專利名稱：從井內(nèi)鉆柱下孔向地面?zhèn)鬟f信息的改進(jìn)型旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)型旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其用于從井內(nèi)的下孔位置向地面?zhèn)鬟f信息，該改進(jìn)型旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器用于例如泥漿脈沖遙測系統(tǒng)，該泥漿脈沖遙測系統(tǒng)用在鉆油井的鉆柱中。
背景技術(shù)：
在地下鉆探例如氣體、油或地?zé)徙@探過程中，穿過地下深處的地層鉆孔。通過把鉆頭與稱為“鉆管”的長管部分相連形成這種孔，從而形成通常稱為“鉆柱”的組件，該組件從地面延伸到孔的底部。轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭使其前進(jìn)進(jìn)入地下，從而形成孔。在旋轉(zhuǎn)鉆探過程中，通過在地面轉(zhuǎn)動(dòng)鉆柱來轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭。在定向鉆井過程中，通過與鉆頭相連的下孔泥漿馬達(dá)來轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭；在鉆井過程中，鉆柱的余部不轉(zhuǎn)動(dòng)。在可操縱的鉆柱中，泥漿馬達(dá)彎曲為與鉆頭的中心線成微小的角度，從而產(chǎn)生側(cè)向力，該側(cè)向力引導(dǎo)鉆頭的路徑離開直線。無論如何，為了潤滑鉆頭并沖洗來自其路徑的切屑，地面上的活塞操作的泵經(jīng)過鉆柱內(nèi)的內(nèi)部通道通過鉆頭泵出稱為“鉆探泥漿”的高壓流體。鉆探泥漿接著通過在鉆柱與孔表面之間形成的環(huán)形通道流到地面。
取決于鉆井操作，流過鉆柱的鉆探泥漿的壓力通常在1,000與25,000psi之間。另外，在鉆頭處有較大的壓降，從而流到鉆柱外部的鉆探泥漿的壓力遠(yuǎn)小于在鉆柱內(nèi)部流動(dòng)的鉆探泥漿的壓力。這樣，鉆柱內(nèi)的構(gòu)件就受到較大壓力的影響。另外，鉆柱的構(gòu)件還受到來自鉆探泥漿的磨損以及鉆柱振動(dòng)的影響。
鉆柱的遠(yuǎn)端包括稱為“底孔裝置”的鉆頭。在“隨鉆測量”(MWD)應(yīng)用中，底孔裝置中的感測組件提供與鉆井方向有關(guān)的信息。該信息能夠用于例如控制鉆頭在可操縱的鉆柱內(nèi)前進(jìn)的方向。這種傳感器可以包括用于感測方位角的磁強(qiáng)計(jì)和用于感測傾角與刀面的加速度計(jì)。
在歷史上，通過以下方法來得到與井內(nèi)條件有關(guān)的信息，例如關(guān)于所鉆地層的信息停止鉆井；拆下鉆柱；和使用鋼纜索將傳感器下降到孔中，然后在進(jìn)行測量之后取出鋼纜索。該方法公知為鋼索取樣法。更近些時(shí)候，已經(jīng)把感測組件加入底孔裝置，以給鉆井操作者提供與鉆井操作的一個(gè)或多個(gè)方面有關(guān)的基本實(shí)時(shí)的信息，例如鉆井進(jìn)度。在“隨鉆取樣”(LWD)應(yīng)用中，提供相關(guān)信息的鉆井方面包括所鉆地層的特性。例如，可以使用電阻率傳感器發(fā)送并隨后接收高頻波信號(例如電磁波)，這些高頻波信號穿過圍繞該傳感器的地層。通過比較所發(fā)送和接收的信號，能夠確定與該信號所經(jīng)過地層的性質(zhì)有關(guān)的信息，例如該地層是否含有水或碳?xì)浠衔铩＝Y(jié)合磁共振成像(MRI)使用其它傳感器。還有其它的傳感器包括伽瑪閃爍器和核探測器，伽瑪閃爍器用來確定地層的天然放射性，核探測器用來確定地層的孔隙率和密度。
在傳統(tǒng)的LWD和MWD系統(tǒng)中，通過由泥漿流驅(qū)動(dòng)的渦輪來提供電能。更近些時(shí)候，已經(jīng)研制出電池組件來加入到底孔裝置中以提供電能。
在LWD和MWD系統(tǒng)中，傳感器所采集的信息都必須傳遞到地面，在地面才能夠?qū)ζ溥M(jìn)行分析。通常使用稱為“泥漿脈沖遙測”的技術(shù)實(shí)現(xiàn)這種數(shù)據(jù)傳遞。在泥漿脈沖遙測系統(tǒng)中，通常在底孔裝置的基于微處理器的數(shù)據(jù)編碼器中接收和處理來自傳感器組件的信號，數(shù)據(jù)編碼器對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字編碼。然后，控制組件中的控制器起動(dòng)脈沖發(fā)生器，脈沖發(fā)生器也包括在底孔裝置中，脈沖發(fā)生器在鉆探泥漿的流動(dòng)中產(chǎn)生壓力脈沖，這些壓力脈沖包含編碼的信息。壓力脈沖由一系列特性來限定，包括振幅(壓力的最大值和最小值之差)、持續(xù)時(shí)間(壓力增加的施加間隔)、形狀和頻率(每單位時(shí)間的脈沖數(shù))。已經(jīng)研制出使用一個(gè)或多個(gè)壓力脈沖特性來表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)(即位1或0)——例如0.5秒持續(xù)時(shí)間的壓力脈沖表示二進(jìn)制數(shù)1，而1.0秒持續(xù)時(shí)間的壓力脈沖表示二進(jìn)制數(shù)0——的各種編碼系統(tǒng)。壓力脈沖沿著向下流向鉆頭的鉆探泥漿柱向上傳播，在鉆頭處通過基于應(yīng)變計(jì)的壓力換能器感測壓力脈沖。然后由鉆井機(jī)操作人員對來自壓力換能器的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼和分析。
已經(jīng)有各種技術(shù)試圖在鉆探泥漿中產(chǎn)生壓力脈沖。一種技術(shù)涉及將脈沖發(fā)生器加入到鉆柱中，其中鉆探泥漿流過由定子形成的通道。轉(zhuǎn)子通常設(shè)置在定子的上游，轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為泥漿汽笛(mudsiren)，或者是增量式的，即擺動(dòng)轉(zhuǎn)子或在一個(gè)方向上增量式轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，使得轉(zhuǎn)子葉片交替增加和減小葉片阻塞定子通道的量，從而在鉆探泥漿中產(chǎn)生脈沖。在美國專利No.6,714,138(Turner等人)中公開了一種擺動(dòng)型脈沖發(fā)生器閥，這里將其全部引入作為參考。在美國專利No.6,714,138(Turner等人)的商業(yè)化實(shí)施例中使用的現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)子如圖1所示。在該實(shí)施例中，如美國專利No.6,714,138(Turner等人)所示，轉(zhuǎn)子位于定子的上游，而且相對于鉆探泥漿的流動(dòng)方向取向，使得葉片的下游表面是平坦表面，其中葉片錐形的上游表面使得在葉片的徑向末端處的厚度約為1/8英寸(3mm)。
不幸的是，在這種現(xiàn)有的脈沖發(fā)生器中，鉆探泥漿的流動(dòng)產(chǎn)生的壓力脈沖傾向于把轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)到以下一個(gè)位置，在該位置上轉(zhuǎn)子葉片提供對鉆探泥漿流動(dòng)的最大阻塞。因此，如果馬達(dá)驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器失敗，流動(dòng)誘導(dǎo)的力矩將使得轉(zhuǎn)子保持靜止在最大阻塞的位置，從而干涉鉆探泥漿的流動(dòng)，增大鉆探泥漿的壓力，并由于經(jīng)過受阻通道的高流速而加速脈沖發(fā)生器構(gòu)件的磨損。
而且，即使馬達(dá)不失效，當(dāng)脈沖發(fā)生器不工作期間，流動(dòng)誘導(dǎo)的力矩將逐漸克服轉(zhuǎn)子對轉(zhuǎn)動(dòng)的抵抗并阻塞泥漿流。由于這種對鉆探泥漿流動(dòng)的不必要的阻塞是不希望的，必須監(jiān)控轉(zhuǎn)子位置，而且必須使用脈沖發(fā)生器馬達(dá)周期性地把轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到最小阻塞位置。這導(dǎo)致給馬達(dá)提供電能的電池的不必要的消耗。
根據(jù)美國專利No.6,714,138(Turner等人)中所述的一種方法，流動(dòng)誘導(dǎo)的力矩傾向于把轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到阻塞方位，可以在特定的脈沖發(fā)生器中通過對位于定子下游的轉(zhuǎn)子葉片成形來阻止該力矩的產(chǎn)生，使得轉(zhuǎn)子葉片的側(cè)邊向外漸縮，從而隨著它們在下游方向上延伸而在周向方向上變寬。但是，在許多情況下這種方法被認(rèn)為是不完全令人滿意的。
