【技术实现步骤摘要】
本申请属于钻井设备，具体而言涉及一种适用于气动潜孔锤钻井的地热井压力测量系统。
技术介绍
1、欠平衡钻井是指钻井液液柱压力低于地层孔隙压力，允许地层流体流入井眼、循环出井并在地面得到有效控制的一种钻井方式。开采地热资源常使用欠平衡钻井。地热热储所在储层属于裂缝性地层和欠压地层，在钻井过程中，容易发生大规模钻井液漏失、井喷等事故。因此在地热欠平衡钻井过程中要严格控制环空压力与钻柱内部压力，测量是否精确是影响欠平衡钻井技术钻井效率的核心因素。
2、地热井钻井时通常采用气动潜孔锤钻进技术，气动潜孔锤钻进技术以压缩空气为动力介质，驱动孔底潜孔锤产生冲击功破碎岩石。此技术所产生的冲击振动可达40g。
3、目前，国内外随钻环空压力测量技术功能丰富，仪器类型齐全，基本上能满足现有的各种钻井类型的需求。但国内外大部分压力随钻测量短节多用于石油钻井与地质钻探，对于开发像欠平衡地热井这类新兴可再生能源的随钻压力测量短节研究较少，性能参数及工作环境的设计均采用石油与地质钻探的标准。然而，由于石油与地质钻探钻进过程中振动较小，一般在20g以下，而潜孔锤钻进过程中振动可达40g，因此国内外现有的压力随钻测量短节尚不能适用于由气动潜孔锤开发热储的工作环境。
4、综上，目前现有成熟的压力测量装置不适用于地热的气动潜孔锤钻井。因此，有必要针对气动潜孔锤的工作特征，提出一种适用于气动潜孔锤钻井的地热井压力测量系统。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种适
2、本专利技术的目的是这样实现的：
3、一种适用于气动潜孔锤钻井的地热井压力测量系统，包括：
4、外筒，所述外筒的侧壁上设有外检测孔；
5、内筒，所述内筒的侧壁上设有内检测孔，且所述内筒同轴设于所述外筒内，所述外筒与所述内筒之间形成环形空间；
6、测量机构，所述测量机构设于所述环形空间内，并通过所述外检测孔和内检测孔测量内外环空压力；
7、减振机构，所述减振机构设于所述环形空间内，所述减振机构的数量为两个，并且两个所述减振机构分别连接于所述测量机构的两端。
8、进一步地，还包括变径接头，所述变径接头为两端开口的中空结构，具有第一连接段和第二连接段；两个所述变径接头的第一连接段分别插接密封连接于所述环形空间的两端部；所述第二连接段用于与钻杆连接。
9、进一步地，所述变径接头还具有主体段，所述主体段一体成型于所述第一连接段和第二连接段之间，所述主体段的外径等于所述外筒的外径，所述主体段的内径变径设置；所述第一连接段的内径大于所述内筒的外径且小于第二连接段的内径，所述第一连接段的外径小于所述外筒的内径；所述第一连接段与所述内筒之间设有第一密封圈，所述第一连接段与所述外筒之间设有第二密封圈。
10、进一步地，所述测量机构具有第一压力传感器和第二压力传感器；其中，所述第一压力传感器安装于所述外筒的外检测孔，以备检测所述外筒的外围压力；所述第二压力传感器安装于所述内筒的内检测孔，以备检测所述内筒的内部压力。
11、进一步地，所述第一压力传感器和第二压力传感器倾斜布置在所述环形空间内，并且二者倾斜方向相同。
12、进一步地，所述外检测孔固定设有第一传感器安装座，所述第一压力传感器密封安装在第一传感器安装座内；所述内检测孔固定设有第二传感器安装座，所述第二压力传感器密封安装在第二传感器安装座内。
13、进一步地，所述外筒的侧壁上还设有螺纹孔，所述螺纹孔与所述外检测孔连通，当所述第一传感器安装座装入所述外检测孔后，在所述螺纹孔内安装螺钉将所述第一传感器安装座固定在所述外检测孔内；所述第二传感器安装座焊接在所述内检测孔。
14、进一步地，所述测量机构还具有pcb板和电池，所述电池被配置为向所述pcb板、所述第一压力传感器和第二压力传感器供电，所述第一压力传感器和第二压力传感器与所述pcb板电性连接。
