CN104334831B - 用于将信息从井中的井下钻柱传输到地表的旋转式脉冲发生器和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于通过生成被编码以包含信息的压力脉冲将信息从井中的井下传输到地表的旋转式脉冲发生器。脉冲发生器包括具有叶片的转子，取决于转子的圆周取向，所述叶片能够将变化阻塞赋予通过定子通道的钻井流体的流动，使得由马达产生的转子的旋转生成编码的压力脉冲。弹簧朝着定子偏压转子从而减小转子和定子之间的轴向间隙。当跨转子的压降变得过度时，例如当增加钻井流体流量或从高数据速率切换到低数据速率传输模式时，弹簧偏压被克服从而增加轴向间隙并且减小跨转子的压降，由此自动地减小轴承上的推力负荷。

Description

用于将信息从井中的井下钻柱传输到地表的旋转式脉冲发生 器和方法
技术领域
本发明涉及用于将信息从井中的井下位置传输到地表的旋转式脉冲发生器和方法，例如在用于钻出油井的钻柱中所使用的泥浆脉冲遥测系统中使用的旋转式脉冲发生器和方法。
背景技术
在地下钻井、例如天然气、石油或地热钻井中，通过地球深处的地层钻出钻孔。通过将钻头连接到被称为“钻管”的长管的部段从而形成通常被称为“钻柱”的组件而形成这样的钻孔，所述钻柱从地表延伸到钻孔的底部。钻头旋转使得它前进到地球中，由此形成钻孔。在旋转钻井中，通过在地表处旋转钻柱而旋转钻头。在定向钻井中，通过耦合到钻头的井下泥浆马达旋转钻头；钻柱的剩余部分在钻井期间不旋转。在可转向钻柱中，泥浆马达与钻头的中心线成微小的角弯曲从而产生侧向力，所述侧向力引导钻头的路径偏离直线。在任何情况下，为了润滑钻头并且冲洗来自它的路径的钻屑，地表上的活塞泵泵送被称为“钻井泥浆”的高压流体通过钻柱中的内部通道并且通过钻头排出。钻井泥浆然后通过形成于钻柱与钻孔的表面之间的环形通道流动到地表。
取决于钻井操作，流动通过钻柱的钻井泥浆的压力将典型地在1,000和25,000psi之间。另外，在钻头处有大压降使得流动到钻柱的外部的钻井泥浆的压力明显小于在钻柱的内部流动的钻井泥浆的压力。因此，钻柱内的部件受到大压力。另外，钻柱的部件也受到来自钻井泥浆的磨损和磨耗，以及钻柱的振动。
包括钻头的钻柱的远端被称为“井底组件”。在“随钻测量”(MWD)应用中，井底组件中的感测模块提供关于钻井的方向的信息。该信息例如可以用于控制钻头在可转向钻柱中前进的方向。这样的传感器可以包括感测方位角的磁力计和感测倾斜和工具面的加速度计。
在以往，通过停止钻井、去除钻柱并且将使用钢丝绳线缆将传感器下降到钻孔中、然后在已进行测量之后收回钢丝绳线缆而获得关于井中的状况的信息、例如关于正在钻通的地层的信息。该方法被称为钢丝绳测井。最近，感测模块已被包含到井底组件中从而当钻井在进行时为钻井操作者提供关于钻井操作的一个或多个方面的基本实时信息。在“随钻测井”(LWD)应用中，提供信息关于的钻井方面包括正在钻通的地层的特性。例如，电阻率传感器可以用于发射并且然后接收传播通过围绕传感器的地层的高频波长信号(例如，电磁波)。通过比较发射和接收信号，可以确定关于信号传播通过的地层的性质、例如它是包含水还是烃的信息。其它传感器与磁共振成像(MRI)结合使用。另外的其它传感器包括用于确定地层的天然放射性的伽玛闪烁器，以及用于确定地层的孔隙率和密度的核探测器。在传统LWD和MWD系统中，电功率由泥浆流动驱动的涡轮机供应。最近，已开发出包含到井底组件中以提供电功率的电池模块。
在LWD和MWD系统中，由传感器收集的信息必须传输到地表，在地表处它可以被分析。这样的数据传输典型地使用被称为“泥浆脉冲遥测术”的技术实现。在泥浆脉冲遥测系统中，来自传感器模块的信号典型地井底组件的基于微处理器的数据编码器中被接收和处理，所述编码器数字地编码传感器数据。控制模块中的控制器然后致动也包含到井底组件中的脉冲发生器，所述脉冲发生器在钻井泥浆的流动内生成包含编码信息的压力脉冲。压力脉冲由各种特性限定，包括幅度(压力的最大和最小值之间的差值)、持续时间(压力增加期间的时间间隔)、形状和频率(每个单位时间的脉冲的数量)。已开发各种编码系统，其使用一个或多个压力脉冲特性表示二进制数据(即，位1或0)，例如0.5秒持续时间的压力脉冲表示二进制1，而1.0秒持续时间的压力脉冲表示二进制0。压力脉冲沿着向下流动到钻头的钻井泥浆柱传播，在钻头处它们由基于应变计的压力换能器感测。来自压力换能器的数据然后由钻机操作人员解码和分析。
已尝试各种技术以便在钻井泥浆中生成压力脉冲。一种技术涉及将脉冲发生器包含到钻柱中，在所述钻柱中钻井泥浆流动通过由定子形成的通道。在被称为泥浆警报器的一种类型的脉冲发生器中，典型地邻近定子布置的转子连续地旋转使得转子叶片交替地增加和减小它们阻塞定子通道的量，由此在钻井流体中生成脉冲。在另一种类型的脉冲发生器中，转子振荡使得转子叶片交替地增加和减小它们阻塞定子通道的量，由此在钻井流体中生成脉冲。振荡型脉冲发生器阀在美国专利第6,714,138号(Turner等人)和第7,327,634号(Perry等人)中被公开，上述每个专利通过引用完整地被合并于此。
在这样的现有脉冲发生器中，当转子叶片与定子通道对准以产生脉冲时，转子两侧的压降会是明显的，尤其当通过脉冲发生器的钻井泥浆的流量高时，或者当数据速率低使得脉冲宽度较大、为压力的积累提供大量时间时。该压降将相当大的负荷强加于支撑转子的推力轴承。可以通过增加定子的下游面与转子的上游面之间的轴向间隙而减小该负荷，这允许围绕转子的更大流体泄漏。然而，这样的泄漏减小脉冲波形的坡度，这导致用于脉冲的不太理想的波形，尤其当在生成短频脉冲的高数据速率模式下传输时。当数据速率在高和低脉冲频率之间变化时或者当钻井泥浆的流量变化时调节轴向间隙需要钻柱的去除和对脉冲发生器的机械调节。