因此，理想的是提供一種泥漿脈沖遙測系統(tǒng)，在該泥漿脈沖遙測系統(tǒng)中，當(dāng)脈沖發(fā)生器不用來傳遞信息時(shí)，阻止轉(zhuǎn)子葉片無意地轉(zhuǎn)動(dòng)到阻塞位置而無需操作脈沖發(fā)生器馬達(dá)。
另外，脈沖發(fā)生器受到鉆探泥漿的高流速影響的部分易于磨損。因此，研制一種增強(qiáng)在這種高流動(dòng)區(qū)域處對磨損的抵抗的脈沖發(fā)生器也是理想的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于向接近地面位置傳遞信息的改進(jìn)型設(shè)備，該信息來自井孔內(nèi)的下孔位置處工作的鉆柱的一部分，鉆柱具有通道，鉆井流體流過該通道，該設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，該旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器具有(i)殼體，適于安裝在所述鉆柱內(nèi)；(ii)定子，支撐在所述殼體內(nèi)，并具有形成在其內(nèi)的至少一個(gè)大致軸向延伸的通道，所述鉆井流體的至少一部分流過該通道；(iii)轉(zhuǎn)子，支撐在殼體內(nèi)，靠近定子并在定子的下游，轉(zhuǎn)子具有至少一個(gè)葉片，所述至少一個(gè)葉片沿徑向向外延伸，從而形成葉片的徑向高度，根據(jù)轉(zhuǎn)子的周向方位，葉片對流過定子通道的鉆井流體的流動(dòng)施加可變程度的阻塞，所述轉(zhuǎn)子至少能夠轉(zhuǎn)動(dòng)到第一和第二周向方位，第一轉(zhuǎn)子周向方位提供的對鉆井流體的流動(dòng)的阻塞比第二轉(zhuǎn)子周向方位提供的對鉆井流體的流動(dòng)的阻塞大，由此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生一系列脈沖，這些脈沖編碼有要傳遞的所述信息；(iv)馬達(dá)，與轉(zhuǎn)子相連以給轉(zhuǎn)子施加轉(zhuǎn)動(dòng)，由此馬達(dá)的操作產(chǎn)生所述系列的編碼的脈沖；和(v)施加力矩的裝置，通過推動(dòng)轉(zhuǎn)子離開所述第一周向方位向第二周向方位轉(zhuǎn)動(dòng)，從而減小當(dāng)馬達(dá)不工作時(shí)由葉片施加的對鉆井流體的流動(dòng)的阻塞。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可更換的磨損套筒設(shè)置在殼體內(nèi)并圍住轉(zhuǎn)子。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)子的軸測圖。
圖2是表示利用本發(fā)明的泥脈沖發(fā)生器遙測系統(tǒng)進(jìn)行的鉆井操作的局部示意圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的泥脈沖發(fā)生器遙測系統(tǒng)的示意圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的脈沖發(fā)生器的機(jī)械結(jié)構(gòu)的局部示意圖。
圖5-7是經(jīng)過圖2所示鉆柱的底孔裝置的一部分的縱向剖面的連續(xù)部分。
圖9是圖5所示環(huán)形圍筒的端視圖。
圖10是圖5所示環(huán)形圍筒沿圖9所示線X-X的剖面。
圖11和12分別是圖5所示定子的軸測圖和端視圖。
圖13A和13B是圖5所示定子沿圖12所示線XIII-XIII的橫向剖面，表示在兩個(gè)周向位置上的下游轉(zhuǎn)子葉片。
圖14和15分別是圖5所示轉(zhuǎn)子的軸測圖和正視圖。
圖16是圖5所示轉(zhuǎn)子沿圖15所示線XVI-XVI的橫向剖面。
圖17A-17D是一系列橫向剖面，它們沿著圖16所示線a-a到d-d經(jīng)過圖5所示轉(zhuǎn)子的一個(gè)葉片。
圖18A、18B、18C是泥脈沖發(fā)生器沿圖5所示線XVIII-XVIII的剖面，其中轉(zhuǎn)子分別在三個(gè)周向位置——A最大阻塞、B中間阻塞和C最小阻塞。
圖19是圖5中包含根據(jù)本發(fā)明的扭簧的部分的詳細(xì)視圖。
圖20是圖5所示扭簧安裝到在轉(zhuǎn)子軸與減速齒輪之間的聯(lián)軸器上的軸測圖。
具體實(shí)施例方式
圖2所示的鉆井操作結(jié)合了根據(jù)本發(fā)明的泥漿脈沖遙測系統(tǒng)。鉆頭2把鉆孔4鉆入地層5。鉆頭2與鉆柱6相連，鉆柱6如常規(guī)的那樣由連接在一起的管部分形成。泥漿泵16還如常規(guī)的那樣把鉆探泥漿18向下通過鉆柱6泵入鉆頭2。鉆探泥漿18經(jīng)過在孔4與鉆柱6之間的環(huán)形通道向上流動(dòng)到地面上，在那里經(jīng)過凈化后通過泥漿泵16沿著鉆柱向下再循環(huán)回去。像MWD和LWD系統(tǒng)中傳統(tǒng)的那樣，傳感器8例如上述類型的那些傳感器位于鉆柱6的底孔裝置部分7上。另外，地面壓力傳感器20可以是換能器，它感測鉆探泥漿18中的壓力脈沖。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，脈沖發(fā)生器裝置22例如閥位于地面上而且能夠在鉆探泥漿中產(chǎn)生壓力脈沖。
如圖2和3所示，除了傳感器8之外，根據(jù)本發(fā)明的泥漿脈沖遙測系統(tǒng)的構(gòu)件包括傳統(tǒng)的泥漿遙測數(shù)據(jù)編碼器24、電源14和根據(jù)本發(fā)明的下孔脈沖發(fā)生器12，其中電源14可以是電池或交流發(fā)電機(jī)。該脈沖發(fā)生器包括控制器26、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器30、可逆馬達(dá)32、減速齒輪46、轉(zhuǎn)子36和定子38，控制器26可以是微處理器，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器30包括開關(guān)裝置40。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器30可以是優(yōu)選由晶體管(FET晶體管和雙極晶體管)組成的限流功率級，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器30從電源14接收電能并使用脈沖寬度調(diào)制將電能引向馬達(dá)32。優(yōu)選地，該馬達(dá)是有刷直流馬達(dá)，其具有的工作速度至少約600RPM，優(yōu)選約6000RPM。馬達(dá)32驅(qū)動(dòng)減速齒輪46，減速齒輪46連接轉(zhuǎn)子軸34。盡管只示出了一個(gè)減速齒輪46，但是應(yīng)該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實(shí)現(xiàn)至少約144∶1的減速。傳感器8接收與鉆井操作有關(guān)的有用信息100，并把輸出信號102提供給數(shù)據(jù)編碼器24。采用本領(lǐng)域公知的技術(shù)，數(shù)據(jù)編碼器24把來自傳感器8的輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼104并傳遞給控制器26。根據(jù)數(shù)字代碼104，控制器26把控制信號106引向馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器30。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器30接收來自電源14的電能107，并把電能108引向開關(guān)裝置40。開關(guān)裝置40把電能111傳遞給馬達(dá)32的適當(dāng)?shù)睦@組，以在第一方向(例如順時(shí)針方向)或相反方向(例如逆時(shí)針方向)上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子36的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生壓力脈沖112并通過鉆探泥漿18傳遞。如常規(guī)的那樣，在地面通過傳感器20感測壓力脈沖112，將信息解碼并引向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)42以進(jìn)一步處理。
