CN103015989A

CN103015989A - 井下连续波泥浆脉冲发生器

Info

Publication number: CN103015989A
Application number: CN2012105754097A
Authority: CN
Inventors: 张亚军; 李晓东; 郭留洋; 曹海军; 刘立扬
Original assignee: Xian Sitan Apparatus Co Ltd
Current assignee: Xian Sitan Apparatus Co Ltd
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: CN103015989B

Abstract

本发明涉及一种井下连续波泥浆脉冲发生器，井下连续波泥浆脉冲发生器包括连续波脉冲产生组件以及用于驱动连续波产生组件工作的驱动组件；连续波脉冲产生组件包括外壳，自上而下依次设置在外壳内部的定子以及可绕外壳的轴向进行轴向旋转的转子；定子与转子上并沿外壳的轴向方向均设置有泥浆过流孔；外壳的上端设置有端盖；端盖上设置有用于泥浆通过的通孔；定子上的泥浆过流孔与端盖上的通孔相贯通；转子上的过流孔与外壳的侧面开口相贯通；驱动组件带动转子转动。本发明提供了一种工作可靠以及可用于无线随钻系统产生泥浆脉冲信号的井下连续波泥浆脉冲发生器。

Description

井下连续波泥浆脉冲发生器

技术领域

本发明属于石油随钻测量领域，涉及一种井下泥浆脉冲发生器，尤其涉及一种通过泥浆波传输井底测量信号的井下连续波泥浆脉冲发生器。

背景技术

石油随钻测量领域利用测得的钻井参数和地层参数及时调整钻头轨迹，使之沿目的层方向钻进，而且随钻测井获得的地层参数最接近地层的原始状态，更有利于对复杂地层的含油、气评价。随钻测井仪器放在无磁钻铤内，除测量定向参数（井斜、方位、工具面角）、伽马、电阻率、声速、中子孔隙度、密度等常规测井外，还可测量钻压、扭矩、转速、环空压力等钻井参数。随钻测井的信号传输方式分为有线与无线两种，有线传输包括：电缆传输、特种钻杆传输及光纤传输等，无线传输包括：泥浆脉冲、电磁波、声波等。泥浆脉冲可用于深井以及较低的开发成本，使得泥浆脉冲成为目前广泛采用的传输方式。

泥浆脉冲发生器作为随钻测量的核心部分，按其工作原理可分为：正脉冲、负脉冲以及连续波脉冲发生器。负脉冲由于对井壁破坏严重，下井仪器的结构复杂，组装、操作和维修不便，很少使用。泥浆正脉冲发生器使用普遍，但是传输速率较低，随着技术的发展，已不能满足大数据量传输的需要。连续波泥浆脉冲发生器的优点是传输速度快，是目前重点发展的技术之一。

连续波泥浆脉冲发生器是随钻测井系统的核心部分，而现有的连续波泥浆脉冲发生器存在着种种问题，诸如针孔连接方式在井下振动环境下引起的电气虚连接，平衡油囊被腐蚀或漏油而导致压力不足不能平衡井下压力，井斜过大或者下钻速度过快造成仪器脱键而导致无信号的问题，仪器不可打捞，出现卡钻时仪器报废等。连续波泥浆脉冲发生器信号相对较弱，受噪声干扰影响相对较大，对信号处理系统要求较高。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种工作可靠以及可用于无线随钻系统产生泥浆脉冲信号的井下连续波泥浆脉冲发生器。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种井下连续波泥浆脉冲发生器，其特殊之处在于：所述井下连续波泥浆脉冲发生器包括连续波脉冲产生组件以及用于驱动连续波产生组件工作的驱动组件；所述连续波脉冲产生组件包括外壳，自上而下依次设置在外壳内部的定子以及可绕外壳的轴向进行轴向旋转的转子；所述定子与转子上并沿外壳的轴向方向均设置有泥浆过流孔；所述外壳的上端设置有端盖；所述端盖上设置有用于泥浆通过的通孔；所述定子上的泥浆过流孔与端盖上的通孔相贯通；所述转子上的过流孔与外壳的侧面开口相贯通；所述驱动组件带动转子转动。

