CN105350958A - 一种自发电的泥浆涡轮式脉冲发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自发电的泥浆涡轮式脉冲发生器，属于石油钻井工程领域，包括用于起吊仪器的流筒鱼颈限流环组件、中间流筒、座键套组件、脉冲发生器本体、旋转导轮和直翼导轮，所述流筒鱼颈限流环组件、中间流筒、座键套组件依次连接，所述脉冲发生器本体设置在中间流筒内，所述旋转导轮和直翼导轮设置在脉冲发生器本体与中间流筒之间，旋转导轮用于将直线流动的泥浆变为旋转流动，直翼导轮用于将旋转流动的泥浆变为直线流动，所述脉冲发生器本体包括上端运动总成、磁力耦合器组件和下端发电总成。可长时间为系统提供电力，工作寿命长，从而可传输更多参数，提高传输速度，提高脉冲发生器深井作业能力。
Description
技术领域
本发明属于石油钻井工程领域，尤其涉及一种自发电的泥浆涡轮式脉冲发生器。
背景技术
目前，钻井液脉冲测井系统中井下供电电源主要是电池组和泥浆涡轮发电机。泥浆涡轮发电式脉冲发生器就是利用泥浆涡轮提供动能到发电机转化为电能，给下端仪器供电并上传脉冲信号。涡轮由于转速较高，并且要求能够适应井下高温高压等恶劣环境，一般选择磁力耦合器传动以解决转子与定子之间的旋转动密封泄露问题，磁力耦合器是通过磁场的相互作用来传递动力，这样使得动密封转化为静密封，从而避免了高温高压环境下的泄漏问题。针对脉冲器而言，采用钻井液脉冲传输方式比较普遍，而钻井液传输方式可分为三种：正脉冲、负脉冲、连续波。
正脉冲发生器主要是通过主阀与限流环的相对位置能够改变泥浆流道的截面积，从而引起钻柱内部泥浆压力的升高；主阀的运动是由探管编码的测量数据通过驱动控制电路来实现；由于直接驱动针阀需要消耗很大的功率，通常采用小阀推大阀的结构；地面上泥浆压力传感器检测来自井下仪器的泥浆脉冲信息，并传送到地面计算机，地面计算机对脉冲信号进行处理、计算，得到所需要的测量数据，从而完成实时测量任务。由于井下工作环境恶劣，并且测量深度越来越深，对泥浆蜗轮发电式脉冲发生器提出了更严格的要求。
传统的正脉冲器完全靠电池的电能驱动针阀非常耗电，随钻系统仪器的井下工作时间长短取决于电池电能的多少，因此对锂电池的需求很大，并且锂为不可再生资源。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种自发电的泥浆涡轮式脉冲发生器，可长时间为系统提供电力，工作寿命长，从而可传输更多参数，提高传输速度，提高脉冲发生器深井作业能力。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种自发电的泥浆涡轮式脉冲发生器，包括用于起吊仪器的流筒鱼颈限流环组件、中间流筒、座键套组件、脉冲发生器本体、旋转导轮和直翼导轮，所述流筒鱼颈限流环组件、中间流筒、座键套组件依次连接，所述脉冲发生器本体设置在中间流筒内，所述旋转导轮和直翼导轮设置在脉冲发生器本体与中间流筒之间，旋转导轮用于将直线流动的泥浆变为旋转流动，直翼导轮用于将旋转流动的泥浆变为直线流动，所述脉冲发生器本体包括上端运动总成、磁力耦合器组件和下端发电总成；
所述上端运动总成包括皮囊组件以及依次连接的柱塞泵、柱塞泵斜盘、安装在柱塞泵外的柱塞泵外壳和柱塞泵内的主阀，皮囊组件安装在运动机构活塞组件上端；
所述发电总成包括装配在内磁转子芯轴上的发电机转子、发电机定子、尾部组件、电磁阀和控制阀，所述发电机定子装配在所述尾部组件上，所述电磁阀和控制阀安装在靠近发电机的尾部组件端面上。
在上述技术方案中，所述磁力耦合器包括内磁转子和外磁转子，所述内磁转子上设有成圆周均布的6组磁力耦合器磁钢，磁力耦合器的磁钢安装在内磁转子的凹槽内，该凹槽长61mm，宽10.2mm，深6.7~6.9mm。
