專利名稱：泥漿脈沖發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及油田鉆井領域鉆定向井井下信息傳輸所用的泥漿脈沖發(fā)生器，尤其是
泥漿脈沖發(fā)生器。
背景技術(shù)：
在油氣田勘探、開發(fā)過程中，為了及時準確獲得鉆井資料，進一步了解地層的含油 氣情況，讓鉆頭長上"眼睛"， 一邊鉆進一邊就獲取地層的各種資料，這就是隨鉆測井。隨鉆 測井不僅對任何狀況的井，特別是水平井可以進行測井，而且利用測得的鉆井參數(shù)和地層 參數(shù)及時調(diào)整鉆頭軌跡，使之沿目的層方向鉆進。由于隨鉆測井獲得的地層參數(shù)是剛鉆開 的地層參數(shù)，它最接近地層的原始狀態(tài)，用于對復雜地層的含油、氣評價比一般電纜測井更 有利。隨鉆測井儀器放在鉆鋌內(nèi)，除測量電阻率、聲速、中子孔隙度、密度等常規(guī)測井和某些 成像測井外，還測量鉆壓、扭矩、轉(zhuǎn)速、環(huán)空壓力等鉆井參數(shù)。隨鉆測井的關(guān)鍵技術(shù)是信號傳 輸，目前廣泛使用的是泥漿脈沖發(fā)生器傳輸泥漿壓力脈沖，這是目前隨鉆測井儀器普遍采 用的方法，它是將被測參數(shù)轉(zhuǎn)變成泥漿壓力脈沖，隨泥漿循環(huán)傳送到地面。被測參數(shù)經(jīng)數(shù)字 化編碼后，變成高"1"、低"0"電信號，由它控制泥漿脈沖發(fā)生器的蘑菇頭，當編碼為"1"時， 蘑菇頭上移，使流經(jīng)錐形口的泥漿阻力增加，產(chǎn)生附加壓力。當編碼為"0"時，蘑菇頭向下 回到原位，壓力降至正常。這是正脈沖傳輸系統(tǒng)，這類系統(tǒng)的問題是傳輸數(shù)據(jù)的速率較低， 僅幾個比特每秒，不適應現(xiàn)在井下多參數(shù)隨鉆信息的傳送。類似的還有負脈沖傳輸系統(tǒng)，連 續(xù)波傳輸系統(tǒng)。 連續(xù)波傳輸系統(tǒng)，是在井下鉆鋌上用軸向旋轉(zhuǎn)閥開閉的原理產(chǎn)生泥漿的壓力波 動，地面檢測這被調(diào)制的泥漿壓力信號進行解碼而獲得井下數(shù)據(jù)，其優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸快信 息量大，可達幾十比特每秒的速率，現(xiàn)有問題是泥漿信號的壓力波動值太小了 ，井深及泥漿 惡劣都會淹沒壓力信號，國內(nèi)外都想了各種辦法來提高產(chǎn)生井下連續(xù)壓力波幅值的機械方 法，即針對旋轉(zhuǎn)閥的改進及間隙配合，都不成功，只能達到0. 7MPa的幅值，大了就壞，下井 前還要做閥間隙的選配，非常不便。 泥漿脈沖發(fā)生器是隨鉆測井技術(shù)設備中的重要組成部分。而現(xiàn)有的連續(xù)波脈沖發(fā) 生器采用控制軸向過液孔，產(chǎn)生的脈沖，對脈沖發(fā)生器的機械部件產(chǎn)生的水力沖擊非常復 雜，并因鉆井泥漿性能的變化而惡化，而在鉆柱內(nèi)部徑向空間是有限，控制軸向過液孔需要 徑向空間大才能在機械上做的結(jié)實可靠。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有連續(xù)波脈沖發(fā)生器在產(chǎn)生水力正壓脈沖值過小，地面檢測困難，蘑 菇頭型正脈沖發(fā)生器的脈沖速率低，水力脈沖壓力對機械部件損傷的問題，本發(fā)明提供一 種泥漿脈沖發(fā)生器，該泥漿脈沖發(fā)生器在鉆井施工中不僅能夠產(chǎn)生高壓差幅值的連續(xù)波脈 沖，并因其足夠的機械強度可以以正脈沖方式工作。 本發(fā)明的技術(shù)方案是該泥漿脈沖發(fā)生器其被安裝在鉆鋌內(nèi)，其包括驅(qū)動裝置、磁力耦合裝置及脈沖發(fā)生裝置，驅(qū)動裝置用于將動力傳動給所述磁力耦合裝置。所述脈沖發(fā) 生裝置具有定子筒和轉(zhuǎn)子筒，轉(zhuǎn)子筒的側(cè)壁上設置有一個或多個側(cè)液孔，當轉(zhuǎn)子筒在旋轉(zhuǎn) 過程中泥漿間隔地從側(cè)液孔流出時產(chǎn)生泥漿脈沖。 所述脈沖發(fā)生裝置包括固定法蘭、上端與磁力耦合裝置相連的轉(zhuǎn)子軸、定子筒、轉(zhuǎn)
