用于將信息從井中的井下鉆柱傳輸?shù)降乇淼男D(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于通過(guò)生成被編碼以包含信息的壓力脈沖將信息從井中的井下傳輸?shù)降乇淼男D(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器。脈沖發(fā)生器包括具有葉片的轉(zhuǎn)子，取決于轉(zhuǎn)子的圓周取向，所述葉片能夠?qū)⒆兓枞x予通過(guò)定子通道的鉆井流體的流動(dòng)，使得由馬達(dá)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)生成編碼的壓力脈沖。彈簧朝著定子偏壓轉(zhuǎn)子從而減小轉(zhuǎn)子和定子之間的軸向間隙。當(dāng)跨轉(zhuǎn)子的壓降變得過(guò)度時(shí)，例如當(dāng)增加鉆井流體流量或從高數(shù)據(jù)速率切換到低數(shù)據(jù)速率傳輸模式時(shí)，彈簧偏壓被克服從而增加軸向間隙并且減小跨轉(zhuǎn)子的壓降，由此自動(dòng)地減小軸承上的推力負(fù)荷。
【專利說(shuō)明】用于將信息從井中的井下鉆柱傳輸?shù)降乇淼男D(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于將信息從井中的井下位置傳輸?shù)降乇淼男D(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器和方法，例如在用于鉆出油井的鉆柱中所使用的泥漿脈沖遙測(cè)系統(tǒng)中使用的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在地下鉆井、例如天然氣、石油或地?zé)徙@井中，通過(guò)地球深處的地層鉆出鉆孔。通過(guò)將鉆頭連接到被稱為“鉆管”的長(zhǎng)管的部段從而形成通常被稱為“鉆柱”的組件而形成這樣的鉆孔，所述鉆柱從地表延伸到鉆孔的底部。鉆頭旋轉(zhuǎn)使得它前進(jìn)到地球中，由此形成鉆孔。在旋轉(zhuǎn)鉆井中，通過(guò)在地表處旋轉(zhuǎn)鉆柱而旋轉(zhuǎn)鉆頭。在定向鉆井中，通過(guò)耦合到鉆頭的井下泥漿馬達(dá)旋轉(zhuǎn)鉆頭；鉆柱的剩余部分在鉆井期間不旋轉(zhuǎn)。在可轉(zhuǎn)向鉆柱中，泥漿馬達(dá)與鉆頭的中心線成微小的角彎曲從而產(chǎn)生側(cè)向力，所述側(cè)向力引導(dǎo)鉆頭的路徑偏離直線。在任何情況下，為了潤(rùn)滑鉆頭并且沖洗來(lái)自它的路徑的鉆屑，地表上的活塞泵泵送被稱為“鉆井泥漿”的高壓流體通過(guò)鉆柱中的內(nèi)部通道并且通過(guò)鉆頭排出。鉆井泥漿然后通過(guò)形成于鉆柱與鉆孔的表面之間的環(huán)形通道流動(dòng)到地表。
[0003]取決于鉆井操作，流動(dòng)通過(guò)鉆柱的鉆井泥漿的壓力將典型地在1,000和25，OOOpsi之間。另外，在鉆頭處有大壓降使得流動(dòng)到鉆柱的外部的鉆井泥漿的壓力明顯小于在鉆柱的內(nèi)部流動(dòng)的鉆井泥漿的壓力。因此，鉆柱內(nèi)的部件受到大壓力。另外，鉆柱的部件也受到來(lái)自鉆井泥漿的磨損和磨耗，以及鉆柱的振動(dòng)。
[0004]包括鉆頭的鉆柱的遠(yuǎn)端被稱為“井底組件”。在“隨鉆測(cè)量”(MWD)應(yīng)用中，井底組件中的感測(cè)模塊提供關(guān)于鉆井的方向的信息。該信息例如可以用于控制鉆頭在可轉(zhuǎn)向鉆柱中前進(jìn)的方向。這樣的傳感器可以包括感測(cè)方位角的磁力計(jì)和感測(cè)傾斜和工具面的加速度計(jì)。
[0005]在以往，通過(guò)停止鉆井、去除鉆柱并且將使用鋼絲繩線纜將傳感器下降到鉆孔中、然后在已進(jìn)行測(cè)量之后收回鋼絲繩線纜而獲得關(guān)于井中的狀況的信息、例如關(guān)于正在鉆通的地層的信息。該方法被稱為鋼絲繩測(cè)井。最近，感測(cè)模塊已被包含到井底組件中從而當(dāng)鉆井在進(jìn)行時(shí)為鉆井操作者提供關(guān)于鉆井操作的一個(gè)或多個(gè)方面的基本實(shí)時(shí)信息。在“隨鉆測(cè)井”(LWD)應(yīng)用中，提供信息關(guān)于的鉆井方面包括正在鉆通的地層的特性。例如，電阻率傳感器可以用于發(fā)射并且然后接收傳播通過(guò)圍繞傳感器的地層的高頻波長(zhǎng)信號(hào)(例如，電磁波)。通過(guò)比較發(fā)射和接收信號(hào)，可以確定關(guān)于信號(hào)傳播通過(guò)的地層的性質(zhì)、例如它是包含水還是烴的信息。其它傳感器與磁共振成像(MRI)結(jié)合使用。另外的其它傳感器包括用于確定地層的天然放射性的伽瑪閃爍器，以及用于確定地層的孔隙率和密度的核探測(cè)器。在傳統(tǒng)LWD和MWD系統(tǒng)中，電功率由泥漿流動(dòng)驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)供應(yīng)。最近，已開(kāi)發(fā)出包含到井底組件中以提供電功率的電池模塊。
[0006]在LWD和MWD系統(tǒng)中，由傳感器收集的信息必須傳輸?shù)降乇?，在地表處它可以被分析。這樣的數(shù)據(jù)傳輸?shù)湫偷厥褂帽环Q為“泥漿脈沖遙測(cè)術(shù)”的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。在泥漿脈沖遙測(cè)系統(tǒng)中，來(lái)自傳感器模塊的信號(hào)典型地井底組件的基于微處理器的數(shù)據(jù)編碼器中被接收和處理，所述編碼器數(shù)字地編碼傳感器數(shù)據(jù)?？刂颇K中的控制器然后致動(dòng)也包含到井底組件中的脈沖發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器在鉆井泥漿的流動(dòng)內(nèi)生成包含編碼信息的壓力脈沖。壓力脈沖由各種特性限定，包括幅度(壓力的最大和最小值之間的差值)、持續(xù)時(shí)間(壓力增加期間的時(shí)間間隔)、形狀和頻率(每個(gè)單位時(shí)間的脈沖的數(shù)量)。已開(kāi)發(fā)各種編碼系統(tǒng)，其使用一個(gè)或多個(gè)壓力脈沖特性表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)(即，位I或O)，例如0.5秒持續(xù)時(shí)間的壓力脈沖表示二進(jìn)制1，而L O秒持續(xù)時(shí)間的壓力脈沖表示二進(jìn)制O。壓力脈沖沿著向下流動(dòng)到鉆頭的鉆井泥漿柱傳播，在鉆頭處它們由基于應(yīng)變計(jì)的壓力換能器感測(cè)。來(lái)自壓力換能器的數(shù)據(jù)然后由鉆機(jī)操作人員解碼和分析。
[0007]已嘗試各種技術(shù)以便在鉆井泥漿中生成壓力脈沖。一種技術(shù)涉及將脈沖發(fā)生器包含到鉆柱中，在所述鉆柱中鉆井泥漿流動(dòng)通過(guò)由定子形成的通道。在被稱為泥漿警報(bào)器的一種類型的脈沖發(fā)生器中，典型地鄰近定子布置的轉(zhuǎn)子連續(xù)地旋轉(zhuǎn)使得轉(zhuǎn)子葉片交替地增加和減小它們阻塞定子通道的量，由此在鉆井流體中生成脈沖。在另一種類型的脈沖發(fā)生器中，轉(zhuǎn)子振蕩使得轉(zhuǎn)子葉片交替地增加和減小它們阻塞定子通道的量，由此在鉆井流體中生成脈沖。振蕩型脈沖發(fā)生器閥在美國(guó)專利第6，714，138號(hào)(Turner等人)和第7，327，634號(hào)(Perry等人)中被公開(kāi)，上述每個(gè)專利通過(guò)引用完整地被合并于此。
[0008]在這樣的現(xiàn)有脈沖發(fā)生器中，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片與定子通道對(duì)準(zhǔn)以產(chǎn)生脈沖時(shí)，轉(zhuǎn)子兩側(cè)的壓降會(huì)是明顯的，尤其當(dāng)通過(guò)脈沖發(fā)生器的鉆井泥漿的流量高時(shí)，或者當(dāng)數(shù)據(jù)速率低使得脈沖寬度較大、為壓力的積累提供大量時(shí)間時(shí)。該壓降將相當(dāng)大的負(fù)荷強(qiáng)加于支撐轉(zhuǎn)子的推力軸承。可以通過(guò)增加定子的下游面與轉(zhuǎn)子的上游面之間的軸向間隙而減小該負(fù)荷，這允許圍繞轉(zhuǎn)子的更大流體泄漏。然而，這樣的泄漏減小脈沖波形的坡度，這導(dǎo)致用于脈沖的不太理想的波形，尤其當(dāng)在生成短頻脈沖的高數(shù)據(jù)速率模式下傳輸時(shí)。當(dāng)數(shù)據(jù)速率在高和低脈沖頻率之間變化時(shí)或者當(dāng)鉆井泥漿的流量變化時(shí)調(diào)節(jié)軸向間隙需要鉆柱的去除和對(duì)脈沖發(fā)生器的機(jī)械調(diào)節(jié)。