因此，期望提供一种泥浆脉冲遥测系统，其可以适应数据速率或钻井泥浆的流量的变化而不需要去除脉冲发生器以便修改。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于从在钻井孔中的井下位置操作的钻柱的一部分传输信息的旋转式脉冲发生器，所述旋转式脉冲发生器包括：a)定子，所述定子适合于安装在所述钻柱中并且具有形成于其中的至少一个通道，钻井流体的至少一部分流动通过所述通道；b)转子，所述转子适合于邻近所述定子安装在所述钻柱中，所述转子可旋转到至少第一和第二圆周取向，取决于所述转子的圆周取向，所述转子将不同程度的阻塞赋予流动通过所述定子通道的钻井流体的流动，所述第一转子圆周取向将比所述第二转子圆周取向大的阻塞提供给钻井流体的流动，由此所述转子的旋转生成用待传输的信息编码的一系列压力脉冲，并且由此流动通过所述脉冲发生器的钻井流体受到跨所述转子的压降；c)用于自动地响应所述转子上的压降的变化从而衰减所述压降的变化的装置。在本发明的一个实施例中，间隙形成于所述转子和所述定子之间，并且用于自动地响应跨所述脉冲发生器的压降的变化的所述装置包括用于响应所述压降的变化改变所述间隙的装置。
本发明的另一目的是提供一种将编码信息从在钻井孔中的井下位置操作的钻柱的井底组件的一部分传输到邻近地球的地表的位置的方法，所述方法包括以下步骤：a)从位于所述钻柱的井下部分中的传感器获得数据；b)旋转邻近定子安装在所述钻柱中的脉冲发生器的转子从而在钻井流体中生成第一系列的压力脉冲，关于传感器数据的信息已编码到所述第一系列的压力脉冲中，所述第一系列的压力脉冲与将第一力施加到所述转子的跨所述转子的第一压降关联；c)随后旋转所述转子从而在钻井流体中生成第二系列的压力脉冲，关于传感器数据的信息已编码到所述第二系列的压力脉冲中，所述第二系列的压力脉冲与将第二力施加到所述转子的跨所述转子的第二压降关联；d)自动地响应跨所述转子的所述第一压降和所述第二压降之间的差异并且衰减所述差异。在本发明的一个实施例中，所述定子邻近所述转子安装在所述钻柱中从而形成其间的间隙，并且自动地响应跨所述转子的所述第一压降和所述第二压降之间的差异从而衰减所述差异的步骤包括改变所述间隙的尺寸。
附图说明
图1是显示使用本发明的泥浆脉冲遥测系统的钻井操作的部分示意图。
图2是根据本发明的泥浆脉冲遥测系统的示意图。
图3是根据本发明的脉冲发生器的机械布置的部分示意图。
图4-6是通过包含图2中所示的脉冲发生器的图1中所示的钻柱的井底组件的一部分的纵向横截面的连续部分。
图7A是在转子叶片尖端附近的图4中所示的脉冲发生器的一部分的详图。
图7B是在转子毂附近的图4中所示的脉冲发生器的一部分的详图。
图8是图4中所示的环形护罩的端视图。
图9是通过图8中所示的线IX-IX获得的图4中所示的环形护罩的横截面。
图10和11分别是图4中所示的定子的等轴视图和端视图。
图12和13是通过图11中所示的线XII-XII获得的图4中所示的定子的横向横截面，在两个圆周取向上显示下游转子叶片。
图14和15分别是图4中所示的转子的等轴视图和侧视图。
图16和17分别是图10和11中所示的定子的替代实施例的等轴视图和端视图。
图18A、B和C是沿着图4中所示的线XVII1-XVII1获得的脉冲发生器的横截面，转子处于三个圆周取向－(a)最大阻塞，(b)中间阻塞，和(c)最小阻塞。
图19是显示从马达驱动器传输到马达的电功率e(下部曲线)与马达的角取向θ(中间曲线)和在脉冲发生器处生成的由此产生的压力脉冲ΔP(上部曲线)之间的定时关系的图形。
图20是显示在脉冲发生器从高数据速率切换到低数据速率传输模式的情况下随着时间生成的压力脉冲的图形。
图21显示本发明的替代实施例，其中在轴承附近的弹簧作用于转子轴以抵抗轴相对于定子的移位。
图22A和B是在活塞附近的图21中所示的实施例的详图，在两个位置显示活塞。
具体实施方式
在图1中显示包含根据本发明的泥浆脉冲遥测系统的钻井操作。钻头2在地层5中钻出钻孔4。钻头2附连到钻柱6，所述钻柱如常规地由连结在一起的管的部段形成。也常规地，泥浆泵16将钻井泥浆18向下泵送通过钻柱6并且进入钻头2。钻井泥浆18通过钻孔4与钻柱6之间的环形通道向上流动到地表，在地表清洁之后，它由泥浆泵16沿着钻柱向下再循环。如在MWD和LWD系统中常规地，传感器8、例如先前所述类型的传感器位于钻柱6的井底组件部分7中。另外，可以是换能器的地表压力传感器20感测钻井泥浆18中的压力脉冲。根据本发明的优选实施例，脉冲发生器装置22、例如阀位于地表处并且能够在钻井泥浆中生成压力脉冲116。
如图2中所示，除了传感器8以外，根据本发明的泥浆脉冲遥测系统的部件包括常规泥浆遥测数据编码器24、可以是电池或涡轮交流发电机的电源14以及根据本发明的井下脉冲发生器12。脉冲发生器包括可以是微处理器的控制器26、包括切换装置40的马达驱动器30、可逆马达32、减速齿轮46、转子36以及定子38。可以是由晶体管(FET的和双极的)组成的限流功率级的马达驱动器30优选地接收来自电源14的功率并且使用脉冲宽度调制将它引导到马达32。优选地，马达是具有至少大约600RPM并且优选大约6000RPM的操作速度的无刷DC马达。马达32驱动耦合到转子轴34的减速齿轮46。尽管仅仅显示一个减速齿轮46，但是应当理解也可以使用两个或更多个减速齿轮。优选地，减速齿轮46获得至少大约80:1并且优选至少100:1的速度减小。传感器8接收与钻井操作相关的有用信息100并且将输出信号102提供给数据编码器24。使用本领域中公知的技术，数据编码器24将来自传感器8的输出转换成传输到控制器26的数字代码104。基于数字代码104，控制器26将控制信号106引导到马达驱动器30。马达驱动器30接收来自电源14的功率107并且将功率108引导到切换装置40。切换装置40将功率111传输到马达32的合适绕组从而实现转子36在第一(例如，顺时针)或相反(例如，逆时针)方向上的旋转从而生成通过钻井泥浆18传输的压力脉冲112。如常规那样，压力脉冲112由地表处的传感器20感测并且信息被解码并引导到数据采集系统42以便进一步处理。