子筒；所述轉(zhuǎn)子軸的下端連接轉(zhuǎn)子筒并能夠帶動轉(zhuǎn)子筒旋轉(zhuǎn)；固定法蘭周邊設有連續(xù)向鉆
頭提供泥漿的過液孔，固定法蘭上還設有能夠使泥漿進入定子筒內(nèi)的過液通道；當轉(zhuǎn)子筒
旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子筒上的側(cè)液孔能夠使定子筒上的側(cè)孔間隔性地關(guān)閉和打開。 所述轉(zhuǎn)子筒的側(cè)壁上設置有側(cè)液孔，在轉(zhuǎn)子筒旋轉(zhuǎn)過程中側(cè)液孔能夠間隔性地對
準側(cè)孔。 本發(fā)明具有的有益效果是該泥漿脈沖發(fā)生器由于采用鉆鋌內(nèi)下部固定有起驅(qū)動 作用的驅(qū)動裝置、起密封和耦合作用的磁力耦合裝置及產(chǎn)生連續(xù)正波側(cè)進液脈沖的泥漿脈 沖發(fā)生裝置，驅(qū)動裝置帶動磁力耦合裝置轉(zhuǎn)動，磁力耦合裝置帶動泥漿脈沖發(fā)生裝置，驅(qū)動 裝置、磁力耦合裝置及泥漿脈沖發(fā)生裝置周邊軸向分別設置有液道及過液孔，脈沖裝置壁 上徑向有側(cè)孔和側(cè)液孔結(jié)構(gòu)。利用電源給步進電機供電，由步進電機帶動耦合軸轉(zhuǎn)動，耦合 軸與外磁桶耦合，并帶動外磁桶轉(zhuǎn)動，外磁桶由轉(zhuǎn)子軸帶動轉(zhuǎn)子筒轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)子筒上側(cè)液 孔不斷開關(guān)定子筒上對應側(cè)孔，使泥漿產(chǎn)生壓力脈沖，地面設備通過連續(xù)地檢測立管壓力 的變化，經(jīng)譯碼即可轉(zhuǎn)換成不同的測量數(shù)據(jù)。由于波源是由轉(zhuǎn)子筒上側(cè)液孔不斷開關(guān)定子 筒上對應側(cè)孔，其產(chǎn)生的水力波動力主要是徑向力，機械上支撐徑向力需要鉆柱內(nèi)部的軸 向空間，是充分富裕的，在機械上可以做的很強。由此，該泥漿脈沖發(fā)生器在鉆井施工中能 夠高波動壓差地連續(xù)產(chǎn)生脈沖波和單個的正脈沖。
附圖1是該泥漿脈沖發(fā)生器置于鉆鋌內(nèi)的結(jié)構(gòu)視圖； 附圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖3是本發(fā)明驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖4是本發(fā)明磁力耦合裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖5是本發(fā)明泥漿脈沖發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中1-鉆鋌，2-過液孔，3-偵纟孔，4-密封殼體，5-電源，6-步進電機，7-小齒輪， 8-齒輪軸，9-耦合軸，10-隔離套，11-外磁桶，12-磁塊，13-固定法蘭，14-轉(zhuǎn)子軸，15-定子 筒，16-轉(zhuǎn)子筒，17-保護套，18-硬質(zhì)合金環(huán)，19-合金套，20-密封端蓋，21-大齒輪，22-齒 輪，23-側(cè)液孔，24-過液通道，25-合金環(huán)，26-過線通孔，27-導線密封保護接頭，28-上支 板，29-下支板。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖將對本發(fā)明作進一步說明 由附圖1所示，該泥漿脈沖發(fā)生器其被安裝在鉆鋌1內(nèi)，其包括起驅(qū)動作用的驅(qū) 動裝置、起密封和耦合作用的磁力耦合裝置及產(chǎn)生連續(xù)正波側(cè)進液脈沖的泥漿脈沖發(fā)生裝 置，驅(qū)動裝置帶動磁力耦合裝置轉(zhuǎn)動，磁力耦合裝置帶動泥漿脈沖發(fā)生裝置產(chǎn)生高壓差幅 值的連續(xù)波脈沖及正脈沖；