上述驱动组件包括保护筒、设置在外壳内部的电机以及在保护筒内部可进行绕保护筒的轴向转动及轴向移动的主轴；所述电机与主轴相连；所述主轴通过键与转子相连。

上述主轴整体剖面呈十字型；所述主轴的轴向设置的贯通主轴轴向的轴向通孔；所述定子以及转子的轴向均设置有可使主轴伸入的通心孔；所述主轴的一端依次伸入转子以及定子的通心孔中，并通过键与转子固定连接；所述主轴伸出定子的端部上设置有与轴向通孔位置相对应的传压活塞；所述主轴与保护筒之间设置有上层密闭空腔；所述主轴与电机之间设置有下层密闭空腔；所述上层密闭空腔以及下层密闭空腔中灌注有硅油或液压油；所述主轴与电机相连一端的轴向通孔与下层密闭空腔相贯通；所述主轴在泥浆压力以及硅油或液压油的作用下可沿电机的轴向进行轴向滑动。

上述驱动组件还包括设置在电机与主轴之间并用于连接电机与主轴的联轴器；所述联轴器过盈安装在主轴下端，侧孔与主轴上侧孔对齐；所述主轴在泥浆压力以及硅油或液压油的作用下带动联轴器可沿电机的轴向进行轴向滑动。

上述井下连续波泥浆脉冲发生器还包括设置在外壳底部并与外壳相连的下壳体；所述下壳体上的侧壁上设置有平衡活塞；所述驱动组件还包括用于贯通下层密闭空腔以及平衡活塞之间的流体通道。

上述井下连续波泥浆脉冲发生器还包括设置在端盖上的打捞头。

上述井下连续波泥浆脉冲发生器还包括设置在外壳上的用于密封外壳与钻铤内壁的组合密封圈；所述组合密封圈是一道或多道。

上述下壳体内部还设置有用于与其它仪器相连的航空插头。

本发明的优点是：

本发明提供了一种井下连续波泥浆脉冲发生器，由打捞头、转子、定子、传压活塞、主轴、电机、平衡活塞、航空插头等部件组成。本发明在使用时是安装于无磁钻铤内，由销钉固定于钻铤内，可打捞。转子和定子均设置有复数个孔，电机带动转子转动使得流通面积周期性变化，在转子上部泥浆中产生连续变化的压力脉冲。所述转子与定子的间隙可随着井下压力的大小自动调节，在一定范围内可以适应井深的变化，而不降低脉冲强度。所述转子上下压力平衡，降低了对结构强度的要求。下部航空插头与下挂仪器软连接，避免了由于振动引起的电气虚连接。本发明结构简单、适用范围广、能耗低、工作可靠、易于维护，可用于无线随钻系统产生泥浆脉冲信号。

附图说明

图1是本发明所提供的泥浆脉冲发生器的整体结构示意图；

其中：

1-打捞头；2-螺钉；3-端盖；4-组合密封圈；5-外壳；6-定子；7-螺帽；8-传压活塞；9-转子；10-键；11-固定筒；12-主轴；13-联轴器；14-保护筒；15-电机外壳；16-油堵；17-下壳体；18-电机；19-活塞外筒；20-平衡活塞；21-压环；22-承压插头；23-锚盘；24-航空插头；25-护帽。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供了一种井下连续波泥浆脉冲发生器，该井下连续波泥浆脉冲发生器包括连续波脉冲产生组件以及用于驱动连续波产生组件工作的驱动组件；连续波脉冲产生组件包括外壳5，自上而下依次设置在外壳5内部的定子6以及可绕外壳5的轴向进行轴向旋转以及可绕外壳5的轴向进行轴向移动的转子9；定子6与转子9上并沿外壳5的轴向方向均设置有泥浆过流孔；外壳5上端设置有端盖3；端盖3上设置有用于泥浆通过的通孔；定子6上的泥浆过流孔与端盖3上的通孔相贯通；转子9上的过流孔与外壳5的开口相贯通；驱动组件带动转子9转动。