[0009]因此，期望提供一種泥漿脈沖遙測(cè)系統(tǒng)，其可以適應(yīng)數(shù)據(jù)速率或鉆井泥漿的流量的變化而不需要去除脈沖發(fā)生器以便修改。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種用于從在鉆井孔中的井下位置操作的鉆柱的一部分傳輸信息的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，所述旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器包括:a)定子，所述定子適合于安裝在所述鉆柱中并且具有形成于其中的至少一個(gè)通道，鉆井流體的至少一部分流動(dòng)通過(guò)所述通道山)轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子適合于鄰近所述定子安裝在所述鉆柱中，所述轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)到至少第一和第二圓周取向，取決于所述轉(zhuǎn)子的圓周取向，所述轉(zhuǎn)子將不同程度的阻塞賦予流動(dòng)通過(guò)所述定子通道的鉆井流體的流動(dòng)，所述第一轉(zhuǎn)子圓周取向?qū)⒈人龅诙D(zhuǎn)子圓周取向大的阻塞提供給鉆井流體的流動(dòng)，由此所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)生成用待傳輸?shù)男畔⒕幋a的一系列壓力脈沖，并且由此流動(dòng)通過(guò)所述脈沖發(fā)生器的鉆井流體受到跨所述轉(zhuǎn)子的壓降；c)用于自動(dòng)地響應(yīng)所述轉(zhuǎn)子上的壓降的變化從而衰減所述壓降的變化的裝置。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，間隙形成于所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間，并且用于自動(dòng)地響應(yīng)跨所述脈沖發(fā)生器的壓降的變化的所述裝置包括用于響應(yīng)所述壓降的變化改變所述間隙的裝置。
[0011]本發(fā)明的另一目的是提供一種將編碼信息從在鉆井孔中的井下位置操作的鉆柱的井底組件的一部分傳輸?shù)洁徑厍虻牡乇淼奈恢玫姆椒ǎ龇椒òㄒ韵虏襟E:a)從位于所述鉆柱的井下部分中的傳感器獲得數(shù)據(jù)；b)旋轉(zhuǎn)鄰近定子安裝在所述鉆柱中的脈沖發(fā)生器的轉(zhuǎn)子從而在鉆井流體中生成第一系列的壓力脈沖，關(guān)于傳感器數(shù)據(jù)的信息已編碼到所述第一系列的壓力脈沖中，所述第一系列的壓力脈沖與將第一力施加到所述轉(zhuǎn)子的跨所述轉(zhuǎn)子的第一壓降關(guān)聯(lián)；c)隨后旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)子從而在鉆井流體中生成第二系列的壓力脈沖，關(guān)于傳感器數(shù)據(jù)的信息已編碼到所述第二系列的壓力脈沖中，所述第二系列的壓力脈沖與將第二力施加到所述轉(zhuǎn)子的跨所述轉(zhuǎn)子的第二壓降關(guān)聯(lián)；d)自動(dòng)地響應(yīng)跨所述轉(zhuǎn)子的所述第一壓降和所述第二壓降之間的差異并且衰減所述差異。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述定子鄰近所述轉(zhuǎn)子安裝在所述鉆柱中從而形成其間的間隙，并且自動(dòng)地響應(yīng)跨所述轉(zhuǎn)子的所述第一壓降和所述第二壓降之間的差異從而衰減所述差異的步驟包括改變所述間隙的尺寸。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是顯示使用本發(fā)明的泥漿脈沖遙測(cè)系統(tǒng)的鉆井操作的部分示意圖。
[0013]圖2是根據(jù)本發(fā)明的泥漿脈沖遙測(cè)系統(tǒng)的示意圖。
[0014]圖3是根據(jù)本發(fā)明的脈沖發(fā)生器的機(jī)械布置的部分示意圖。
[0015]圖4-6是通過(guò)包含圖2中所示的脈沖發(fā)生器的圖1中所示的鉆柱的井底組件的一部分的縱向橫截面的連續(xù)部分。
[0016]圖7A是在轉(zhuǎn)子葉片尖端附近的圖4中所示的脈沖發(fā)生器的一部分的詳圖。
[0017]圖7B是在轉(zhuǎn)子轂附近的圖4中所示的脈沖發(fā)生器的一部分的詳圖。
[0018]圖8是圖4中所示的環(huán)形護(hù)罩的端視圖。
[0019]圖9是通過(guò)圖8中所示的線IX-1X獲得的圖4中所示的環(huán)形護(hù)罩的橫截面。
[0020]圖10和11分別是圖4中所示的定子的等軸視圖和端視圖。
[0021]圖12和13是通過(guò)圖11中所示的線XI1-XII獲得的圖4中所示的定子的橫向橫截面，在兩個(gè)圓周取向上顯示下游轉(zhuǎn)子葉片。
[0022]圖14和15分別是圖4中所示的轉(zhuǎn)子的等軸視圖和側(cè)視圖。
[0023]圖16和17分別是圖10和11中所示的定子的替代實(shí)施例的等軸視圖和端視圖。
[0024]圖18A、B和C是沿著圖4中所示的線XVII1-XVII1獲得的脈沖發(fā)生器的橫截面，轉(zhuǎn)子處于三個(gè)圓周取向一(a)最大阻塞，(b)中間阻塞，和(C)最小阻塞。
[0025]圖19是顯示從馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器傳輸?shù)今R達(dá)的電功率e(下部曲線)與馬達(dá)的角取向Θ (中間曲線)和在脈沖發(fā)生器處生成的由此產(chǎn)生的壓力脈沖ΛΡ(上部曲線)之間的定時(shí)關(guān)系的圖形。
[0026]圖20是顯示在脈沖發(fā)生器從高數(shù)據(jù)速率切換到低數(shù)據(jù)速率傳輸模式的情況下隨著時(shí)間生成的壓力脈沖的圖形。
[0027]圖21顯示本發(fā)明的替代實(shí)施例，其中在軸承附近的彈簧作用于轉(zhuǎn)子軸以抵抗軸相對(duì)于定子的移位。
[0028]圖22A和B是在活塞附近的圖21中所示的實(shí)施例的詳圖，在兩個(gè)位置顯示活塞。

【具體實(shí)施方式】
[0029]在圖1中顯示包含根據(jù)本發(fā)明的泥漿脈沖遙測(cè)系統(tǒng)的鉆井操作。鉆頭2在地層5中鉆出鉆孔4。鉆頭2附連到鉆柱6，所述鉆柱如常規(guī)地由連結(jié)在一起的管的部段形成。也常規(guī)地，泥漿泵16將鉆井泥漿18向下泵送通過(guò)鉆柱6并且進(jìn)入鉆頭2。鉆井泥漿18通過(guò)鉆孔4與鉆柱6之間的環(huán)形通道向上流動(dòng)到地表，在地表清潔之后，它由泥漿泵16沿著鉆柱向下再循環(huán)。如在MWD和LWD系統(tǒng)中常規(guī)地，傳感器8、例如先前所述類型的傳感器位于鉆柱6的井底組件部分7中。另外，可以是換能器的地表壓力傳感器20感測(cè)鉆井泥漿18中的壓力脈沖。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，脈沖發(fā)生器裝置22、例如閥位于地表處并且能夠在鉆井泥漿中生成壓力脈沖116。
[0030]如圖2中所示，除了傳感器8以外，根據(jù)本發(fā)明的泥漿脈沖遙測(cè)系統(tǒng)的部件包括常規(guī)泥漿遙測(cè)數(shù)據(jù)編碼器24、可以是電池或渦輪交流發(fā)電機(jī)的電源14以及根據(jù)本發(fā)明的井下脈沖發(fā)生器12。脈沖發(fā)生器包括可以是微處理器的控制器26、包括切換裝置40的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器30、可逆馬達(dá)32、減速齒輪46、轉(zhuǎn)子36以及定子38。可以是由晶體管(FET的和雙極的)組成的限流功率級(jí)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器30優(yōu)選地接收來(lái)自電源14的功率并且使用脈沖寬度調(diào)制將它引導(dǎo)到馬達(dá)32。優(yōu)選地，馬達(dá)是具有至少大約600RPM并且優(yōu)選大約6000RPM的操作速度的無(wú)刷DC馬達(dá)。馬達(dá)32驅(qū)動(dòng)耦合到轉(zhuǎn)子軸34的減速齒輪46。盡管僅僅顯示一個(gè)減速齒輪46，但是應(yīng)當(dāng)理解也可以使用兩個(gè)或更多個(gè)減速齒輪。優(yōu)選地，減速齒輪46獲得至少大約80:1并且優(yōu)選至少100:1的速度減小。傳感器8接收與鉆井操作相關(guān)的有用信息100并且將輸出信號(hào)102提供給數(shù)據(jù)編碼器24。使用本領(lǐng)域中公知的技術(shù)，數(shù)據(jù)編碼器24將來(lái)自傳感器8的輸出轉(zhuǎn)換成傳輸?shù)娇刂破?6的數(shù)字代碼104?；跀?shù)字代碼104，控制器26將控制信號(hào)106引導(dǎo)到馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器30。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器30接收來(lái)自電源14的功率107并且將功率108引導(dǎo)到切換裝置40。切換裝置40將功率111傳輸?shù)今R達(dá)32的合適繞組從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子36在第一(例如，順時(shí)針)或相反(例如，逆時(shí)針)方向上的旋轉(zhuǎn)從而生成通過(guò)鉆井泥漿18傳輸?shù)膲毫γ}沖112。如常規(guī)那樣，壓力脈沖112由地表處的傳感器20感測(cè)并且信息被解碼并引導(dǎo)到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)42以便進(jìn)一步處理。
