專利名稱：旋轉(zhuǎn)閥式泥漿脈沖發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于石油機(jī)械裝置，特別涉及一種用于無線隨鉆測(cè)量的脈沖發(fā)生器。
背景技術(shù)：
鉆井過程中，尤其是水平井、大位移井和分支井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的鉆井過程中，井場(chǎng)人員需要實(shí)時(shí)了解的各種井下參數(shù)是由隨鉆測(cè)量MWD、隨鉆測(cè)井LWD系統(tǒng)完成的。隨鉆測(cè)量、隨鉆測(cè)井系統(tǒng)由井下控制器、各種井下參數(shù)測(cè)量?jī)x器、隨鉆測(cè)量信息傳輸系統(tǒng)和地面信息接收、處理、顯示系統(tǒng)組成。其中的信息傳輸系統(tǒng)是關(guān)鍵技術(shù)之一。但是，從上世紀(jì)90年代以來，隨鉆測(cè)量的信息傳輸速率卻止步不前，成為隨鉆測(cè)量、測(cè)井系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。目前，隨鉆測(cè)量的信息傳輸方法主要有四種有線電纜法、泥漿脈沖法、聲波法和電磁波法，每種方式都有其局限性和適用范圍，其中以泥漿脈沖法應(yīng)用最為廣泛、可靠。泥漿脈沖法又分為負(fù)脈沖、正脈沖和連續(xù)波三種傳輸方式，目前應(yīng)用最廣泛的正脈沖傳輸方式。其中，帶先導(dǎo)控制的液壓驅(qū)動(dòng)往復(fù)式信號(hào)發(fā)生器是泥漿正脈沖傳輸方式最普遍的形式。它由液壓控制回路驅(qū)動(dòng)主節(jié)流閥往復(fù)運(yùn)動(dòng)來產(chǎn)生壓力脈沖信號(hào)，液壓控制回路的介質(zhì)可以是鉆井液也可以是液壓油。其中以鉆井液為介質(zhì)的往復(fù)節(jié)流式信號(hào)發(fā)生器的液壓控制回路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但是由于鉆井液存在著污染比較嚴(yán)重、流動(dòng)具有非牛頓特性以及其性質(zhì)隨鉆井工況的變化而變化的問題，導(dǎo)致其工作頻率很低，只能產(chǎn)生離散的壓力脈沖信號(hào)；以液壓油為介質(zhì)的往復(fù)節(jié)流式信號(hào)發(fā)生器需要在建立一套液壓動(dòng)力系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，由于空間狹小，環(huán)境惡劣限制了高性能液壓元件的應(yīng)用，因此該種信號(hào)發(fā)生器的工作頻率一般都較低。實(shí)踐證明，鉆井液壓力波動(dòng)信號(hào)傳輸方式，是目前從井下向地面無線傳輸數(shù)據(jù)最實(shí)用、最可靠的方法，但存在的一個(gè)極其突出的問題是，隨著各種井下新的測(cè)量?jī)x器的研制成功與應(yīng)用，隨鉆測(cè)量的參數(shù)越來越多，從最初的井斜、方位、工具面等幾何參數(shù)測(cè)量發(fā)展到鉆壓、扭矩、壓力、溫度、自然伽馬、地層電阻率等多個(gè)環(huán)境、地質(zhì)參數(shù)的測(cè)量。目前鉆井液壓力信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)速率相對(duì)太慢，因而，分析研究液壓信號(hào)發(fā)生器的工作機(jī)理和特性， 對(duì)于研制高速信號(hào)發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)高效可靠地傳輸井下測(cè)量數(shù)據(jù)是非常必要的。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有泥漿脈沖器存在的不足，本實(shí)用新型提供一種旋轉(zhuǎn)閥式泥漿脈沖發(fā)生器，用于無線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)中產(chǎn)生脈沖信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)需要產(chǎn)生脈沖信號(hào)時(shí)，脈沖發(fā)生器在隨鉆測(cè)量系統(tǒng)控制模塊的控制下產(chǎn)生泥漿正脈沖信號(hào)。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)閥式泥漿脈沖發(fā)生器，包括動(dòng)力及傳動(dòng)裝置、壓力平衡模塊及旋轉(zhuǎn)閥，動(dòng)力及傳動(dòng)裝置在底部，壓力平衡模塊在中間，旋轉(zhuǎn)閥在頂部； 動(dòng)力及傳動(dòng)裝置包括電機(jī)總成、彈性聯(lián)軸器、平衡膜傳動(dòng)軸和轉(zhuǎn)子傳動(dòng)軸，電機(jī)總成固定在外筒中，彈性聯(lián)軸器將平衡膜傳動(dòng)軸和電機(jī)總成連接于一體，轉(zhuǎn)子傳動(dòng)軸套裝在平衡膜傳動(dòng)軸上部；壓力平衡模塊包括抗壓筒、壓力平衡膜和套筒，抗壓筒上開有泥漿流通的孔道， 套筒上開有液壓油流通的孔道；旋轉(zhuǎn)閥包括定子、轉(zhuǎn)子和調(diào)整墊片。