泥漿脈衝發生器的製作方法

2023-06-12 10:44:51 1

專利名稱：泥漿脈衝發生器的製作方法
技術領域：
本發明涉及油田鑽井領域鑽定向井井下信息傳輸所用的泥漿脈衝發生器，尤其是
泥漿脈衝發生器。
背景技術：
在油氣田勘探、開發過程中，為了及時準確獲得鑽井資料，進一步了解地層的含油 氣情況，讓鑽頭長上"眼睛"， 一邊鑽進一邊就獲取地層的各種資料，這就是隨鑽測井。隨鑽 測井不僅對任何狀況的井，特別是水平井可以進行測井，而且利用測得的鑽井參數和地層 參數及時調整鑽頭軌跡，使之沿目的層方向鑽進。由於隨鑽測井獲得的地層參數是剛鑽開 的地層參數，它最接近地層的原始狀態，用於對複雜地層的含油、氣評價比一般電纜測井更 有利。隨鑽測井儀器放在鑽鋌內，除測量電阻率、聲速、中子孔隙度、密度等常規測井和某些 成像測井外，還測量鑽壓、扭矩、轉速、環空壓力等鑽井參數。隨鑽測井的關鍵技術是信號傳 輸，目前廣泛使用的是泥漿脈衝發生器傳輸泥漿壓力脈衝，這是目前隨鑽測井儀器普遍採 用的方法，它是將被測參數轉變成泥漿壓力脈衝，隨泥漿循環傳送到地面。被測參數經數字 化編碼後，變成高"1"、低"0"電信號，由它控制泥漿脈衝發生器的蘑菇頭，當編碼為"1"時， 蘑菇頭上移，使流經錐形口的泥漿阻力增加，產生附加壓力。當編碼為"0"時，蘑菇頭向下 回到原位，壓力降至正常。這是正脈衝傳輸系統，這類系統的問題是傳輸數據的速率較低， 僅幾個比特每秒，不適應現在井下多參數隨鑽信息的傳送。類似的還有負脈衝傳輸系統，連 續波傳輸系統。 連續波傳輸系統，是在井下鑽鋌上用軸向旋轉閥開閉的原理產生泥漿的壓力波 動，地面檢測這被調製的泥漿壓力信號進行解碼而獲得井下數據，其優點是數據傳輸快信 息量大，可達幾十比特每秒的速率，現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，國內外都想了各種辦法來提高產生井下連續壓力波幅值的機械方 法，即針對旋轉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。 泥漿脈衝發生器是隨鑽測井技術設備中的重要組成部分。而現有的連續波脈衝發 生器採用控制軸向過液孔，產生的脈衝，對脈衝發生器的機械部件產生的水力衝擊非常復 雜，並因鑽井泥漿性能的變化而惡化，而在鑽柱內部徑向空間是有限，控制軸向過液孔需要 徑向空間大才能在機械上做的結實可靠。

發明內容
為了解決現有連續波脈衝發生器在產生水力正壓脈衝值過小，地面檢測困難，蘑 菇頭型正脈衝發生器的脈衝速率低，水力脈衝壓力對機械部件損傷的問題，本發明提供一 種泥漿脈衝發生器，該泥漿脈衝發生器在鑽井施工中不僅能夠產生高壓差幅值的連續波脈 衝，並因其足夠的機械強度可以以正脈衝方式工作。 本發明的技術方案是該泥漿脈衝發生器其被安裝在鑽鋌內，其包括驅動裝置、磁力耦合裝置及脈衝發生裝置，驅動裝置用於將動力傳動給所述磁力耦合裝置。所述脈衝發 生裝置具有定子筒和轉子筒，轉子筒的側壁上設置有一個或多個側液孔，當轉子筒在旋轉 過程中泥漿間隔地從側液孔流出時產生泥漿脈衝。 所述脈衝發生裝置包括固定法蘭、上端與磁力耦合裝置相連的轉子軸、定子筒、轉
子筒；所述轉子軸的下端連接轉子筒並能夠帶動轉子筒旋轉；固定法蘭周邊設有連續向鑽
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的過液通道；當轉子筒
旋轉時，轉子筒上的側液孔能夠使定子筒上的側孔間隔性地關閉和打開。 所述轉子筒的側壁上設置有側液孔，在轉子筒旋轉過程中側液孔能夠間隔性地對
準側孔。 本發明具有的有益效果是該泥漿脈衝發生器由於採用鑽鋌內下部固定有起驅動 作用的驅動裝置、起密封和耦合作用的磁力耦合裝置及產生連續正波側進液脈衝的泥漿脈 衝發生裝置，驅動裝置帶動磁力耦合裝置轉動，磁力耦合裝置帶動泥漿脈衝發生裝置，驅動 裝置、磁力耦合裝置及泥漿脈衝發生裝置周邊軸向分別設置有液道及過液孔，脈衝裝置壁 上徑向有側孔和側液孔結構。利用電源給步進電機供電，由步進電機帶動耦合軸轉動，耦合 軸與外磁桶耦合，並帶動外磁桶轉動，外磁桶由轉子軸帶動轉子筒轉動，通過轉子筒上側液 孔不斷開關定子筒上對應側孔，使泥漿產生壓力脈衝，地面設備通過連續地檢測立管壓力 的變化，經解碼即可轉換成不同的測量數據。由于波源是由轉子筒上側液孔不斷開關定子 筒上對應側孔，其產生的水力波動力主要是徑向力，機械上支撐徑向力需要鑽柱內部的軸 向空間，是充分富裕的，在機械上可以做的很強。由此，該泥漿脈衝發生器在鑽井施工中能 夠高波動壓差地連續產生脈衝波和單個的正脈衝。