如圖3所示，優(yōu)選地，把下孔靜壓傳感器29和下孔動(dòng)壓傳感器28都結(jié)合到鉆柱內(nèi)，以測量在脈沖發(fā)生器12附近鉆探泥漿的壓力，如前面引用的美國專利No.6,714,138(Turner等人)。動(dòng)壓傳感器28感測到的壓力脈動(dòng)可能是下孔脈沖發(fā)生器12產(chǎn)生的壓力脈沖或地面脈沖發(fā)生器22產(chǎn)生的壓力脈沖。在兩種情況下，下孔動(dòng)壓傳感器28都把信號115傳遞給控制器26，信號115包含壓力脈沖信息，控制器可以將該壓力脈沖信息用于產(chǎn)生馬達(dá)控制信號106。下孔脈沖發(fā)生器12還可以包括適于高溫應(yīng)用場合的方位編碼器47，方位編碼器47連接馬達(dá)32。方位編碼器47把信號114引向控制器26，信號114包含與轉(zhuǎn)子36的成角度的方位有關(guān)的信息。來自方位編碼器47的信息能夠用于在脈沖發(fā)生器12不工作期間監(jiān)測轉(zhuǎn)子36的位置，還可以在工作期間被控制器用來產(chǎn)生馬達(dá)控制信號106。優(yōu)選地，方位編碼器47是探測磁極轉(zhuǎn)動(dòng)類型的編碼器，該磁鐵與馬達(dá)軸相連，馬達(dá)軸在靜止的殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，探測磁極轉(zhuǎn)動(dòng)的霍耳效應(yīng)傳感器安裝在該靜止的殼體內(nèi)。
下孔脈沖發(fā)生器12的一種優(yōu)選機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖4示意性所示和圖5-7更詳細(xì)所示。圖5表示脈沖發(fā)生器的上游部分，圖6表示脈沖發(fā)生器的中間部分，圖7表示脈沖發(fā)生器的下游部分。脈沖發(fā)生器的中間部分和下游部分的構(gòu)造如前面引用的美國專利No.6,714,138(Turner等人)。
如前所述，鉆柱6的外殼由鉆管64的一部分形成，該部分形成中央通道62，鉆探泥漿18流經(jīng)中央通道62。如圖5和7所示，如常規(guī)的那樣，鉆管64在每一端都具有螺紋連接，使其能夠與鉆管的其它部分匹配。脈沖發(fā)生器12的殼體由環(huán)形圍筒39、殼體部分66、68和69組成，而且安裝在鉆管部分64的通道62內(nèi)。如圖5所示，環(huán)形圍筒39把脈沖發(fā)生器12的上游端安裝在通道62內(nèi)。如圖7所示，脈沖發(fā)生器12的下游端通過連接件180與定心器122相連，定心器122進(jìn)一步把脈沖發(fā)生器12的下游端支撐在通道62內(nèi)。
如圖9和10所示，環(huán)形圍筒39包括套筒部分120和端板121，如下所述，套筒部分120形成轉(zhuǎn)子36和定子38的圍筒。如圖5所示，碳化鎢磨損套筒33圍住轉(zhuǎn)子36，并保護(hù)圍筒39的內(nèi)表面使其免于因與鉆探泥漿接觸而造成磨損。在端板121中形成通道123，通道123使得鉆探泥漿18能夠流經(jīng)圍筒39。利用插入鉆管64中的孔85的緊定螺釘(未示出)將該圍筒固定在鉆管內(nèi)。如圖5所示，伸出部分61形成脈沖發(fā)生器12的最前部。如圖8所示，伸出部分61與定子保持器67相連。
轉(zhuǎn)子36和定子38安裝在圍筒39內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，轉(zhuǎn)子36位于定子38的下游。定子保持器67擰入圍筒39的上游端，并通過把定子38和磨損套筒33壓靠在肩57上從而限制定子38和磨損套筒33的軸向運(yùn)動(dòng)，其中肩57形成在圍筒39內(nèi)。這樣，在必要時(shí)能夠更換磨損套筒33。而且，由于定子38和磨損套筒33負(fù)載不是很高，它們可以由脆的耐磨性材料例如碳化鎢制成，而圍筒39負(fù)載較重但不至于受到鉆探泥漿磨損的影響，可以由可延展的材料例如17-4不銹鋼制成。
轉(zhuǎn)子36由安裝在脈沖發(fā)生器殼體內(nèi)的傳動(dòng)系驅(qū)動(dòng)，并包括轉(zhuǎn)子軸34，轉(zhuǎn)子軸34安裝在腔室63內(nèi)的上游軸承56和下游軸承58上。腔室63由連同密封件60和阻擋件110在一起的上游殼體部分66和下游殼體部分68形成(這里所用的術(shù)語上游和下游參照鉆探泥漿向鉆頭的流動(dòng))。密封件60是彈簧加載的唇形密封。腔室63充滿液體，優(yōu)選是潤滑油，將該液體增壓到一個(gè)內(nèi)部壓力，該內(nèi)部壓力接近于活塞162對鉆探泥漿18的外部壓力，活塞162安裝在充滿油的上游殼體部分66內(nèi)。上游殼體部分66和下游殼體部分68螺紋緊固在一起形成充滿油的腔室63，上游殼體部分66和下游殼體部分68的對接處用O形環(huán)193密封。
如前所述，優(yōu)選轉(zhuǎn)子36位于定子38的正下游。用未示出的薄墊片將轉(zhuǎn)子36的上游表面72與定子38的下游表面71隔開。如上所述，由于轉(zhuǎn)子36的上游表面72大致是平坦的，在定子出口表面71與定子上游表面之間的軸向間隙大致恒定于葉片74的徑向高度之上。優(yōu)選上游轉(zhuǎn)子表面72與下游定子表面71之間的軸向間隙約為0.030-0.060英寸(0.75-1.5mm)。轉(zhuǎn)子36包括轉(zhuǎn)子軸34，轉(zhuǎn)子軸34通過上游軸承56和下游軸承58安裝在充滿油的腔室63內(nèi)。轉(zhuǎn)子軸34的下游端通過聯(lián)軸器182與減速齒輪46的輸出軸相連，減速齒輪46可以是行星式齒輪系，可以從例如佛羅里達(dá)州克利爾沃特市的Micromo公司得到，減速齒輪46也安裝在充滿油的下游殼體部分68內(nèi)。減速齒輪46的輸入軸113由軸承54支撐，并與電磁聯(lián)軸器48的內(nèi)半部52相連，電磁聯(lián)軸器48可以從例如印第安納州瓦爾帕萊索市的Ugimag公司得到。
在操作中，馬達(dá)32轉(zhuǎn)動(dòng)軸94，軸94通過殼體阻擋件110傳遞力矩來驅(qū)動(dòng)減速齒輪輸入軸113。減速齒輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子軸34，從而轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子36。電磁聯(lián)軸器48的外半部50安裝在殼體部分69內(nèi)，殼體部分69形成腔室65，腔室65充滿氣體，優(yōu)選是空氣，腔室63和腔室65被阻擋件110分開。電磁聯(lián)軸器的外半部50與軸94相連，軸94支撐在軸承55上。柔性聯(lián)軸器90連接軸94與電動(dòng)馬達(dá)32，電動(dòng)馬達(dá)32轉(zhuǎn)動(dòng)該傳動(dòng)系。方位編碼器47連接馬達(dá)32。下孔動(dòng)壓傳感器28安裝在鉆管64上。
如圖11和12所示，定子38優(yōu)選由耐磨性的碳化鎢制成，由轂43、外輪緣41和在兩者之間延伸的翼片31組成，翼片31形成鉆探泥漿流動(dòng)的軸向通道80。如圖11所示，定位銷(未示出)在輪緣41內(nèi)延伸到槽37中，從而在周向相對于脈沖發(fā)生器的余部定位定子38。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，定子38優(yōu)選在鉆探泥漿18流經(jīng)通道80時(shí)使鉆探泥漿18成漩渦。如圖13所示，優(yōu)選通過使通道80的一個(gè)壁80′與軸向方向傾斜角度A實(shí)現(xiàn)該漩渦。角度A優(yōu)選隨著通道80沿徑向向外延伸而增加，并優(yōu)選在約10°到15°的范圍內(nèi)。通道80的另一個(gè)壁80″取向在平行于中心軸的平面中，使得通道80在定子38入口表面70處的周向?qū)挾萕1大于出口表面71處的寬度W0。但是如果優(yōu)選的話，通道的兩個(gè)壁也可以都傾斜。
如圖14-16所示，轉(zhuǎn)子36由中心轂77組成，從中心轂77沿徑向向外伸出多個(gè)葉片74，在圖15中用h表示葉片的徑向高度。如下面將進(jìn)一步討論的那樣，葉片74能夠根據(jù)轉(zhuǎn)子36相對于定子38的周向方位對鉆探泥漿18的流動(dòng)施加可變的阻塞。盡管圖中示出了四個(gè)葉片，但是也可以使用更多或更少數(shù)目的葉片。每個(gè)葉片74具有第一側(cè)邊75和第二側(cè)邊76，第一側(cè)邊75和第二側(cè)邊76限定了葉片的周向?qū)挾萕b。優(yōu)選地，葉片74的周向?qū)挾萕b略大于轉(zhuǎn)子36正上游的定子出口表面71處的周向?qū)挾萕0，并優(yōu)選至少大1％。轉(zhuǎn)子36的表面72包括葉片74，表面72優(yōu)選大致位于使其大致平坦的一個(gè)平面內(nèi)。與圖1所示現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)子相比，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，轉(zhuǎn)子36取向成使得平坦表面72形成轉(zhuǎn)子的上游表面。但是，只要轉(zhuǎn)子36對鉆探泥漿的流動(dòng)形成足夠的阻塞以便脈沖發(fā)生，轉(zhuǎn)子葉片74上游表面的形狀對本發(fā)明而言并不重要，也可以采用除平坦表面之外的其它形狀。