由附圖2結(jié)合圖3所示，所述的驅(qū)動裝置由起密閉作用的下端連接有密封端蓋20 的密封殼體4、密封端蓋20、電源5、步進電機6及減速傳動裝置組成，電源5、步進電機6及 減速傳動裝置安裝在由密封殼體4與密封端蓋20組成的全密封體內(nèi)，密封殼體4周邊有液 道，由液道保證泥漿順利通過。密封殼體4通過螺釘固定在鉆鋌1內(nèi)。密封殼體4內(nèi)設置 有上支板28及下支板29，下支板29可為密封殼體4的一部分(如圖2所示)，電源5設置 在上支板28上面，步進電機6設置在下支板29上面，電源5通過導線與步進電機6相連。 減速傳動裝置由安裝在步進電機6軸上的小齒輪7、安裝齒輪軸8上端的大齒輪21和軸承 座組成。軸承座連接在步進電機6 —側(cè)的下支板29上，齒輪軸8連接在軸承座上，小齒輪7 與大齒輪21相嚙合，齒輪軸8下端自身具有的傳動齒，齒輪軸8通過傳動齒與耦合軸9上 端的齒輪22相嚙合并輸出動力。驅(qū)動裝置是通過全密封的密封殼體4將減速動力傳輸給 磁力耦合裝置，這樣不僅將步進電機6動力傳給耦合軸9，而且還起了減速和密封的作用， 縮短該泥漿脈沖發(fā)生器長度。 由附圖2結(jié)合圖4所示，所述的磁力耦合裝置包括有耦合軸9、外磁桶11、隔離套 10、保護套17、磁塊12。耦合軸9上端安裝有齒輪22，耦合軸9置于隔離套10內(nèi)，耦合軸9 穿越密封端蓋20延伸到密封殼體4內(nèi)，耦合軸9上端的齒輪22與齒輪軸8的傳動齒相嚙 合，通過傳動齒與耦合軸9上的齒輪22嚙合實現(xiàn)二級減速，耦合軸9內(nèi)軸向有用于穿越電 纜線的過線通孔26。隔離套10套在耦合軸9外并與密封端蓋20螺紋連接，隔離套10下端 連接有用于連接保護導線的導線密封保護接頭27。外磁桶11套在隔離套10外。磁塊12 對應安裝在外磁桶11外和耦合軸9外起偶合作用。保護套17固定在外磁桶11外用于保 護磁塊12。隔離套10與外磁桶11上端對應設置有用于支撐連接的硬質(zhì)合金環(huán)18，并組成 運動副。外磁桶11與轉(zhuǎn)子軸14相連。所述的磁力耦合裝置周邊有液道，由液道保證泥漿 順利通過。磁力耦合裝置在通過外磁桶l(fā)l密封和耦合，將動力傳輸給泥漿脈沖發(fā)生裝置。
由附圖2結(jié)合圖5所示，所述的泥漿脈沖發(fā)生裝置包括有固定法蘭13、定子筒15、 轉(zhuǎn)子軸14、桶形轉(zhuǎn)子筒16組成。固定法蘭13固在鉆鋌1內(nèi)，固定法蘭13周邊有過液孔2， 過液孔2內(nèi)鑲有合金套19。定子筒15固定連接在固定法蘭13下面，定子筒15外間隙配合 有轉(zhuǎn)子筒16，轉(zhuǎn)子軸14周邊固定法蘭13上有與定子筒15內(nèi)相通的過液通道24。轉(zhuǎn)子筒 16軸向連接有轉(zhuǎn)子軸14，轉(zhuǎn)子軸14內(nèi)軸向有用于穿越電纜線的過線通孔26。轉(zhuǎn)子軸14穿 過固定法蘭13與外磁桶11相連。轉(zhuǎn)子軸14與定子筒15下端用于支撐連接處對應鑲嵌有 合金環(huán)25，并組成運動副，起扶正作用。定子筒15側(cè)壁上有側(cè)孔3，轉(zhuǎn)子筒16側(cè)壁上有側(cè) 液孔23，側(cè)孔3與側(cè)液孔23的個數(shù)和設置位置相對應，一般情況下，側(cè)孔3與側(cè)液孔23個 數(shù)可為1或2或3個，它們均布在定子筒和轉(zhuǎn)子筒的周向側(cè)壁上，當然，為了獲得不同的波 形，數(shù)量還以更多，并且二者的數(shù)量也可以不完全一致。