附圖1是該泥漿脈衝發生器置於鑽鋌內的結構視圖； 附圖2是本發明結構示意圖； 附圖3是本發明驅動裝置結構示意圖； 附圖4是本發明磁力耦合裝置結構示意圖； 附圖5是本發明泥漿脈衝發生裝置結構示意圖。 圖中1-鑽鋌，2-過液孔，3-偵糹孔，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-轉子軸，15-定子 筒，16-轉子筒，17-保護套，18-硬質合金環，19-合金套，20-密封端蓋，21-大齒輪，22-齒 輪，23-側液孔，24-過液通道，25-合金環，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
下面結合附圖將對本發明作進一步說明 由附圖1所示，該泥漿脈衝發生器其被安裝在鑽鋌1內，其包括起驅動作用的驅 動裝置、起密封和耦合作用的磁力耦合裝置及產生連續正波側進液脈衝的泥漿脈衝發生裝 置，驅動裝置帶動磁力耦合裝置轉動，磁力耦合裝置帶動泥漿脈衝發生裝置產生高壓差幅 值的連續波脈衝及正脈衝；
由附圖2結合圖3所示，所述的驅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，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通過螺釘固定在鑽鋌1內。密封殼體4內設置 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相嚙合並輸出動力。驅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， 縮短該泥漿脈衝發生器長度。 由附圖2結合圖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置於隔離套10內，耦合軸9 穿越密封端蓋20延伸到密封殼體4內，耦合軸9上端的齒輪22與齒輪軸8的傳動齒相齧 合，通過傳動齒與耦合軸9上的齒輪22嚙合實現二級減速，耦合軸9內軸向有用於穿越電 纜線的過線通孔26。隔離套10套在耦合軸9外並與密封端蓋20螺紋連接，隔離套10下端 連接有用於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外用於保 護磁塊12。隔離套10與外磁桶11上端對應設置有用於支撐連接的硬質合金環18，並組成 運動副。外磁桶11與轉子軸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ll密封和耦合，將動力傳輸給泥漿脈衝發生裝置。
由附圖2結合圖5所示，所述的泥漿脈衝發生裝置包括有固定法蘭13、定子筒15、 轉子軸14、桶形轉子筒16組成。固定法蘭13固在鑽鋌1內，固定法蘭13周邊有過液孔2， 過液孔2內鑲有合金套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 有轉子筒16，轉子軸14周邊固定法蘭13上有與定子筒15內相通的過液通道24。轉子筒 16軸向連接有轉子軸14，轉子軸14內軸向有用於穿越電纜線的過線通孔26。轉子軸14穿 過固定法蘭13與外磁桶11相連。轉子軸14與定子筒15下端用於支撐連接處對應鑲嵌有 合金環25，並組成運動副，起扶正作用。定子筒15側壁上有側孔3，轉子筒16側壁上有側 液孔23，側孔3與側液孔23的個數和設置位置相對應，一般情況下，側孔3與側液孔23個 數可為1或2或3個，它們均布在定子筒和轉子筒的周向側壁上，當然，為了獲得不同的波 形，數量還以更多，並且二者的數量也可以不完全一致。在轉子筒16旋轉過程中側液孔23 能夠間隔性地對準側孔3。通過步進電機6帶動轉子筒16轉動，轉子筒16上的側液孔23 間隔性地關閉和打開定子筒15上側孔3，產生連續脈衝，還可通過控制步進電機6轉速產生 正脈衝。 工作原理 該泥漿脈衝發生器在鑽鋌內的安裝位置與現有的脈衝發生器在鑽鋌內安裝位置 相同。該泥漿脈衝發生器沒有改變現有傳輸、檢測和解碼的方式。 由附圖所示，首先該泥漿脈衝發生器由密封殼體4及固定法蘭13通過螺釘固定連接在鑽鋌l內。 在鑽井過程中，通過控制裝置控制電源5給步進電機6送電，並控制步進電機6轉 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，並帶動齒輪軸8轉動，齒 輪軸8再通過傳動齒與耦合軸9上齒輪22相嚙合，並帶動耦合軸9轉動，耦合軸9與外磁 桶11通過異極磁塊12相耦合，使外磁桶11轉動，外磁桶11通過轉子軸14帶動轉子筒16 轉動，轉子筒16上的側液孔23間隔性地關閉和打開定子筒15上側孔3，當側孔3與側液孔 23相對正打開時，一路泥漿可經過液通道24、側孔3及側液孔23向下流動，當側孔3與側 液孔23相錯開關閉時，泥漿始終經過液孔2向下流動，使得泥漿的壓力不斷的變化，高壓差 幅值的連續波脈衝。並因其足夠的機械強度和可控步進電機6的轉速，可以以正脈衝方式 工作。
