CN102425411A - 连续波泥浆脉冲发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种连续波泥浆脉冲发生器，动力及传动装置在底部，压力平衡及密封模块在中间，旋转阀在顶部；动力及传动装置由电机驱动器、电机总成、万向联轴器、二次密封传动轴和主传动轴组成，电机总成固定在抗压筒中，二次密封传动轴通过万向联轴器与电机总成连接；压力平衡及密封模块由抗压筒，平衡活塞，高压堵头组成，抗压筒开有泥浆流通的孔道，抗压筒开有液压油流通的孔道；旋转阀由定子、转子和套筒组成；具有结构简单，工作可靠，适用于无线随钻测量系统，解决信息的传输速度慢及传输误码率高的问题。
Description
所属技术领域
本发明属于石油钻井工程领域，特别涉及一种用于无线随钻测量的泥浆脉冲发生器。
背景技术
钻井过程中，尤其是水平井、大位移井和分支井等复杂结构井的钻井过程中，井场人员需要实时了解的各种井下参数是由随钻测量MWD、随钻测井LWD系统完成的。随钻测量、随钻测井系统由井下控制器、各种井下参数测量仪器、随钻测量信息传输系统和地面信息接收、处理、显示系统组成。其中的信息传输系统是关键技术之一。
长期以来随钻测量、测井系统的各个子系统之间发展极不均衡，主要表现为信息传输子系统传输速率低与需要传输的井下信息量不断增加之间的矛盾。
但是，从上世纪90年代以来，随钻测量的信息传输速率却止步不前，成为随钻测量、测井系统发展的瓶颈。目前，随钻测量的信息传输方法主要有四种：有线电缆法、泥浆脉冲法、声波法和电磁波法，每种方式都有其局限性和适用范围，其中以泥浆脉冲法应用最为广泛、可靠。泥浆脉冲法又分为负脉冲、正脉冲和连续波三种传输方式，目前应用最广泛的正脉冲传输方式。
其中，带先导控制的液压驱动往复式信号发生器是泥浆正脉冲传输方式最普遍的形式。它由液压控制回路驱动主节流阀往复运动来产生压力脉冲信号，液压控制回路的介质可以是钻井液也可以是液压油。其中以钻井液为介质的往复节流式信号发生器的液压控制回路结构比较简单，但是由于钻井液存在着污染比较严重、流动具有非牛顿特性以及其性质随钻井工况的变化而变化的问题，导致其工作频率很低，只能产生离散的压力脉冲信号；以液压油为介质的往复节流式信号发生器需要在建立一套液压动力系统，结构十分复杂，由于空间狭小，环境恶劣限制了高性能液压元件的应用，因此该种信号发生器的工作频率一般都较低。
实践证明，钻井液压力波动信号传输方式，是目前从井下向地面无线传输数据最实用、最可靠的方法，但存在的一个极其突出的问题是，随着各种井下新的测量仪器的研制成功与应用，随钻测量的参数越来越多，从最初的井斜、方位、工具面等几何参数测量发展到钻压、扭矩、压力、温度、自然伽马、地层电阻率等多个环境、地质参数的测量。目前钻井液压力信号发生器的信号速率相对太慢，因而，分析研究液压信号发生器的工作机理和特性，对于研制高速信号发生器，实现高效可靠地传输井下测量数据是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足而提供一种连续波泥浆脉冲发生器。
本发明所采用的技术方案为：
连续波泥浆脉冲发生器，包括动力及传动装置、压力平衡及密封模块和旋转阀，安装于无磁钻铤中，矛头为打捞工具的夹持部位；动力及传动装置在底部，压力平衡及密封模块在中间，旋转阀在顶部；动力及传动装置由电机驱动器、电机总成、万向联轴器、二次密封传动轴和主传动轴组成，电机总成固定在抗压筒中，二次密封传动轴通过万向联轴器与电机总成连接；压力平衡及密封模块由抗压筒，平衡活塞，高压堵头组成，抗压筒开有泥浆流通的孔道，抗压筒开有液压油流通的孔道；旋转阀由定子、转子和套筒组成。