本发明也可以包括用于将信息从地表传到脉冲发生器12的系统。用于与井下装置通信的系统在通过引用完整地被合并于本文中的美国专利第6,105,690号(Biglin等人)中被描述。如图2中所示，优选地，井下静压力传感器29和井下动压力传感器28包含到钻柱中以测量脉冲发生器12附近的钻井泥浆的压力，如先前引用的美国专利第6,714,138号(Turner等人)中所述。由动压力传感器28感测的压力脉动可以是由井下脉冲发生器12生成的压力脉冲或由地表脉冲发生器22生成的压力脉冲。在任一情况下，井下动压力传感器28将包含压力脉冲信息的信号115传输到控制器26，所述压力脉冲信息可以由控制器使用以生成马达控制信号106。井下脉冲发生器12也可以包括耦合到马达32的、适合于高温应用的取向编码器47。取向编码器47将包含关于马达36的角取向的信息的信号114引导到控制器26。来自取向编码器47的信息可以在脉冲发生器12未操作期间用于监视马达36的位置并且也可以在操作期间由控制器使用以生成马达控制信号106。优选地，取向编码器47属于使用耦合到马达轴的磁体的类型，所述马达轴在静止壳体内旋转，检测磁极的旋转的霍耳效应传感器安装在所述静止壳体中。
在图3中示意性地并且在图4-7中更详细地显示井下脉冲发生器12的优选机械布置。图4显示脉冲发生器的上游部分，图5显示脉冲发生器的中间部分，并且图6显示脉冲发生器的下游部分。关于脉冲发生器的中间和下游部分的构造的细节在先前引用的美国专利第6,714,138号(Turner等人)和第7,327,634号(Perry等人)中被描述。
如先前所述，钻柱6的外部壳体由形成中心通道62的钻管64的部段形成，钻井泥浆18流动通过所述中心通道。如常规地，钻管64具有图4和6中所示的在每个端部上的螺纹耦合器，所述螺纹耦合器允许它与钻管的其它部段配合。用于脉冲发生器12的壳体包括环形护罩39以及壳体部分66、68和69，并且安装在钻管部段64的通道62内。如图4中所示，脉冲发生器12的上游端部由环形护罩39安装在通道62中。如图6中所示，脉冲发生器12的下游端部经由耦合器180附连到进一步将它支撑在通道62内的定中心器122。
图8和9中所示的环形护罩39包括形成用于转子36和定子38的护罩的套筒部分120，如下所述，以及端板121。如图4中所示，碳化钨耐磨套筒33封闭转子36并且保护护罩39的内表面免于由于与钻井泥浆接触引起的磨损。通道123形成于端板121中，允许钻井泥浆18流动通过护罩39。护罩由插入钻管中的孔85中的固定螺钉(未显示)固定在钻管64内。如图4中所示，端头61形成脉冲发生器12的最向前部分。端头61附连到图4中所示的定子保持器67。
转子36和定子38安装在护罩39内，转子36位于定子38的下游。定子保持器67螺纹连接到环形护罩39的上游端部中并且通过将定子38和耐磨套筒33压靠在形成于护罩39中的肩部57上限制它们轴向运动。因此，必要时可以更换耐磨套筒33。而且，由于定子38和耐磨套筒33不具有高负荷，因此它们可以由脆性、耐磨材料(例如碳化钨)制造，而具有更重负荷但是不受到来自钻井流体的磨损的护罩39可以由更易延展的材料(例如17-4不锈钢)制造。
转子36由安装在脉冲发生器壳体中的驱动链驱动并且包括安装在室63中的上游和下游轴承56和58上的转子轴34。室63由上游和下游壳体部分66和68以及密封件60和屏障构件110形成(当在本文中使用时，术语上游和下游参照钻井泥浆朝着钻头流动)。密封件60是弹簧加载唇边密封件。室63填充有液体、优选润滑油，所述液体由安装在上游充油壳体部分66中的活塞加压到接近钻井泥浆18的外部压力的内部压力。形成充油室63的上游和下游壳体部分66和68螺纹连接在一起，接合处由O型圈193密封。
转子36优选地位于定子38的紧下游。转子36的上游面72与定子38的下游面71间隔图7和12中所示的间隙G。如下所述，由于转子36的上游面72优选地是大致平坦的，因此定子出口面71与转子上游表面之间的轴向间隙G优选地、但非必须地在转子的叶片74的径向高度之上大致恒定。转子36包括转子轴34，所述转子轴由上游和下游轴承56和58安装在充油室63内。转子轴34的下游端部由耦合器182附连到减速齿轮46的输出轴，所述减速齿轮可以是例如从瑞士Itingen的Gysin AG可获得的行星型齿轮系，并且也安装在下游充油壳体部分68中。减速齿轮46的输入轴113由轴承54支撑并且耦合到磁耦合器48(例如通过马萨诸塞州Oxford的Magnetic Technologies有限公司可获得)的内部半部52。
在操作中，马达32旋转轴94，所述轴经由磁耦合器48将扭矩传递通过壳体屏障110，所述扭矩驱动减速齿轮输入轴113。减速齿轮46驱动转子轴34，由此旋转转子36。磁耦合器48的外部半部50安装在壳体部分69内，所述壳体部分形成填充有气体、优选空气的室65，室63和65由屏障110分离。外部磁耦合器半部50耦合到支撑在轴承55上的轴94。挠性耦合器90将轴94耦合到旋转驱动链的电动马达32。取向编码器47耦合到马达32。井下动压力传感器28安装在脉冲发生器的井下端部上，如图6中所示。