如圖16所示，轉(zhuǎn)子葉片74的側(cè)邊75和側(cè)邊76形成銳角，從而葉片隨著它們沿徑向向外延伸而在周向方向上變寬。如圖15所示，本目的更重要之處在于在縱向剖面上，葉片74成形為使得葉片隨著它們沿徑向向外延伸而在軸向方向上變薄。通過對葉片下游表面73的輪廓進(jìn)行成形實(shí)現(xiàn)該徑向變薄，使得當(dāng)該表面沿徑向向外(鉆探泥漿18相對于轉(zhuǎn)子的流動(dòng)方向如圖15中箭頭所示)延伸時(shí)該表面沿軸向向上游延伸。如圖17A-D所示，比較在四個(gè)徑向位置處的葉片74的橫向剖面，表明在葉片的轂處(圖17A)軸向方向上的最大葉片厚度dm(如圖17C所示)最大，而在末端處(圖17D)減小到最小值，厚度的減小是由于下游表面73沿徑向向上延伸時(shí)在軸向移動(dòng)而引起的。當(dāng)葉片74沿徑向向外延伸時(shí)，側(cè)邊75和76附近的厚度dc(如圖17D所示)也類似地變薄。
如圖17A-C所示葉片74的橫向剖面所示，至少在葉片徑向高度的主要部分——即至少一半上，更優(yōu)選在葉片除沿徑向向外的末端83附近的部分之外的整個(gè)徑向高度上(如圖17D所示)，下游表面73的輪廓形成為使得當(dāng)下游表面73在周向從側(cè)邊75和76向葉片中心延伸時(shí)，下游表面73向下游伸出——即葉片在下游方向上向內(nèi)漸縮。這樣，在葉片的該部分上，葉片的下游表面73不僅在徑向漸縮，而且在周向也漸縮，使得在側(cè)邊75和76中間的葉片中心處厚度為最大值，而且當(dāng)該表面在順時(shí)針和逆時(shí)針方向上沿周向向外延伸時(shí)厚度變薄，在側(cè)邊附近達(dá)到最小厚度dc。這樣，至少在葉片74徑向高度的主要部分上，更優(yōu)選在葉片除沿徑向向外的末端83附近的部分之外的整個(gè)徑向高度上，在給定的橫向剖面處，葉片在軸向方向上的厚度漸縮，從而當(dāng)表面73在下游方向上延伸時(shí)葉片厚度變薄。另外，如圖17A-C所示，在葉片的該部分上，當(dāng)葉片在軸向方向上從葉片上游表面72處的Ci延伸到下游表面73的最下游部分處的C0時(shí)，葉片的周向?qū)挾葴p小。
如圖14和17最佳所示，除末端83處之外，在橫向剖面上，每個(gè)葉片74的形狀通過把相對加厚的中心肋78′疊加到相對較薄的平板狀部分78″而形成，其中板狀部分78″位于中心肋78′的上游。板狀部分78″形成葉片的側(cè)邊75和76。中心肋78′兩側(cè)都具有錐形部分79從而彎入板狀部分78″的表面81內(nèi)。優(yōu)選地，當(dāng)葉片沿徑向向外延伸時(shí)，中心肋78′漸縮的程度比板狀部分78″小，從而如上所述，當(dāng)葉片沿徑向向外延伸時(shí)，葉片的最大厚度dm減小。
優(yōu)選地，葉片的厚度在周向方向上漸縮，使得在給定的橫向剖面例如圖17所示的橫向剖面處，葉片的最大厚度dm至少是厚度de的兩倍，厚度de是至少在葉片74徑向高度的主要部分上，更優(yōu)選在葉片除沿徑向向外的末端83附近的部分之外的整個(gè)徑向高度上，側(cè)邊75和76附近的厚度。在葉片的大約外部三分之二處，側(cè)邊75和76附近的表面81是大致平坦的。但是，最重要的是側(cè)邊75和76處的厚度dc和徑向末端83處的厚度dt相對較薄這一事實(shí)。優(yōu)選地，在葉片徑向高度的主要部分上，側(cè)邊75和76附近的厚度dc和末端83的厚度dt應(yīng)該不大于約1/4英寸(6mm)厚，更優(yōu)選不大于約1/8英寸(3mm)。厚度可以減小到基本為零，從而側(cè)邊和末端由銳邊形成。
通過對葉片下游表面73成形使得下游表面73在徑向和周向方向上都漸縮，在葉片轂中心處具有最大厚度，而且當(dāng)葉片沿徑向和周向向外延伸時(shí)都變薄，從而形漸縮中心肋78，給葉片74施加足夠的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)使葉片厚度在邊沿處最小化，從而如下所述提高葉片的流體動(dòng)力特性。優(yōu)選地，如圖17A-C所示，對下游表面73成形使得厚度上的錐形光滑地逐漸實(shí)現(xiàn)而在厚度上沒有突然的梯級。
在操作中，通過把轉(zhuǎn)子36轉(zhuǎn)動(dòng)到第一周向方位在鉆探泥漿18中產(chǎn)生脈沖，第一周向方位引起對鉆探泥漿流動(dòng)的減小的或最小的阻塞，例如如圖18C所示，其中轉(zhuǎn)子葉片74在軸向上與定子翼片31對齊，然后把轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到第二周向方位，第二周向方位引起增大的或最大的阻塞，例如如圖18A和13A所示，其中轉(zhuǎn)子葉片在軸向上與定子通道80對齊，然后再把轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到其中轉(zhuǎn)子與定子翼片對齊的方位，從而引起最小的阻塞。通過使轉(zhuǎn)子的現(xiàn)有轉(zhuǎn)動(dòng)反向或在同一方向上進(jìn)一步轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子來實(shí)現(xiàn)這最后一步。然后根據(jù)需要重復(fù)該過程，從而使用例如上述美國專利No.6,714,138(Turner等人)中所述的方法產(chǎn)生一系列壓力脈沖，對這些壓力脈沖編碼有要傳遞到地面的信息。
盡管圖18A和C所示轉(zhuǎn)子36所在的方位引起能夠通過轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)所實(shí)現(xiàn)的最大和最小阻塞，但是應(yīng)該理解可以通過把轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到和/或轉(zhuǎn)出圖18A和C所示方位中間的方位來產(chǎn)生脈沖，例如圖18B和13B所示的中間周向方位。因此，脈沖產(chǎn)生設(shè)計(jì)可以涉及將轉(zhuǎn)子36轉(zhuǎn)入和/或轉(zhuǎn)出以下的方位，這些方位引起的阻塞介于所能達(dá)到的最大值和最小值之間。注意到如圖18所示，優(yōu)選轉(zhuǎn)子葉片74的徑向高度小于定子通道80的徑向高度，使得葉片不能完全阻塞鉆探泥漿18的流動(dòng)。另外，定子38的下游表面71與轉(zhuǎn)子36的上游表面72之間的軸向間隙將確保鉆探泥漿18的流動(dòng)永遠(yuǎn)不會(huì)完全阻塞。
在一個(gè)實(shí)施例中，脈沖產(chǎn)生過程如下操作馬達(dá)32將轉(zhuǎn)子36放入圖18C所示的周向方位，其中轉(zhuǎn)子葉片74與定子翼片31對齊，使得對鉆探泥漿18的流動(dòng)的阻塞是最小值，然后操作馬達(dá)使轉(zhuǎn)子順時(shí)針(逆著流動(dòng)方向看時(shí))轉(zhuǎn)動(dòng)約45°經(jīng)過圖18B所示的方位，從而增大阻塞，而后進(jìn)入圖18A所示的方位，其中轉(zhuǎn)子葉片與定子通道80對齊使得對流動(dòng)的阻塞達(dá)到其最小值，然后使馬達(dá)的操作反向以使轉(zhuǎn)子在逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)45°，從而回到圖18C所示的最小阻塞方位。根據(jù)需要重復(fù)這種馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的在最小和最大阻塞之間的擺動(dòng)，以傳遞編碼了的信息。機(jī)械擋塊59與轉(zhuǎn)子軸內(nèi)的一個(gè)離隙接合，機(jī)械停止裝置59把轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)動(dòng)限制到約55°，從而盡管馬達(dá)32在脈沖產(chǎn)生中不起作用，但是這些擋塊確保當(dāng)脈沖發(fā)生器不工作時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)限制在最小和最大阻塞之外約5°。
當(dāng)使用現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)子例如圖1所示的轉(zhuǎn)子時(shí)，如前所述，當(dāng)在脈沖產(chǎn)生過程中馬達(dá)32不控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鉆探泥漿18對轉(zhuǎn)子施加一個(gè)關(guān)閉力矩，該力矩傾向于把轉(zhuǎn)子從圖18C所示的最小流動(dòng)方位逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到圖18A所示的最大阻塞方位。驚人地發(fā)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)沒有引起這種流動(dòng)誘導(dǎo)的關(guān)閉力矩的產(chǎn)生。事實(shí)上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明不僅消除了關(guān)閉力矩，還引起了打開力矩的產(chǎn)生，如圖13A和B中的F所示，該打開力矩傾向于使得轉(zhuǎn)子葉片74轉(zhuǎn)離最大阻塞的方位而進(jìn)入較小阻塞的方位。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子36實(shí)現(xiàn)了一個(gè)穩(wěn)定的周向方位，即在該方位上，流動(dòng)沒有在任何方向上對轉(zhuǎn)子施加足以克服轉(zhuǎn)子對轉(zhuǎn)動(dòng)的抵抗的力矩，使得轉(zhuǎn)子穩(wěn)定地保持在這樣的方位——即大約在圖18B和18C所示之間的一半處——即只有約四分之一被阻塞。