在上述技术方案中，所述柱塞泵的端盖螺钉连接处设有O型密封圈。
在上述技术方案中，所述发电机转子包括6个外径Ø9、长度10mm的发电机磁钢，6个发电机磁钢呈圆周均布，并且发电机磁钢2-15端面连接处设有台阶。
在上述技术方案中，所述控制阀的端面通过端面螺钉固定。
在上述技术方案中，所述磁力耦合器为组合推拉式磁力耦合器。
本发明的有益效果是：本发明自带大功率磁力耦合器，并自带涡轮发电机可给下端仪器供电，不需要电池；通过对磁力耦合器磁钢结构设计，增加磁力耦合器工作稳定性；通过对发电机转子磁钢结构设计，增加发电机发电能力；通过对斜盘式柱塞泵密封结构设计，增加柱塞泵的泵油能力，使得脉冲器获得较大推力；通过对控制阀结构设计增加端面密封能力，使得控制阀工作压力提高，本发明的多项性能都有提高，使得脉冲器的深井作业能力提高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中脉冲发生器本体的结构示意图。
图3为图2中磁力耦合器的结构示意图。
图4为图2中发电机及电磁阀结构示意图。
其中：1.流筒鱼颈限流环组件，2.脉冲发生器本体，3.中间流筒，4.座键套组件，5.限流环，6.蘑菇头，7.旋转导轮，8.外磁转子，9.直翼导轮，2-1.皮囊组件，2-2.活塞组件，2-3.柱塞泵，2-4.柱塞泵外壳，2-5.主阀，2-6.内转子芯轴，2-7.磁力耦合器磁钢，2-8.内磁转子，2-9.发电机转子，2-10.发电机定子，2-11.电磁阀，2-12.尾部组件，2-13.控制阀，2-14.端面螺钉，2-15.发电机磁钢，2-16.柱塞斜盘，2-17.柱塞，2-18.柱塞弹簧，2-19.端盖螺钉。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示的一种自发电的泥浆涡轮式脉冲发生器，包括用于起吊仪器的流筒鱼颈限流环组件1、中间流筒2、座键套组件3、脉冲发生器本体2、旋转导轮7和直翼导轮9，所述流筒鱼颈限流环组件1、中间流筒3、座键套组件4依次连接，所述脉冲发生器本体2设置在中间流筒3内，所述旋转导轮7和直翼导轮9设置在脉冲发生器本体2与中间流筒3之间，旋转导轮7用于将直线流动的泥浆变为旋转流动，直翼导轮9将旋转流动的泥浆变为直线流动，所述脉冲发生器本体2包括上端运动总成、磁力耦合器组件和下端发电总成；
所述上端运动总成包括皮囊组件2-1以及依次连接的柱塞泵2-3、柱塞泵斜盘2-16、安装在柱塞2-3泵外的柱塞泵外壳2-4和柱塞泵2-3内的主阀2-5，皮囊组件2-1安装在运动机构活塞组件2-2上端；
所述发电总成包括装配在内磁转子芯轴2-6上的发电机转子2-9、发电机定子2-10、尾部组件2-12、电磁阀2-11和控制阀2-13，所述发电机定子2-10装配在所述尾部组件2-12上，所述电磁阀2-11和控制阀2-13安装在靠近发电机的尾部组件2-12端面上。
如图3所示，所述磁力耦合器包括内磁转子2-8和外磁转子8，所述内磁转子2-8上设有成圆周均布的6组磁力耦合器磁钢2-7，磁力耦合器的磁钢2-7安装在内磁转子2-8的凹槽内，该凹槽长61mm，宽10.2mm，深6.7~6.9mm。将凹槽深度设计的比磁力耦合器磁钢的高度大一些是为了不影响泥浆流速。
在上述技术方案中，所述柱塞泵2-3的端盖螺钉2-19连接处设有O型密封圈。脉冲器在实际使用过程中，需要保证柱塞泵2-3的泵油能力，而油腔在高压情况下容易发生渗漏，设置O型密封圈能够有效保证在油腔高压的情况下螺纹处的密封。
