈沖信號，利用信號調(diào)理 單元與A/D轉(zhuǎn)換器對信號進(jìn)行調(diào)理和轉(zhuǎn)換，并通過計算單元根據(jù)一定公式計算后，可以實(shí)時 地獲取鉆桿膠塞的輸送距離。
[0034]第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種使用第二方面所述的鉆桿膠塞智能定位系統(tǒng)， 進(jìn)一步還包括
[0035]計算傳輸速度c:
[0036]所述傳輸速度c通過以下公式得到：
[0038]根據(jù)傳輸速度計算衰減因子L:
[0039] 所述衰減因子L通過如下公式得到：
[0040]
[0041]根據(jù)衰減因子和脈沖信號強(qiáng)度計算出鉆桿膠塞的輸送距離，其計算公式為：
[0045] 各個符號的含義為：
[0046] c-脈沖信號的粘頻傳輸速度，單位為m/s;
[0047] c〇一脈沖信號的時域傳輸速度，單位為m/s;
[0048] Rf-平均水力摩擦系數(shù)，無因次；
[0049] ω -連續(xù)波脈沖發(fā)生器的脈沖角頻率；
[0050] ρ-頂替液的密度，單位為kg/m;
[0051] Pg-氣體的密度，單位為kg/m;
[0052] Pi-液體的密度，單位為kg/m;
[0053] -體積含氣率，單位為m3/m3;
[0054] 心一氣體的體積彈性模量，單位為Pa;
[0055] 心一液體的體積彈性模量，單位為Pa;
[0056] E-管材的彈性模量，單位為Pa;
[0057] e-管道內(nèi)徑，單位為m;
[0058] D-管道壁厚，單位為m;
[0059] -管材的泊桑比；
[0060] μ-頂替液的粘度，單位為Pa · s。
[0061] p-脈沖信號的強(qiáng)度，單位為Pa;
[0062] po-脈沖信號的初始強(qiáng)度，單位為Pa;
[0063] X-傳輸距離，單位為m;
[0064] L 一衰減因子，即脈沖信號衰減到初始強(qiáng)度1/e時的傳輸距離，單位為m。
[0065] 在計算過程中，本發(fā)明改進(jìn)了粘頻傳輸模型，即利用脈沖信號的衰減，考慮傳輸介 質(zhì)的粘度和脈沖頻率，并根據(jù)傳輸信道的無固相特點(diǎn)提出一種更為全面而準(zhǔn)確的信道傳輸 模型，從而更加準(zhǔn)確的計算出傳輸距離。
【附圖說明】
[0066] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的脈沖發(fā)生裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0067] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的脈沖發(fā)生裝置的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0068] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例所提供的鉆桿膠塞智能定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0069] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例所提供的的計算單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0070] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種鉆桿膠塞輸送距離的定位方法的流程圖。
[0071] 圖中：
[0072] 1-沖擊部;2-塞體;3-推送部;4-外殼;5-聯(lián)軸器;6-接頭;7-軸座;8-第一轉(zhuǎn)軸;9-連桿；10-第一銷軸；11-第一錐形齒輪；12-第二錐形齒輪；13-電機(jī)；14-第二轉(zhuǎn)軸；15-壓力 傳感器；16-信號調(diào)理單元；17-A/D轉(zhuǎn)換器；18-計算單元;61-第二銷軸；180-中央處理器； 181-存儲器。
【具體實(shí)施方式】
[0073]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】 對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0074] 術(shù)語解釋：
[0075]水擊(水錘）：在壓力管道中，由于液體流速的急劇改變，從而造成瞬時壓力顯著、 反復(fù)、迅速變化的現(xiàn)象，稱為水擊，也稱水錘。產(chǎn)生的壓力波在液流管道中可以傳輸很遠(yuǎn)的 距離。