电机总成由直流无刷电机、行星齿轮减速器和转速传感器组成，转速传感器在底部，直流无刷电机在中间，行星齿轮减速器在顶部。
转子与主传动轴相连，定子固定于套筒中，定子与转子之间有一定的的轴向间隙，转子靠近定子端带有叶轮，叶轮后有导轮。
平衡活塞Ⅰ平衡左腔体和右腔体的压力，左腔体注满液压油，右腔体压力为泥浆压力，平衡活塞Ⅱ平衡腔体和二次密封传动轴与抗压筒构成的腔体的压力，平衡活塞Ⅱ两侧均注满液压油。
泥浆由孔道进入抗压筒中的右空腔，在泥浆压力作用下，平衡活塞Ⅰ向左移动，平衡活塞Ⅱ向右移动，左空腔的液压油在平衡活塞Ⅰ的挤压作用下，压力升高，当压力平衡时，平衡活塞Ⅰ、Ⅱ维持在平衡位置；当钻铤内环空泥浆压力降低时，平衡活塞Ⅰ向右移动，平衡活塞Ⅱ向左移动，左空腔的液压油压力降低，进而使抗压外筒内外压力保持一致。
转子的叶轮随主传动轴旋转，通过定子的开口和闭合，释放和阻隔泥浆；转子的导轮在脉冲器工作时，起到助力作用，在脉冲器不工作时，起到发电作用。
与现有技术相比，本发明的优点是：连续波泥浆脉冲发生器，主传动轴与二次密封传动轴之间的间隙，辅助设置的推力轴承和角接触轴承可以抵消泥浆压力下的轴向变形，起到保护电机总成的作用。平衡活塞的设置，不仅可以起到隔离泥浆的密封作用，亦可以将泥浆的压力导入到抗压筒内部，是内外压力平衡，内外压基本保持一致，极大的提升了抗压筒的抗压能力，且为了提高可靠性，采用了二次密封结构。使用电机总成直接驱动旋转阀，因此，信号传输速率比传统的带先导控制的液压驱动往复式信号发生器要高，且误码率更低。更换旋转阀的调整垫片，可以适应不同的井深及泥浆环境。因此本发明具有结构简单，工作可靠，适用于无线随钻测量系统，解决信息的传输速度慢及传输误码率高的问题。
附图说明
图1为连续波泥浆脉冲发生器结构示意图。
图2为压力平衡及密封模块放大结构示意图。
图3为旋转阀定子截面图。
图4为旋转阀转子截面图。
图5为旋转阀转子结构示意图。
图中：1为矛头，2为套筒，3为套筒，7为腔体，8为主动轴，9为抗压筒，10为左空腔，11为平衡活塞Ⅰ，12为右空腔，13为通道，14为抗压筒，15为抗压筒，16为平衡活塞Ⅱ，17为二次密封传动轴，18为万向联轴器，19为电机总成，20为抗压筒，21为抗压筒，22为高压堵头，23为电机驱动器，25为定子，26为转子，27为导轮，28为叶轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，连续波泥浆脉冲发生器，由动力及传动装置、压力平衡及密封模块和旋转阀组成,安装于无磁钻铤中，矛头1为打捞工具的夹持部位。动力及传动装置在底部，压力平衡及密封模块在中间，旋转阀在顶部；动力及传动装置由电机驱动器23、电机总成19、万向联轴器18、二次密封传动轴17和主传动轴8组成，电机总成固定在抗压筒20中，二次密封传动轴17通过万向联轴器28与电机19总成连接；压力平衡及密封模块由抗压筒9、14、15、21，平衡活塞Ⅰ11、平衡活塞Ⅱ16，高压堵头22组成，抗压筒14开有泥浆流通的孔道13，抗压筒14、21开有液压油流通的孔道；旋转阀由定子25、转子26和套筒2、3组成。
电机总成1由直流无刷电机、行星齿轮减速器和转速传感器组成，转速传感器在底部，直流无刷电机在中间，行星齿轮减速器在顶部。