在轉(zhuǎn)子筒16旋轉(zhuǎn)過程中側(cè)液孔23 能夠間隔性地對準側(cè)孔3。通過步進電機6帶動轉(zhuǎn)子筒16轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子筒16上的側(cè)液孔23 間隔性地關(guān)閉和打開定子筒15上側(cè)孔3，產(chǎn)生連續(xù)脈沖，還可通過控制步進電機6轉(zhuǎn)速產(chǎn)生 正脈沖。 工作原理 該泥漿脈沖發(fā)生器在鉆鋌內(nèi)的安裝位置與現(xiàn)有的脈沖發(fā)生器在鉆鋌內(nèi)安裝位置 相同。該泥漿脈沖發(fā)生器沒有改變現(xiàn)有傳輸、檢測和譯碼的方式。 由附圖所示，首先該泥漿脈沖發(fā)生器由密封殼體4及固定法蘭13通過螺釘固定連接在鉆鋌l內(nèi)。 在鉆井過程中，通過控制裝置控制電源5給步進電機6送電，并控制步進電機6轉(zhuǎn) 速，步進電機6通過小齒輪7與齒輪軸8上端的大齒輪21相嚙合，并帶動齒輪軸8轉(zhuǎn)動，齒 輪軸8再通過傳動齒與耦合軸9上齒輪22相嚙合，并帶動耦合軸9轉(zhuǎn)動，耦合軸9與外磁 桶11通過異極磁塊12相耦合，使外磁桶11轉(zhuǎn)動，外磁桶11通過轉(zhuǎn)子軸14帶動轉(zhuǎn)子筒16 轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子筒16上的側(cè)液孔23間隔性地關(guān)閉和打開定子筒15上側(cè)孔3，當側(cè)孔3與側(cè)液孔 23相對正打開時，一路泥漿可經(jīng)過液通道24、側(cè)孔3及側(cè)液孔23向下流動，當側(cè)孔3與側(cè) 液孔23相錯開關(guān)閉時，泥漿始終經(jīng)過液孔2向下流動，使得泥漿的壓力不斷的變化，高壓差 幅值的連續(xù)波脈沖。并因其足夠的機械強度和可控步進電機6的轉(zhuǎn)速，可以以正脈沖方式 工作。
權(quán)利要求
一種泥漿脈沖發(fā)生器，其被安裝在鉆鋌(1)內(nèi)，其特征在于其包括驅(qū)動裝置、磁力耦合裝置及脈沖發(fā)生裝置，驅(qū)動裝置用于將動力傳給所述磁力耦合裝置；所述脈沖發(fā)生裝置具有定子筒(15)和轉(zhuǎn)子筒(16)，轉(zhuǎn)子筒(16)的側(cè)壁上設置有一個或多個側(cè)液孔(23)，當轉(zhuǎn)子筒(16)在旋轉(zhuǎn)過程中泥漿間隔地從側(cè)液孔(23)流出時產(chǎn)生泥漿脈沖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于所述脈沖發(fā)生裝置還包括固 定法蘭(13)、上端與磁力耦合裝置相連的轉(zhuǎn)子軸(14);所述轉(zhuǎn)子軸(14)的下端連接轉(zhuǎn)子筒 (16)并能夠帶動轉(zhuǎn)子筒(16)旋轉(zhuǎn)；固定法蘭(13)周邊設有連續(xù)向鉆頭提供泥漿的過液孔 (2)，固定法蘭(13)上還設有能夠使泥漿進入定子筒(15)內(nèi)的過液通道(24)，并且定子筒 (15)的側(cè)壁上具有一個或多個側(cè)孔(3)，側(cè)孔(3)的設置位置和數(shù)量與側(cè)液孔(23)相同； 當轉(zhuǎn)子筒(16)旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子筒(16)上側(cè)液孔(23)能夠使定子筒(15)上的側(cè)孔(3)間隔 性地關(guān)閉和打開。