CN101660407B - 脉冲发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脉冲发生器，其安装在一悬挂短节的内孔中，所述脉冲发生器包括：脉冲发生部件，其用于产生负脉冲；压力平衡部件，其位于所述脉冲发生部件的上方，所述压力平衡部件将所述脉冲发生器内部的液压油的压力与环空泥浆的压力平衡；压力测量部件，其位于所述脉冲发生部件的下方，所述压力测量部件用于分别检测钻柱内泥浆的压力和所述液压油的压力。本发明可通过压力平衡部件和压力测量部件检测环空泥浆压力和钻柱内泥浆压力，从而提高钻井的安全性。

Description

脉冲发生器
技术领域
本发明是关于一种测量并传输井下泥浆压力的脉冲器，特别是关于一种带泥浆压力测量功能的脉冲发生器。
背景技术
钻井工艺要求连续监测很多井下参数，泥浆压力便是其中之一。连续监测井下泥浆压力状况，对于钻井安全，尤其是欠平衡钻井技术的应用，十分必要。相关的井下压力随钻测量技术，一般是专门制作一个压力测量短节，该压力测量短节与脉冲发生器挂接，例如美国Baker Hughes公司的NaviTrack中所用环空压力测量短节，但是由于在MWD(随钻测量)系统中多了一个压力测量短节，如此不仅增加了制造成本，也使得现场使用和连接过程变得复杂，降低了系统的可靠性。
发明内容
本发明之目的是，提供一种脉冲发生器，其通过压力平衡部件和压力测量部件能检测环空泥浆压力和钻柱内泥浆压力，从而提高钻井的安全性。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现，
一种脉冲发生器，其特征在于，所述脉冲发生器安装在一悬挂短节的内孔中，所述脉冲发生器包括：脉冲发生部件，其用于产生负脉冲；压力平衡部件，其位于所述脉冲发生部件的上方，所述压力平衡部件将所述脉冲发生器内部的液压油的压力与环空泥浆的压力平衡；压力测量部件，其位于所述脉冲发生部件的下方，所述压力测量部件用于分别检测钻柱内泥浆的压力和所述液压油的压力。
在优选的实施方式中，所述压力平衡部件包括压力平衡活塞，所述压力平衡活塞的上、下方分别为液压油和泥浆；所述压力平衡活塞上方的液压油借助一导油通道与所述脉冲发生器下部的液压油连通；所述压力平衡活塞下方的泥浆与所述环空泥浆连通。
在优选的实施方式中，所述压力测量部件包括第一、二压力传感器和传感器基座，所述第一、二压力传感器安装于所述传感器基座上，所述第一压力传感器用于检测所述液压油的压力，所述第二压力传感器用于检测所述钻柱内泥浆的压力。
在优选的实施方式中，所述脉冲发生器的外部并对应所述传感器基座的位置设有至少一个导压孔，所述导压孔从所述脉冲发生器的外部一直径向贯通到所述传感器基座内，所述第二压力传感器设置在所述传感器基座内。
在优选的实施方式中，所述脉冲发生部件包括阀杆和阀座，所述阀杆可接触或离开地设置在所述阀座上。
在优选的实施方式中，所述脉冲发生器的外侧，并对应所述阀杆的位置设有至少一个滤网。
本发明提出的脉冲发生器的特点及优点是：
其具有井下环空压力和钻柱内泥浆压力测量功能，使用此种脉冲发生器，常规的MWD系统即可实现井下环空压力和钻柱内泥浆压力的实时测量和传输，节约了成本，同时也提高了可靠性；
其借用液力平衡活塞使得液压油压力与环空泥浆压力平衡，通过第一压力传感器检测液压油压力，即可测得环空泥浆压力，同时，通过装于压力传感器座的第二压力传感器检测从导压孔引入的钻柱内泥浆压力，巧妙的把环空泥浆压力和钻柱内泥浆压力的检测与脉冲发生器融合一体。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的脉冲发生器与悬挂短节配合的剖面示意图；