如图1、3、4所示，转子26与主传动轴8相连，定子固定于套筒2中，定子25与转子26之间有一定的的轴向间隙，转子26靠近定子25端带有叶轮28，叶轮后有导轮27。
转子26的叶轮28随主传动轴8旋转，依次通过定子25的开口和闭合，释放和阻隔泥浆，进而达到改变泥浆压力的的作用。转子26的导轮27在脉冲器工作时，可以起到助力的作用，在脉冲器不工作时，在泥浆的冲击作用下，亦能达到发电的目的。
如图1、2所示，平衡活塞11平衡左腔体10和右腔体12的压力，左腔体10注满液压油，右腔体12压力为泥浆压力，平衡活塞16平衡腔体7和二次密封传动轴17与抗压筒15构成的腔体的压力，平衡活塞16两侧均注满液压油。在正常工作时，泥浆由通道13进入抗压筒14中的右空腔12，在泥浆压力作用下，平衡活塞11向左移动，平衡活塞16向右移动，左空腔10的液压油在平衡活塞11的挤压作用下，压力升高，当压力平衡时，平衡活塞11、16维持在平衡位置。当钻铤内环空泥浆压力降低时，平衡活塞11向右移动，平衡活塞16向左移动，左空腔10的液压油压力降低，进而使抗压外筒内外压力保持一致。
本发明应用时，需要同无线随钻测量系统的其他模块一起工作。如图3、4所示，旋转阀泥浆脉冲发生器正常工作时，电机总成19通过万向联轴器18带动二次密封传动轴17和主传动轴8转动。进而使转子26旋转，产生泥浆压力波动，地面系统依据检测到的压力波动进行解码，得到随钻测量、测井数据。
Claims (6)
1.连续波泥浆脉冲发生器，包括动力及传动装置、压力平衡及密封模块和旋转阀，安装于无磁钻铤中，矛头为打捞工具的夹持部位；其特征在于：动力及传动装置在底部，压力平衡及密封模块在中间，旋转阀在顶部；动力及传动装置由电机驱动器、电机总成、万向联轴器、二次密封传动轴和主传动轴组成，电机总成固定在抗压筒中，二次密封传动轴通过万向联轴器与电机总成连接；压力平衡及密封模块由抗压筒，平衡活塞，高压堵头组成，抗压筒开有泥浆流通的孔道，抗压筒开有液压油流通的孔道；旋转阀由定子、转子和套筒组成。
2.根据权利要求1所述的连续波泥浆脉冲发生器，其特征在于：电机总成由直流无刷电机、行星齿轮减速器和转速传感器组成，转速传感器在底部，直流无刷电机在中间，行星齿轮减速器在顶部。
3.根据权利要求1所述的连续波泥浆脉冲发生器，其特征在于：转子与主传动轴相连，定子固定于套筒中，定子与转子之间有一定的的轴向间隙，转子靠近定子端带有叶轮，叶轮后有导轮。
4.根据权利要求1所述的连续波泥浆脉冲发生器，其特征在于：平衡活塞Ⅰ平衡左腔体和右腔体的压力，左腔体注满液压油，右腔体压力为泥浆压力，平衡活塞Ⅱ平衡腔体和二次密封传动轴与抗压筒构成的腔体的压力，平衡活塞Ⅱ两侧均注满液压油。
5.根据权利要求1所述的连续波泥浆脉冲发生器，其特征在于：泥浆由孔道进入抗压筒中的右空腔，在泥浆压力作用下，平衡活塞Ⅰ向左移动，平衡活塞Ⅱ向右移动，左空腔的液压油在平衡活塞Ⅰ的挤压作用下，压力升高，当压力平衡时，平衡活塞Ⅰ、Ⅱ维持在平衡位置；当钻铤内环空泥浆压力降低时，平衡活塞Ⅰ向右移动，平衡活塞Ⅱ向左移动，左空腔的液压油压力降低，进而使抗压外筒内外压力保持一致。
6.根据权利要求1所述的连续波泥浆脉冲发生器，其特征在于：转子的叶轮随主传动轴旋转，通过定子的开口和闭合，释放和阻隔泥浆；转子的导轮在脉冲器工作时，起到助力作用，在脉冲器不工作时，起到发电作用。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120425 |