15、进一步地，所述测量机构还包括固定连接的第一减振支撑架和第二减振支撑架；所述第一减振支撑架与其中一个减振机构固定连接，所述第二减振支撑架与另一个减振机构固定连接；所述第一减振支撑架设有让位空间，所述第一压力传感器和第二压力传感器位于所述让位空间内；所述pcb板和电池设于所述第二减振支撑架上。
16、进一步地，所述第二减振支撑架上设有第一侧壁安装口和第二侧壁安装口；所述pcb板安装于所述第一侧壁安装口内；所述电池安装于所述第二侧壁安装口内，与所述pcb板相对布置；所述电池为圆柱状，所述电池的轴线与所述内筒的轴线平行布置。
17、进一步地，所述电池的数量为三个，所述电池为圆柱状，所述电池的轴线与所述内筒的轴线平行布置；所述电池上套设有减振垫圈，并通过压板固定在所述第二侧壁安装口内。
18、进一步地，所述减振机构具有阻尼器、底座、顶盖和转接支座，所述阻尼器设于所述底座和顶盖之间，所述顶盖抵接所述第一连接段的侧端面，所述底座通过多个平行布置的支杆连接所述转接支座；所述转接支座能够与所述第一减振支撑架和第二减振支撑架固定连接。
19、进一步地，所述阻尼器包括多个并联布置的阻尼弹簧，多个所述阻尼弹簧围绕所述内筒的轴线均匀对称布置。
20、进一步地，所述阻尼器包括8-12个阻尼弹簧。
21、进一步地，按照以下方法确定减振机构的最优的刚度k和阻尼参数c：
22、步骤一：将测量机构简化为一个质量为m的质量块，建立以下测量机构的振动方程：
23、
24、其中，m为测量机构的质量，单位为kg；t为时间，单位为s；k为减振机构的刚度；c为减振机构的阻尼系数；为测量机构的加速度，单位为m/s2；为测量机构的速度，单位为m/s；为钻柱的速度，单位为m/s；x(t)为测量机构的位移，单位为m；y(t)为钻柱的位移，单位为m；
25、步骤二：基于步骤一中的振动方程计算振幅衰减率δ和振幅放大系数β：
26、
27、
28、其中，ξ为阻尼比；ω为钻柱对测量机构的激励频率，单位为hz；ωn为测量机构的固有频率，单位为hz；t为时间，单位为s；td为阻尼振动周期，单位为s；
29、步骤三：将振幅衰减率δ和振幅放大系数β的计算公式，转化为多目标最优参数的求解方程；通过非支配排序遗传算法，求解多目标最优参数的求解方程，得到最优的k和c；
30、多目标最优参数的求解方程为：
31、
32、其中，m为测量机构的质量，单位为kg；k为减振机构的刚度；c为减振机构的阻尼系数；ω为钻柱对测量机构的激励频率，单位为hz；ωn为测量机构的固有频率，单位为hz。
33、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
34、a)本专利技术提供的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于气动潜孔锤钻井的地热井压力测量系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的适用于气动潜孔锤钻井的地热井压力测量系统，其特征在于，还包括变径接头(3)，所述变径接头(3)为两端开口的中空结构，具有第一连接段和第二连接段；
3.根据权利要求2所述的适用于气动潜孔锤钻井的地热井压力测量系统，其特征在于，所述变径接头(3)还具有主体段(33)，所述主体段(33)一体成型于所述第一连接段(31)和第二连接段(32)之间，所述主体段(33)的外径等于所述外筒(1)的外径，所述主体段(33)的内径变径设置；
4.根据权利要求2或3所述的适用于气动潜孔锤钻井的地热井压力测量系统，其特征在于，所述测量机构(4)具有第一压力传感器(41)和第二压力传感器(42)；其中，所述第一压力传感器(41)安装于所述外筒(1)的外检测孔(11)，以备检测所述外筒(1)的外围压力；所述第二压力传感器(42)安装于所述内筒(2)的内检测孔(21)，以备检测所述内筒(2)的内部压力。