如图10和11中所示，优选地由碳化钨制造以便耐磨的定子38包括毂43、外缘边41以及在其间延伸的叶片31，所述叶片形成用于钻井泥浆的流动的四个轴向通道80。图16和17显示定子38’的替代实施例，其中叶片31’形成八个通道80’。定位销(未显示)延伸到图10中所示的缘边41中的凹槽37中以相对于脉冲发生器的剩余部分圆周地定向定子38。当钻井泥浆流动通过通道80时定子38优选地涡流钻井泥浆18。如图12中所示，该涡流优选地通过与轴向方向成角A倾斜通道80的壁80’中的一个实现。角A优选地随通道80径向向外延伸增加并且优选地在大约10°到15°的范围内。通道180的另一壁80”在平行于中心轴线的平面中定向使得定子38的入口面70处的通道80的圆周宽度W1大于出口面71处的宽度Wo。然而，如果愿意，通道的两个壁也可以倾斜。
如图14和15中所示，转子36包括中心毂77，多个叶片74从所述中心毂径向向外延伸。叶片74相应地具有前缘75和后缘76，并且能够取决于转子36相对于定子38的圆周取向将变化的阻塞赋予钻井泥浆18的流动。尽管在图14中显示四个叶片，但是也可以使用或多或少数量的叶片。
根据本发明的转子36的操作和钻井泥浆18中的由此产生的压力脉冲相应地在图18和19中被显示。优选地，转子叶片74的圆周膨胀大约等于或略小于定子叶片31的圆周延伸程度(expanse)。因此，当转子36是第一角取向(任意指定为图19中的0°取向)时，转子叶片74与定子叶片31对准，如图18C中所示。在该取向，叶片74基本不提供通过通道80的钻井泥浆18的流动的阻塞，由此最小化跨脉冲发生器12的压降。然而，当转子36已在顺时针方向上旋转角θ1时，转子叶片74部分地阻塞通道80，由此增加跨脉冲发生器12的压降。(圆周方向是“顺时针”还是“逆时针”取决于观察者在脉冲发生器12的上游还是下游定向。所以，当在本文中使用时，术语顺时针和逆时针是任意的并且仅仅旨在表达相反的圆周方向。)
如果转子36其后旋转回到0°取向，则产生具有特定形状和幅度a1(例如在图19中显示)的压力脉冲。如果在另一周期中，转子36在圆周方向上进一步从0°取向旋转到角取向θ2，则阻塞的程度和因此压降将增加，导致具有另一形状和更大幅度a2(例如也在图19中显示)的压力脉冲。所以，通过调节转子36的旋转振荡θ的幅度和速度，在脉冲发生器12处生成的压力脉冲的形状和幅度可以被调节。进一步旋转超过θ2将最终导致转子取向，该转子取向提供通道80的最大阻塞，如图18A中所示。然而，在本发明的优选实施例中，转子叶片74和定子通道80的延伸程度(expanse)使得决不会获得流动的完全阻塞，不管转子取向如何。
现在将论述控制转子旋转从而控制压力脉冲。一般而言，控制器26将来自数据编码器24的编码数据转换成一系列离散马达操作时段。例如，如图19中所示，在一个操作模式下，假设转子初始处于0°取向，其中转子叶片74与叶片31对准从而不阻塞流动，如图18C中所示。在时间t1，控制器26指示马达驱动器30将幅度e1的电功率的增量传输到马达32。在由于惯性引起的短时滞之后，马达32将开始在圆周方向上旋转，由此在相同方向上旋转转子36。
在时间t2，在时间间隔Δt1消逝之后，控制器将指示马达驱动器30停止将电功率传输到马达32使得在由于惯性引起的短时滞之后，转子36将停止，在这时它将已到达例如可以为20°的角取向θ1，如图18B中所示。这将导致由地表传感器20感测的压力的增加a1。在时间t3，在时间间隔Δt2消逝之后，控制器26指示马达驱动器30再次将幅度e1的电功率传输到马达32持续另一时间间隔Δt1，但是在相反方向(也就是说，逆时针方向)上，使得转子36返回到0°取向，由此将压力返回到它的初始幅度。结果是产生具有幅度a1和宽度Δt2的离散压力脉冲。一般而言，压力脉冲的形状将取决于时间间隔Δt1和Δt2的相对长度以及转子在0°和θ1取向之间移动的速度，速度越快，压力脉冲越像方形，速度越慢，压力脉冲越像正弦或梯形。
将领会时间间隔Δt1和Δt2可以很短，例如，Δt1可以为大约0.18秒并且Δt2可以为大约0.32秒。而且，马达的操作之间的间隔Δt2可以基本为零使得一停止在第一方向上旋转马达就使方向反向。
在可以等于Δt2或更长或更短的时间间隔的另一时间间隔消逝之后，控制器26将再次指示马达驱动器30将e1的电功率传输到马达32在顺时针方向上持续另一时间间隔Δt1并且重复该周期，因此以传输编码信息所需的特定时间间隔生成特定幅度、持续时间和形状的压力脉冲。
由本发明提供的压力脉冲的特性(包括它们的幅度、形状和频率)的控制在编码方案中提供相当大的灵活性。例如，编码方案可以包括脉冲的持续时间或脉冲之间的时间间隔的变化，或脉冲的幅度或形状的变化，或前述的组合。除了允许调节压力脉冲特性(包括幅度、形状和频率)以改善数据接收以外，也可以实现更复杂的脉冲模式以便于高效数据传输。例如，可以周期性地改变脉冲幅度，例如每三个脉冲增加或减小幅度。因此，控制压力脉冲特性中的一个或多个的能力允许使用更高效和稳定的编码方案。例如，使用压力脉冲持续时间和幅度的组合编码导致传输指定的数据序列所需的脉冲更少。
重要地，由本发明提供的对压力脉冲的特性的控制允许现场调节这些特性以便优化数据传输。因此，不必如一些现有技术的系统那样需要停止钻井并且收回脉冲发生器以便调节压力脉冲的幅度、持续时间、形状或频率。
例如，可以通过增加马达操作期间时间间隔Δt1’(例如，通过增加幅度e1的电功率传输到马达的持续时间)而增加压力脉冲的幅度。增加的马达操作增加转子36的旋转量使得它呈角取向θ2，例如45°，如图18A中所示，由此增加由转子叶片74产生的定子通道80的阻塞和跨脉冲发生器12的压降。转子36反向旋转回到0°取向将导致完成增加幅度a2的压力脉冲的生成。在该模式下的操作将改善由地表压力传感器20接收数据。