图1A是图1的第一局部(位于脉冲发生器上部)放大示意图；
图1B是图1的第二局部(位于脉冲发生器下部)放大示意图；
图1C是沿着图1的B-B线剖面放大示意图；
图2是本发明的脉冲发生器的剖面示意图(其与图1的剖切位置不同)；
图2A是沿着图2的A-A线剖面示意图；
图2B是图2的局剖放大示意图；
图3是本发明的脉冲发生器的另一局部放大示意图，其显示阀杆离开阀座的状态。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先需要说明的是，本文中的“上或下的位置关系”是针对脉冲发生器的使用状态而言的，并不是针对附图中的位置关系而言；在使用时，图1中的右侧朝上，左侧朝下。
如图1至图1C和图2所示，本发明实施例提出的脉冲发生器安装在一悬挂短节1的内孔中，脉冲发生器在此处是通过多个悬挂螺栓11紧固连接于悬挂短节1的内孔。所述脉冲发生器包括脉冲发生部件、压力平衡部件和压力测量部件。所述脉冲发生部件用于产生负脉冲；压力平衡部件位于脉冲发生部件的上方，所述压力平衡部件将脉冲发生器内部的液压油压力与环空泥浆压力平衡；压力测量部件位于脉冲发生部件的下方，所述压力测量部件用于分别检测所述液压油的压力和钻柱内泥浆的压力。
本发明实施例在使用时，悬挂短节1连接于钻铤(图中未示)，当钻铤带着悬挂短节1和脉冲发生器进行钻井时，钻柱内泥浆21从悬挂短节1内孔与脉冲发生器外部之间流过，环空泥浆22经过悬挂短节1外侧返回，如图1A的箭头所示，对于钻井安全而言，需要连续监测钻柱内泥浆压力和环空泥浆压力。本实施例中，由于压力平衡部件使得液压油压力与环空泥浆压力平衡，即液压油压力与环空泥浆压力相等，通过检测液压油压力即可测得环空泥浆压力，因此再通过压力测量部件即可检测环空泥浆压力和钻柱内泥浆压力，从而提高钻井安全性。
根据本发明的一个实施例，配合图2B和图3所示，所述脉冲发生部件包括阀杆41和阀座42，所述阀杆41可接触或离开地设置在阀座42上。具体是，阀杆41在电磁阀的带动下可上下移动，当阀杆41向上移动接触到阀座42时，阀杆41与阀座42之间相互配合以形成密封状态；当阀杆41向下移动离开阀座42时，阀杆41与阀座42之间形成通道43。进一步而言，阀杆41的下端具有一个固定设置的导向柱44，导向柱44的外侧设有弹簧45和可沿着导向柱44上下位移的导套46，导套46顶抵着弹簧45；导套46通过连接件与阀杆41的尾部连接。当阀杆41借助电磁阀向下移动时，阀杆41带动连接件和导套46一起向下移动，并压缩弹簧45，此时在阀杆41与阀座42之间形成通道43；接着，电磁阀停止工作，弹簧45在自身回复力的作用下，将阀杆41向上顶推，使阀杆41与阀座42接触；再接着，电磁阀继续作用带动阀杆41向下运动，周而复始。也就是说，上述电磁阀是单向电磁阀，单向电磁阀只带动阀杆41向下运动，阀杆41的向上运动是通过弹簧45的回复力进行的；当然，电磁阀也可以是双向电磁阀，双向电磁阀可带动阀杆41向上或向下运动，此时则不需要弹簧45和导套46。
另外，在脉冲发生器的外侧，并对应阀杆41的位置还可设置至少一个滤网47，在此处是沿着脉冲发生器的圆周方向设有三个滤网47，如图2A所示，钻柱内泥浆可以从三个方向进入脉冲发生器内。其中，滤网47的作用是避免过大的泥浆颗粒进入脉冲发生器。