該流體動(dòng)力特性的主要起因被認(rèn)為是(i)轉(zhuǎn)子36定位在定子38的正下游；(ii)對轉(zhuǎn)子葉片下游表面73成形，使得當(dāng)葉片在周向方向上從其中心向外延伸時(shí)葉片厚度漸縮，從而在側(cè)邊75和76附近形成相對較薄的結(jié)構(gòu)。盡管不是實(shí)施本發(fā)明所必需的，在最理想的設(shè)計(jì)中，其它對該效應(yīng)的促成還被認(rèn)為是由于(i)當(dāng)葉片在徑向方向上向外延伸時(shí)葉片漸縮，從而形成相對較薄的徑向末端83；(ii)如圖13所示，定子通道80引起的鉆探泥漿18的漩渦；(iii)如下所述對轉(zhuǎn)子葉片側(cè)邊周圍泄漏的控制。
關(guān)于鉆探泥漿18的漩渦，與可能意料到的相反，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在將鉆探泥漿引入轉(zhuǎn)子36之前，使得鉆探泥漿在順時(shí)針方向上成漩渦，這將增大在逆時(shí)針方向上作用在轉(zhuǎn)子葉片上的打開力矩F，從而傾向于使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)離最大阻塞的方位并轉(zhuǎn)向最小阻塞的方位，如圖13B所示。
關(guān)于對側(cè)邊泄漏的控制，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)子在最大阻塞方位時(shí)，通過控制經(jīng)過轉(zhuǎn)子葉片的鉆探泥漿泄漏能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)好處，即使得在一個(gè)側(cè)邊——轉(zhuǎn)子能夠在該側(cè)邊所面對的方向上轉(zhuǎn)動(dòng)到較小阻塞的方位——周圍的泄漏比另一個(gè)側(cè)邊小。優(yōu)選地，機(jī)械擋塊59定位成使得轉(zhuǎn)子在順時(shí)針方向上(即向圖13的右側(cè))的轉(zhuǎn)動(dòng)永遠(yuǎn)不會(huì)超過最大阻塞方位而進(jìn)入如下的方位，在該方位上，轉(zhuǎn)子葉片74的最逆時(shí)針側(cè)邊75周圍的鉆探泥漿泄漏18′比最順時(shí)針側(cè)邊76周圍的泄漏小，如圖13A所示。這優(yōu)選可以通過使得轉(zhuǎn)子葉片74的寬度Wb的尺寸略大于定子38的出口表面71中定子通道的寬度W0來實(shí)現(xiàn)，從而當(dāng)轉(zhuǎn)子抵抗最大阻塞方位附近的擋塊時(shí)，葉片74的最逆時(shí)針側(cè)邊75延伸超過通道80的最逆時(shí)針壁80′的程度遠(yuǎn)大于葉片的最順時(shí)針側(cè)邊76延伸超過最順時(shí)針壁80″的程度，如圖13A所示。在最逆時(shí)針側(cè)邊75處，葉片74相對于定子翼片31的附加重疊確保經(jīng)過最逆時(shí)針側(cè)邊75的泄漏18′小于經(jīng)過最順時(shí)針側(cè)邊76的泄漏18″，從而幫助產(chǎn)生流動(dòng)誘導(dǎo)的打開力矩，該打開力矩使得轉(zhuǎn)子36從圖13A和18A所示的最大阻塞方位起逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并轉(zhuǎn)向圖13B和18B、C所示的方位。
理想地，本發(fā)明所產(chǎn)生的流動(dòng)誘導(dǎo)的打開力矩使得圖18C所示最小阻塞方位是穩(wěn)定的方位，但是可以不總是實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。例如，如前所述，該穩(wěn)定的方位可以是四分之一打開的方位。因此，盡管不是實(shí)施本發(fā)明所必需的，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，除了產(chǎn)生流動(dòng)誘導(dǎo)的打開力矩外，轉(zhuǎn)子36還可以向最小阻塞方位機(jī)械偏置。
優(yōu)選地，如圖19和20所示，通過在軸系和脈沖發(fā)生器殼體66之間加入扭簧172來實(shí)現(xiàn)這樣的機(jī)械偏置。優(yōu)選地，扭簧172安裝在轉(zhuǎn)子軸34和減速齒輪46之間的聯(lián)軸器182上。通過聯(lián)軸器182內(nèi)的槽174使彈簧172的一端173保持就位，從而與轉(zhuǎn)子36相連，而通過殼體66內(nèi)的凹進(jìn)部分使彈簧的另一端175保持就位。聯(lián)軸器182相對于殼體66的轉(zhuǎn)動(dòng)使得彈簧給聯(lián)軸器施加抵抗力矩。
在前述本發(fā)明的實(shí)施例中，安裝扭簧172使得當(dāng)轉(zhuǎn)子在最大阻塞方位時(shí)，扭簧172施加與流動(dòng)誘導(dǎo)的打開力矩相結(jié)合的力矩，以向最小阻塞方位驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子。另外，在該流動(dòng)誘導(dǎo)的打開力矩不足以進(jìn)一步轉(zhuǎn)動(dòng)已經(jīng)過圖13B和18B所示的四分之一的關(guān)閉方位的轉(zhuǎn)子之后，如圖18C所示，扭簧172繼續(xù)施加機(jī)械打開力矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子36進(jìn)入最小阻塞方位。當(dāng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)離開最小阻塞方位時(shí)，扭簧172施加增加的力矩推動(dòng)轉(zhuǎn)子回到最小阻塞方位。這樣，盡管流動(dòng)誘導(dǎo)的打開力矩會(huì)使得轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定方位在圖18B和C之間的一半處——約四分之一打開——如前所述，由扭簧172提供的附加機(jī)械力矩導(dǎo)致該穩(wěn)定方位成為圖18C所示的最小阻塞方位。
如果脈沖發(fā)生器構(gòu)造成使得最小方位是穩(wěn)定方位——即該流動(dòng)誘導(dǎo)的打開力矩不足以將轉(zhuǎn)子維持在最小阻塞方位——可以安裝扭簧172使得當(dāng)轉(zhuǎn)子在最小阻塞方位時(shí)不施加力矩，而無論何時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)離該方位就施加傾向于使轉(zhuǎn)子回到最小阻塞方位的力矩。
盡管優(yōu)選在該流動(dòng)誘導(dǎo)的打開力矩上附加轉(zhuǎn)子的機(jī)械偏置，但是也可以單獨(dú)利用機(jī)械偏置來實(shí)施本發(fā)明，同時(shí)使用具有傳統(tǒng)流體動(dòng)力特性的轉(zhuǎn)子，其中流動(dòng)誘導(dǎo)的力矩傾向于使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到最大阻塞方位。
盡管已經(jīng)參考特定的具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員在上述公開內(nèi)容的幫助下將注意到能夠采用許多變體。例如，盡管已經(jīng)針對擺動(dòng)型旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器詳細(xì)討論了本發(fā)明，但是本發(fā)明也可以用于通過只在一個(gè)方向上轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子來產(chǎn)生脈沖的脈沖發(fā)生器中。因此，例如，所提到的對鉆井流體的流動(dòng)引起最小阻塞的轉(zhuǎn)子“周向方位”適用于任何其中轉(zhuǎn)子36在軸向上與定子翼片對齊的方位，從而例如在圖18所示結(jié)構(gòu)中，其中定子翼片31以90°間隔隔開，圖18C所示的轉(zhuǎn)子方位以及其中轉(zhuǎn)子從該方位轉(zhuǎn)動(dòng)90°、180°、270°的方位都會(huì)被認(rèn)為是單一或第一周向方位，因?yàn)樵谶@些情況中的每種情況下，轉(zhuǎn)子葉片將在軸向上與定子翼片對齊。類似地，圖18A所示的轉(zhuǎn)子方位以及從該方位轉(zhuǎn)動(dòng)90°、180°、270°的方位都會(huì)被認(rèn)為是單一或第二周向方位，因?yàn)樵谶@些情況中的每種情況下，轉(zhuǎn)子葉片將在軸向上與定子通道80對齊。