替代地，可以通过改变压力脉冲的形状改善地表处的数据接收。例如，假设在一段时间之后，增加幅度a2的压力脉冲也变得难以在地表处译码。根据本发明，控制器26然后可以指示马达驱动器30将传输到马达的电功率的幅度增加到幅度e2，同时也减小供应这样的功率期间的时间间隔Δt1”。增加电功率的传输将增加转子36的旋转速度使得它更快地呈角取向θ2并且也更快地返回到它的初始位置，导致更近似地接近方形波的压力脉冲。该类型的操作由图19中的虚线描绘。替代地，如果期望增加压力脉冲的频率以例如避免与在某个频率下存在的噪声混淆，马达操作和不操作期间的相应时间间隔Δt1和Δt2可以由控制器26缩短或延长。此外，在数据接收没有问题的情况下，时段可以缩短以增加数据传输的速率，导致在指定时段传输更多的数据。
根据本发明，基于由地表脉冲发生器20生成并且由井下动压力传感器29接收的以来自地表的数据编码脉冲的形式传输的信息，如先前所述，指令可以从地表传输，当由控制器26解码时，所述指令指示控制器将供应到马达的电功率的幅度增加特定量使得马达更快地旋转，由此改变压力脉冲的形状，或者增加马达被赋能期间的每个时段的持续时间，由此增加压力脉冲的持续时间和幅度，或者增加马达的每次赋能之间的时间间隔，由此减小频率或数据速率。图20示出将脉冲发生器12从产生短频脉冲的高数据速率传输模式切换到以更长的时间间隔产生更长的脉冲的低数据速率传输模式。这样的切换可以基于从地表传输的指令发生，如上所述。
在一种型式中，控制器26自动地指示井下脉冲发生器12以多种预定格式(例如各种数据速率、脉冲频率或脉冲幅度)以规定时间间隔传输压力脉冲112。井下脉冲发生器12然后将停止操作，同时地表检测系统分析这些数据，选择提供最佳数据传输的格式，并且使用地表脉冲发生器22，生成编码压力脉冲116，所述编码压力脉冲关于将用于最佳数据传输的井下脉冲发生器操作模式指示控制器26。
替代地，可以通过将来自安装在井底组件中的常规流动开关、例如感测跨孔口的钻井泥浆的压降的机械压力开关(低ΔP指示泥浆流动的停止并且高ΔP指示泥浆流动的恢复)或感测钻柱中的振动的加速度计(振动的缺少指示泥浆流动的停止并且振动的存在指示泥浆流动的恢复)的输出信号发送到控制器通知控制器26它将接收用于操作井下脉冲发生器12的指令。通过关闭泥浆泵产生的泥浆流动的停止然后可以用于向控制器26发信号指示当泥浆流动恢复时，它将接收用于操作脉冲发生器12的指令。
根据本发明，泥浆泵16可以通过使用很简单的编码方案用作地表脉冲发生器22，所述编码方案允许由泥浆泵操作生成的压力脉冲包含用于设置由井下脉冲发生器12生成的压力脉冲的特性的信息。例如，泥浆泵16的速度可以变化从而改变泥浆泵压力脉冲的频率，当由井下动压力传感器29感测时，向控制器26发信号指示由井下脉冲发生器12生成的压力脉冲的特性应当以某种方式被调节。
如图7A和12中所示，在定子叶片31的下游面71与转子36的上游面72之间有轴向间隙G。如图7A中所示，转子叶片74的尖端与套筒33之间的间隙提供围绕转子36的钻井泥浆18的泄漏路径。然而，即使在转子叶片74的尖端与套筒33之间没有间隙并且叶片的圆周宽度等于或大于定子通道80的圆周宽度，仍然有围绕转子36的泄漏流动路径，原因是钻井泥浆18可以由于轴向间隙G而围绕叶片74的侧面流动，如图12中所示。因此，间隙G越大，通过脉冲发生器的泄漏流动面积越大，并且因此跨转子的压降越小。类似地，间隙G越小，通过脉冲发生器的泄漏流动面积越小并且跨转子的压降越大。
如上所述，脉冲发生器12可以生成变化脉冲幅度和脉冲宽度的脉冲。然而，一般而言，通过脉冲发生器12的钻井流体的流量越高，跨脉冲发生器转子36的压降越高。而且，脉冲宽度越大，脉冲幅度越大，原因是更长的脉冲提供更长的时间以便压力积累，脉冲幅度越大，跨脉冲发生器转子36的压降越大。更高的压降增加优选地是组合径向/推力轴承的下游轴承58(在图4中显示)上的负荷。例如，当在具有宽压力脉冲的低数据速率模式下操作时，跨转子36的压降可以超过500psi。这样的压降可以施加轴向负荷，所述轴向负荷超过轴承58的最大容许推力负荷，在本发明的一个实施例中为2000lb。增加定子71的下游面与转子36的上游面72之间的轴向间隙G减小该压降。因此，可以通过增加轴向间隙G、例如通过加入垫片而防止过度压降。然而，间隙G的增加导致脉冲波形的坡度的减小，这增加压力将积累的时间。当在脉冲发生器生成短频脉冲的高数据速率模式下操作时这是非期望的，原因是它将导致更小幅度的更不明显的脉冲。
根据本发明，可以自动地适应钻井流体流量和脉冲宽度的变化使得例如钻井流体的流量可以增加，或者脉冲发生器12可以从高数据速率切换到图20中所示的低数据速率模式，而不需要收回脉冲发生器并且手动地调节轴向间隙G以防止轴承超负荷。这通过响应跨转子的压降的变化自动改变围绕转子的泄漏流动路径的流动面积从而衰减压降的变化而实现。根据优选实施例，泄漏流动路径的流动面积的变化通过改变围绕转子36的泄漏流动路径、优选地通过改变轴向间隙G的尺寸而实现。
如图7B中所示，转子36的毂77优选地通过铜焊固定到套筒202。套筒202键连接到转子轴34并且可以沿着转子轴滑动，也就是说，它可以朝着或远离定子38移位。密封件220布置在套筒202中并且由密封件保持件222保持就位，所述密封件保持件又由保持环224保持到位。腔204形成于轴34的井上端部中，所述腔的一部分带螺纹。螺母206接合形成于腔204中的螺纹。具有形成于其外表面上的螺纹的短轴接合形成于转子轴34的端部中的凹陷212中的螺纹。贯穿通道形成于螺母206和短轴208中，允许钻井泥浆作用于补偿活塞。弹簧210布置在螺母206与形成于短轴208上的凸缘214之间。优选地弹簧210包括蝶形弹簧的堆叠。然而，也可以使用其它类型的弹簧、例如螺旋压缩弹簧。在组装时将螺母206螺纹连接到腔204中压缩弹簧210，换句话说，它对弹簧预加负荷，并且朝着定子38移位转子36，由此减小初始间隙G。在优选实施例中，初始间隙G设置为0.030英寸。保持环224也用作限位件以保证转子36不接触定子38。垫片226有助于精确地设置转子与定子之间的最小间隙G。