[0076]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語"中心"、"縱向"、"橫向"、"前"、"后"、 "左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底"、"內(nèi)"、"外"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所 示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝 置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明保護(hù) 范圍的限制。
[0077]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，使用"第一"、"第二"、"第三"和"第四"等詞語 來限定零部件，僅僅是為了便于對上述零部件進(jìn)行區(qū)別，如沒有另行聲明，上述詞語并沒有 特殊含義，因此不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0078] 圖1和圖2是表示本發(fā)明的一個實(shí)施例中提供的脈沖發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其主 要由沖擊部1、電機(jī)13、傳動機(jī)構(gòu)和外殼4構(gòu)成。電機(jī)13通過傳動機(jī)構(gòu)與沖擊部1連接，以使 得沖擊部1可以做上下方向的往復(fù)運(yùn)動。
[0079] 脈沖發(fā)生裝置在使用過程中，是隨鉆桿膠塞一同在井下輸送的，其整體將浸入鉆 井液、頂替液等流體之中，因此為了保證電機(jī)13和傳動機(jī)構(gòu)的正常工作，電機(jī)13和至少一部 分的傳動機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)被安裝在外殼4中。還有一部分的傳動機(jī)構(gòu)需要往復(fù)運(yùn)動于外部環(huán)境與 外殼4的內(nèi)部空間之間。在井深過深的情況下，脈沖發(fā)生裝置可能會工作在高壓液體環(huán)境 中，故在一些實(shí)施例中，外殼4可以采用公知的抗壓材料制成。
[0080] 傳動機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方式有多種，只要能夠保證沖擊部1做縱向的往復(fù)運(yùn)動即可。下文 中以曲柄連桿機(jī)構(gòu)為例，提供兩種傳動機(jī)構(gòu)與電機(jī)13的配合方式。
[0081] 在第一種配合方式中，電機(jī)13被安裝在外殼4中的下部，例如可以是在外殼4下部 固定電機(jī)座，并將電機(jī)13安裝在電機(jī)座上。電機(jī)13的輸出軸朝向上方。傳動機(jī)構(gòu)包括相互交 錯設(shè)置的第一轉(zhuǎn)軸8和第二轉(zhuǎn)軸14,其中第二轉(zhuǎn)軸14可以是電機(jī)13的輸出軸，或是安裝在輸 出軸上的轉(zhuǎn)軸。兩者的交錯角度可以根據(jù)外殼4的形狀和內(nèi)部空間來設(shè)計，本實(shí)施例中采用 90°的交錯角度。第一轉(zhuǎn)軸8可以通過軸座7安裝在外殼4側(cè)壁上的合適位置，第二轉(zhuǎn)軸14由 電機(jī)13驅(qū)動，并通過傳動組件與第一轉(zhuǎn)軸8相關(guān)聯(lián)。傳動組件的實(shí)現(xiàn)方式也有多種，只要可 以改變傳動方向即可。例如，在本實(shí)施例中，該傳動組件可以是錐形齒輪組，錐形齒輪組由 第一錐形齒輪11和第二錐形齒輪12構(gòu)成，其中第二錐形齒輪12套接在第二轉(zhuǎn)軸14上，第一 錐形齒輪11套接在第一轉(zhuǎn)軸8上。第一錐形齒輪11與第二錐形齒輪12以90°的夾角相互嚙 合。這樣，當(dāng)電機(jī)13工作時，第二錐形齒輪12帶動第一錐形齒輪11轉(zhuǎn)動，進(jìn)而改變傳動方向。 在其他一些實(shí)施例中，傳動組件還可以采用雙曲面齒輪組，交錯軸斜齒輪組或蝸輪蝸桿等 能夠?qū)崿F(xiàn)交錯軸傳動的組件。在第一轉(zhuǎn)軸8的非軸心處設(shè)置第一銷軸10,例如可以設(shè)置在第 一轉(zhuǎn)軸8端部的邊緣位置，這樣，當(dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)軸8工作時，第一銷軸10以第一轉(zhuǎn)軸8的軸心做勻 速圓周運(yùn)動。傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)一步包括連桿9,連桿9的一端套接在第一銷軸10上，另一端通過第 二銷軸61與推送部3連接，在本實(shí)施例中，推送部3的下端設(shè)置有接頭6,接頭6為截面為凹形 的槽狀結(jié)構(gòu)，在槽狀結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上開設(shè)有位置對應(yīng)的孔，第二銷軸61從兩個孔穿過，連桿9 連接在第二銷軸61的中部，從而使連桿9與推送部3形成銷接。推送部3遠(yuǎn)離第二銷軸61的 一端從外殼4頂部的孔穿出并與沖擊部1連接。推送部3的實(shí)現(xiàn)方式有多種，本實(shí)施例中為推 桿。當(dāng)電機(jī)13啟動時，第一銷軸10做圓周運(yùn)動，并通過連桿9帶動推送部3運(yùn)動，在外殼4的限 制下，推送部3推動沖擊部做豎直方向的往復(fù)運(yùn)動。在一些情況下，推桿易受到來自外殼或 震動產(chǎn)生的徑向力的影響，導(dǎo)致推桿工作的穩(wěn)定性下降。特別是在推桿過長時這種影響會 更加明顯，因此在某些實(shí)施例中，推桿可以分為上下兩部分，兩部分之間通過聯(lián)軸器5連接， 以分散部分的徑向力。在本實(shí)施例中，聯(lián)軸器5設(shè)置在推桿比較靠下的部分，其接近第二銷 軸61的位置，這樣既可以給推桿和沖擊部1留出足夠的長度做往復(fù)運(yùn)動，增強(qiáng)沖擊部與周圍 流體的相互作用，另一方面也保證了推桿工作時的穩(wěn)定性。
[0082] 第二種配合方式與第一種配合方式的不同之處在于，省略了傳動組件和第二轉(zhuǎn)軸 14,并將電機(jī)13直接與第一轉(zhuǎn)軸8驅(qū)動連接。此時電機(jī)13通過電機(jī)座被安裝在外4的側(cè)壁上， 電機(jī)13的輸出軸朝向水平方向。這種配合方式結(jié)構(gòu)簡單，但是會導(dǎo)致裝置的重心在電機(jī)一 偵U，影響裝置的平衡性，另一方面，由于電機(jī)13被安裝在側(cè)壁上，增加了水平方向的占用空 間，可能不適于直徑較窄的鉆井。
[0083] 沖擊部1的作用的是在往復(fù)運(yùn)動中與其周圍的流體(如鉆井液和頂替液等)不斷發(fā) 送沖擊和碰撞，產(chǎn)生連續(xù)的壓力波，這種工作方式類似地基于前文所述的水擊(水錘)原理， 即產(chǎn)生的壓力波在液流管道中可以傳輸很遠(yuǎn)的距離，這樣所產(chǎn)的壓力波信號是連續(xù)的，可 供地表或接近地表的壓力傳感器進(jìn)行實(shí)時地采集。沖擊部1的形狀和結(jié)構(gòu)可以有多種實(shí)現(xiàn) 方式，優(yōu)選地采用扁平狀結(jié)構(gòu)，這樣可以增大沖擊部1與流體的作用面積，使得所產(chǎn)生的壓 力波脈沖更為明顯，在本實(shí)施例中，沖擊部1采用的是圓盤狀結(jié)構(gòu)，以形成沖擊蓋板。
[0084] 為了避免流體順著外殼4與推送部3之間的縫隙進(jìn)入外殼4內(nèi)部，在一些實(shí)施例中， 還可以在外殼4和沖擊部1之間設(shè)置密封裝置，在本實(shí)施例中，密封裝置是設(shè)置在外殼上表 面的中空塞體2(可以采用橡膠材質(zhì)），推送部3從塞體的2中部空間穿出，這樣可以避免外部 的流體進(jìn)入外殼內(nèi)。
[0085] 下面，提供一種鉆桿膠塞智能定位系統(tǒng)，如圖3所示，其可以包含上述任一實(shí)施例 的脈沖發(fā)生裝置。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括依次通信連接的壓力傳感器15、信號調(diào)理單元16、A/D 轉(zhuǎn)換器17和計算單元18。
[0086] 壓力傳感器15設(shè)置在地表或靠近地表的位置，以采集脈沖發(fā)生裝置發(fā)送的連續(xù)的 壓力波信號。在一些實(shí)施例中，壓力傳感器15可采用美國Gems捷邁傳感與控制公司提供的 3100系列緊湊型高壓OEM壓力變送器作為傳感器。
[0087]信號調(diào)理單元16用于調(diào)理壓力傳感器15接收到的信號，例如可以調(diào)理信號的幅 度、頻率、相位等，以將其調(diào)理到A/D轉(zhuǎn)換器17可接受的范圍內(nèi)，然后通過A/D轉(zhuǎn)換器17發(fā)送 到計算單元18。
[0088] 如圖4所示，計算單元18可以由包括中央處理器180和存儲器181的微型計算機(jī)構(gòu) 成，將信號去噪處理、特征提取、傳輸距離計算程序(下文敘述)寫入存儲器181中，并通過中 央處理器180執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例中的各項功能。其中信號去噪處理可以采用小波變 換的方式。計算單元18還可以具有合適的顯示設(shè)備，以將去噪前的波形、去噪后的波形以及 計算得到的膠塞輸送距離實(shí)時顯示。
