井下泥漿正脈衝發生器的製作方法
2023-12-05 13:50:41
專利名稱：井下泥漿正脈衝發生器的製作方法
技術領域：
本發明屬於石油隨鑽測量領域，涉及一種泥漿脈衝發生器，尤其涉及一種通過泥漿波傳輸井底測量信號的井下泥漿正脈衝發生器。
背景技術：
石油隨鑽測井是利用安裝在鑽鋌內的儀器測得鑽井參數和地層參數，並根據這些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最接近地層的原始狀態，更有利於對複雜地層的含油、氣評價。隨鑽測井儀器放在無磁鑽鋌內，可以測量定向參數(井斜、方位、工具面角)、地層參數(伽馬、電阻率、聲速、中子孔隙度、密度等)以及鑽井參數(鑽壓、扭矩、轉速、環空壓力等)等。隨鑽測井的信號傳輸方式分為有線與無線兩種，有線傳輸包括電纜傳輸、特種鑽杆傳輸及光纖傳輸等，無線傳輸包括泥眾脈衝、電磁波、聲波等。泥漿脈衝可用於深井並且開發成本較低，使得泥漿脈衝成為目前廣泛採用的傳輸方式。泥漿脈衝發生器作為隨鑽測井的核心部分，按其工作原理可分為正脈衝、負脈衝以及連續波脈衝發生器。負脈衝由於對井壁破壞嚴重，下井儀器的結構複雜，組裝、操作和維修不便，很少使用。連續波脈衝的優點是傳輸速度快，但其信號相對較弱，受噪聲幹擾影響相對較大，對信號處理系統要求較高。泥漿正脈衝發生器使用最為普遍，它是將被測參數進行編碼，由它控制泥漿脈衝發生器的伺服閥，當編碼為「I」時，伺服閥上移，使泥漿節流產生回壓，通過立管的壓力傳感器可檢測到一個正壓力脈衝，當編碼為「O」時，伺服閥復位，使泥漿壓力降至正常。地面設備通過對立管壓力信號的解碼讀取井下儀器測得的參數。泥漿脈衝發生器是隨鑽測井參數上傳到地面的通道，其可靠性至關重要，而現有的泥漿脈衝發生器存在著種種問題，諸如針孔連接方式在井下振動環境下引起的電氣虛連接，平衡油囊被腐蝕或漏油而導致儀器內部壓力不能平衡井下壓力，井斜過大或者下鑽速度過快造成儀器脫鍵而導致無信號的問題，儀器不可打撈，出現卡鑽時儀器報廢等。
發明內容
為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本發明提供了一種工作可靠以及可用於無線隨鑽系統產生泥漿正脈衝信號的井下泥漿正脈衝發生器。本發明的技術解決方案是本發明提供了一種井下泥漿正脈衝發生器，其特殊之處在於所述井下泥漿正脈衝發生器包括泥漿壓力產生組件以及將泥漿壓力轉換為泥漿正脈衝的泥漿正脈衝轉換組件；所述泥漿壓力產生組件包括外殼、設置在外殼內壁上的主閥座、設置在外殼內部的並可沿外殼的軸向進行軸向移動的主軸以及套裝在主軸上並與主閥座位置相對應的主閥芯；所述外殼包括泥漿入口以及泥漿出口 ；所述泥漿入口通過主閥芯與泥漿出口相貫通；所述主軸的軸向設置有貫通主軸軸向的軸向通孔；所述軸向通孔的頂部與泥漿入口相貫通；所述泥漿正脈衝轉換組件止靠在軸向通孔的底部。上述泥漿正脈衝轉換組件包括保護筒、外殼，設置在外殼內部的電磁組件、主彈簧以及動力活塞組件；所述主軸的底部伸入外殼中，所述動力活塞組件螺紋連接在伸入保護筒中的主軸上並沿主軸的軸向與保護筒的內壁之間進行軸向移動；所述動力活塞組件與電磁組件之間設置有空腔；所述主彈簧套裝在主軸上並設置在動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔中；所述電磁組件止靠在軸向通孔的底部；所述主軸與保護筒之間設置有縫隙；所述縫隙與泥漿出口相貫通；所述動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔通過動力活塞組件與主軸和保護筒之間所形成的縫隙相貫通；所述軸向通孔的底部通過電磁組件與動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔相貫通。