CN102536217A - 一种井下泥浆正脉冲装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种井下高速率泥浆正脉冲装置，包括依次连接的输出端子、阀体及发电机总成、中间轴承套和顶部总成四部分；其中所述顶部总成包括安装在顶部外壳内的活塞和弹簧，以及安装在中间轴承套上端的柱塞泵和斜盘；柱塞泵包括柱塞泵壳和位于柱塞泵壳内的柱塞，顶部外壳设置泄油孔，所述泄油孔的位置位于顶部外壳的下方端部；在顶部外壳和活塞之间设置回位弹簧。本发明为克服现有脉冲器传输数据慢的缺点，对顶部总成部分的泄油孔、柱塞和斜盘倾斜角等部件进行改进，缩短了活塞往返距离，提高了脉冲速率，在活塞与泵之间增加了回位弹簧以改变脉冲器回程反应速度，从而提高了脉冲器的响应速度，保证了高速率脉冲间隔数据格式的数据传输速度。

Description

一种井下泥浆正脉冲装置
技术领域
本发明属于石油钻井工程领域，特别涉及一种用于石油钻井无线随钻测量井斜及相关地质参数的井下装置。
背景技术
MWD(随钻测量)和LWD(随钻测井)是完成大角度和水平井钻井，实时进行井场数据采集、解释和现场决策以及指导完成地质导向钻井的关键技术，脉冲发生器是无线随钻测量系统最重要的组成部分，主要通过钻井液的压力波传输信号。泥浆脉冲传输的基本原理是井下传感器测量到的信号经编码，由脉冲器的驱动控制电路，驱动泥浆脉冲器的锥阀、旋转阀或转子等工作，产生截流效应，从而产生泥浆压力脉冲，压力脉冲经钻杆柱中的泥浆传递到地面，地面立柱安装的压力传感器接收压力脉冲信号，经过滤波整形后，由地面的解码系统解码，从而可以获得井下传递上来的数据信号，该方法具有技术成熟、结构简单、性能可靠等特点。
目前，钻井液脉冲传输方式有负脉冲、连续波脉冲、正脉冲三种：
1、泥浆负脉冲发生器的工作原理是通过开启一个泄流阀，可使钻柱内的泥浆经泄流阀与钻铤上的泄流孔流到井眼环空，从而引起钻柱内部的泥浆压力降低，但是由于泥浆负脉冲发生器对地层冲蚀破坏较强，会对井壁造成比较严重的破坏，对零部件冲蚀作用也比较强，而且耗电量较大，仪器的结构比较复杂，不利于组装、操作、维修。
2、泥浆连续波脉冲发生器的工作原理是利用旋转阀产生固定频率的压力连续波，根据连续波的相位移将信息编码和解码，但是泥浆连续波脉冲发生器也存在结构复杂、制造成本昂贵等问题。
3、泥浆正脉冲发生器的工作原理是通过改变泥浆正脉冲发生器中针阀与小孔的相对位置，即改变流道的截面积，从而引起钻柱内部的泥浆压力的升高。泥浆正脉冲传输方式是目前随钻测量和随钻测井中使用最普遍，最稳定，最可靠的一种方法。MK6脉冲器是采用泥浆正脉冲传输信号的脉冲发生器，其工作原理同上所述，是目前MWD(随钻测量)和LWD(随钻测井)中使用最为普遍，最稳定可靠的一种方法。该系统主要是采用机、电、液一体化的结构，具体由输出端子、阀体及发电机总成、中间轴承套、顶部总成四部分组成。该系统支持的数据传输编码方式为manchester编码方式。该系统优点是传输信号稳定、可靠，下井仪器结构简单、尺寸小，使用操作和维修方便。但是由于泥浆正脉冲传输信号数据传输速度较慢，所以该系统不适合于传输大量的地质资料参数。
发明内容
现有泥浆脉冲发生器不能满足传输大量地质参数的要求，本发明的目的是提供一种井下泥浆正脉冲装置，传输速率高，以满足传输大量地质参数的要求。
为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种井下泥浆正脉冲装置，包括依次连接的输出端子、阀体及发电机总成、中间轴承套和顶部总成四部分；其中所述顶部总成包括安装在顶部外壳内的活塞和弹簧，以及安装在中间轴承套上端的柱塞泵和斜盘；柱塞泵包括柱塞泵壳和位于柱塞泵壳内的柱塞，顶部外壳设置泄油孔，所述泄油孔的位置位于顶部外壳的下方端部；在顶部外壳和活塞之间设置回位弹簧。
进一步地，上述泄油孔的位置位于顶部外壳的下方端部的19.26mm-19.34mm处。
进一步地，上述泄油孔的位置位于顶部外壳的下方端部的19.3mm处。
进一步地，上述柱塞直径为6.997mm-7.003mm。
进一步地，上述柱塞直径为7mm。
进一步地，上述斜盘的倾斜角为11°-13°。
进一步地，上述斜盘的倾斜角为12°。
由上可知，本发明在原来MK6脉冲器基础上，克服现有MK6脉冲器传输数据慢的缺点，对顶部总成部分及柱塞泵部分进行改进，将柱塞直径由φ6.5mm改为φ7mm，将斜盘倾斜角由9°改为12°，将泵的排量由最大1.6升/分钟提升为最大3.1升/分钟，同时将顶部外壳φ1mm泄油孔位置比现有的安装位置下移4.7mm以使活塞行程由原来的9.5mm改为5.3mm，缩短了活塞往返距离，提高了脉冲速率，在活塞与泵之间增加了回位弹簧以改变脉冲器回程反应速度，从而提高了脉冲器的响应速度，保证了高速率脉冲间隔数据格式的数据传输速度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的顶部分解示意图。
图3a和图3b是本发明的部分剖切图，其中16为顶部外壳，17为回位弹簧，18为泄油孔，19为柱塞泵壳，20为柱塞泵柱塞，21为斜盘，22为活塞。
具体实施方式
如图1所示，是本发明井下泥浆正脉冲装置的结构示意图，所述井下泥浆正脉冲装置包括输出端子1、阀体及发电机总成2、中间轴承套3和顶部总成4四部分，该四部分按顺序依次连接。所述输出端子的设置保证井下泥浆正脉冲装置与其他仪器的通信联接，使发电机所发电能得以传输，同时接收其他仪器的控制信号；所述控制阀主要是控制脉冲器液压回路的开、闭，控制顶部提升杆往复运动以实现发出脉冲；所述发电机主要是为井下各仪器提供电能；所述中间轴承套总成主要由磁轴、发电机磁盘和柱塞泵组成，其中磁轴与外围件转子磁耦合而旋转同时带动磁盘发电从而使柱塞泵工作，其中柱塞泵工作加载与否受控制阀控制。
图2是本发明井下泥浆正脉冲装置的顶部结构示意图，如图所示，提升杆5依次穿过胶杯6、扶正体7、提升杆卡簧8、顶部外壳9、导向套10和弹簧11与活塞12连接，泵体13位于顶部外壳9下方，外层设置泵体护管14。所述顶部外壳9设置泄油孔15。
图3a和图3b是本发明井下泥浆正脉冲装置的部分剖切图，其中16为顶部外壳，17为回位弹簧，18为泄油孔，19为柱塞泵壳，20为柱塞泵柱塞，21为斜盘，22为活塞。工作时，如图3a所示，泄油孔18关闭，活塞22接受加载液压油后，被推动向左移动，如图3b所示，泄油孔打开，油缸空载时顶部受泥浆压力活塞被推动向右移动返回，实现了脉冲器的脉冲发生。通过加大柱塞泵柱塞20的直径，使该柱塞泵柱塞20的直径由φ6.5mm增大到φ6.997mm-7.003mm，优选的直径为φ7mm，改变了柱塞泵的密闭容积变化，从而增加了柱塞泵的排量。通过增大斜盘5的倾斜角，使该倾斜角由9°改为11°-13°，优选的倾斜角为12°，改变了柱塞泵的密闭容积变化，从而增加了柱塞泵的排量。通过对柱塞泵柱塞直径和斜盘倾斜角的改进，实现了柱塞泵的排量由最大1.6升/分钟提升到最大3.1升/分钟，从而增加了柱塞泵的排量。在顶部外壳16和活塞22之间设置回位弹簧17，从而提高了活塞的回位响应能力。同时将顶部外壳16上设置的直径为φ1mm的泄油孔位置相对于现有的安装位置下移4.7mm，使其位于顶部外壳的下方端部的19.26mm-19.34mm处，优选位于顶部外壳的下方端部的19.3mm处，以使活塞22行程由原来的9.5mm改为5.3mm，缩短了活塞22的往返距离，改变了活塞22回程反应速度。通过设置回位弹簧和改变泄油孔位置，缩短了脉冲发生的时间，提高了脉冲器的响应速度，保证了高速率脉冲间隔数据格式的数据传输速度。