跨转子36的压降施加力，所述力倾向于在井下方向上(也就是说，在图4和7B中向右)驱动转子，使得它沿着轴34滑动。这样做时，弹簧210变为被压缩。由于转子36的井下移位压缩弹簧210，因此弹簧施加抵抗这样的井下移位的偏压力。除了压缩弹簧210以外，转子36的移位也增加间隙G。
如上所述，脉冲发生器12的操作导致跨转子36的压降，所述压降产生力，所述力倾向于在井下方向上驱动转子36从而增加间隙G。因此，在操作中，转子36相对于转子轴34的轴向位置和因此定子38的下游面71与转子36的上游面72之间的间隙G的尺寸是由跨转子的压降生成的力与由弹簧210生成的相反力之间的平衡的结果。压降越大，轴向间隙G越大，由于围绕转子36的钻井流体18的增加泄漏，这将倾向于衰减压降的增加。
例如，在本发明的一个实施例中，螺母206在组装时螺纹连接到腔204中使得它将大约1000lbs的预负荷施加到弹簧210。该1000lb预负荷等于由大约250psi的跨转子36的压降(也就是说，压力脉冲幅度a1)生成的力。这导致在零压降下的0.030英寸的轴向间隙G。在操作期间，低于250psi的压降将对间隙G没有影响，原因是由这样的压降生成的力不足以克服预负荷并且压缩弹簧210。然而，超过250psi的压降将克服弹簧210上的预负荷并且在井下方向上驱动转子36从而将轴向间隙G增加到高于0.030英寸。例如，假设通过脉冲发生器的钻井流体的流量显著地增加。或者，作为另一例子，假设由于来自地表的命令，脉冲发生器12从高数据速率切换到低速率操作模式，导致脉冲的宽度的加倍。增加的脉冲宽度将提供额外时间以便积累压力脉冲的幅度(和转子36上的压降)。在这样的情况下，根据现有技术的脉冲发生器可能受到轴承上的负荷的增加，这将缩短脉冲发生器的寿命，这只能通过去除井底组件并且手动地调节轴向间隙G而避免。
根据本发明，例如与从高数据速率切换到低数据速率传输模式关联的钻井流体流量或脉冲宽度的增加所引起的跨转子36的压降的增加由轴向间隙G的增加自动地适应。在以上例子中，当由于压降引起的力超过250lbs的预负荷时，弹簧210将开始充分地压缩以生成与压降力相反的同样大的力。这样做时，轴向间隙G将增加，由此衰减转子上的压降的增加的幅度。类似地，如果转子上的压降足以超过弹簧210中的预负荷，使得弹簧的压缩导致间隙G的增加，然后压降的随后减小将导致轴向间隙G的减小，这衰减跨转子的压降的减小的幅度，并且由此衰减脉冲高度的减小。
例如，当跨转子36的压降达到500psi时，这时来自作用于转子的压降的力将为2000lbs并且将导致弹簧210压缩直到它生成同样大的相反力，上述的0.030英寸初始轴向间隙G可以增加到0.080英寸。特别地，由超过克服螺母206施加到弹簧210的预负荷所需的压力的增加产生的轴向间隙G的增加的幅度将取决于弹簧210的弹簧常数。在以上例子中，弹簧210的弹簧常数为使得0.050英寸的偏转导致弹簧力的增加使得0.080英寸的轴向间隙足以平衡由于压降的增加引起的转子36上的增加力。当然，上述的特定数字仅仅作为例子，并且基于本文中提供的教导，可以基于特定应用选择其它轴向间隙和弹簧常数。因此，根据本发明的脉冲发生器可以适应钻井流体流量的更大变化，以及脉冲宽度的更大变化，而不会经历轴承上的过度推力负荷，原因是间隙G的尺寸自动地响应压降的变化从而衰减压降的变化。例如，本发明允许间隙G初始设置成较小值使得在低流量下，压力脉冲的幅度是足够的。然而在高流率下，避免过度压降。在没有本发明提供的间隙G的自动调节的情况下，间隙G将必须初始设置成足够高以适应遇到的最大预期流体流量而不将过度负荷施加到轴承，所述过度负荷将导致在较低流量下的欠佳脉冲高度。
图21显示本发明的替代实施例，其中邻近轴承58包含弹簧210’。在该实施例中，转子36不相对于轴34滑动。然而，轴34可以相对于壳体68移位。弹簧布置在轴承58与固定到壳体68的套筒238之间。跨转子36的压降的增加将导致转子轴34在下游方向上(在图21中向右)相对于壳体68移位。这样做时，间隙G将增加，如前所述，由此衰减压降的增加，并且弹簧210’将被压缩，由此抵抗进一步移位，如前所述。
图21的实施例的另外特征是能够阻尼转子36的轴向移位。轴承58位于其中的区域是充油的。转子轴34在井下方向上的移位导致作用于油的活塞234的移位，如图22B中所示。活塞234的移位导致流体在井上方向上泵送，通过止回阀230进入室240中。如果随后减小压降，则弹簧210’将在井上方向上驱动转子轴34使得活塞234在相反方向上泵送油，如图22A中所示。然而，包括一系列板的流动限制阀232阻碍油的泵送并且因此减慢活塞234和因此转子轴34的移位，所述板具有交错的孔以产生用于油的长且蜿蜒的路径。因此，转子36的移位被阻尼，防止转子由于压降的微小波动(例如当产生每个脉冲时产生的微小波动)而经历小、但是快的前后移位。这防止密封件和与转子36关联的其它滑动表面上的非必要磨损。
尽管已参考某些具体实施例示出本发明，但是掌握前述公开的本领域的技术人员将领会可以使用许多变型。例如，尽管已参考振荡旋转式脉冲发生器详细地论述本发明，但是本发明也可以在脉冲发生器中使用，所述脉冲发生器通过仅仅在一个方向上旋转转子生成脉冲。因此，例如，对导致钻井流体的流动的最小阻塞的转子“圆周取向”的称谓适用于任何取向，其中转子叶片36与定子叶片轴向地对准，使得例如在定子叶片31成90°间隔的图18中所示的结构中，图18(c)中所示的转子取向以及转子从其旋转90°、180°和270°的取向将全部被视为单个或第一圆周取向，原因是在这些情况的每一个中转子叶片将与定子叶片轴向地对准。类似地，图18(a)中所示的转子取向以及与其相距90°、180°和270°的取向将全部被视为单个或第二圆周取向，原因是在这些情况的每一个中转子叶片将与定子通道80轴向地对准。