上述動力活塞組件沿軸向向上方向受泥漿作用的面積大於主閥芯在主閥座處沿軸向向下受泥漿作用的面積。上述動力活塞組件包括活塞筒、動力活塞以及設置在動力活塞上的溢流閥,所述動力活塞組件溢流閥成對設置在動力活塞上。上述主軸上設置有螺紋；所述動力活塞組件螺紋連接在主軸上；所述活塞筒固定在保護筒與電磁閥殼體之間；所述動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔通過溢流閥與主軸和保護筒之間所形成的縫隙相貫通。 上述電磁組件包括銜鐵、環繞設置在銜鐵周圍的線圈以及作用於銜鐵上並對銜鐵進行斷電復位的復位組件；所述銜鐵的前端面呈球頭或弧形；所述銜鐵的前端面止靠在軸向通孔的底部。上述復位組件包括設置在銜鐵前端的平衡活塞以及設置在銜鐵後端的彈簧；所述平衡活塞與銜鐵之間設置有空腔；所述空腔中灌注有矽油或液壓油。上述泥漿正脈衝轉換組件還包括設置在外殼底部並與外殼相連的下殼體；所述下殼體上的側壁上設置有壓差傳感器；所述壓差傳感器與平衡活塞和銜鐵之間所形成的空腔之間設置有流體通道。上述井下泥漿正脈衝發生器還包括設置在主軸頂部的打撈頭；所述軸向通孔的頂部與泥漿入口相貫通的部位設置有泥漿濾網。上述井下泥漿正脈衝發生器還包括設置在外殼上的用於密封外殼與鑽鋌內壁的組合密封圈；所述組合密封圈是一道或多道。本發明的優點是本發明提供了一種井下泥漿正脈衝發生器，由濾網、主閥、動力活塞、溢流閥、電磁閥、差壓傳感器、航空插頭等組成。本發明安裝於無磁鑽鋌內，由銷釘固定於鑽鋌內，可打撈。高壓泥漿推動動力活塞帶動主閥產生正壓力脈衝，動力活塞上設置有溢流閥，可以調節產生脈衝的壓力幅值。電磁閥封裝在一個密閉空間內，該密閉空間充滿矽油或液壓油，由平衡活塞平衡儀器內外的壓力。由於主閥芯的阻擋作用，主閥上部泥漿壓力較大，高壓泥漿經中空主軸引入到動力活塞下部，電磁閥控制該通道的連通與關閉，當電磁閥吸合時，高壓泥漿進入到動力活塞下部，推動動力活塞帶動主閥頭向上運動，在主閥頭上部產生壓力正脈衝，電磁閥斷開後，高壓泥漿的通道被切斷，主閥頭在泥漿的作用下被推開，主閥頭上部壓力恢復正常。溢流閥控制壓力脈衝的幅值，下部的差壓傳感器判斷地面泥漿泵是否打開，進而判斷泥漿脈衝發生器是否可以工作。下部航空插頭與下掛儀器軟連接，避免了由于振動引起的電氣虛連接。本發明結構簡單、能耗低、工作可靠、易於維護，可用於無線隨鑽系統產生泥漿脈衝信號。
圖1是本發明所提供的井下泥漿正脈衝發生器的整體結構示意圖；其中1-打撈頭；2-螺釘；3_主軸座；4_組合密封圈；5_主閥座；6_主閥芯；7-外殼；8-銷孔；9-主軸；10_防轉銷；11_保護筒；12_固定筒；13_溢流閥螺釘；14_溢流閥彈簧；15-主彈簧；16_動力活塞；17_電磁閥殼體；18_溢流閥鋼球；19_平衡活塞；20_線圈外殼；21-線圈骨架；22_電磁閥線圈；23_銜鐵；24_彈簧頂杆；25_下殼體；26_彈簧壓板；27_差壓傳感器；28_電磁閥彈簧；29_壓環；30_卡圈；31_承壓插頭；32_油堵；33_航空插頭；34-錨盤；35_護帽。