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于在轉(zhuǎn)子筒(16)旋轉(zhuǎn)過程中側(cè) 液孔(23)能夠間隔性地對準側(cè)孔(3)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于所述定子筒(15)與轉(zhuǎn)子 筒(16)間隙配合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于所述驅(qū)動裝置包括電 源(5)、步進電機(6)及減速傳動裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于所述減速傳動裝置包括安裝 在電機輸出軸上的小齒輪(7)、安裝在齒輪軸(8)上端并與小齒輪(7)嚙合的大齒輪(21); 所述齒輪軸(8)的下端具有傳動齒。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于所述磁力耦合裝置 包括耦合軸(9)、固定地套在耦合軸(9)上的隔離套(10)、外磁桶(11);外磁桶(11)套于隔離套(10)外并且二者可相對轉(zhuǎn)動；外磁桶(11)和隔離套(10)上對應設置有起磁力耦合作用的磁塊(12)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于所述耦合軸(9)上端設置有 與齒輪軸(8)下端的傳動齒相嚙合的齒輪(22)。
9. 據(jù)權(quán)利要求8述的泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于所述傳動齒與耦合軸(9)上端的 齒輪(22)產(chǎn)生二級減速。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于所述外磁桶(11)的底端與 轉(zhuǎn)子軸(14)連接。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于所述耦合軸(9)和轉(zhuǎn)子軸 (14)內(nèi)具有通孔。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于所述磁力耦合裝置還包括設 置在外磁桶(11)外面的保護套(17)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于所述側(cè)液孔(23)的數(shù)量為1 或2或3個。
14. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于所述側(cè)液孔(23)和側(cè) 孔(3)的數(shù)量均為1或2或3個。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種井下泥漿脈沖發(fā)生器，主要解決現(xiàn)有連續(xù)波脈沖發(fā)生器在產(chǎn)生水力正壓脈沖值過小，地面檢測困難，蘑菇頭型正脈沖發(fā)生器的脈沖速率低的問題。本發(fā)明的泥漿脈沖發(fā)生器被安裝在鉆鋌(1)內(nèi)，包括驅(qū)動裝置、磁力耦合裝置及脈沖發(fā)生裝置，驅(qū)動裝置用于將動力傳動給所述磁力耦合裝置。所述脈沖發(fā)生裝置包括定子筒(15)、轉(zhuǎn)子筒(16)；當轉(zhuǎn)子筒(16)旋轉(zhuǎn)時能夠使定子筒(15)上的側(cè)液孔(3)間隔性地關(guān)閉和打開。該泥漿脈沖發(fā)生器在鉆井施工中不僅能夠產(chǎn)生高壓差幅值的連續(xù)波脈沖，并因其足夠的機械強度可以以正脈沖方式工作。
文檔編號E21B47/12GK101718195SQ20091025962
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者文磊, 金峰, 陳遠東 申請人:北京中聯(lián)博韜科技咨詢有限公司