因此，應(yīng)該注意到可以以其它具體形式實(shí)施本發(fā)明而不偏離其精神或基本屬性，相應(yīng)地，在指示本發(fā)明的范圍時(shí)應(yīng)該參照所附權(quán)利要求而不是前述說明書。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，用于傳遞來自在井孔內(nèi)的下孔位置處工作的一部分鉆柱的信息，所述鉆柱具有通道，鉆井流體流過該通道，該旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器包括a)殼體，適于安裝在所述鉆柱內(nèi)；b)定子，支撐在所述殼體內(nèi)，并具有形成在其內(nèi)的至少一個(gè)大致軸向延伸的通道，所述鉆井流體的至少一部分流過該通道；c)轉(zhuǎn)子，支撐在所述殼體內(nèi)，靠近所述定子并在定子的下游，所述轉(zhuǎn)子具有至少一個(gè)葉片，所述至少一個(gè)葉片沿徑向向外延伸，從而形成葉片的徑向高度，所述轉(zhuǎn)子至少能夠轉(zhuǎn)動(dòng)到第一和第二周向方位，根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的周向方位，所述葉片對流過所述定子通道的鉆井流體的所述流動(dòng)施加可變程度的阻塞，所述第一轉(zhuǎn)子周向方位提供的對鉆井流體的所述流動(dòng)的阻塞比第二轉(zhuǎn)子周向方位提供的對鉆井流體的所述流動(dòng)的阻塞大，由此所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生一系列脈沖，這些脈沖編碼有要傳遞的所述信息；d)馬達(dá)，與所述轉(zhuǎn)子相連以給所述轉(zhuǎn)子施加轉(zhuǎn)動(dòng)，由此所述馬達(dá)的操作產(chǎn)生所述系列的編碼的脈沖；和e)給所述轉(zhuǎn)子施加力矩的裝置，當(dāng)所述馬達(dá)不進(jìn)行傳遞所述信息的工作時(shí)，該力矩推動(dòng)所述轉(zhuǎn)子離開所述第一周向方位向所述第二周向方位轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在所述馬達(dá)不工作時(shí)減小由所述葉片施加的對鉆井流體的所述流動(dòng)的阻塞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述力矩施加裝置包括安裝在所述殼體內(nèi)的彈簧。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述彈簧包括扭簧，該扭簧具有與所述殼體相連的第一端和與所述轉(zhuǎn)子相連的第二端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中安裝所述扭簧使其在所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到所述第一周向方位時(shí)對所述軸施加力矩，該力矩向所述第二周向方位驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子葉片具有上游表面和下游表面，在上游表面和下游表面之間形成所述轉(zhuǎn)子葉片的厚度，而且其中所述力矩施加裝置包括所述轉(zhuǎn)子葉片下游表面，所述轉(zhuǎn)子葉片下游表面向著下游方向延伸而向內(nèi)漸縮。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述力矩施加裝置至少包括所述徑向高度的主要部分，所述轉(zhuǎn)子葉片在橫向剖面上具有通過把加厚的中心肋疊加到較薄的板狀部分上形成的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述板狀部分形成有所述葉片的第一側(cè)邊和第二側(cè)邊以及在第一側(cè)邊與第二側(cè)邊之間大致平坦的表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述板狀部分形成所述葉片的第一側(cè)邊與第二側(cè)邊，而且其中至少在所述葉片的所述徑向高度的主要部分上，所述板狀部分在接近所述第一側(cè)邊與第二側(cè)邊處的所述厚度不大于約1/4英寸(6mm)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述中心肋的厚度漸縮，從而當(dāng)所述葉片沿徑向向外延伸時(shí)所述中心肋的厚度較薄。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子葉片具有上游表面和下游表面，在上游表面和下游表面之間形成一厚度，所述轉(zhuǎn)子葉片下游表面同時(shí)在徑向和周向方向上延伸，而且其中所述力矩施加裝置包括所述轉(zhuǎn)子葉片下游表面，至少在所述葉片的所述徑向高度的主要部分上所述轉(zhuǎn)子葉片下游表面的形狀使得當(dāng)所述表面向下游延伸時(shí)，在橫向剖面上所述轉(zhuǎn)子葉片的所述厚度增大。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子葉片具有第一側(cè)邊與第二側(cè)邊，在第一側(cè)邊與第二側(cè)邊之間形成了所述轉(zhuǎn)子葉片的周向?qū)挾龋移渲兄辽僭谒鋈~片的所述徑向高度的主要部分上所述轉(zhuǎn)子葉片的所述下游表面的形狀使得在橫向剖面上所述轉(zhuǎn)子葉片的所述厚度在接近所述第一側(cè)邊和第二側(cè)邊處為最小值。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子葉片具有第一側(cè)邊與第二側(cè)邊，而且其中至少在所述葉片的所述徑向高度的主要部分上，所述葉片在接近所述第一側(cè)邊與第二側(cè)邊處的所述厚度不大于約1/4英寸(6mm)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子葉片具有沿徑向向外的末端，而且其中所述葉片在接近所述末端處的所述厚度不大于約1/4英寸(6mm)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中至少在所述葉片的所述徑向高度的主要部分上所述轉(zhuǎn)子葉片的所述下游表面的形狀使得在橫向剖面上所述轉(zhuǎn)子葉片的所述厚度在所述第一側(cè)邊與第二側(cè)邊之間的大約一半處為最大值。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子葉片具有第一側(cè)邊與第二側(cè)邊，在第一側(cè)邊與第二側(cè)邊之間形成了所述轉(zhuǎn)子葉片的周向?qū)挾?，其中至少在所述葉片的所述徑向高度的主要部分上所述轉(zhuǎn)子葉片下游表面的形狀使得至少在所述葉片的周向?qū)挾鹊囊徊糠稚希跈M向剖面上所述轉(zhuǎn)子葉片的所述厚度大致隨著所述表面在周向沿順時(shí)針和逆時(shí)針方向向所述側(cè)邊延伸而減小。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子葉片下游表面的形狀使得至少在所述葉片的所述徑向高度的主要部分上，所述轉(zhuǎn)子葉片的所述厚度大致隨著所述表面沿徑向向外延伸而減小。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子葉片下游表面的形狀使得隨著所述葉片沿徑向向外延伸而向上游方向偏移所述下游表面，從而實(shí)現(xiàn)厚度的所述減小。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子葉片的所述上游表面形成大致平坦的表面。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述定子通道和所述轉(zhuǎn)子葉片分別具有在周向方向上的寬度，所述轉(zhuǎn)子葉片的所述周向?qū)挾却笥谒龆ㄗ油ǖ赖乃鰧挾取?br> 20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述定子通道包括用于使所述鉆井流體在周向方向上形成漩渦的裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述馬達(dá)以擺動(dòng)的方式在順時(shí)針和逆時(shí)針方向上轉(zhuǎn)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子以產(chǎn)生所述脈沖。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述馬達(dá)在單一方向上轉(zhuǎn)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子以產(chǎn)生所述脈沖。