Claims (7)

1.一种井下泥浆正脉冲装置，包括依次连接的输出端子、阀体及发电机总成、中间轴承套和顶部总成四部分；其中所述顶部总成包括安装在顶部外壳内的活塞和弹簧，以及安装在中间轴承套上端的柱塞泵和斜盘；柱塞泵包括柱塞泵壳和位于柱塞泵壳内的柱塞，顶部外壳设置泄油孔，其特征在于，所述泄油孔的位置位于顶部外壳的下方端部；在顶部外壳和活塞之间设置回位弹簧。
2.根据权利要求1所述的井下泥浆正脉冲装置，其特征在于，所述泄油孔的位置位于顶部外壳的下方端部的19.26mm-19.34mm处。
3.根据权利要求2所述的井下泥浆正脉冲装置，其特征在于，所述泄油孔的位置位于顶部外壳的下方端部的19.3mm处。
4.根据权利要求1所述的井下泥浆正脉冲装置，其特征在于，所述柱塞直径为6.997mm-7.003mm。
5.根据权利要求4所述的井下泥浆正脉冲装置，其特征在于，所述柱塞直径为7mm。
6.根据权利要求1所述的井下泥浆正脉冲装置，其特征在于，所述斜盘的倾斜角为11°-13°。
7.根据权利要求6所述的井下泥浆正脉冲装置，其特征在于，所述斜盘的倾斜角为12°。
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