具體實施例方式本發明提供了一種井下泥漿正脈衝發生器，其特殊之處在於井下泥漿正脈衝發生器包括泥漿壓力產生組件以及將泥漿壓力轉換為泥漿正脈衝的泥漿正脈衝轉換組件；泥漿壓力產生組件包括外殼7、設置在外殼7內壁上的主閥座5、設置在外殼7內部的並可沿外殼7的軸向進行軸向移動的主軸9以及套裝在主軸9上並與主閥座5位置相對應的主閥芯6 ;外殼7包括泥漿入口以及泥漿出口 ；泥漿入口通過主閥芯6與泥漿出口相貫通；主軸9的軸向設置有貫通主軸9軸向的軸向通孔；軸向通孔的頂部與泥漿入口相貫通；泥漿正脈衝轉換組件止靠在軸向通孔的底部。主閥座5通過固定筒12設置在外殼7的內壁上；固定筒12與外殼7之間設置有防轉銷10。泥漿正脈衝轉換組件包括保護筒11，設置在外殼7內部的電磁組件、主彈簧15以及動力活塞組件；主軸9的底部伸入外殼7中，動力活塞組件螺紋連接在伸入保護筒11中的主軸9上並沿主軸9的軸向與保護筒11的內壁之間進行軸向移動；動力活塞組件與電磁組件之間設置有空腔；主彈簧15套裝在主軸9上並設置在動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔中；電磁組件止靠在軸向通孔的底部；主軸9與保護筒11之間設置有縫隙；縫隙與泥漿出口相貫通；動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔通過動力活塞組件與主軸9和保護筒11之間所形成的縫隙相貫通；軸向通孔的底部通過電磁組件與動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔相貫通。動力活塞16沿軸向向上方向受泥眾作用的面積大於主閥芯6在主閥座5處沿軸向向下受泥漿作用的面積。動力活塞組件包括動力活塞及設置在動力活塞上的溢流閥，溢流閥成對設置在動力活塞上。主軸9上設置有螺紋；所述動力活塞組件螺紋連接在主軸9上；所述活塞筒固定在保護筒11與電磁閥殼體17之間，動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔通過溢流閥與主軸9和保護筒11之間所形成的縫隙相貫通。電磁組件包括銜鐵23、環繞設置在銜鐵23周圍的線圈以及作用於銜鐵23上並對銜鐵23進行斷電復位的復位組件；銜鐵23的前端面呈球頭或弧形；銜鐵23的前端面止靠在軸向通孔的底部。復位組件包括設置在銜鐵23前端的平衡活塞19以及設置在銜鐵23後端的彈簧；平衡活塞19與銜鐵23之間設置有空腔；空腔中灌注有矽油或液壓油。泥漿正脈衝轉換組件還包括設置在外殼7底部並與外殼7相連的下殼體25 ;下殼體25上的側壁上設置有差壓傳感器27 ;差壓傳感器27與平衡活塞19和銜鐵23之間所形成的空腔之間設置有流體通道。電磁閥彈簧28由卡圈30限制軸向位置，下殼體25上設置有用於固定承壓插頭31的壓環29。井下泥漿正脈衝發生器還包括設置在主軸9頂部的打撈頭I ;軸向通孔的頂部與泥漿入口相貫通的部位設置有泥漿濾網。井下泥漿正脈衝發生器還包括設置在外殼7上的用於密封外殼7與鑽鋌內壁的組合密封圈4 ;組合密封圈4是一道或多道。如圖1所示，本發明所提供的泥漿正脈衝發生器主要由泥漿濾網1、主閥座5、主閥芯6、動力活塞16、溢流閥13-14-18、電磁閥17-20-21-22-23、差壓傳感器27、航空插頭33等組成。