[0089]下面提供了一種計算膠塞輸送距離的方法，請一并參考圖5,該方法包括以下的步 驟：
[0090] S1:計算傳輸速度c:
[0091] 所述傳輸速度c通過以下公式得到：
[0093] S2:根據(jù)傳輸速度計算衰減因子L:
[0094] 所述衰減因子L通過如下公式得到：
[0095]根據(jù)如下公式
[0097] 可以得到衰減因子L，即
[0099]式中，對于厚壁管，需要考慮管壁周向應(yīng)力不均勻性的影響，管道僅上端固定時影 響因子為：
[0101] S3:根據(jù)衰減因子和脈沖信號強(qiáng)度計算出鉆桿膠塞的輸送距離，其計算公式為：
[0102]
[0103]其中，各個符號的含義為：
[0104] c-脈沖信號的粘頻傳輸速度，單位為m/s;
[0105] c〇一脈沖信號的時域傳輸速度，單位為m/s;
[0106] Rf-平均水力摩擦系數(shù)，無因次；
[0107] ω -連續(xù)波脈沖發(fā)生器的脈沖角頻率；
[0108] ρ-頂替液的密度，單位為kg/m;
[0109] Pg-氣體的密度，單位為kg/m;
[0110] Pi-液體的密度，單位為kg/m;
[0111] 氏一體積含氣率，單位為mvm3;
[0112] 心一氣體的體積彈性模量，單位為Pa;
[0113] 心一液體的體積彈性模量，單位為Pa;
[0114] E-管材的彈性模量，單位為Pa;
[0115] e-管道內(nèi)徑，單位為m;
[0116] D-管道壁厚，單位為m;
[0117] μ〇-管材的泊桑比；
[0118] μ-頂替液的粘度，單位為Pa · s。
[0119] P-脈沖信號的強(qiáng)度，單位為Pa;
[0120] po-脈沖信號的初始強(qiáng)度，單位為Pa;
[0121] X一傳輸距離，單位為m;
[0122] L-衰減因子，即脈沖信號衰減到初始強(qiáng)度1/e時的傳輸距離，單位為m。
[0123] 在上述的計算方法中，改進(jìn)了粘頻傳輸模型，即利用脈沖信號的衰減，考慮傳輸介 質(zhì)的粘度和脈沖頻率，并根據(jù)傳輸信道的無固相特點(diǎn)提出一種更為全面而準(zhǔn)確的信道傳輸 模型，使得計算結(jié)果更加精確。
[0124] 以上對本發(fā)明所提供的脈沖發(fā)生裝置、鉆桿膠塞智能定位系統(tǒng)和方法進(jìn)行了詳細(xì) 介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明 只是用于幫助理解本發(fā)明的核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說， 在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也 落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 鉆桿膠塞智能定位用的脈沖發(fā)生裝置，其特征在于，所述脈沖發(fā)生裝置包括 沖擊部（1); 電機(jī)（13)，所述電機(jī)（13)通過傳動機(jī)構(gòu)連接沖擊部（1)，并能夠帶動沖擊部（1)至少做 上下往復(fù)運(yùn)動，W使得沖擊部(1)與其周圍的流體相互作用并產(chǎn)生壓力波；W及 外殼(4)，所述電機(jī)(13)和至少一部分的所述傳動機(jī)構(gòu)被安裝在所述外殼(4)內(nèi)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆桿膠塞智能定位系統(tǒng)用的脈沖發(fā)生裝置，其特征在于，所述 傳動機(jī)構(gòu)包括： 曲柄連桿機(jī)構(gòu)，所述曲柄連桿機(jī)構(gòu)被設(shè)計成在所述電機(jī)（13巧區(qū)動下，將轉(zhuǎn)動運(yùn)動轉(zhuǎn)換 為縱向的往復(fù)運(yùn)動。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆桿膠塞智能定位系統(tǒng)用的脈沖發(fā)生裝置，其特征在于，所述 曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括 第一轉(zhuǎn)軸(8)，所述第一轉(zhuǎn)軸(8)被配置為在所述電機(jī)(13)的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動； 第一銷軸（10)，所述第一銷軸（10)設(shè)置在第一轉(zhuǎn)軸(8)的端部的非軸屯、處，W使得第一 轉(zhuǎn)軸(8)轉(zhuǎn)動時帶動第一銷軸(10)做圓周運(yùn)動； 推送部(3)，所述推送部(3)的上端從所述外殼(4)穿出并與所述沖擊部（1)連接；W及 連桿(9)，所述連桿(9)的一端套接在第一銷軸（10)上，另一端通過第二銷軸(61)與所 述推送部(3)連接，W帶動推送部(3)推動所述沖擊部(1)做往復(fù)運(yùn)動。