所以，应当领会本发明可以以其它特定形式具体实施而不脱离本发明的精神或基本属性，并且因此应当参考附带的权利要求而不是前述的说明书指示本发明的范围。

Claims (35)

1.一种用于从在钻井孔中的井下位置操作的钻柱的一部分传输信息的旋转式脉冲发生器，所述钻柱具有通道，钻井流体流动通过所述通道，所述旋转式脉冲发生器包括：
a)定子，所述定子适合于安装在所述钻柱中并且具有形成于其中的至少一个通道，所述钻井流体的至少一部分流动通过所述通道；
b)转子，所述转子适合于邻近所述定子安装在所述钻柱中，所述转子可旋转到至少第一和第二圆周取向，取决于所述转子的圆周取向，所述转子将不同程度的阻塞赋予流动通过所述定子通道的钻井流体的所述流动，所述第一圆周取向将比所述第二圆周取向大的阻塞提供给钻井流体的所述流动，由此所述转子的旋转生成用待传输的所述信息编码的一系列压力脉冲，并且由此流动通过所述脉冲发生器的钻井流体受到跨所述转子的压降；
c)用于自动地响应跨所述转子的所述压降的变化从而衰减所述压降的所述变化的装置；以及
d)围绕所述转子的钻井流体的泄漏路径，所述泄漏路径具有流动面积并且包括形成于所述转子和所述定子之间的间隙，
其中用于自动地响应跨所述脉冲发生器的压降的变化的所述装置包括用于响应所述压降的变化改变所述泄漏路径的所述流动面积的装置，并且其中用于响应所述压降的变化改变所述泄漏路径的所述流动面积的所述装置包括用于响应所述压降的变化改变所述间隙的装置。
2.根据权利要求1所述的旋转式脉冲发生器，其中所述转子限定轴线，并且其中所述间隙是大体上在平行于所述转子的所述轴线的方向上延伸的轴向间隙。
3.根据权利要求1所述的旋转式脉冲发生器，其中用于改变所述间隙的所述装置包括用于生成朝着所述定子偏压所述转子的力的装置。
4.根据权利要求3所述的旋转式脉冲发生器，其中所述偏压装置包括弹簧。
5.根据权利要求4所述的旋转式脉冲发生器，其中所述弹簧包括蝶形弹簧。
6.根据权利要求3所述的旋转式脉冲发生器，其中所述用于生成朝着所述定子偏压所述转子的力的装置包括用于将预负荷力施加到所述转子的装置，所述预负荷力抵抗所述转子远离所述定子的移动。
7.根据权利要求1所述的旋转式脉冲发生器，其中所述转子限定轴线，并且其中跨所述转子的所述流体的所述压降生成在下游方向上驱动所述转子的轴向力，并且其中用于自动地响应所述压降的变化的所述装置包括朝着所述定子偏压所述转子的弹簧，所述弹簧的偏转生成力，所述力与由所述压降生成的所述轴向力相反。
8.一种用于从在钻井孔中的井下位置操作的钻柱的一部分传输信息的旋转式脉冲发生器，所述钻柱具有通道，钻井流体流动通过所述通道，所述旋转式脉冲发生器包括：
a)定子，所述定子适合于安装在所述钻柱中并且具有形成于其中的至少一个通道，所述钻井流体的至少一部分流动通过所述通道；
b)转子，所述转子适合于邻近所述定子安装在所述钻柱中，所述转子可旋转到至少第一和第二圆周取向，取决于所述转子的圆周取向，所述转子将不同程度的阻塞赋予流动通过所述定子通道的钻井流体的所述流动，所述第一圆周取向将比所述第二圆周取向大的阻塞提供给钻井流体的所述流动，由此，在使用中，所述转子的旋转生成1)跨所述转子的所述钻井流体的压降以及2)用待传输的所述信息编码的一系列脉冲；
c)间隙，所述间隙形成于所述转子与所述定子之间，所述转子和所述定子能够相对移位，其中所述转子朝着所述定子的移位减小所述间隙，并且所述转子远离所述定子的移位增加所述间隙；以及
d)弹簧，所述弹簧布置成使得所述弹簧的偏转生成偏压力，所述偏压力抵抗所述转子和所述定子之间的相对移位，其中跨所述转子的所述压降的增加使所述转子抵抗由所述弹簧生成的所述偏压力远离所述定子移位从而增加所述间隙。
9.根据权利要求8所述的旋转式脉冲发生器，其中所述转子限定轴线，并且其中所述间隙是在平行于所述轴线的方向上延伸的轴向间隙。
10.根据权利要求8所述的旋转式脉冲发生器，其中所述弹簧包括蝶形弹簧。
11.根据权利要求8所述的旋转式脉冲发生器，其中所述转子可滑动地安装在转子轴上，由此所述转子相对于所述定子的移位通过所述转子在所述轴上滑动而实现。
12.根据权利要求8所述的旋转式脉冲发生器，其中所述转子可滑动地安装在耦合到所述定子的壳体中，由此所述转子相对于所述定子的移位通过所述转子在所述壳体内滑动而实现。
13.根据权利要求8所述的旋转式脉冲发生器，其中所述转子安装在转子轴上，由此所述转子相对于所述定子的移位通过所述转子轴相对于所述定子移位而实现。
14.根据权利要求8所述的旋转式脉冲发生器，其还包括用于将预负荷力施加到所述弹簧的装置。
15.根据权利要求8所述的旋转式脉冲发生器，其还包括用于将预负荷力施加到所述弹簧的螺母。
16.根据权利要求15所述的旋转式脉冲发生器，其还包括安装在所述转子轴的端部上的短轴，所述弹簧安装在所述螺母与所述短轴之间。
17.根据权利要求8所述的旋转式脉冲发生器，其中所述转子安装在转子轴上，并且所述旋转式脉冲发生器还包括安装在所述转子轴的端部上的短轴，所述弹簧邻近所述短轴安装。
18.一种用于从在钻井孔中的井下位置操作的钻柱的一部分传输信息的旋转式脉冲发生器，所述钻柱具有通道，钻井流体流动通过所述通道，通过所述通道的钻井流体的流量随着时间变化，所述旋转式脉冲发生器包括：