[0031]本發(fā)明也可以包括用于將信息從地表傳到脈沖發(fā)生器12的系統(tǒng)。用于與井下裝置通信的系統(tǒng)在通過(guò)引用完整地被合并于本文中的美國(guó)專利第6，105，690號(hào)(Biglin等人)中被描述。如圖2中所示，優(yōu)選地，井下靜壓力傳感器29和井下動(dòng)壓力傳感器28包含到鉆柱中以測(cè)量脈沖發(fā)生器12附近的鉆井泥漿的壓力，如先前引用的美國(guó)專利第6，714，138號(hào)(Turner等人)中所述。由動(dòng)壓力傳感器28感測(cè)的壓力脈動(dòng)可以是由井下脈沖發(fā)生器12生成的壓力脈沖或由地表脈沖發(fā)生器22生成的壓力脈沖。在任一情況下，井下動(dòng)壓力傳感器28將包含壓力脈沖信息的信號(hào)115傳輸?shù)娇刂破?6,所述壓力脈沖信息可以由控制器使用以生成馬達(dá)控制信號(hào)106。井下脈沖發(fā)生器12也可以包括耦合到馬達(dá)32的、適合于高溫應(yīng)用的取向編碼器47。取向編碼器47將包含關(guān)于馬達(dá)36的角取向的信息的信號(hào)114引導(dǎo)到控制器26。來(lái)自取向編碼器47的信息可以在脈沖發(fā)生器12未操作期間用于監(jiān)視馬達(dá)36的位置并且也可以在操作期間由控制器使用以生成馬達(dá)控制信號(hào)106。優(yōu)選地，取向編碼器47屬于使用耦合到馬達(dá)軸的磁體的類型，所述馬達(dá)軸在靜止殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)磁極的旋轉(zhuǎn)的霍耳效應(yīng)傳感器安裝在所述靜止殼體中。
[0032]在圖3中示意性地并且在圖4-7中更詳細(xì)地顯示井下脈沖發(fā)生器12的優(yōu)選機(jī)械布置。圖4顯示脈沖發(fā)生器的上游部分，圖5顯示脈沖發(fā)生器的中間部分，并且圖6顯示脈沖發(fā)生器的下游部分。關(guān)于脈沖發(fā)生器的中間和下游部分的構(gòu)造的細(xì)節(jié)在先前引用的美國(guó)專利第6，714，138號(hào)(Turner等人)和第7，327，634號(hào)(Perry等人)中被描述。
[0033]如先前所述，鉆柱6的外部殼體由形成中心通道62的鉆管64的部段形成，鉆井泥漿18流動(dòng)通過(guò)所述中心通道。如常規(guī)地，鉆管64具有圖4和6中所示的在每個(gè)端部上的螺紋耦合器，所述螺紋耦合器允許它與鉆管的其它部段配合。用于脈沖發(fā)生器12的殼體包括環(huán)形護(hù)罩39以及殼體部分66、68和69，并且安裝在鉆管部段64的通道62內(nèi)。如圖4中所示，脈沖發(fā)生器12的上游端部由環(huán)形護(hù)罩39安裝在通道62中。如圖6中所示，脈沖發(fā)生器12的下游端部經(jīng)由耦合器180附連到進(jìn)一步將它支撐在通道62內(nèi)的定中心器122。
[0034]圖8和9中所示的環(huán)形護(hù)罩39包括形成用于轉(zhuǎn)子36和定子38的護(hù)罩的套筒部分120，如下所述，以及端板121。如圖4中所示，碳化鎢耐磨套筒33封閉轉(zhuǎn)子36并且保護(hù)護(hù)罩39的內(nèi)表面免于由于與鉆井泥漿接觸引起的磨損。通道123形成于端板121中，允許鉆井泥漿18流動(dòng)通過(guò)護(hù)罩39。護(hù)罩由插入鉆管中的孔85中的固定螺釘(未顯示)固定在鉆管64內(nèi)。如圖4中所示，端頭61形成脈沖發(fā)生器12的最向前部分。端頭61附連到圖4中所示的定子保持器67。
[0035]轉(zhuǎn)子36和定子38安裝在護(hù)罩39內(nèi)，轉(zhuǎn)子36位于定子38的下游。定子保持器67螺紋連接到環(huán)形護(hù)罩39的上游端部中并且通過(guò)將定子38和耐磨套筒33壓靠在形成于護(hù)罩39中的肩部57上限制它們軸向運(yùn)動(dòng)。因此，必要時(shí)可以更換耐磨套筒33。而且，由于定子38和耐磨套筒33不具有高負(fù)荷，因此它們可以由脆性、耐磨材料(例如碳化鎢)制造，而具有更重負(fù)荷但是不受到來(lái)自鉆井流體的磨損的護(hù)罩39可以由更易延展的材料(例如17-4不銹鋼)制造。
[0036]轉(zhuǎn)子36由安裝在脈沖發(fā)生器殼體中的驅(qū)動(dòng)鏈驅(qū)動(dòng)并且包括安裝在室63中的上游和下游軸承56和58上的轉(zhuǎn)子軸34。室63由上游和下游殼體部分66和68以及密封件60和屏障構(gòu)件110形成(當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)上游和下游參照鉆井泥漿朝著鉆頭流動(dòng))。密封件60是彈簧加載唇邊密封件。室63填充有液體、優(yōu)選潤(rùn)滑油，所述液體由安裝在上游充油殼體部分66中的活塞加壓到接近鉆井泥漿18的外部壓力的內(nèi)部壓力。形成充油室63的上游和下游殼體部分66和68螺紋連接在一起，接合處由O型圈193密封。
[0037]轉(zhuǎn)子36優(yōu)選地位于定子38的緊下游。轉(zhuǎn)子36的上游面72與定子38的下游面71間隔圖7和12中所示的間隙G。如下所述，由于轉(zhuǎn)子36的上游面72優(yōu)選地是大致平坦的，因此定子出口面71與轉(zhuǎn)子上游表面之間的軸向間隙G優(yōu)選地、但非必須地在轉(zhuǎn)子的葉片74的徑向高度之上大致恒定。轉(zhuǎn)子36包括轉(zhuǎn)子軸34，所述轉(zhuǎn)子軸由上游和下游軸承56和58安裝在充油室63內(nèi)。轉(zhuǎn)子軸34的下游端部由耦合器182附連到減速齒輪46的輸出軸，所述減速齒輪可以是例如從瑞士 Itingen的Gysin AG可獲得的行星型齒輪系，并且也安裝在下游充油殼體部分68中。減速齒輪46的輸入軸113由軸承54支撐并且耦合到磁率禹合器48 (例如通過(guò)馬薩諸塞州Oxford的Magnetic Technologies有限公司可獲得)的內(nèi)部半部52。
[0038]在操作中，馬達(dá)32旋轉(zhuǎn)軸94，所述軸經(jīng)由磁耦合器48將扭矩傳遞通過(guò)殼體屏障110，所述扭矩驅(qū)動(dòng)減速齒輪輸入軸113。減速齒輪46驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子軸34，由此旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子36。磁耦合器48的外部半部50安裝在殼體部分69內(nèi)，所述殼體部分形成填充有氣體、優(yōu)選空氣的室65，室63和65由屏障110分離。外部磁耦合器半部50耦合到支撐在軸承55上的軸94。撓性耦合器90將軸94耦合到旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)鏈的電動(dòng)馬達(dá)32。取向編碼器47耦合到馬達(dá)32。井下動(dòng)壓力傳感器28安裝在脈沖發(fā)生器的井下端部上，如圖6中所示。
[0039]如圖10和11中所示，優(yōu)選地由碳化鎢制造以便耐磨的定子38包括轂43、外緣邊41以及在其間延伸的葉片31，所述葉片形成用于鉆井泥漿的流動(dòng)的四個(gè)軸向通道80。圖16和17顯示定子38’的替代實(shí)施例，其中葉片31’形成八個(gè)通道80’。定位銷(未顯示)延伸到圖10中所示的緣邊41中的凹槽37中以相對(duì)于脈沖發(fā)生器的剩余部分圓周地定向定子38。當(dāng)鉆井泥漿流動(dòng)通過(guò)通道80時(shí)定子38優(yōu)選地渦流鉆井泥漿18。如圖12中所示，該渦流優(yōu)選地通過(guò)與軸向方向成角A傾斜通道80的壁80’中的一個(gè)實(shí)現(xiàn)。角A優(yōu)選地隨通道80徑向向外延伸增加并且優(yōu)選地在大約10°到15°的范圍內(nèi)。通道180的另一壁80”在平行于中心軸線的平面中定向使得定子38的入口面70處的通道80的圓周寬度W1大于出口面71處的寬度W。。然而，如果愿意，通道的兩個(gè)壁也可以傾斜。
[0040]如圖14和15中所示，轉(zhuǎn)子36包括中心轂77，多個(gè)葉片74從所述中心轂徑向向外延伸。葉片74相應(yīng)地具有前緣75和后緣76，并且能夠取決于轉(zhuǎn)子36相對(duì)于定子38的圓周取向?qū)⒆兓淖枞x予鉆井泥漿18的流動(dòng)。盡管在圖14中顯示四個(gè)葉片，但是也可以使用或多或少數(shù)量的葉片。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子36的操作和鉆井泥漿18中的由此產(chǎn)生的壓力脈沖相應(yīng)地在圖18和19中被顯示。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子葉片74的圓周膨脹大約等于或略小于定子葉片31的圓周延伸程度(expanse)。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子36是第一角取向(任意指定為圖19中的0°取向)時(shí)，轉(zhuǎn)子葉片74與定子葉片31對(duì)準(zhǔn)，如圖18C中所示。在該取向，葉片74基本不提供通過(guò)通道80的鉆井泥漿18的流動(dòng)的阻塞，由此最小化跨脈沖發(fā)生器12的壓降。然而，當(dāng)轉(zhuǎn)子36已在順時(shí)針?lè)较蛏闲D(zhuǎn)角Θ i時(shí)，轉(zhuǎn)子葉片74部分地阻塞通道80，由此增加跨脈沖發(fā)生器12的壓降。(圓周方向是“順時(shí)針”還是“逆時(shí)針”取決于觀察者在脈沖發(fā)生器12的上游還是下游定向。所以，當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)順時(shí)針和逆時(shí)針是任意的并且僅僅旨在表達(dá)相反的圓周方向。)