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆桿膠塞智能定位系統(tǒng)用的脈沖發(fā)生裝置，其特征在于，所述 電機(jī)(13)位于外殼(4)中的下部，電機(jī)(13)的輸出軸朝向上方，所述曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括 相互交錯的第一轉(zhuǎn)軸(8)和第二轉(zhuǎn)軸（14)，第二轉(zhuǎn)軸（14)由電機(jī)（13)驅(qū)動，并通過傳動 組件與第一轉(zhuǎn)軸(8)關(guān)聯(lián)，W改變傳動方向； 第一銷軸（10)，所述第一銷軸（10)設(shè)置在第一轉(zhuǎn)軸(8)的端部的非軸屯、處，W使得第一 轉(zhuǎn)軸(8)轉(zhuǎn)動時帶動第一銷軸(10)做圓周運(yùn)動； 推送部(3)，所述推送部(3)的上端從所述外殼(4)穿出并與所述沖擊部（1)連接；W及 連桿(9)，所述連桿(9)的一端套接在第一銷軸（10)上，另一端通過第二銷軸(61)與所 述推送部(3)連接，W帶動推送部(3)推動所述沖擊部(1)做往復(fù)運(yùn)動。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉆桿膠塞智能定位系統(tǒng)用的脈沖發(fā)生裝置，其特征在于，所述 傳動組件為錐形齒輪組，雙曲面齒輪組，交錯軸斜齒輪組或蝸輪蝸桿。6. 根據(jù)權(quán)利要求3-5任一所述的鉆桿膠塞智能定位系統(tǒng)用的脈沖發(fā)生裝置，其特征在 于，所述推送部(3)為桿狀，桿的一端通過外殼(4)上部的孔穿出并與所述沖擊部（1)連接， 另一端通過所述第二銷軸(61)與連桿(9)連接。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的鉆桿膠塞智能定位系統(tǒng)用的脈沖發(fā)生裝置，其特征在 于，所述沖擊部(3)為扁平狀結(jié)構(gòu)。8. 根據(jù)權(quán)利要求3-5任一所述的鉆桿膠塞智能定位系統(tǒng)用的脈沖發(fā)生裝置，其特征在 于，所述脈沖發(fā)生裝置還包括設(shè)于所述外殼(4)供所述推送部(3)穿出位置的密封裝置。9. 鉆桿膠塞智能定位系統(tǒng)，包括權(quán)利要求1-8任一所述的脈沖發(fā)生裝置，W及壓力傳感 器(15)，信號調(diào)理單元(16KA/D轉(zhuǎn)換器(17)和計算單元(18); 所述壓力傳感器(15)檢測脈沖發(fā)生裝置產(chǎn)生的壓力波并與信號調(diào)理單元通信連接； 所述信號調(diào)理單元（16)與A/D轉(zhuǎn)換器(17)通信連接，將信號的特性參數(shù)調(diào)理到A/D轉(zhuǎn)換 器(17)可接收的范圍內(nèi)，W使得A/D轉(zhuǎn)換器(17)將壓力波的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 所述計算單元（18)與A/D轉(zhuǎn)換器（17)通信連接，并根據(jù)接收到的壓力波脈沖信號計算 鉆桿膠塞的輸送距離。10.鉆桿膠塞智能定位方法，其特征在于，使用權(quán)利要求9所述的鉆桿膠塞智能定位系 統(tǒng)，進(jìn)一步還包括 計算傳輸速度C: 所述傳輸速度C通過W下公式得到：根據(jù)傳輸速度計算衰減因子^ 所述衰減因子L通過如下公式得到：各個符號的含義為： C-脈沖信號的粘頻傳輸速度，單位為m/s; CO-脈沖信號的時域傳輸速度，單位為m/s; Rf-平均水力摩擦系數(shù)，無因次； ω-連續(xù)波脈沖發(fā)生器的脈沖角頻率； Ρ-頂替液的密度，單位為kg/m; 化一氣體的密度，單位為kg/m; Pi-液體的密度，單位為kg/m; 把一體積含氣率，單位為m3V3; Kg-氣體的體積彈性模量，單位為化； Κι-液體的體積彈性模量，單位為化； Ε-管材的彈性模量，單位為化； e-管道內(nèi)徑，單位為m; D-管道壁厚，單位為m; μ〇-管材的泊桑比； μ-頂替液的粘度，單位為化· S。 Ρ-脈沖信號的強(qiáng)度，單位為化； Ρ0-脈沖信號的初始強(qiáng)度，單位為化； X-傳輸距離，單位為m; L-衰減因子，即脈沖信號衰減到初始強(qiáng)度1/e時的傳輸距離，單位為m。
【文檔編號】E21B33/134GK106089185SQ201610460051
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】薛啟龍, 劉寶林, 張擴(kuò), 朱寶, 高賀
【申請人】中國地質(zhì)大學(xué)（北京）