本發明安裝於無磁鑽鋌內，在銷孔8處由銷釘固定於鑽鋌內，卡鑽時通過打撈頭提拉，銷釘被剪斷後可將儀器安全地取出。泥漿濾網I通過螺紋連接在主軸座3上，主軸座3和外殼7由螺釘2固定，泥漿脈衝發生器與鑽鋌之間由組合密封圈4進行密封，以減小泥漿對儀器的衝刷。主軸座3下方依次是主閥座5、固定筒12、保護筒11，主閥芯6裝在主軸9上，動力活塞16與主軸9螺紋連接，溢流閥螺釘13、溢流閥彈簧14、溢流閥鋼球18安裝在動力活塞16上，通過調整溢流閥螺釘13可以調整溢流閥開啟壓力，控制產生泥漿脈衝的幅值，主彈簧15為動力活塞16上移儲能。電磁閥外殼17、線圈外殼20、線圈骨架21以及電磁閥線圈22、銜鐵23組成電磁閥，電磁閥安裝在一個密閉空間，並充滿矽油或液壓油，平衡活塞19用於平衡電磁閥密閉空間與外部的壓力，彈簧頂杆24與電磁閥彈簧28為銜鐵復位提供啟動力。彈簧頂杆24與電磁閥彈簧28之間還設置有彈簧壓板26。差壓傳感器27感知泥漿脈衝發生器內部與外部的壓力差，從而判斷地面泥漿泵的開或停，進一步控制泥漿脈衝發生器是否可以工作。下殼體25內部還設置有用於與其它儀器相連的航空插頭33以及承壓插頭31。在下殼體25的外壁上還設置有錨盤34以及在下殼體25的底部設置有護帽35。在下殼體25的側壁上設置有用於封堵平衡活塞19和銜鐵23之間所形成的空腔的油堵32。當泥漿循環時，由於主閥芯對泥漿的阻擋作用，主閥上部泥漿壓力較大，高壓泥漿經中空主軸引入到動力活塞下部，而電磁閥控制該通道的連通與關閉，當電磁閥吸合時，高壓泥漿進入到動力活塞下部，推動動力活塞帶動主閥頭向上運動，在主閥頭上部產生壓力正脈衝，電磁閥斷開後，高壓泥漿的通道被切斷，主閥頭在泥漿的作用下被推開，主閥頭上部壓力恢復正常。當泥漿泵開啟時，主閥芯6對泥漿循環產生阻擋作用，導致主閥芯6上部泥漿壓力較下部泥漿壓力大，差壓傳感器27感知此壓力差，認為泥漿脈衝發生器可以工作，高壓泥漿經中空主軸流入到動力活塞下部，電磁閥控制該通道的連通與關閉，電磁閥接收驅動器的驅動信號，當電磁閥吸合時，高壓泥漿進入到動力活塞下部，由於存在壓差，且受壓力面積不等，泥漿推動動力活塞帶動主閥頭向上運動，在主閥頭上部產生壓力正脈衝，電磁閥斷開後，高壓泥漿的通道被切斷，主閥頭在泥漿的作用下被推開，主閥頭上部壓力恢復正常。地面設備接收立管壓力信號，經過解碼取得隨鑽儀器測得的參數。
權利要求
1.一種井下泥漿正脈衝發生器，其特徵在於所述井下泥漿正脈衝發生器包括泥漿壓力產生組件以及將泥漿壓力轉換為泥漿正脈衝的泥漿正脈衝轉換組件；所述泥漿壓力產生組件包括外殼、設置在外殼內壁上的主閥座、設置在外殼內部的並可沿外殼的軸向進行軸向移動的主軸以及套裝在主軸上並與主閥座位置相對應的主閥芯；所述外殼包括泥漿入口以及泥漿出口 ；所述泥漿入口通過主閥芯與泥漿出口相貫通；所述主軸的軸向設置有貫通主軸軸向的軸向通孔；所述軸向通孔的頂部與泥漿入口相貫通；所述泥漿正脈衝轉換組件止靠在軸向通孔的底部。