驱动组件包括保护筒14、设置在外壳5内部的电机18以及在保护筒14内部可进行绕保护筒14的轴向转动及轴向移动的主轴12；电机18与主轴12相连；主轴12通过键10与转子9相连；电机18通过电机外壳15固定在下壳体17上。

主轴12整体剖面呈十字型；主轴12的轴向设置有贯通主轴12轴向的轴向通孔；定子6以及转子9的轴向均设置有可使主轴12伸入的通心孔；主轴12的一端依次伸入转子9以及定子6的通心孔中，并通过键10与转子9固定连接；主轴12伸出定子6的端部上设置有与轴向通孔位置相对应的传压活塞8；主轴12与保护筒14之间设置有上层密闭空腔；主轴12与电机18之间设置有下层密闭空腔；上层密闭空腔以及下层密闭空腔中灌注有硅油或液压油；主轴12与电机18相连一端的轴向通孔与下层密闭空腔相贯通；主轴12在泥浆压力以及硅油或液压油的作用下可沿电机18的轴向进行轴向滑动，在保护筒14的侧壁上设置有用于封堵上层密闭空间的油堵16。

驱动组件还包括设置在电机18与主轴12之间并用于连接电机18与主轴12的联轴器13；联轴器13过盈安装在主轴下端，侧孔与主轴上侧孔对齐；主轴12在泥浆压力以及硅油或液压油的作用下带动联轴器13可沿电机18的轴向进行轴向滑动。

井下连续波泥浆脉冲发生器还包括设置在外壳5底部并与外壳5相连的下壳体17；下壳体17上的侧壁上设置有平衡活塞20；驱动组件还包括用于贯通下层密闭空腔以及平衡活塞20之间的流体通道，平衡活塞20通过活塞外筒19设置在下壳体17的侧壁上，活塞外筒19与下壳体之间四个螺钉固定压紧。

井下连续波泥浆脉冲发生器还包括设置在端盖3上的打捞头1。

井下连续波泥浆脉冲发生器还包括设置在外壳5上的用于密封外壳5与钻铤内壁的组合密封圈4；组合密封圈4是一道或多道。

下壳体17内部还设置有用于与其它仪器相连的航空插头24以及承压插头22。在下壳体17的外壁上还设置有锚盘23以及在下壳体17的底部设置有护帽25。

本发明安装于无磁钻铤内，由销钉固定于钻铤内，卡钻时通过打捞头1提拉，销钉被剪断后可将仪器安全地取出。打捞头1通过螺纹连接在端盖3上，端盖3和外壳5由螺钉2固定，泥浆脉冲发生器与钻铤之间由组合密封圈4进行密封，以减小泥浆对仪器的冲刷。端盖3下方依次是定子6、固定筒11、保护筒14，转子9通过键10安装在主轴12上，传压活塞8安装在主轴12的内孔，螺帽7限制传压活塞8外移，联轴器13用于连接主轴12及电机18，并且电机12轴可在联轴器13内轴向滑动，电机18安装在一个密闭空间，并充满硅油或液压油，平衡活塞20用于平衡电机18密闭空间与外部的压力。

转子和定子均设置有复数个孔，电机带动转子转动使得流通面积周期性变化，在转子上部泥浆中产生连续变化的压力脉冲。转子与定子的间隙可随着井下压力的大小自动调节，在一定范围内可以适应井深的变化，而不降低脉冲强度。所述转子上下压力平衡，降低了对结构强度的要求。下部航空插头与下挂仪器软连接，避免了由于振动引起的电气虚连接。