5.根据权利要求4所述的适用于气动潜孔锤钻井的地热井压力测量系统，
6.根据权利要求5所述的适用于气动潜孔锤钻井的地热井压力测量系统，其特征在于，所述外检测孔(11)固定设有第一传感器安装座(43)，所述第一压力传感器(41)密封安装在第一传感器安装座(43)内；
7.根据权利要求6所述的适用于气动潜孔锤钻井的地热井压力测量系统，其特征在于，所述外筒(1)的侧壁上还设有螺纹孔(12)，所述螺纹孔(12)与所述外检测孔(11)连通，当所述第一传感器安装座(43)装入所述外检测孔(11)后，在所述螺纹孔(12)内安装螺钉将所述第一传感器安装座(43)固定在所述外检测孔(11)内；
8.根据权利要求4所述的适用于气动潜孔锤钻井的地热井压力测量系统，其特征在于，所述测量机构(4)还具有PCB板(46)和电池(47)，所述电池(47)被配置为向所述PCB板(46)、所述第一压力传感器(41)和第二压力传感器(42)供电，所述第一压力传感器(41)和第二压力传感器(42)与所述PCB板(46)电性连接。
9.根据权利要求2或3所述的适用于气动潜孔锤钻井的地热井压力测量系统，其特征在于，所述减振机构(5)具有阻尼器(51)、底座(52)、顶盖(53)和转接支座(54)，所述阻尼器(51)设于所述底座(52)和顶盖(53)之间，所述顶盖(53)抵接所述第一连接段(31)的侧端面，所述底座(52)通过多个平行布置的支杆连接所述转接支座(54)；所述转接支座(54)能够与所述测量机构的减振支撑架连接。
10.根据权利要求1所述的适用于气动潜孔锤钻井的地热井压力测量系统，其特征在于，按照以下方法确定减振机构(5)的最优的刚度k和阻尼参数c：
...【技术特征摘要】
1.一种适用于气动潜孔锤钻井的地热井压力测量系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的适用于气动潜孔锤钻井的地热井压力测量系统，其特征在于，还包括变径接头(3)，所述变径接头(3)为两端开口的中空结构，具有第一连接段和第二连接段；
3.根据权利要求2所述的适用于气动潜孔锤钻井的地热井压力测量系统，其特征在于，所述变径接头(3)还具有主体段(33)，所述主体段(33)一体成型于所述第一连接段(31)和第二连接段(32)之间，所述主体段(33)的外径等于所述外筒(1)的外径，所述主体段(33)的内径变径设置；
4.根据权利要求2或3所述的适用于气动潜孔锤钻井的地热井压力测量系统，其特征在于，所述测量机构(4)具有第一压力传感器(41)和第二压力传感器(42)；其中，所述第一压力传感器(41)安装于所述外筒(1)的外检测孔(11)，以备检测所述外筒(1)的外围压力；所述第二压力传感器(42)安装于所述内筒(2)的内检测孔(21)，以备检测所述内筒(2)的内部压力。
5.根据权利要求4所述的适用于气动潜孔锤钻井的地热井压力测量系统，其特征在于，所述第一压力传感器(41)和第二压力传感器(42)倾斜布置在所述环形空间内，并且二者倾斜方向相同。
6.根据权利要求5所述的适用于气动潜孔锤钻井的地热井压力测量系统，其特征在于，所述外检测孔(11)固定设有第一传感器安装座(43)，所述第一压力传感器(...
【专利技术属性】
技术研发人员：王璐，勾文超，周正，胡远彪，祖雨彤，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：
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