[0042]如果轉(zhuǎn)子36其后旋轉(zhuǎn)回到0°取向，則產(chǎn)生具有特定形狀和幅度al (例如在圖19中顯示)的壓力脈沖。如果在另一周期中，轉(zhuǎn)子36在圓周方向上進(jìn)一步從0°取向旋轉(zhuǎn)到角取向θ2，則阻塞的程度和因此壓降將增加，導(dǎo)致具有另一形狀和更大幅度a2 (例如也在圖19中顯示)的壓力脈沖。所以，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子36的旋轉(zhuǎn)振蕩Θ的幅度和速度，在脈沖發(fā)生器12處生成的壓力脈沖的形狀和幅度可以被調(diào)節(jié)。進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)超過(guò)θ2將最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)子取向，該轉(zhuǎn)子取向提供通道80的最大阻塞，如圖18Α中所示。然而，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子葉片74和定子通道80的延伸程度(expanse)使得決不會(huì)獲得流動(dòng)的完全阻塞，不管轉(zhuǎn)子取向如何。
[0043]現(xiàn)在將論述控制轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)從而控制壓力脈沖。一般而言，控制器26將來(lái)自數(shù)據(jù)編碼器24的編碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一系列離散馬達(dá)操作時(shí)段。例如，如圖19中所示，在一個(gè)操作模式下，假設(shè)轉(zhuǎn)子初始處于0°取向，其中轉(zhuǎn)子葉片74與葉片31對(duì)準(zhǔn)從而不阻塞流動(dòng)，如圖18C中所示。在時(shí)間h，控制器26指示馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器30將幅度ei的電功率的增量傳輸?shù)今R達(dá)32。在由于慣性引起的短時(shí)滯之后，馬達(dá)32將開(kāi)始在圓周方向上旋轉(zhuǎn)，由此在相同方向上旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子36。
[0044]在時(shí)間t2，在時(shí)間間隔Λ tl消逝之后，控制器將指示馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器30停止將電功率傳輸?shù)今R達(dá)32使得在由于慣性引起的短時(shí)滯之后，轉(zhuǎn)子36將停止，在這時(shí)它將已到達(dá)例如可以為20°的角取向Θ i，如圖18B中所示。這將導(dǎo)致由地表傳感器20感測(cè)的壓力的增加a10在時(shí)間t3，在時(shí)間間隔At2消逝之后，控制器26指示馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器30再次將幅度ei的電功率傳輸?shù)今R達(dá)32持續(xù)另一時(shí)間間隔At1，但是在相反方向(也就是說(shuō)，逆時(shí)針?lè)较?上，使得轉(zhuǎn)子36返回到0°取向，由此將壓力返回到它的初始幅度。結(jié)果是產(chǎn)生具有幅度B1和寬度At2的離散壓力脈沖。一般而言，壓力脈沖的形狀將取決于時(shí)間間隔At1和At2的相對(duì)長(zhǎng)度以及轉(zhuǎn)子在0°和Q1取向之間移動(dòng)的速度，速度越快，壓力脈沖越像方形，速度越慢，壓力脈沖越像正弦或梯形。
[0045]將領(lǐng)會(huì)時(shí)間間隔At1和At2可以很短，例如，At1可以為大約0.18秒并且At2可以為大約0.32秒。而且，馬達(dá)的操作之間的間隔At2可以基本為零使得一停止在第一方向上旋轉(zhuǎn)馬達(dá)就使方向反向。
[0046]在可以等于Λ t2或更長(zhǎng)或更短的時(shí)間間隔的另一時(shí)間間隔消逝之后，控制器26將再次指示馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器30將ei的電功率傳輸?shù)今R達(dá)32在順時(shí)針?lè)较蛏铣掷m(xù)另一時(shí)間間隔At1并且重復(fù)該周期，因此以傳輸編碼信息所需的特定時(shí)間間隔生成特定幅度、持續(xù)時(shí)間和形狀的壓力脈沖。
[0047]由本發(fā)明提供的壓力脈沖的特性(包括它們的幅度、形狀和頻率)的控制在編碼方案中提供相當(dāng)大的靈活性。例如，編碼方案可以包括脈沖的持續(xù)時(shí)間或脈沖之間的時(shí)間間隔的變化，或脈沖的幅度或形狀的變化，或前述的組合。除了允許調(diào)節(jié)壓力脈沖特性(包括幅度、形狀和頻率)以改善數(shù)據(jù)接收以外，也可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的脈沖模式以便于高效數(shù)據(jù)傳輸。例如，可以周期性地改變脈沖幅度，例如每三個(gè)脈沖增加或減小幅度。因此，控制壓力脈沖特性中的一個(gè)或多個(gè)的能力允許使用更高效和穩(wěn)定的編碼方案。例如，使用壓力脈沖持續(xù)時(shí)間和幅度的組合編碼導(dǎo)致傳輸指定的數(shù)據(jù)序列所需的脈沖更少。
[0048]重要地，由本發(fā)明提供的對(duì)壓力脈沖的特性的控制允許現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)這些特性以便優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸。因此，不必如一些現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)那樣需要停止鉆井并且收回脈沖發(fā)生器以便調(diào)節(jié)壓力脈沖的幅度、持續(xù)時(shí)間、形狀或頻率。
[0049]例如，可以通過(guò)增加馬達(dá)操作期間時(shí)間間隔At/ (例如，通過(guò)增加幅度&的電功率傳輸?shù)今R達(dá)的持續(xù)時(shí)間)而增加壓力脈沖的幅度。增加的馬達(dá)操作增加轉(zhuǎn)子36的旋轉(zhuǎn)量使得它呈角取向θ2，例如45°，如圖18Α中所示，由此增加由轉(zhuǎn)子葉片74產(chǎn)生的定子通道80的阻塞和跨脈沖發(fā)生器12的壓降。轉(zhuǎn)子36反向旋轉(zhuǎn)回到0°取向?qū)?dǎo)致完成增加幅度a2的壓力脈沖的生成。在該模式下的操作將改善由地表壓力傳感器20接收數(shù)據(jù)。
[0050]替代地，可以通過(guò)改變壓力脈沖的形狀改善地表處的數(shù)據(jù)接收。例如，假設(shè)在一段時(shí)間之后，增加幅度a2的壓力脈沖也變得難以在地表處譯碼。根據(jù)本發(fā)明，控制器26然后可以指示馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器30將傳輸?shù)今R達(dá)的電功率的幅度增加到幅度e2，同時(shí)也減小供應(yīng)這樣的功率期間的時(shí)間間隔At/’。增加電功率的傳輸將增加轉(zhuǎn)子36的旋轉(zhuǎn)速度使得它更快地呈角取向Θ 2并且也更快地返回到它的初始位置，導(dǎo)致更近似地接近方形波的壓力脈沖。該類型的操作由圖19中的虛線描繪。替代地，如果期望增加壓力脈沖的頻率以例如避免與在某個(gè)頻率下存在的噪聲混淆，馬達(dá)操作和不操作期間的相應(yīng)時(shí)間間隔AtJP八^可以由控制器26縮短或延長(zhǎng)。此外，在數(shù)據(jù)接收沒(méi)有問(wèn)題的情況下，時(shí)段可以縮短以增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，?dǎo)致在指定時(shí)段傳輸更多的數(shù)據(jù)。