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述定子包括至少一個(gè)在所述通道附近的翼片，而且其中當(dāng)所述轉(zhuǎn)子在所述第二周向方位上時(shí)所述轉(zhuǎn)子葉片與所述翼片對齊。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中當(dāng)所述轉(zhuǎn)子在所述第一周向方位上時(shí)所述轉(zhuǎn)子葉片與所述通道對齊。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子葉片具有第一側(cè)邊和第二側(cè)邊，而且其中當(dāng)所述轉(zhuǎn)子在所述第一周向方位上時(shí)流過所述通道的所述鉆井流體經(jīng)過所述第一側(cè)邊和第二側(cè)邊泄漏，而且其中所述力矩施加裝置使得經(jīng)過所述第一側(cè)邊的所述泄漏大于經(jīng)過所述第二側(cè)邊的所述泄漏。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述定子包括至少一個(gè)在所述通道附近的翼片，而且其中當(dāng)所述轉(zhuǎn)子在所述第一周向方位上時(shí)所述轉(zhuǎn)子葉片與所述翼片和所述通道都部分對齊。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述定子包括至少一個(gè)在所述通道附近的翼片，而且其中當(dāng)所述轉(zhuǎn)子在所述第二周向方位上時(shí)所述轉(zhuǎn)子葉片與所述翼片和所述通道都部分對齊。
28.一種旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，用于傳遞來自在井孔內(nèi)的下孔位置處工作的一部分鉆柱的信息，所述鉆柱具有通道，鉆井流體流過該通道，該旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器包括a)殼體，適于安裝在所述鉆柱內(nèi)；b)定子，支撐在所述殼體內(nèi)，并具有形成在其內(nèi)的至少一個(gè)大致軸向延伸的通道，所述鉆井流體的至少一部分流過該通道；c)轉(zhuǎn)子，支撐在所述殼體內(nèi)，并位于所述定子的下游，(i)所述轉(zhuǎn)子具有至少一個(gè)葉片，所述至少一個(gè)葉片沿徑向向外延伸，從而形成葉片的徑向高度，根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的周向方位，所述葉片對流過所述定子通道的鉆井流體的所述流動(dòng)施加可變程度的阻塞，(ii)所述轉(zhuǎn)子至少能夠轉(zhuǎn)動(dòng)到第一和第二周向方位，所述第一轉(zhuǎn)子周向方位提供的對鉆井流體的所述流動(dòng)的阻塞比所述第二轉(zhuǎn)子周向方位提供的對鉆井流體的所述流動(dòng)的阻塞大，由此所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生一系列脈沖，這些脈沖編碼有要傳遞的所述信息；(iii)所述轉(zhuǎn)子葉片具有上游表面和下游表面，在上游表面和下游表面之間形成厚度，所述轉(zhuǎn)子葉片下游表面同時(shí)在徑向和周向方向上延伸，至少在所述葉片的所述徑向高度的主要部分上所述轉(zhuǎn)子葉片下游表面的形狀使得(A)在橫向剖面上所述轉(zhuǎn)子葉片的所述厚度大致隨著所述表面向下游延伸而增加，以及(B)在縱向剖面上所述轉(zhuǎn)子葉片的所述厚度大致隨著所述葉片沿徑向向外延伸而減小。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中至少在所述葉片的所述徑向高度的主要部分上，所述轉(zhuǎn)子葉片下游表面隨著向下游方向延伸而向內(nèi)漸縮。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中至少在所述葉片的所述徑向高度的主要部分上，所述轉(zhuǎn)子葉片在橫向剖面上具有通過把加厚的中心肋疊加到較薄的板狀部分上形成的形狀。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述板狀部分形成有所述葉片的第一側(cè)邊和第二側(cè)邊以及在第一側(cè)邊與第二側(cè)邊之間大致平坦的表面。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述板狀部分形成所述葉片的第一側(cè)邊與第二側(cè)邊，而且其中至少在所述葉片的所述徑向高度的主要部分上，所述板狀部分在接近所述第一側(cè)邊與第二側(cè)邊處的所述厚度不大于約1/4英寸(6mm)。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述中心肋的厚度漸縮，從而當(dāng)所述葉片沿徑向向外延伸時(shí)所述中心肋的厚度變薄。
34.根據(jù)權(quán)利要求28所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子葉片具有第一側(cè)邊與第二側(cè)邊，在第一側(cè)邊與第二側(cè)邊之間形成了所述轉(zhuǎn)子葉片的周向?qū)挾?，而且其中至少在所述葉片的所述徑向高度的主要部分上所述轉(zhuǎn)子葉片的所述下游表面的形狀使得在橫向剖面上所述轉(zhuǎn)子葉片的所述厚度在接近所述第一側(cè)邊和第二側(cè)邊處為最小值。
35.根據(jù)權(quán)利要求28所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子葉片具有第一側(cè)邊與第二側(cè)邊，而且其中至少在所述葉片的所述徑向高度的主要部分上，所述葉片在接近所述第一側(cè)邊與第二側(cè)邊處的所述厚度不大于約1/4英寸(6mm)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子葉片具有沿徑向向外的末端，而且其中所述葉片在接近所述末端處的所述厚度不大于約1/4英寸(6mm)。
37.根據(jù)權(quán)利要求28所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中至少在所述葉片的所述徑向高度的主要部分上所述轉(zhuǎn)子葉片的所述下游表面的形狀使得在橫向剖面上所述轉(zhuǎn)子葉片的所述厚度在所述第一側(cè)邊與第二側(cè)邊之間的大約一半處為最大值。
38.根據(jù)權(quán)利要求28所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子葉片具有第一側(cè)邊與第二側(cè)邊，在第一側(cè)邊與第二側(cè)邊之間形成了所述轉(zhuǎn)子葉片的周向?qū)挾?，其中至少在所述葉片的所述徑向高度的主要部分上所述轉(zhuǎn)子葉片下游表面的形狀使得至少在所述葉片的周向?qū)挾鹊囊徊糠稚?，在橫向剖面上所述轉(zhuǎn)子葉片的所述厚度大致隨著所述表面在周向沿順時(shí)針和逆時(shí)針方向延伸而減小。
39.根據(jù)權(quán)利要求28所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子葉片下游表面的形狀使得隨著所述葉片沿徑向向外延伸而向上游方向便移所述下游表面，從而實(shí)現(xiàn)厚度的所述減小。
40.根據(jù)權(quán)利要求28所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子葉片的所述上游表面形成大致平坦的表面。
41.根據(jù)權(quán)利要求28所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述定子通道和所述轉(zhuǎn)子葉片分別具有在周向方向上的寬度，所述轉(zhuǎn)子葉片的所述周向?qū)挾却笥谒龆ㄗ油ǖ赖乃鰧挾取?br> 42.根據(jù)權(quán)利要求28所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述定子通道包括用于使所述鉆井流體在周向方向上形成漩渦的裝置。
43.根據(jù)權(quán)利要求28所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述馬達(dá)以擺動(dòng)的方式在順時(shí)針和逆時(shí)針方向上轉(zhuǎn)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子以產(chǎn)生所述脈沖。
44.根據(jù)權(quán)利要求28所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述馬達(dá)在單一方向上轉(zhuǎn)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子以產(chǎn)生所述脈沖。
45.根據(jù)權(quán)利要求28所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述定子包括至少一個(gè)在所述通道附近的翼片，而且其中當(dāng)所述轉(zhuǎn)子在所述第二周向方位上時(shí)所述轉(zhuǎn)子葉片與所述翼片對齊。