如图4所示，所述发电机转子2-9包括6个外径Ø9、长度10mm的发电机磁钢2-15，6个发电机磁钢2-15呈圆周均布，并且发电机磁钢2-15端面连接处设有台阶。发电机磁钢2-15的加粗相应的提高发电机供电能力，使得深井作业供电更加稳定，设置台阶能保护住发电机磁钢2-15，提高发电机的安全性。
在上述技术方案中，所述控制阀2-13的端面通过端面螺钉2-14固定。实际使用过程中，因为工作时间过长，井下振动较大，都会引起控制阀2-13连接部位松动，造成漏压，设置4个M2×12mm的端面螺钉2-14进行固定，更能适应深井环境下作业，有效降低因控制阀漏压发生故障的概率。
在上述技术方案中，所述磁力耦合器为组合推拉式磁力耦合器，本实施例选取其额定功率为550W。
在上述技术方案中仪器的工作过程是：钻井循环的泥浆液，在经过脉冲器时会带动外磁转子8旋转，由于磁力耦合器的作用带动内磁转子2-8同步旋转。以此同时也带动安装在内转子芯轴2-6下端的发电机转子2-9、及上端柱塞泵斜盘2-16同步转动，发电机磁钢2-15与发电机定子2-10上的线圈在旋转时切割磁力线，使线圈产生感应电动势，形成三相高频交流电，通过尾部组件2-12输出至探管，由探管内部的整流电路整流后产生探管所需的稳定电源，以此同时也通过控制电磁阀2-11的开启关闭，来实现脉冲器的工作。
在电磁阀2-11未加电时，控制阀2-13处于打开状态，液压油从内腔控制阀口处流往主腔。主腔内的液压油由柱塞泵2-3通过柱塞2-17泵油至活塞腔内。此时脉冲器液压系统处于空载状态。当探管驱动电磁阀2-11使其关闭控制阀2-13，柱塞泵2-3一直泵油至活塞腔内，使其压力升高，推动安装在活塞组件2-2上的蘑菇头6上升并靠近限流环5，改变过流的环空间隙，从而产生正压力脉冲，以此循环传递脉冲信号。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种自发电的泥浆涡轮式脉冲发生器，其特征是：包括用于起吊仪器的流筒鱼颈限流环组件、中间流筒、座键套组件、脉冲发生器本体、旋转导轮和直翼导轮，所述流筒鱼颈限流环组件、中间流筒、座键套组件依次连接，所述脉冲发生器本体设置在中间流筒内，所述旋转导轮和直翼导轮设置在脉冲发生器本体与中间流筒之间，旋转导轮用于将直线流动的泥浆变为旋转流动，直翼导轮将旋转流动的泥浆变为直线流动，所述脉冲发生器本体包括上端运动总成、磁力耦合器组件和下端发电总成；
所述上端运动总成包括皮囊组件以及依次连接的柱塞泵、柱塞泵斜盘、安装在柱塞泵外的柱塞泵外壳和柱塞泵内的主阀，皮囊组件安装在运动机构活塞组件上端；
所述发电总成包括装配在内磁转子芯轴上的发电机转子、发电机定子、尾部组件、电磁阀和控制阀，所述发电机定子装配在所述尾部组件上，所述电磁阀和控制阀安装在靠近发电机的尾部组件端面上。
2.根据权利要求1所述的一种自发电的泥浆涡轮式脉冲发生器，其特征是：所述磁力耦合器包括内磁转子和外磁转子，所述内磁转子上设有成圆周均布的6组磁力耦合器磁钢，磁力耦合器的磁钢安装在内磁转子的凹槽内，该凹槽长61mm，宽10.2mm，深6.7~6.9mm。
3.根据权利要求1所述的一种自发电的泥浆涡轮式脉冲发生器，其特征是：所述柱塞泵的端盖螺钉连接处设有O型密封圈。
4.根据权利要求1所述的一种自发电的泥浆涡轮式脉冲发生器，其特征是：所述发电机转子包括6个外径Ø9、长度10mm的发电机磁钢，6个发电机磁钢呈圆周均布，并且发电机磁钢2-15端面连接处设有台阶。
5.根据权利要求1所述的一种自发电的泥浆涡轮式脉冲发生器，其特征是：所述控制阀的端面通过端面螺钉固定。
6.根据权利要求1所述的一种自发电的泥浆涡轮式脉冲发生器，其特征是：所述磁力耦合器为组合推拉式磁力耦合器。
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