一種負壓力連續波脈衝發生裝置的製作方法

2023-06-03 13:53:46 3

本發明屬於石油鑽井工程裝置領域，特別涉及一種用於無線隨鑽測量的泥漿脈衝發生裝置。

背景技術：

鑽井過程中，尤其在水平井、大位移井、分支井等複雜結構井的鑽進過程中，工作人員需要通過隨鑽測量系統實時了解各種鑽井工藝參數、井眼軌跡參數和鑽頭附近地層參數，通過對這些參數的監測，及時控制鑽壓、轉速、鑽井液排量等鑽井工藝參數，以提高機械鑽速、減少鑽井事故發生。隨鑽測量系統在工作過程中，需要通過一定的傳輸方式將井下傳感器測得的相關參數數據實時傳遞至地面計算機處理系統。目前，井下信息傳輸方式有泥漿脈衝、電磁波、聲波鑽杆柱振動三種方式，泥漿脈衝傳輸方式是絕大多數隨鑽測量系統以及在隨鑽測量基礎上發展起來的閉環鑽井系統的信息傳輸方式。泥漿脈衝根據其產生機理的不同可分為負脈衝、正脈衝、連續波三種。開關閥式負脈衝和正脈衝傳輸方式傳輸速率較低，隨著隨鑽測井和地質導向等鑽井技術的發展，隨鑽測量的井下參數越來越多，對測量的實時性要求越來越高，開關閥式負脈衝和正脈衝因無法滿足大量地質參數的傳輸，應用將受到限制。而連續波脈衝傳輸方式傳輸速率高，抗幹擾能力強，將成為使用最為廣泛、發展潛力極大的數據傳輸方式。

現有的連續波泥漿脈衝信號發生器有旋轉閥式和剪切閥式兩種，其工作原理主要是在轉子的上方或下方安裝定子，轉子在電機單獨驅動或電機與泥漿共同作用下旋轉，形成定、轉子過流面積周期性變化，從而使鑽柱內的壓力發生連續正壓力脈衝，經控制系統編碼後轉子受控旋轉形成一系列的周期性正壓力脈衝信號,並傳遞給地面接收裝置，其數據傳輸速度快，可以達到5-12bit。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種產生信號穩定可靠，可以將鑽井過程中隨鑽測量的數據快速傳輸至地面的新型負壓力連續波脈衝發生裝置。

本發明的負壓力連續脈衝發生裝置，產生負壓力連續波脈衝。該裝置通過受控的連續旋轉的端面閥口，將少量鑽柱內鑽井液釋放至環空，使鑽柱內壓力產生負壓力連續波脈衝。

本發明的技術方案是：

一種負壓力連續波脈衝發生裝置，包括懸掛短節16和設置在懸掛短節16內部的控制短節15、驅動機構17、上閥19和下閥20，其中控制短節15、驅動機構17和上閥19依次連接後通過定位環15同軸安裝於懸掛短節16內部，上閥19通過定位環15與懸掛短節16構成旋轉配合，定位環15上設有貫通定位環15上下的環形空間的軸向通道，下閥20設置在上閥19下面的懸掛短節16內，下閥20的下閥閥面30與上閥19的上閥閥面29相貼合，下閥閥面30和上閥閥面29貼合面為密封面26，密封面26周邊至少開設2個軸向的閥口27，下閥20內設有洩流通道28，懸掛短節16上開設的洩流孔，下閥20的閥口27、洩流通道28和懸掛短節16上的洩流孔構成一一對應連通，懸掛短節16洩流孔內安裝有防衝環24及限流鎖緊裝置23。

上述方案進一步包括安裝於定位環18與上閥19之間的濾網25。

還包括安裝於懸掛短節16下端的限流機構21。

下閥20與懸掛短節16為一體結構。

下閥20與懸掛短節16為通過鎖緊螺釘22連接的分體結構，且在下閥20與懸掛短節16周邊結合面設置密封圈。

與現有技術相比，本發明通過控制短節與驅動機構控制上閥旋轉，上閥與下閥閥面上的閥口相對位置的變化產生負壓力連續脈衝進而傳遞信號，信號傳輸穩定。懸掛短節洩流孔內安裝有限流鎖緊裝置，發散洩流泥漿，降低其對井壁造成的衝蝕，防止環空顆粒物從外部堵塞脈衝器洩流孔。

附圖說明

圖1所示是包括本發明的連續負脈衝發生裝置的的一種應用實施例。

圖1中：1.井架，2.遊動系統，3.旋塞短節，4.泥漿輸送管匯，5.泥漿泵，6.空氣包，7.鑽柱，8.井眼，9.地層，10.鑽鋌，11.測量控制系統，12.鑽頭，13.地面控制系統，14.壓力傳感器。