[0051]根據(jù)本發(fā)明，基于由地表脈沖發(fā)生器20生成并且由井下動(dòng)壓力傳感器29接收的以來(lái)自地表的數(shù)據(jù)編碼脈沖的形式傳輸?shù)男畔?，如先前所述，指令可以從地表傳輸，?dāng)由控制器26解碼時(shí)，所述指令指示控制器將供應(yīng)到馬達(dá)的電功率的幅度增加特定量使得馬達(dá)更快地旋轉(zhuǎn)，由此改變壓力脈沖的形狀，或者增加馬達(dá)被賦能期間的每個(gè)時(shí)段的持續(xù)時(shí)間，由此增加壓力脈沖的持續(xù)時(shí)間和幅度，或者增加馬達(dá)的每次賦能之間的時(shí)間間隔，由此減小頻率或數(shù)據(jù)速率。圖20示出將脈沖發(fā)生器12從產(chǎn)生短頻脈沖的高數(shù)據(jù)速率傳輸模式切換到以更長(zhǎng)的時(shí)間間隔產(chǎn)生更長(zhǎng)的脈沖的低數(shù)據(jù)速率傳輸模式。這樣的切換可以基于從地表傳輸?shù)闹噶畎l(fā)生，如上所述。
[0052]在一種型式中，控制器26自動(dòng)地指示井下脈沖發(fā)生器12以多種預(yù)定格式(例如各種數(shù)據(jù)速率、脈沖頻率或脈沖幅度)以規(guī)定時(shí)間間隔傳輸壓力脈沖112。井下脈沖發(fā)生器12然后將停止操作，同時(shí)地表檢測(cè)系統(tǒng)分析這些數(shù)據(jù)，選擇提供最佳數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷?，并且使用地表脈沖發(fā)生器22，生成編碼壓力脈沖116，所述編碼壓力脈沖關(guān)于將用于最佳數(shù)據(jù)傳輸?shù)木旅}沖發(fā)生器操作模式指示控制器26。
[0053]替代地，可以通過(guò)將來(lái)自安裝在井底組件中的常規(guī)流動(dòng)開(kāi)關(guān)、例如感測(cè)跨孔口的鉆井泥漿的壓降的機(jī)械壓力開(kāi)關(guān)(低△ P指示泥漿流動(dòng)的停止并且高△ P指示泥漿流動(dòng)的恢復(fù))或感測(cè)鉆柱中的振動(dòng)的加速度計(jì)(振動(dòng)的缺少指示泥漿流動(dòng)的停止并且振動(dòng)的存在指示泥漿流動(dòng)的恢復(fù))的輸出信號(hào)發(fā)送到控制器通知控制器26它將接收用于操作井下脈沖發(fā)生器12的指令。通過(guò)關(guān)閉泥漿泵產(chǎn)生的泥漿流動(dòng)的停止然后可以用于向控制器26發(fā)信號(hào)指示當(dāng)泥漿流動(dòng)恢復(fù)時(shí)，它將接收用于操作脈沖發(fā)生器12的指令。
[0054]根據(jù)本發(fā)明，泥漿泵16可以通過(guò)使用很簡(jiǎn)單的編碼方案用作地表脈沖發(fā)生器22，所述編碼方案允許由泥漿泵操作生成的壓力脈沖包含用于設(shè)置由井下脈沖發(fā)生器12生成的壓力脈沖的特性的信息。例如，泥漿泵16的速度可以變化從而改變泥漿泵壓力脈沖的頻率，當(dāng)由井下動(dòng)壓力傳感器29感測(cè)時(shí)，向控制器26發(fā)信號(hào)指示由井下脈沖發(fā)生器12生成的壓力脈沖的特性應(yīng)當(dāng)以某種方式被調(diào)節(jié)。
[0055]如圖7A和12中所示，在定子葉片31的下游面71與轉(zhuǎn)子36的上游面72之間有軸向間隙G。如圖7A中所示，轉(zhuǎn)子葉片74的尖端與套筒33之間的間隙提供圍繞轉(zhuǎn)子36的鉆井泥漿18的泄漏路徑。然而，即使在轉(zhuǎn)子葉片74的尖端與套筒33之間沒(méi)有間隙并且葉片的圓周寬度等于或大于定子通道80的圓周寬度，仍然有圍繞轉(zhuǎn)子36的泄漏流動(dòng)路徑，原因是鉆井泥漿18可以由于軸向間隙G而圍繞葉片74的側(cè)面流動(dòng)，如圖12中所示。因此，間隙G越大，通過(guò)脈沖發(fā)生器的泄漏流動(dòng)面積越大，并且因此跨轉(zhuǎn)子的壓降越小。類似地，間隙G越小，通過(guò)脈沖發(fā)生器的泄漏流動(dòng)面積越小并且跨轉(zhuǎn)子的壓降越大。
[0056]如上所述，脈沖發(fā)生器12可以生成變化脈沖幅度和脈沖寬度的脈沖。然而，一般而言，通過(guò)脈沖發(fā)生器12的鉆井流體的流量越高，跨脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子36的壓降越高。而且，脈沖寬度越大，脈沖幅度越大，原因是更長(zhǎng)的脈沖提供更長(zhǎng)的時(shí)間以便壓力積累，脈沖幅度越大，跨脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子36的壓降越大。更高的壓降增加優(yōu)選地是組合徑向/推力軸承的下游軸承58 (在圖4中顯示)上的負(fù)荷。例如，當(dāng)在具有寬壓力脈沖的低數(shù)據(jù)速率模式下操作時(shí)，跨轉(zhuǎn)子36的壓降可以超過(guò)500psi。這樣的壓降可以施加軸向負(fù)荷，所述軸向負(fù)荷超過(guò)軸承58的最大容許推力負(fù)荷，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中為20001b。增加定子71的下游面與轉(zhuǎn)子36的上游面72之間的軸向間隙G減小該壓降。因此，可以通過(guò)增加軸向間隙G、例如通過(guò)加入墊片而防止過(guò)度壓降。然而，間隙G的增加導(dǎo)致脈沖波形的坡度的減小，這增加壓力將積累的時(shí)間。當(dāng)在脈沖發(fā)生器生成短頻脈沖的高數(shù)據(jù)速率模式下操作時(shí)這是非期望的，原因是它將導(dǎo)致更小幅度的更不明顯的脈沖。
[0057]根據(jù)本發(fā)明，可以自動(dòng)地適應(yīng)鉆井流體流量和脈沖寬度的變化使得例如鉆井流體的流量可以增加，或者脈沖發(fā)生器12可以從高數(shù)據(jù)速率切換到圖20中所示的低數(shù)據(jù)速率模式，而不需要收回脈沖發(fā)生器并且手動(dòng)地調(diào)節(jié)軸向間隙G以防止軸承超負(fù)荷。這通過(guò)響應(yīng)跨轉(zhuǎn)子的壓降的變化自動(dòng)改變圍繞轉(zhuǎn)子的泄漏流動(dòng)路徑的流動(dòng)面積從而衰減壓降的變化而實(shí)現(xiàn)。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，泄漏流動(dòng)路徑的流動(dòng)面積的變化通過(guò)改變圍繞轉(zhuǎn)子36的泄漏流動(dòng)路徑、優(yōu)選地通過(guò)改變軸向間隙G的尺寸而實(shí)現(xiàn)。
[0058]如圖7B中所示，轉(zhuǎn)子36的轂77優(yōu)選地通過(guò)銅焊固定到套筒202。套筒202鍵連接到轉(zhuǎn)子軸34并且可以沿著轉(zhuǎn)子軸滑動(dòng)，也就是說(shuō)，它可以朝著或遠(yuǎn)離定子38移位。密封件220布置在套筒202中并且由密封件保持件222保持就位，所述密封件保持件又由保持環(huán)224保持到位。腔204形成于軸34的井上端部中，所述腔的一部分帶螺紋。螺母206接合形成于腔204中的螺紋。具有形成于其外表面上的螺紋的短軸接合形成于轉(zhuǎn)子軸34的端部中的凹陷212中的螺紋。貫穿通道形成于螺母206和短軸208中，允許鉆井泥漿作用于補(bǔ)償活塞。彈簧210布置在螺母206與形成于短軸208上的凸緣214之間。優(yōu)選地彈簧210包括蝶形彈簧的堆疊。然而，也可以使用其它類型的彈簧、例如螺旋壓縮彈簧。在組裝時(shí)將螺母206螺紋連接到腔204中壓縮彈簧210，換句話說(shuō)，它對(duì)彈簧預(yù)加負(fù)荷，并且朝著定子38移位轉(zhuǎn)子36，由此減小初始間隙G。在優(yōu)選實(shí)施例中，初始間隙G設(shè)置為0.030英寸。保持環(huán)224也用作限位件以保證轉(zhuǎn)子36不接觸定子38。墊片226有助于精確地設(shè)置轉(zhuǎn)子與定子之間的最小間隙G。
[0059]跨轉(zhuǎn)子36的壓降施加力，所述力傾向于在井下方向上(也就是說(shuō)，在圖4和7B中向右)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，使得它沿著軸34滑動(dòng)。這樣做時(shí)，彈簧210變?yōu)楸粔嚎s。由于轉(zhuǎn)子36的井下移位壓縮彈簧210，因此彈簧施加抵抗這樣的井下移位的偏壓力。除了壓縮彈簧210以夕卜，轉(zhuǎn)子36的移位也增加間隙G。
[0060]如上所述，脈沖發(fā)生器12的操作導(dǎo)致跨轉(zhuǎn)子36的壓降，所述壓降產(chǎn)生力，所述力傾向于在井下方向上驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子36從而增加間隙G。因此，在操作中，轉(zhuǎn)子36相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸34的軸向位置和因此定子38的下游面71與轉(zhuǎn)子36的上游面72之間的間隙G的尺寸是由跨轉(zhuǎn)子的壓降生成的力與由彈簧210生成的相反力之間的平衡的結(jié)果。壓降越大，軸向間隙G越大，由于圍繞轉(zhuǎn)子36的鉆井流體18的增加泄漏，這將傾向于衰減壓降的增加。