電機(jī)總成包括直流無刷電機(jī)、行星齒輪減速器和位置傳感器，直流無刷電機(jī)在底部，行星齒輪減速器在中間，位置傳感器在頂部。鉆頭通過鎖緊螺紋與轉(zhuǎn)子傳動(dòng)軸連接，轉(zhuǎn)子傳動(dòng)軸與平衡膜傳動(dòng)軸之間有一定的軸向間隙。位置傳感器安裝于電機(jī)總成輸出軸端。壓力平衡膜為彈性橡膠材料，液壓油腔通過套筒的孔道形成一密封腔體。旋轉(zhuǎn)閥定子和轉(zhuǎn)子之間的軸向間隙由調(diào)整墊片調(diào)整。本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)閥式泥漿脈沖發(fā)生器，轉(zhuǎn)子傳動(dòng)軸與平衡膜傳動(dòng)軸之間的間隙，輔助設(shè)置的推力軸承和角接觸軸承可以抵消泥漿壓力下的軸向變形，起到保護(hù)電機(jī)總成的作用。動(dòng)力及傳動(dòng)裝置中將位置傳感器置于電機(jī)總成輸出軸端，消除了減速器空程對(duì)電機(jī)控制性能的影響。使用電機(jī)總成直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥，因此，信號(hào)傳輸速率比傳統(tǒng)的帶先導(dǎo)控制的液壓驅(qū)動(dòng)往復(fù)式信號(hào)發(fā)生器要高，且誤碼率更低。更換旋轉(zhuǎn)閥的調(diào)整墊片，可以適應(yīng)不同的井深及泥漿環(huán)境。因此本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，適用于無線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，解決信息的傳輸速度慢及傳輸誤碼率高的問題。

圖1為旋轉(zhuǎn)閥式泥漿脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖。圖2為壓力平衡模塊放大圖。圖3為旋轉(zhuǎn)閥打開狀態(tài)圖。圖4為旋轉(zhuǎn)閥關(guān)閉狀態(tài)圖。圖中1為電機(jī)總成，2為外筒，3為彈性聯(lián)軸器，4為油壓腔，5為抗壓筒，6為孔道， 7為孔道，8為壓力平衡膜，9為套筒，10為油壓腔，11為定子，12為轉(zhuǎn)子，13為鉆頭，14為油壓腔，15為調(diào)整墊片，16為轉(zhuǎn)子傳動(dòng)軸，17為位置傳感器，18為油壓腔，19為平衡膜傳動(dòng)軸。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施方式
如圖1、2所示，旋轉(zhuǎn)閥式泥漿脈沖發(fā)生器，包括動(dòng)力及傳動(dòng)裝置、壓力平衡模塊及旋轉(zhuǎn)閥，動(dòng)力及傳動(dòng)裝置在底部，壓力平衡模塊在中間，旋轉(zhuǎn)閥在頂部；動(dòng)力及傳動(dòng)裝置包括電機(jī)總成1、彈性聯(lián)軸器3、平衡膜傳動(dòng)軸19和轉(zhuǎn)子傳動(dòng)軸16，電機(jī)總成1固定在外筒2 中，彈性聯(lián)軸器3將平衡膜傳動(dòng)軸19和電機(jī)總成1連接于一體，轉(zhuǎn)子傳動(dòng)軸16套裝在平衡膜傳動(dòng)軸19上部；壓力平衡模塊包括抗壓筒5、壓力平衡膜8和套筒9，抗壓筒5上開有泥漿流通的孔道6，套筒9上開有液壓油流通的孔道7 ；旋轉(zhuǎn)閥包括定子11、轉(zhuǎn)子12和調(diào)整墊片15。電機(jī)總成包括直流無刷電機(jī)、行星齒輪減速器和位置傳感器，直流無刷電機(jī)在
底部，行星齒輪減速器在中間，位置傳感器17在頂部。 鉆頭13通過鎖緊螺紋與轉(zhuǎn)子傳動(dòng)軸16連接，轉(zhuǎn)子傳動(dòng)軸16與平衡膜傳動(dòng)軸19 之間有一定的軸向間隙。[0023]位置傳感器17安裝于電機(jī)總成1輸出軸端。壓力平衡膜8為彈性橡膠材料，各個(gè)油壓腔4、10、14、18通過套筒9的孔道7形成
一密封腔體。旋轉(zhuǎn)閥定子11和轉(zhuǎn)子12之間的軸向間隙由調(diào)整墊片15調(diào)整。整個(gè)系統(tǒng)在井下工作時(shí)，安裝于相應(yīng)的無磁鉆鋌中。工作狀態(tài)下，各液壓油腔4、 10、14、18充滿液壓油。正常工作時(shí)，泥漿通過抗壓筒5的流通孔道6進(jìn)入抗壓筒5和壓力平衡膜8之間的空腔，壓縮壓力平衡膜8，進(jìn)而使油壓腔18縮小。由于各油壓腔4、10、14、 18是連通在一起的，整個(gè)液壓油在擠壓下，內(nèi)部壓力隨著空間縮小而升高。直至液壓油腔的內(nèi)部壓力與泥漿壓力基本相同時(shí)，壓力平衡膜8停止變形，這樣就使脈沖器內(nèi)外壓力保持一致，提升了抗壓筒5的抗壓能力，保護(hù)脈沖器內(nèi)部重要結(jié)構(gòu)件。