脉冲发生器，所述脉冲发生器包括转子和定子，所述脉冲发生器适合于安装在所述钻柱中并且允许所述钻井流体的至少一部分通过其流动，所述转子可旋转到至少第一和第二圆周取向，取决于所述转子的圆周取向，所述转子将不同程度的阻塞赋予所述钻井流体的所述流动，所述第一圆周取向将比所述第二圆周取向大的阻塞提供给所述钻井流体的所述流动，由此，在使用中，流动通过所述脉冲发生器的钻井流体经历跨所述转子的压降，并且所述转子的旋转生成用待传输的所述信息编码的一系列压力脉冲，
其中，在所述转子和所述定子之间形成间隙，所述转子和所述定子能够相对移位，其中所述转子朝着所述定子的移位减小所述间隙，并且所述转子远离所述定子的移位增加所述间隙，并且所述脉冲发生器还包括用于响应通过所述脉冲发生器的所述钻井流体的流量的变化现场改变所述间隙从而衰减由所述钻井流体的所述流量的变化产生的跨所述转子的所述压降的变化的装置。
19.根据权利要求18所述的旋转式脉冲发生器，其中所述转子限定轴线，并且其中所述间隙是大体上在平行于所述转子的所述轴线的方向上延伸的轴向间隙。
20.根据权利要求18所述的旋转式脉冲发生器，其中用于改变所述间隙的所述装置包括用于生成朝着所述定子偏压所述转子的力的装置。
21.根据权利要求20所述的旋转式脉冲发生器，其中所述偏压装置包括弹簧。
22.根据权利要求21所述的旋转式脉冲发生器，其中所述弹簧包括蝶形弹簧。
23.根据权利要求20所述的旋转式脉冲发生器，其中所述用于生成朝着所述定子偏压所述转子的力的装置包括用于将预负荷力施加到所述转子的装置，所述预负荷力抵抗所述转子远离所述定子的移动。
24.根据权利要求18所述的旋转式脉冲发生器，其中跨所述转子的所述流体的所述压降生成在下游方向上驱动所述转子的轴向力，并且其中用于响应所述钻井流体的流量的变化现场改变所述间隙的所述装置包括被配置为朝着所述定子偏压所述转子的弹簧，所述弹簧的偏转生成力，所述力与由所述压降生成的所述轴向力相反。
25.一种将编码信息从在钻井孔中的井下位置操作的钻柱的井底组件的一部分传输到邻近地球的地表的位置的方法，钻井流体流动通过所述钻柱，所述方法包括以下步骤：
a)从位于所述钻柱的所述井下部分中的传感器获得数据；
b)旋转邻近定子安装在所述钻柱中的脉冲发生器的转子从而在所述钻井流体中生成第一系列的压力脉冲，关于所述传感器数据的信息已编码到所述第一系列的压力脉冲中，所述第一系列的压力脉冲与将第一力施加到所述转子的跨所述转子的第一压降关联；
c)随后旋转所述转子从而在所述钻井流体中生成第二系列的压力脉冲，关于所述传感器数据的信息已编码到所述第二系列的压力脉冲中，所述第二系列的压力脉冲与将第二力施加到所述转子的跨所述转子的第二压降关联；
d)响应所述转子上的所述第一压降和所述第二压降之间的差异现场改变所述脉冲发生器从而衰减所述差异。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述脉冲发生器包括允许钻井流体围绕所述转子流动的泄漏流动路径，并且其中响应所述转子上的所述第一压降和所述第二压降之间的差异现场改变所述脉冲发生器从而衰减所述差异的步骤包括响应所述第一压降和所述第二压降之间的所述差异自动地改变所述泄漏流动路径的流动面积。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述泄漏流动路径包括形成于所述转子和所述定子之间的间隙，并且其中自动地改变所述泄漏流动路径的流动面积的步骤包括改变所述间隙的尺寸。
28.根据权利要求27所述的方法，其中改变所述间隙的尺寸的步骤包括响应所述第一压降和所述第二压降之间的差异相对于所述定子移位所述转子。
29.根据权利要求28所述的方法，其中弹簧耦合到所述转子使得所述弹簧的移位产生力，所述力抵抗所述转子远离所述定子的移位，由此相对于所述定子移位所述转子的步骤导致抵抗所述转子的所述移位的所述弹簧的移位。
30.根据权利要求28所述的方法，其中改变所述间隙的尺寸的步骤包括响应所述第一压降和所述第二压降之间的差异相对于所述定子移位所述转子的步骤，包括当所述第二压降大于所述第一压降时增加所述间隙的尺寸，并且当所述第二压降小于所述第一压降时减小所述间隙的尺寸。
31.根据权利要求25所述的方法，其中仅仅当所述第二压降超过预定阈值时改变所述脉冲发生器。
32.一种将编码信息从在钻井孔中的井下位置操作的钻柱的井底组件的一部分传输到邻近地球的地表的位置的方法，钻井流体流动通过所述钻柱，所述方法包括以下步骤：
a)从位于所述钻柱的所述井下部分中的传感器获得数据；
b)将所述钻井流体流动通过邻近定子安装在所述钻柱中的脉冲发生器，旋转所述脉冲发生器的转子从而在所述钻井流体中生成一系列的压力脉冲，关于所述传感器数据的信息已编码到所述一系列的压力脉冲中，所述一系列的压力脉冲与跨所述转子的压降关联，其中所述脉冲发生器包括允许钻井流体围绕所述转子流动的泄漏流动路径；以及
c)响应通过所述脉冲发生器的所述钻井流体的流量的变化自动地改变所述泄漏流动路径的流动面积，从而衰减由所述钻井流体的所述流量的变化产生的跨所述转子的所述压降的变化。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述泄漏流动路径包括形成于所述转子和所述定子之间的间隙，并且其中自动地改变所述泄漏流动路径的流动面积的步骤包括改变所述间隙的尺寸。
34.根据权利要求33所述的方法，其中改变所述间隙的尺寸的步骤包括响应第一压降和第二压降之间的差异相对于所述定子移位所述转子。
35.根据权利要求34所述的方法，其中弹簧耦合到所述转子使得所述弹簧的移位产生力，所述力抵抗所述转子远离所述定子的移位，由此相对于所述定子移位所述转子的步骤导致抵抗所述转子的所述移位的所述弹簧的移位。
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