[0061]例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，螺母206在組裝時(shí)螺紋連接到腔204中使得它將大約100lbs的預(yù)負(fù)荷施加到彈簧210。該100lb預(yù)負(fù)荷等于由大約250psi的跨轉(zhuǎn)子36的壓降(也就是說(shuō)，壓力脈沖幅度al)生成的力。這導(dǎo)致在零壓降下的0.030英寸的軸向間隙G。在操作期間，低于250psi的壓降將對(duì)間隙G沒(méi)有影響，原因是由這樣的壓降生成的力不足以克服預(yù)負(fù)荷并且壓縮彈簧210。然而，超過(guò)250psi的壓降將克服彈簧210上的預(yù)負(fù)荷并且在井下方向上驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子36從而將軸向間隙G增加到高于0.030英寸。例如，假設(shè)通過(guò)脈沖發(fā)生器的鉆井流體的流量顯著地增加?；蛘撸鳛榱硪焕?，假設(shè)由于來(lái)自地表的命令，脈沖發(fā)生器12從高數(shù)據(jù)速率切換到低速率操作模式，導(dǎo)致脈沖的寬度的加倍。增加的脈沖寬度將提供額外時(shí)間以便積累壓力脈沖的幅度(和轉(zhuǎn)子36上的壓降)。在這樣的情況下，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的脈沖發(fā)生器可能受到軸承上的負(fù)荷的增加，這將縮短脈沖發(fā)生器的壽命，這只能通過(guò)去除井底組件并且手動(dòng)地調(diào)節(jié)軸向間隙G而避免。
[0062]根據(jù)本發(fā)明，例如與從高數(shù)據(jù)速率切換到低數(shù)據(jù)速率傳輸模式關(guān)聯(lián)的鉆井流體流量或脈沖寬度的增加所引起的跨轉(zhuǎn)子36的壓降的增加由軸向間隙G的增加自動(dòng)地適應(yīng)。在以上例子中，當(dāng)由于壓降引起的力超過(guò)2501bs的預(yù)負(fù)荷時(shí)，彈簧210將開(kāi)始充分地壓縮以生成與壓降力相反的同樣大的力。這樣做時(shí)，軸向間隙G將增加，由此衰減轉(zhuǎn)子上的壓降的增加的幅度。類似地，如果轉(zhuǎn)子上的壓降足以超過(guò)彈簧210中的預(yù)負(fù)荷，使得彈簧的壓縮導(dǎo)致間隙G的增加，然后壓降的隨后減小將導(dǎo)致軸向間隙G的減小，這衰減跨轉(zhuǎn)子的壓降的減小的幅度，并且由此衰減脈沖高度的減小。
[0063]例如，當(dāng)跨轉(zhuǎn)子36的壓降達(dá)到500psi時(shí)，這時(shí)來(lái)自作用于轉(zhuǎn)子的壓降的力將為20001bs并且將導(dǎo)致彈簧210壓縮直到它生成同樣大的相反力，上述的0.030英寸初始軸向間隙G可以增加到0.080英寸。特別地，由超過(guò)克服螺母206施加到彈簧210的預(yù)負(fù)荷所需的壓力的增加產(chǎn)生的軸向間隙G的增加的幅度將取決于彈簧210的彈簧常數(shù)。在以上例子中，彈簧210的彈簧常數(shù)為使得0.050英寸的偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致彈簧力的增加使得0.080英寸的軸向間隙足以平衡由于壓降的增加引起的轉(zhuǎn)子36上的增加力。當(dāng)然，上述的特定數(shù)字僅僅作為例子，并且基于本文中提供的教導(dǎo)，可以基于特定應(yīng)用選擇其它軸向間隙和彈簧常數(shù)。因此，根據(jù)本發(fā)明的脈沖發(fā)生器可以適應(yīng)鉆井流體流量的更大變化，以及脈沖寬度的更大變化，而不會(huì)經(jīng)歷軸承上的過(guò)度推力負(fù)荷，原因是間隙G的尺寸自動(dòng)地響應(yīng)壓降的變化從而衰減壓降的變化。例如，本發(fā)明允許間隙G初始設(shè)置成較小值使得在低流量下，壓力脈沖的幅度是足夠的。然而在高流率下，避免過(guò)度壓降。在沒(méi)有本發(fā)明提供的間隙G的自動(dòng)調(diào)節(jié)的情況下，間隙G將必須初始設(shè)置成足夠高以適應(yīng)遇到的最大預(yù)期流體流量而不將過(guò)度負(fù)荷施加到軸承，所述過(guò)度負(fù)荷將導(dǎo)致在較低流量下的欠佳脈沖高度。
[0064]圖21顯示本發(fā)明的替代實(shí)施例，其中鄰近軸承58包含彈簧210’。在該實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子36不相對(duì)于軸34滑動(dòng)。然而，軸34可以相對(duì)于殼體68移位。彈簧布置在軸承58與固定到殼體68的套筒238之間?？甾D(zhuǎn)子36的壓降的增加將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸34在下游方向上(在圖21中向右)相對(duì)于殼體68移位。這樣做時(shí)，間隙G將增加，如前所述，由此衰減壓降的增加，并且彈簧210’將被壓縮，由此抵抗進(jìn)一步移位，如前所述。
[0065]圖21的實(shí)施例的另外特征是能夠阻尼轉(zhuǎn)子36的軸向移位。軸承58位于其中的區(qū)域是充油的。轉(zhuǎn)子軸34在井下方向上的移位導(dǎo)致作用于油的活塞234的移位，如圖22B中所示。活塞234的移位導(dǎo)致流體在井上方向上泵送，通過(guò)止回閥230進(jìn)入室240中。如果隨后減小壓降，則彈簧210’將在井上方向上驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子軸34使得活塞234在相反方向上泵送油，如圖22A中所示。然而，包括一系列板的流動(dòng)限制閥232阻礙油的泵送并且因此減慢活塞234和因此轉(zhuǎn)子軸34的移位，所述板具有交錯(cuò)的孔以產(chǎn)生用于油的長(zhǎng)且蜿蜒的路徑。因此，轉(zhuǎn)子36的移位被阻尼，防止轉(zhuǎn)子由于壓降的微小波動(dòng)(例如當(dāng)產(chǎn)生每個(gè)脈沖時(shí)產(chǎn)生的微小波動(dòng))而經(jīng)歷小、但是快的前后移位。這防止密封件和與轉(zhuǎn)子36關(guān)聯(lián)的其它滑動(dòng)表面上的非必要磨損。
[0066]盡管已參考某些具體實(shí)施例示出本發(fā)明，但是掌握前述公開(kāi)的本領(lǐng)域的技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)可以使用許多變型。例如，盡管已參考振蕩旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器詳細(xì)地論述本發(fā)明，但是本發(fā)明也可以在脈沖發(fā)生器中使用，所述脈沖發(fā)生器通過(guò)僅僅在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子生成脈沖。因此，例如，對(duì)導(dǎo)致鉆井流體的流動(dòng)的最小阻塞的轉(zhuǎn)子“圓周取向”的稱謂適用于任何取向，其中轉(zhuǎn)子葉片36與定子葉片軸向地對(duì)準(zhǔn)，使得例如在定子葉片31成90°間隔的圖18中所示的結(jié)構(gòu)中，圖18(c)中所示的轉(zhuǎn)子取向以及轉(zhuǎn)子從其旋轉(zhuǎn)90°、180°和270°的取向?qū)⑷勘灰暈閱蝹€(gè)或第一圓周取向，原因是在這些情況的每一個(gè)中轉(zhuǎn)子葉片將與定子葉片軸向地對(duì)準(zhǔn)。類似地，圖18(a)中所示的轉(zhuǎn)子取向以及與其相距90°、180°和270°的取向?qū)⑷勘灰暈閱蝹€(gè)或第二圓周取向，原因是在這些情況的每一個(gè)中轉(zhuǎn)子葉片將與定子通道80軸向地對(duì)準(zhǔn)。
[0067] 所以，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)本發(fā)明可以以其它特定形式具體實(shí)施而不脫離本發(fā)明的精神或基本屬性，并且因此應(yīng)當(dāng)參考附帶的權(quán)利要求而不是前述的說(shuō)明書指示本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于從在鉆井孔中的井下位置操作的鉆柱的一部分傳輸信息的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，所述鉆柱具有通道，鉆井流體流動(dòng)通過(guò)所述通道，所述旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器包括: a)定子，所述定子適合于安裝在所述鉆柱中并且具有形成于其中的至少一個(gè)通道，所述鉆井流體的至少一部分流動(dòng)通過(guò)所述通道； b)轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子適合于鄰近所述定子安裝在所述鉆柱中，所述轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)到至少第一和第二圓周取向，取決于所述轉(zhuǎn)子的圓周取向，所述轉(zhuǎn)子將不同程度的阻塞賦予流動(dòng)通過(guò)所述定子通道的鉆井流體的所述流動(dòng)，所述第一轉(zhuǎn)子圓周取向?qū)⒈人龅诙D(zhuǎn)子圓周取向大的阻塞提供給鉆井流體的所述流動(dòng)，由此所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)生成用待傳輸?shù)乃鲂畔⒕幋a的一系列壓力脈沖，并且由此流動(dòng)通過(guò)所述脈沖發(fā)生器的鉆井流體受到跨所述轉(zhuǎn)子的壓降； c)用于自動(dòng)地響應(yīng)跨所述轉(zhuǎn)子的所述壓降的變化從而衰減所述壓降的所述變化的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其還包括圍繞所述轉(zhuǎn)子的鉆井流體的泄漏路徑，所述泄漏路徑具有流動(dòng)面積，并且其中用于自動(dòng)地響應(yīng)跨所述脈沖發(fā)生器的壓降的變化的所述裝置包括用于響應(yīng)所述壓降的變化改變所述泄漏路徑的所述流動(dòng)面積的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中所述泄漏路徑包括形成于所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間的間隙，并且其中用于響應(yīng)所述壓降的變化改變所述泄漏路徑的所述流動(dòng)面積的所述裝置包括用于響應(yīng)所述壓降的變化改變所述間隙的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子限定軸線，并且其中所述間隙是大體上在平行于所述轉(zhuǎn)子的所述軸線的方向上延伸的軸向間隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中用于改變所述間隙的所述裝置包括用于生成朝著所述定子偏壓所述轉(zhuǎn)子的力的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中所述偏壓裝置包括彈簧。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中所述彈簧包括蝶形彈簧。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中所述偏壓力生成裝置包括用于將預(yù)負(fù)荷力施加到所述轉(zhuǎn)子的裝置，所述預(yù)負(fù)荷力抵抗所述轉(zhuǎn)子遠(yuǎn)離所述定子的移動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子限定軸線，并且其中跨所述轉(zhuǎn)子的所述流體的所述壓降生成在下游方向上驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子的軸向力，并且其中間隙形成于所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間，并且其中用于自動(dòng)地響應(yīng)所述壓降的變化的所述裝置包括朝著所述定子偏壓所述轉(zhuǎn)子的彈簧，所述彈簧的偏轉(zhuǎn)生成力，所述力與由所述壓降生成的所述軸向力相反。
10.一種用于從在鉆井孔中的井下位置操作的鉆柱的一部分傳輸信息的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，所述鉆柱具有通道，鉆井流體流動(dòng)通過(guò)所述通道，所述旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器包括: a)定子，所述定子適合于安裝在所述鉆柱中并且具有形成于其中的至少一個(gè)通道，所述鉆井流體的至少一部分流動(dòng)通過(guò)所述通道； b)轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子適合于鄰近所述定子安裝在所述鉆柱中，所述轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)到至少第一和第二圓周取向，取決于所述轉(zhuǎn)子的圓周取向，所述轉(zhuǎn)子將不同程度的阻塞賦予流動(dòng)通過(guò)所述定子通道的鉆井流體的所述流動(dòng)，所述第一轉(zhuǎn)子圓周取向?qū)⒈人龅诙D(zhuǎn)子圓周取向大的阻塞提供給鉆井流體的所述流動(dòng)，由此所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)生成跨所述轉(zhuǎn)子的所述鉆井流體的壓降以及用待傳輸?shù)乃鲂畔⒕幋a的一系列脈沖； C)間隙，所述間隙形成于所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間，所述轉(zhuǎn)子和所述定子能夠相對(duì)移位，其中所述轉(zhuǎn)子朝著所述定子的移位減小所述間隙，并且其中所述轉(zhuǎn)子遠(yuǎn)離所述定子的移位增加所述間隙；以及 d)彈簧，所述彈簧布置成使得所述彈簧的偏轉(zhuǎn)生成偏壓力，所述偏壓力抵抗所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間的相對(duì)移位。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中跨所述轉(zhuǎn)子的所述壓降的增加使所述轉(zhuǎn)子抵抗由所述彈簧生成的所述偏壓力遠(yuǎn)離所述定子移位從而增加所述間隙。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子限定軸線，并且其中所述間隙是在平行于所述軸線的方向上延伸的軸向間隙。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中所述彈簧包括蝶形彈簧。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子可滑動(dòng)地安裝在轉(zhuǎn)子軸上，由此所述轉(zhuǎn)子相對(duì)于所述定子的移位通過(guò)所述轉(zhuǎn)子在所述軸上滑動(dòng)而實(shí)現(xiàn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子可滑動(dòng)地安裝在耦合到所述定子的殼體中，由此所述轉(zhuǎn)子相對(duì)于所述定子的移位通過(guò)所述轉(zhuǎn)子在所述殼體內(nèi)滑動(dòng)而實(shí)現(xiàn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子安裝在轉(zhuǎn)子軸上，由此所述轉(zhuǎn)子相對(duì)于所述定子的移位通過(guò)所述轉(zhuǎn)子軸相對(duì)于所述定子移位而實(shí)現(xiàn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其還包括用于將預(yù)負(fù)荷力施加到所述彈簧的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其還包括用于將預(yù)負(fù)荷力施加到所述彈簧的螺母。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其還包括安裝在所述轉(zhuǎn)子軸的端部上的短軸，所述彈簧安裝在所述螺母與所述短軸之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子安裝在轉(zhuǎn)子軸上，并且所述旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器還包括安裝在所述轉(zhuǎn)子軸的端部上的短軸，所述彈簧鄰近所述短軸安裝。
21.一種用于從在鉆井孔中的井下位置操作的鉆柱的一部分傳輸信息的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，所述鉆柱具有通道，鉆井流體流動(dòng)通過(guò)所述通道，通過(guò)所述通道的鉆井流體的流量隨著時(shí)間變化，所述旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器包括: a)脈沖發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器包括適合于安裝在所述鉆柱中的轉(zhuǎn)子并且所述鉆井流體的至少一部分流動(dòng)通過(guò)其中，所述轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)到至少第一和第二圓周取向，取決于所述轉(zhuǎn)子的圓周取向，所述轉(zhuǎn)子將不同程度的阻塞賦予所述鉆井流體的所述流動(dòng)，所述第一轉(zhuǎn)子圓周取向?qū)⒈人龅诙D(zhuǎn)子圓周取向大的阻塞提供給所述鉆井流體的所述流動(dòng)，由此所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)生成用待傳輸?shù)乃鲂畔⒕幋a的一系列壓力脈沖，并且由此流動(dòng)通過(guò)所述脈沖發(fā)生器的鉆井流體經(jīng)歷跨所述轉(zhuǎn)子的壓降；以及 b)用于響應(yīng)通過(guò)所述脈沖發(fā)生器的所述鉆井流體的流量的變化現(xiàn)場(chǎng)改變所述脈沖發(fā)生器從而衰減由所述鉆井流體的所述流量的變化產(chǎn)生的跨所述轉(zhuǎn)子的所述壓降的變化的>J-U ρ?α裝直。