權利要求
一種泥漿脈衝發生器，其被安裝在鑽鋌(1)內，其特徵在於其包括驅動裝置、磁力耦合裝置及脈衝發生裝置，驅動裝置用於將動力傳給所述磁力耦合裝置；所述脈衝發生裝置具有定子筒(15)和轉子筒(16)，轉子筒(16)的側壁上設置有一個或多個側液孔(23)，當轉子筒(16)在旋轉過程中泥漿間隔地從側液孔(23)流出時產生泥漿脈衝。
2. 根據權利要求1所述的泥漿脈衝發生器，其特徵在於所述脈衝發生裝置還包括固 定法蘭(13)、上端與磁力耦合裝置相連的轉子軸(14);所述轉子軸(14)的下端連接轉子筒 (16)並能夠帶動轉子筒(16)旋轉；固定法蘭(13)周邊設有連續向鑽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)內的過液通道(24)，並且定子筒 (15)的側壁上具有一個或多個側孔(3)，側孔(3)的設置位置和數量與側液孔(23)相同； 當轉子筒(16)旋轉時，轉子筒(16)上側液孔(23)能夠使定子筒(15)上的側孔(3)間隔 性地關閉和打開。
3. 根據權利要求2所述的泥漿脈衝發生器，其特徵在於在轉子筒(16)旋轉過程中側 液孔(23)能夠間隔性地對準側孔(3)。
4. 根據權利要求1或2所述的泥漿脈衝發生器，其特徵在於所述定子筒(15)與轉子 筒(16)間隙配合。
5. 根據權利要求1、2或3所述的泥漿脈衝發生器，其特徵在於所述驅動裝置包括電 源(5)、步進電機(6)及減速傳動裝置。
6. 根據權利要求5所述的泥漿脈衝發生器，其特徵在於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)上端並與小齒輪(7)嚙合的大齒輪(21); 所述齒輪軸(8)的下端具有傳動齒。
7. 根據權利要求1或2或3所述的泥漿脈衝發生器，其特徵在於所述磁力耦合裝置 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)套於隔離套(10)外並且二者可相對轉動；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. 根據權利要求7所述的泥漿脈衝發生器，其特徵在於所述耦合軸(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. 據權利要求8述的泥漿脈衝發生器，其特徵在於所述傳動齒與耦合軸(9)上端的 齒輪(22)產生二級減速。
10. 根據權利要求9所述的泥漿脈衝發生器，其特徵在於所述外磁桶(11)的底端與 轉子軸(14)連接。
11. 根據權利要求9所述的泥漿脈衝發生器，其特徵在於所述耦合軸(9)和轉子軸 (14)內具有通孔。
12. 根據權利要求7所述的泥漿脈衝發生器，其特徵在於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. 根據權利要求1所述的泥漿脈衝發生器，其特徵在於所述側液孔(23)的數量為1 或2或3個。
14. 根據權利要求2或3所述的泥漿脈衝發生器，其特徵在於所述側液孔(23)和側 孔(3)的數量均為1或2或3個。
全文摘要
本發明涉及一種井下泥漿脈衝發生器，主要解決現有連續波脈衝發生器在產生水力正壓脈衝值過小，地面檢測困難，蘑菇頭型正脈衝發生器的脈衝速率低的問題。本發明的泥漿脈衝發生器被安裝在鑽鋌(1)內，包括驅動裝置、磁力耦合裝置及脈衝發生裝置，驅動裝置用於將動力傳動給所述磁力耦合裝置。所述脈衝發生裝置包括定子筒(15)、轉子筒(16)；當轉子筒(16)旋轉時能夠使定子筒(15)上的側液孔(3)間隔性地關閉和打開。該泥漿脈衝發生器在鑽井施工中不僅能夠產生高壓差幅值的連續波脈衝，並因其足夠的機械強度可以以正脈衝方式工作。
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 優先權日2009年12月21日
發明者文磊, 金峰, 陳遠東 申請人:北京中聯博韜科技諮詢有限公司