2.根據權利要求1所述的井下泥漿正脈衝發生器，其特徵在於所述泥漿正脈衝轉換組件包括保護筒、外殼，設置在外殼內部的電磁組件、主彈簧以及動力活塞組件；所述主軸的底部伸入外殼中，所述動力活塞組件螺紋連接在伸入保護筒中的主軸上並沿主軸的軸向與保護筒的內壁之間進行軸向移動；所述動力活塞組件與電磁組件之間設置有空腔；所述主彈簧套裝在主軸上並設置在動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔中；所述電磁組件止靠在軸向通孔的底部；所述主軸與保護筒之間設置有縫隙；所述縫隙與泥漿出口相貫通；所述動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔通過動力活塞組件與主軸和保護筒之間所形成的縫隙相貫通；所述軸向通孔的底部通過電磁組件與動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔相貫通。
3.根據權利要求2所述的井下泥漿正脈衝發生器，其特徵在於所述動力活塞組件沿軸向向上方向受泥漿作用的面積大於主閥芯在主閥座處沿軸向向下受泥漿作用的面積。
4.根據權利要求3所述的井下泥漿正脈衝發生器，其特徵在於所述動力活塞組件包括活塞筒、動力活塞以及設置在動力活塞上的溢流閥，動力活塞組件溢流閥成對設置在動力活塞上。
5.根據權利要求4所述的井下泥漿正脈衝發生器，其特徵在於所述主軸上設置有螺紋；所述動力活塞組件螺紋連接在主軸上；所述動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔通過溢流閥與主軸和保護筒之間所形成的縫隙相貫通。
6.根據權利要求2-5任一權利要求所述的井下泥漿正脈衝發生器，其特徵在於所述電磁組件包括銜鐵、環繞設置在銜鐵周圍的線圈以及作用於銜鐵上並對銜鐵進行斷電復位的復位組件；所述銜鐵的前端面呈球頭或弧形；所述銜鐵的前端面止靠在軸向通孔的底部。
7.根據權利要求6所述的井下泥漿正脈衝發生器，其特徵在於所述復位組件包括設置在銜鐵前端的平衡活塞以及設置在銜鐵後端的彈簧；所述平衡活塞與銜鐵之間設置有空腔；所述空腔中灌注有矽油或液壓油。
8.根據權利要求7所述的井下泥漿正脈衝發生器，其特徵在於所述泥漿正脈衝轉換組件還包括設置在外殼底部並與外殼相連的下殼體；所述下殼體上的側壁上設置有壓差傳感器；所述壓差傳感器與平衡活塞和銜鐵之間所形成的空腔之間設置有流體通道。
9.根據權利要求1-5任一權利要求所述的井下泥漿正脈衝發生器，其特徵在於所述井下泥漿正脈衝發生器還包括設置在主軸頂部的打撈頭；所述軸向通孔的頂部與泥漿入口相貫通的部位設置有泥漿濾網。
10.根據權利要求8所述的井下泥漿正脈衝發生器，其特徵在於所述井下泥漿正脈衝發生器還包括設置在外殼上的用於密封外殼與鑽鋌內壁的組合密封圈；所述組合密封圈是一道或 多道。
全文摘要
本發明涉及一種井下泥漿正脈衝發生器，該井下泥漿正脈衝發生器包括泥漿壓力產生組件以及將泥漿壓力轉換為泥漿正脈衝的泥漿正脈衝轉換組件；泥漿壓力產生組件包括外殼、設置在外殼內壁上的主閥座、設置在外殼內部的並可沿外殼的軸向進行軸向移動的主軸以及套裝在主軸上並與主閥座位置相對應的主閥芯；外殼包括泥漿入口以及泥漿出口；泥漿入口通過主閥芯與泥漿出口相貫通；主軸的軸向設置有貫通主軸軸向的軸向通孔；軸向通孔的頂部與泥漿入口相貫通；泥漿正脈衝轉換組件止靠在軸向通孔的底部。本發明提供了一種工作可靠以及可用於無線隨鑽系統產生泥漿正脈衝信號的井下泥漿正脈衝發生器。
文檔編號E21B47/24GK103015990SQ20121057867
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者張亞軍, 李曉東, 郭留洋, 曹海軍, 劉立揚 申請人:西安思坦儀器股份有限公司