圖2是連續負脈衝發生裝置的結構示意圖。

圖2中：15.控制短節，16.懸掛短節，17.驅動電機，18.定位環，19.上閥，20.下閥，21.限流機構，22.鎖緊螺釘，23.限流鎖緊裝置，24.防衝環，25.濾網，28.洩流通道，29.上閥閥面，30.下閥閥面。

圖3是連續負脈衝發生裝置上、下閥閥面結構俯視圖。

圖3中：26.密封面，27.閥口。

具體實施方式

下面通過不同的實施例或示例，描述一種具有相應的井眼和裝置的井場，以便描述本申請的（非限制性的）實施例。為此目的，實際應用處的裝置可以根據實際遇到的情況而變化。

實施例一應用場景如圖1所示，其中本發明所述的負壓力連續脈衝發生裝置包含於此較大系統內。該應用場景包括：至少一臺泥漿泵5、泥漿輸送管匯4、遊動系統2、旋塞短節3和鑽杆7、井眼8、地層9、鑽鋌10、測量控制系統11、鑽頭12、地面控制系統13、壓力傳感器14。泥漿泵5通常帶有壓力緩衝機構或液壓蓄能機構。在該實施例中，測量控制系統11外部為無磁鑽鋌，內部是包含本發明負壓力連續脈衝發生裝置的mwd或者lwd工具，上部連接鑽鋌10，下部與鑽頭12相連。所述的mwd或者lwd工具的測量數據，可通過本發明的負壓力連續脈衝發生裝置發送至安裝於泥漿輸送管匯4上的一個或多個壓力傳感器14，壓力傳感器14將採集到的壓力信號傳輸至計算機系統13進行數據處理並解碼。

在本實施例中，負壓力連續脈衝發生裝置的結構圖如附圖2所示。控制短節15連接驅動機構17，驅動機構17連接上閥19軸端，並通過定位環18安裝於懸掛短節16中心，定位環18可使控制短節15、驅動機構17及上閥19的軸線與懸掛短節16軸線重合，且軸向定位；定位環18與上閥19之間安裝有濾網25，保證流經上閥閥面29、下閥閥面30以及洩流通道28的泥漿清潔。下閥20通過鎖緊螺釘22固定安裝於懸掛短節16內並與之同軸，下閥20內設有洩流通道28，其洩流通道28與懸掛短節16上設有的洩流孔相通，懸掛短節16洩流孔內安裝有設有防衝環24的限流鎖緊裝置23，限流機構21安裝於懸掛短節16內,與懸掛短節16洩流孔保持有一定距離。上閥19下部的上閥閥面29結構與下閥上部的下閥閥面30結構均為圓柱面結構，兩面在安裝後同軸貼合。在本實施例中，所述的上閥閥面29、下閥閥面30完全相同，結構的細節參看圖3，密封面26上設計有至少2個閥口27，當上閥19相對下閥20旋轉時，上閥閥面29相對下閥閥面30旋轉，閥口27形成可變的限流閥口，洩流通道28設計時與閥口27一一對應連通。下閥20與懸掛短節16之間安裝有若干密封圈，鎖緊螺釘22與懸掛短節、防衝環24與懸掛短節16洩流孔之間安裝有密封圈，以防止泥漿洩漏。懸掛短節下端安裝有限流機構21，起限流增壓作用，使上、下閥面位置鑽具內外達到合理壓差。整個裝置通過控制短節15上端與mwd或者lwd工具連接。

工作過程中，控制短節15接收mwd/lwd測量系統信號後，通過驅動機構17控制上閥19相對下閥20旋轉，上閥閥面29與下閥閥面30的密封面26與閥口27相對位置在旋轉時相對位置周期性變化，使流經洩流通道28的泥漿流量產生周期性變化，從而使鑽柱內壓力產生周期性負壓力連續波。限流機構21所產生的壓差，對流經洩流通道28的最大泥漿流量和負壓力波的最低波谷有較大影響。

在另一實施例中，本發明的負壓力連續脈衝發生裝置可以這樣實現：所述的裝置不設限流機構21。在此實施例中，裝置在接入儀器工作時，通過鑽頭安裝水眼形成鑽頭壓降的方式實現上、下閥面位置鑽具內外壓差。

在另一實施例中，提供了本發明的負壓力連續脈衝發生裝置，其中，所述的懸掛短節16與下閥20為一體式結構。