本實(shí)用新型應(yīng)用時(shí)，需要同無線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的其他模塊一起工作。如圖3所示， 轉(zhuǎn)子12和定子11的相對(duì)位置為旋轉(zhuǎn)閥打開狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)閥前后泥漿壓力基本沒有變化。旋轉(zhuǎn)閥泥漿脈沖發(fā)生器正常工作時(shí)，電機(jī)總成1通過彈性聯(lián)軸器3帶動(dòng)平衡膜傳動(dòng)軸19和轉(zhuǎn)子傳動(dòng)軸16轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)而使轉(zhuǎn)子12從圖3所示位置轉(zhuǎn)過一定角度，如圖4所示位置，轉(zhuǎn)子12 轉(zhuǎn)動(dòng)到旋轉(zhuǎn)閥關(guān)閉位置。保持一定時(shí)間后，又轉(zhuǎn)到如圖3所示位置，旋轉(zhuǎn)閥為打開狀態(tài)，如此動(dòng)作往復(fù)下去。轉(zhuǎn)子12和定子11的相對(duì)運(yùn)動(dòng)阻礙泥漿在鉆鋌內(nèi)的流動(dòng)，從而產(chǎn)生正脈沖泥漿壓力脈沖信號(hào)。
權(quán)利要求1.旋轉(zhuǎn)閥式泥漿脈沖發(fā)生器，包括動(dòng)力及傳動(dòng)裝置、壓力平衡模塊及旋轉(zhuǎn)閥，其特征在于動(dòng)力及傳動(dòng)裝置在底部，壓力平衡模塊在中間，旋轉(zhuǎn)閥在頂部；動(dòng)力及傳動(dòng)裝置包括電機(jī)總成、彈性聯(lián)軸器、平衡膜傳動(dòng)軸和轉(zhuǎn)子傳動(dòng)軸，電機(jī)總成固定在外筒中，彈性聯(lián)軸器將平衡膜傳動(dòng)軸和電機(jī)總成連接于一體，轉(zhuǎn)子傳動(dòng)軸套裝在平衡膜傳動(dòng)軸上部；壓力平衡模塊包括抗壓筒、壓力平衡膜和套筒，抗壓筒上開有泥漿流通的孔道，套筒上開有液壓油流通的孔道；旋轉(zhuǎn)閥包括定子、轉(zhuǎn)子和調(diào)整墊片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)閥式泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于電機(jī)總成包括直流無刷電機(jī)、行星齒輪減速器和位置傳感器，直流無刷電機(jī)在底部，行星齒輪減速器在中間， 位置傳感器在頂部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)閥式泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于鉆頭通過鎖緊螺紋與轉(zhuǎn)子傳動(dòng)軸連接，轉(zhuǎn)子傳動(dòng)軸與平衡膜傳動(dòng)軸之間有一定的軸向間隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)閥式泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于位置傳感器安裝于電機(jī)總成輸出軸端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)閥式泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于壓力平衡膜為彈性橡膠材料，各個(gè)油壓腔通過套筒的孔道形成一密封腔體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)閥式泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于旋轉(zhuǎn)閥定子和轉(zhuǎn)子之間的軸向間隙由調(diào)整墊片調(diào)整。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)閥式泥漿脈沖發(fā)生器，動(dòng)力及傳動(dòng)裝置在底部，壓力平衡模塊在中間，旋轉(zhuǎn)閥在頂部；動(dòng)力及傳動(dòng)裝置包括電機(jī)總成、彈性聯(lián)軸器、平衡膜傳動(dòng)軸和轉(zhuǎn)子傳動(dòng)軸，電機(jī)總成固定在外筒中，彈性聯(lián)軸器將平衡膜傳動(dòng)軸和電機(jī)總成連接于一體，轉(zhuǎn)子傳動(dòng)軸套裝在平衡膜傳動(dòng)軸上部；壓力平衡模塊包括抗壓筒、壓力平衡膜和套筒，抗壓筒上開有泥漿流通的孔道，套筒上開有液壓油流通的孔道；旋轉(zhuǎn)閥包括定子、轉(zhuǎn)子和調(diào)整墊片；具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B47/18GK202081889SQ20112019430
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者吳俊杰, 柏險(xiǎn)峰, 顧鵬 申請(qǐng)人:斯倫貝謝金地偉業(yè)油田技術(shù)(山東)有限公司