46.根據(jù)權(quán)利要求28所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中當(dāng)所述轉(zhuǎn)子在所述第一周向方位上時(shí)所述轉(zhuǎn)子葉片與所述通道對齊。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述轉(zhuǎn)子葉片具有第一側(cè)邊和第二側(cè)邊，而且其中當(dāng)所述轉(zhuǎn)子在所述第一周向方位上時(shí)流過所述通道的所述鉆井流體經(jīng)過所述第一側(cè)邊和第二側(cè)邊泄漏，而且其中經(jīng)過所述第一側(cè)邊的所述泄漏大于經(jīng)過所述第二側(cè)邊的所述泄漏。
48.根據(jù)權(quán)利要求28所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述定子包括至少一個(gè)在所述通道附近的翼片，而且其中當(dāng)所述轉(zhuǎn)子在所述第一周向方位上時(shí)所述轉(zhuǎn)子葉片對齊在所述翼片和所述通道之間。
49.根據(jù)權(quán)利要求28所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述定子包括至少一個(gè)在所述通道附近的翼片，而且其中當(dāng)所述轉(zhuǎn)子在所述第二周向方位上時(shí)所述轉(zhuǎn)子葉片對齊在所述翼片和所述通道之間。
50.一種旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，用于傳遞來自在井孔內(nèi)的下孔位置處工作的一部分鉆柱的信息，所述鉆柱具有通道，鉆井流體流過該通道，該旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器包括a)殼體，適于安裝在所述鉆柱內(nèi)；b)定子，支撐在所述殼體內(nèi)，并具有形成在其內(nèi)的至少一個(gè)大致軸向延伸的通道，所述鉆井流體的至少一部分流過該通道；c)轉(zhuǎn)子，支撐在所述殼體內(nèi)，并位于所述定子的下游，(i)所述轉(zhuǎn)子具有至少一個(gè)葉片，所述至少一個(gè)葉片沿徑向向外延伸，從而形成葉片的徑向高度，根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的周向方位，所述葉片對流過所述定子通道的鉆井流體的所述流動(dòng)施加可變程度的阻塞，(ii)所述轉(zhuǎn)子至少能夠轉(zhuǎn)動(dòng)到第一和第二周向方位，所述第一轉(zhuǎn)子周向方位提供的對鉆井流體的所述流動(dòng)的阻塞比所述第二轉(zhuǎn)子周向方位提供的對鉆井流體的所述流動(dòng)的阻塞大，由此所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生一系列脈沖，這些脈沖編碼有要傳遞的所述信息；(iii)所述轉(zhuǎn)子葉片具有上游表面和下游表面，在上游表面和下游表面之間形成厚度，所述轉(zhuǎn)子葉片下游表面同時(shí)在徑向和周向方向上延伸，至少在所述葉片的徑向高度的主要部分上所述轉(zhuǎn)子葉片下游表面的形狀使得所述厚度大致隨著所述表面沿徑向向上延伸和在周向從所述葉片的中心向外延伸而減小。
51.一種旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，用于傳遞來自在井孔內(nèi)的下孔位置處工作的一部分鉆柱的信息，所述鉆柱具有通道，鉆井流體流過該通道，該旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器包括a)殼體，適于安裝在所述鉆柱內(nèi)；b)定子，支撐在所述殼體內(nèi)，并具有形成在其內(nèi)的至少一個(gè)大致軸向延伸的通道，所述鉆井流體的至少一部分流過該通道；c)轉(zhuǎn)子，支撐在所述殼體內(nèi)，并位于所述定子的下游，(i)所述轉(zhuǎn)子具有至少一個(gè)沿徑向向外延伸的葉片，根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的周向方位，所述葉片對流過所述定子通道的鉆井流體的所述流動(dòng)施加可變程度的阻塞，(ii)所述轉(zhuǎn)子至少能夠轉(zhuǎn)動(dòng)到第一和第二周向方位，所述第一轉(zhuǎn)子周向方位提供的對鉆井流體的所述流動(dòng)的阻塞大于所述第二轉(zhuǎn)子周向方位提供的對鉆井流體的所述流動(dòng)的阻塞，由此所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生一系列脈沖，這些脈沖編碼有要傳遞的所述信息；d)馬達(dá)，與所述轉(zhuǎn)子相連以給所述轉(zhuǎn)子施加轉(zhuǎn)動(dòng)，由此所述馬達(dá)的操作產(chǎn)生所述系列的編碼的脈沖；和e)機(jī)械偏置裝置，用于在所述馬達(dá)不轉(zhuǎn)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子時(shí)對所述轉(zhuǎn)子施加力矩，該力矩傾向于轉(zhuǎn)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子離開所述第一周向方位。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其中所述機(jī)械偏置裝置包括扭簧，該扭簧具有與所述殼體相連的第一端和與所述轉(zhuǎn)子相連的第二端，安裝所述扭簧使其在所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)離開所述第一周向方位時(shí)對所述軸施加力矩，該力矩向所述第二周向方位向反向驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子。
53.一種旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，用于傳遞來自在井孔內(nèi)的下孔位置處工作的一部分鉆柱的信息，所述鉆柱具有通道，鉆井流體流過該通道，該旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器包括a)殼體，適于安裝在所述鉆柱內(nèi)；b)定子，支撐在所述殼體內(nèi)，并具有形成在其內(nèi)的至少一個(gè)大致軸向延伸的通道，所述鉆井流體的至少一部分流過該通道；c)轉(zhuǎn)子，支撐在所述殼體內(nèi)，并位于所述定子的下游，所述轉(zhuǎn)子具有至少一個(gè)沿徑向向外延伸的葉片，根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的周向方位，所述葉片對流過所述定子通道的鉆井流體的所述流動(dòng)施加可變程度的阻塞；和d)可更換的磨損套筒，設(shè)置在所述殼體內(nèi)并圍住所述轉(zhuǎn)子。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，用于通過產(chǎn)生壓力脈沖給地面?zhèn)鬟f來自在井孔內(nèi)的下孔處的信息，這些壓力脈沖已編碼從而含有信息。壓力脈沖到達(dá)地面，在地面對壓力脈沖解碼從而破譯該信息。該脈沖發(fā)生器包括殼體，殼體包含形成有通道的定子，鉆井流體通過所述通道流向鉆頭；轉(zhuǎn)子；和圍住該轉(zhuǎn)子的可更換的磨損套筒。轉(zhuǎn)子具有葉片，根據(jù)轉(zhuǎn)子的周向方位，葉片能夠?qū)α鬟^定子通道的鉆井流體的流動(dòng)施加可變的阻塞，從而由馬達(dá)對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生編碼的壓力脈沖。轉(zhuǎn)子位于定子的下游，對轉(zhuǎn)子葉片成形使得當(dāng)馬達(dá)不工作時(shí)，給轉(zhuǎn)子施加流體動(dòng)力打開力矩，該力矩傾向于轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子離開引起最大阻塞的周向方位并向引起最小阻塞的周向方位轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子。扭簧提供的機(jī)械力也傾向于把轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到提供最小流動(dòng)阻塞的方位。
文檔編號E21B47/18GK1721655SQ20051008112
公開日2006年1月18日 申請日期2005年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月9日
發(fā)明者卡爾·A·佩里, 丹尼爾·E·伯吉斯, 威廉·E·特納 申請人:Aps技術(shù)公司