井下数据经过编码后，驱动电机带动转子9按规律进行旋转，转子9与定子6之间过流孔的周期开启关闭，使得转子9上部产生连续变化的泥浆压力脉冲。转子9与定子6之间间隙与脉冲强度有密切关系，间隙越小，脉冲强度越大，但间隙减小时，泥浆对转子的冲刷越严重。该发明中主轴12与保护筒14之间形成一个密闭空间，该密闭空间充满硅油或液压油，由于液体的可压缩性，井深较大，井底压力增加时，主轴12带动转子9向上移动，使得定子6与转子9间的间隙减小，泥浆脉冲强度增加，满足脉冲传输的需要。当井深较小，井底压力减小时，主轴12带动转子9向下移动，使得定子6与转子9间的间隙增大，泥浆脉冲强度减弱，满足脉冲传输需要的同时减小泥浆对转子9的冲刷。

该发明中转子9上下采用压力平衡设计，转子9上部的压力通过传压活塞8传递到主轴12下部的端面上，通过压力平衡设计，使得转子9上下压力平衡，省去了以往的推力轴承，简化了结构，提高了仪器的强度，从而可以提高压力脉冲的幅值。

Claims

1.一种井下连续波泥浆脉冲发生器，其特征在于：所述井下连续波泥浆脉冲发生器包括连续波脉冲产生组件以及用于驱动连续波产生组件工作的驱动组件；所述连续波脉冲产生组件包括外壳，自上而下依次设置在外壳内部的定子以及可绕外壳的轴向进行轴向旋转以及可绕外壳的轴向进行轴向移动的转子；所述定子与转子上并沿外壳的轴向方向均设置有泥浆过流孔；所述外壳的一端设置有端盖；所述端盖上设置有用于泥浆通过的通孔；所述定子上的泥浆过流孔与端盖上的通孔相贯通；所述转子上的过流孔与外壳的开口相贯通；所述驱动组件带动转子转动。

2.根据权利要求1所述的井下连续波泥浆脉冲发生器，其特征在于：所述驱动组件包括保护筒、设置在外壳内部的电机以及在保护筒内部可进行绕保护筒的轴向转动及轴向移动的主轴；所述电机与主轴相连；所述主轴通过键与转子相连。

3.根据权利要求2所述的井下连续波泥浆脉冲发生器，其特征在于：所述主轴整体剖面呈十字型；所述主轴的轴向设置有贯通主轴轴向的轴向通孔；所述定子以及转子的轴向均设置有可使主轴伸入的通心孔；所述主轴的一端依次伸入转子以及定子的通心孔中，并通过键与转子固定连接；所述主轴伸出定子的端部上设置有与轴向通孔位置相对应的传压活塞；所述主轴与保护筒之间设置有上层密闭空腔；所述主轴与电机之间设置有下层密闭空腔；所述上层密闭空腔以及下层密闭空腔中灌注有硅油或液压油；所述主轴与电机相连一端的轴向通孔与下层密闭空腔相贯通；所述主轴在泥浆压力以及硅油或液压油的作用下可沿电机的轴向进行轴向滑动。

4.根据权利要求3所述的井下连续波泥浆脉冲发生器，其特征在于：所述驱动组件还包括设置在电机与主轴之间并用于连接电机与主轴的联轴器；所述联轴器过盈安装在主轴下端；所述主轴在泥浆压力以及硅油或液压油的作用下带动联轴器可沿电机的轴向进行轴向滑动。

5.根据权利要求4所述的井下连续波泥浆脉冲发生器，其特征在于：所述井下连续波泥浆脉冲发生器还包括设置在外壳底部并与外壳相连的下壳体；所述下壳体上的侧壁上设置有平衡活塞；所述驱动组件还包括用于贯通下层密闭空腔以及平衡活塞之间的流体通道。

6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的井下连续波泥浆脉冲发生器，其特征在于：所述井下连续波泥浆脉冲发生器还包括设置在端盖上的打捞头。

7.根据权利要求6所述的井下连续波泥浆脉冲发生器，其特征在于：所述井下连续波泥浆脉冲发生器还包括设置在外壳上的用于密封外壳与钻铤内壁的组合密封圈；所述组合密封圈是一道或多道。

8.根据权利要求5所述的井下连续波泥浆脉冲发生器，其特征在于：所述下壳体内部还设置有用于与其它仪器相连的航空插头。