当脉冲发生部件需要发脉冲时，电磁阀带动阀杆41向下移动例如3.5毫米，在阀杆41与阀座42之间形成通道43，由于环空泥浆22压力低于钻柱内泥浆21压力，在压差的作用下，钻柱内泥浆21通过滤网47进入脉冲发生器内，并从通道43和出口喷嘴45流入环空内，引起钻柱内压力的下降，产生一个负脉冲。
根据本发明的一个实施例，再结合图3所示，所述压力平衡部件包括压力平衡活塞31，压力平衡活塞31将泥浆和液压油分隔开，即压力平衡活塞的上、下方分别为液压油32和泥浆33；压力平衡活塞31上方的液压油32借助一导油通道34与脉冲发生器下部的液压油35相连通，压力平衡活塞31随着液压油和泥浆33的压力变化而上下移动，始终使液压油的压力与泥浆33压力相等；压力平衡活塞31下方的泥浆33与所述环空泥浆22连通，使环空泥浆22的压力与泥浆33的压力相等，也就是说，压力平衡活塞31将环空泥浆的压力传递到液压油中，检测到液压油的压力即可得知环空泥浆22的压力。
根据本发明的一个实施例，压力测量部件包括第一、二压力传感器51、52和传感器基座53，所述第一、二压力传感器51、52安装于传感器基座53上，所述第一压力传感器51用于检测液压油的压力，第二压力传感器52用于检测钻柱内泥浆的压力。具体而言，配合图1B和图1C所示，所述脉冲发生器的外部并对应传感器基座53的位置设有至少一个导压孔54，在此处设有二个导压孔54，导压孔54从脉冲发生器的外部于径向方向一直贯通到传感器基座53内，因此，钻柱内泥浆21通过导压孔54能进入传感器基座53内；第二压力传感器52位于传感器基座53内，使得第二压力传感器52可检测钻柱内泥浆21的压力。
综上所述，本发明实施例巧妙地将环空泥浆压力和钻柱内泥浆压力的检测与脉冲发生器融合一体，通用的MWD系统即可实现井下泥浆压力参数的随钻测量，不需要额外的短节和配件，节约成本，现场操作简便，同时还能提高系统的可靠性。
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (5)

1.一种脉冲发生器，其特征在于，所述脉冲发生器安装在一悬挂短节的内孔中，所述脉冲发生器包括：
脉冲发生部件，其用于产生负脉冲；
压力平衡部件，其位于所述脉冲发生部件的上方，所述压力平衡部件将所述脉冲发生器内部的液压油的压力与环空泥浆的压力平衡；所述压力平衡部件包括压力平衡活塞，所述压力平衡活塞的上、下方分别为液压油和泥浆；所述压力平衡活塞上方的液压油借助一导油通道与所述脉冲发生器下部的液压油连通；所述压力平衡活塞下方的泥浆与所述环空泥浆连通；
压力测量部件，其位于所述脉冲发生部件的下方，所述压力测量部件用于分别检测钻柱内泥浆的压力和所述液压油的压力。
2.根据权利要求1所述的脉冲发生器，其特征在于，所述压力测量部件包括第一、二压力传感器和传感器基座，所述第一、二压力传感器安装于所述传感器基座上，所述第一压力传感器用于检测所述液压油的压力，所述第二压力传感器用于检测所述钻柱内泥浆的压力。
3.根据权利要求2所述的脉冲发生器，其特征在于，所述脉冲发生器的外部并对应所述传感器基座的位置设有至少一个导压孔，所述导压孔从所述脉冲发生器的外部一直径向贯通到所述传感器基座内，所述第二压力传感器设置在所述传感器基座内。
4.根据权利要求1至3任一项所述的脉冲发生器，其特征在于，所述脉冲发生部件包括阀杆和阀座，所述阀杆可接触或离开地设置在所述阀座上。
5.根据权利要求4所述的脉冲发生器，其特征在于，所述脉冲发生器的外侧，并对应所述阀杆的位置设有至少一个滤网。
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