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其還包括圍繞所述轉(zhuǎn)子的鉆井流體的泄漏路徑，所述泄漏路徑具有流動(dòng)面積，并且其中用于現(xiàn)場(chǎng)改變所述脈沖發(fā)生器的所述裝置包括用于響應(yīng)所述鉆井流體流量的所述變化改變所述泄漏路徑的所述流動(dòng)面積的裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中所述脈沖發(fā)生器還包括鄰近所述轉(zhuǎn)子安裝在所述鉆柱中的定子，并且其中所述泄漏路徑包括形成于所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間的間隙，并且其中用于現(xiàn)場(chǎng)改變所述脈沖發(fā)生器的所述裝置包括用于響應(yīng)所述鉆井流體流量的所述變化改變所述間隙的裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子限定軸線，并且其中所述間隙是大體上在平行于所述轉(zhuǎn)子的所述軸線的方向上延伸的軸向間隙。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中用于改變所述間隙的所述裝置包括用于生成朝著所述定子偏壓所述轉(zhuǎn)子的力的裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中所述偏壓裝置包括彈簧。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中所述彈簧包括蝶形彈簧。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中所述偏壓力生成裝置包括用于將預(yù)負(fù)荷力施加到所述轉(zhuǎn)子的裝置，所述預(yù)負(fù)荷力抵抗所述轉(zhuǎn)子遠(yuǎn)離所述定子的移動(dòng)。
29.根據(jù)權(quán)利要求21所述的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，其中所述脈沖發(fā)生器還包括鄰近所述轉(zhuǎn)子安裝在所述鉆柱中的定子，并且其中所述轉(zhuǎn)子限定軸線，并且其中跨所述轉(zhuǎn)子的所述流體的所述壓降生成在下游方向上驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子的軸向力，并且其中間隙形成于所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間，并且其中用于響應(yīng)所述鉆井流體的流量的變化現(xiàn)場(chǎng)改變所述脈沖發(fā)生器的所述裝置包括朝著所述定子偏壓所述轉(zhuǎn)子的彈簧，所述彈簧的偏轉(zhuǎn)生成力，所述力與由所述壓降生成的所述軸向力相反。
30.一種將編碼信息從在鉆井孔中的井下位置操作的鉆柱的井底組件的一部分傳輸?shù)洁徑厍虻牡乇淼奈恢玫姆椒ǎ@井流體流動(dòng)通過(guò)所述鉆柱，所述方法包括以下步驟: a)從位于所述鉆柱的所述井下部分中的傳感器獲得數(shù)據(jù)； b)旋轉(zhuǎn)鄰近定子安裝在所述鉆柱中的脈沖發(fā)生器的轉(zhuǎn)子從而在所述鉆井流體中生成第一系列的壓力脈沖，關(guān)于所述傳感器數(shù)據(jù)的信息已編碼到所述第一系列的壓力脈沖中，所述第一系列的壓力脈沖與將第一力施加到所述轉(zhuǎn)子的跨所述轉(zhuǎn)子的第一壓降關(guān)聯(lián)； c)隨后旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)子從而在所述鉆井流體中生成第二系列的壓力脈沖，關(guān)于所述傳感器數(shù)據(jù)的信息已編碼到所述第二系列的壓力脈沖中，所述第二系列的壓力脈沖與將第二力施加到所述轉(zhuǎn)子的跨所述轉(zhuǎn)子的第二壓降關(guān)聯(lián)； d)響應(yīng)所述轉(zhuǎn)子上的所述第一壓降和所述第二壓降之間的差異現(xiàn)場(chǎng)改變所述脈沖發(fā)生器從而衰減所述差異。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的傳輸編碼信息的方法，其中所述脈沖發(fā)生器包括允許鉆井流體圍繞所述轉(zhuǎn)子流動(dòng)的泄漏流動(dòng)路徑，并且其中響應(yīng)所述轉(zhuǎn)子上的所述第一壓降和所述第二壓降之間的差異現(xiàn)場(chǎng)改變所述脈沖發(fā)生器從而衰減所述差異的步驟包括響應(yīng)所述第一壓降和所述第二壓降之間的所述差異自動(dòng)地改變所述泄漏流動(dòng)路徑的流動(dòng)面積。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的傳輸編碼信息的方法，其中所述泄漏流動(dòng)路徑包括形成于所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間的間隙，并且其中自動(dòng)地改變所述泄漏流動(dòng)路徑的流動(dòng)面積的步驟包括改變所述間隙的尺寸。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的傳輸編碼信息的方法，其中改變所述間隙的尺寸的步驟包括響應(yīng)所述第一壓降和所述第二壓降之間的差異相對(duì)于所述定子移位所述轉(zhuǎn)子。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的傳輸編碼信息的方法，其中彈簧耦合到所述轉(zhuǎn)子使得所述彈簧的移位產(chǎn)生力，所述力抵抗所述轉(zhuǎn)子遠(yuǎn)離所述定子的移位，由此相對(duì)于所述定子移位所述轉(zhuǎn)子的步驟導(dǎo)致抵抗所述轉(zhuǎn)子的所述移位的所述彈簧的移位。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的傳輸編碼信息的方法，其中改變所述間隙的尺寸的步驟包括響應(yīng)所述第一壓降和所述第二壓降之間的差異相對(duì)于所述定子移位所述轉(zhuǎn)子的步驟，包括當(dāng)所述第二壓降大于所述第一壓降時(shí)增加所述間隙的尺寸，并且當(dāng)所述第二壓降小于所述第一壓降時(shí)減小所述間隙的尺寸。
36.根據(jù)權(quán)利要求30所述的傳輸編碼信息的方法，其中僅僅當(dāng)所述第二壓降超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)改變所述脈沖發(fā)生器。
37.一種將編碼信息從在鉆井孔中的井下位置操作的鉆柱的井底組件的一部分傳輸?shù)洁徑厍虻牡乇淼奈恢玫姆椒?，鉆井流體流動(dòng)通過(guò)所述鉆柱，所述方法包括以下步驟: a)從位于所述鉆柱的所述井下部分中的傳感器獲得數(shù)據(jù)； b)將所述鉆井流體流動(dòng)通過(guò)鄰近定子安裝在所述鉆柱中的脈沖發(fā)生器，旋轉(zhuǎn)所述脈沖發(fā)生器的轉(zhuǎn)子從而在所述鉆井流體中生成一系列的壓力脈沖，關(guān)于所述傳感器數(shù)據(jù)的信息已編碼到所述一系列的壓力脈沖中，所述一系列的壓力脈沖與跨所述轉(zhuǎn)子的壓降關(guān)聯(lián)；以及 c)響應(yīng)通過(guò)所述脈沖發(fā)生器的所述鉆井流體的流量的變化現(xiàn)場(chǎng)改變所述脈沖發(fā)生器從而衰減由所述鉆井流體的所述流量的變化產(chǎn)生的跨所述轉(zhuǎn)子的所述壓降的變化。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的傳輸編碼信息的方法，其中所述脈沖發(fā)生器包括允許鉆井流體圍繞所述轉(zhuǎn)子流動(dòng)的泄漏流動(dòng)路徑，并且其中響應(yīng)所述鉆井流體流量的變化現(xiàn)場(chǎng)改變所述脈沖發(fā)生器從而衰減所述壓降的變化的步驟包括響應(yīng)所述鉆井流體流量的變化自動(dòng)地改變所述泄漏流動(dòng)路徑的流動(dòng)面積。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的傳輸編碼信息的方法，其中所述泄漏流動(dòng)路徑包括形成于所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間的間隙，并且其中自動(dòng)地改變所述泄漏流動(dòng)路徑的流動(dòng)面積的步驟包括改變所述間隙的尺寸。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的傳輸編碼信息的方法，其中改變所述間隙的尺寸的步驟包括響應(yīng)所述第一壓降和所述第二壓降之間的差異相對(duì)于所述定子移位所述轉(zhuǎn)子。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的傳輸編碼信息的方法，其中彈簧耦合到所述轉(zhuǎn)子使得所述彈簧的移位產(chǎn)生力，所述力抵抗所述轉(zhuǎn)子遠(yuǎn)離所述定子的移位，由此相對(duì)于所述定子移位所述轉(zhuǎn)子的步驟導(dǎo)致抵抗所述轉(zhuǎn)子的所述移位的所述彈簧的移位。
【文檔編號(hào)】E21B47/18GK104334831SQ201380015686
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月22日
【發(fā)明者】丹尼爾·E·伯吉斯 申請(qǐng)人:Aps技術(shù)公司