CN107100614B - 一种负压力连续波脉冲发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种负压力连续波脉冲发生装置。包括悬挂短节和设置在悬挂短节内部的控制短节、驱动机构、上阀和下阀，其中控制短节、驱动机构和上阀依次连接后通过定位环同轴安装于悬挂短节内部，下阀的下阀阀面与上阀的上阀阀面为密封面，密封面周边至少开设2个轴向的阀口，下阀内设有泄流通道，悬挂短节上开设的泄流孔，下阀的阀口、泄流通道和悬挂短节上的泄流孔构成一一对应连通，悬挂短节泄流孔内安装有防冲环及限流锁紧装置。该系统上阀阀面与下阀阀面采用相同的结构，由密封面和阀口组成，通过控制短节与驱动机构实现上阀相对于下阀系统的可控连续旋转，转动过程中密封面与阀口交替重合，控制由下阀泄流通道释放至环空的泥浆流量连续变化，从而使钻具内压力产生负压力连续波脉冲。

Description

一种负压力连续波脉冲发生装置
技术领域
本发明属于石油钻井工程装置领域，特别涉及一种用于无线随钻测量的泥浆脉冲发生装置。
背景技术
钻井过程中，尤其在水平井、大位移井、分支井等复杂结构井的钻进过程中，工作人员需要通过随钻测量系统实时了解各种钻井工艺参数、井眼轨迹参数和钻头附近地层参数，通过对这些参数的监测，及时控制钻压、转速、钻井液排量等钻井工艺参数，以提高机械钻速、减少钻井事故发生。随钻测量系统在工作过程中，需要通过一定的传输方式将井下传感器测得的相关参数数据实时传递至地面计算机处理系统。目前，井下信息传输方式有泥浆脉冲、电磁波、声波钻杆柱振动三种方式，泥浆脉冲传输方式是绝大多数随钻测量系统以及在随钻测量基础上发展起来的闭环钻井系统的信息传输方式。泥浆脉冲根据其产生机理的不同可分为负脉冲、正脉冲、连续波三种。开关阀式负脉冲和正脉冲传输方式传输速率较低，随着随钻测井和地质导向等钻井技术的发展，随钻测量的井下参数越来越多，对测量的实时性要求越来越高，开关阀式负脉冲和正脉冲因无法满足大量地质参数的传输，应用将受到限制。而连续波脉冲传输方式传输速率高，抗干扰能力强，将成为使用最为广泛、发展潜力极大的数据传输方式。
现有的连续波泥浆脉冲信号发生器有旋转阀式和剪切阀式两种，其工作原理主要是在转子的上方或下方安装定子，转子在电机单独驱动或电机与泥浆共同作用下旋转，形成定、转子过流面积周期性变化，从而使钻柱内的压力发生连续正压力脉冲，经控制系统编码后转子受控旋转形成一系列的周期性正压力脉冲信号,并传递给地面接收装置，其数据传输速度快，可以达到5-12bit。
发明内容
本发明的目的在于提供一种产生信号稳定可靠，可以将钻井过程中随钻测量的数据快速传输至地面的新型负压力连续波脉冲发生装置。
本发明的负压力连续脉冲发生装置，产生负压力连续波脉冲。该装置通过受控的连续旋转的端面阀口，将少量钻柱内钻井液释放至环空，使钻柱内压力产生负压力连续波脉冲。
本发明的技术方案是：
一种负压力连续波脉冲发生装置，包括悬挂短节16和设置在悬挂短节16内部的控制短节15、驱动机构17、上阀19和下阀20，其中控制短节15、驱动机构17和上阀19依次连接后通过定位环15同轴安装于悬挂短节16内部，上阀19通过定位环15与悬挂短节16构成旋转配合，定位环15上设有贯通定位环15上下的环形空间的轴向通道，下阀20设置在上阀19下面的悬挂短节16内，下阀20的下阀阀面30与上阀19的上阀阀面29相贴合，下阀阀面30和上阀阀面29贴合面为密封面26，密封面26周边至少开设2个轴向的阀口27，下阀20内设有泄流通道28，悬挂短节16上开设的泄流孔，下阀20的阀口27、泄流通道28和悬挂短节16上的泄流孔构成一一对应连通，悬挂短节16泄流孔内安装有防冲环24及限流锁紧装置23。
上述方案进一步包括安装于定位环18与上阀19之间的滤网25。
还包括安装于悬挂短节16下端的限流机构21。
下阀20与悬挂短节16为一体结构。
下阀20与悬挂短节16为通过锁紧螺钉22连接的分体结构，且在下阀20与悬挂短节16周边结合面设置密封圈。
与现有技术相比，本发明通过控制短节与驱动机构控制上阀旋转，上阀与下阀阀面上的阀口相对位置的变化产生负压力连续脉冲进而传递信号，信号传输稳定。悬挂短节泄流孔内安装有限流锁紧装置，发散泄流泥浆，降低其对井壁造成的冲蚀，防止环空颗粒物从外部堵塞脉冲器泄流孔。
附图说明
图1所示是包括本发明的连续负脉冲发生装置的的一种应用实施例。
图1中：1.井架 ，2.游动系统 ，3.旋塞短节， 4.泥浆输送管汇， 5.泥浆泵 ，6.空气包 ，7.钻柱 ，8.井眼 ，9.地层 ，10.钻铤 ，11.测量控制系统 ，12.钻头 ，13.地面控制系统 ，14.压力传感器。
图2是连续负脉冲发生装置的结构示意图。
图2中 ：15.控制短节， 16.悬挂短节， 17.驱动电机， 18.定位环， 19.上阀， 20.下阀，21.限流机构 ，22.锁紧螺钉， 23.限流锁紧装置， 24.防冲环 ， 25.滤网， 28. 泄流通道， 29.上阀阀面， 30.下阀阀面。
图3是连续负脉冲发生装置上、下阀阀面结构俯视图。
图3中： 26.密封面 ， 27.阀口 。
具体实施方式
下面通过不同的实施例或示例，描述一种具有相应的井眼和装置的井场，以便描述本申请的（非限制性的）实施例。为此目的，实际应用处的装置可以根据实际遇到的情况而变化。
实施例一应用场景如图1所示，其中本发明所述的负压力连续脉冲发生装置包含于此较大系统内。该应用场景包括：至少一台泥浆泵5、泥浆输送管汇4、游动系统2、旋塞短节3和钻杆7、井眼8、地层9、钻铤10、测量控制系统11、钻头12、地面控制系统13、压力传感器14。泥浆泵5通常带有压力缓冲机构或液压蓄能机构。在该实施例中，测量控制系统11外部为无磁钻铤，内部是包含本发明负压力连续脉冲发生装置的MWD或者LWD工具，上部连接钻铤10，下部与钻头12相连。所述的MWD或者LWD工具的测量数据，可通过本发明的负压力连续脉冲发生装置发送至安装于泥浆输送管汇4上的一个或多个压力传感器14，压力传感器14将采集到的压力信号传输至计算机系统13进行数据处理并译码。
在本实施例中，负压力连续脉冲发生装置的结构图如附图2所示。控制短节15连接驱动机构17，驱动机构17连接上阀19轴端，并通过定位环18安装于悬挂短节16中心，定位环18可使控制短节15、驱动机构17及上阀19的轴线与悬挂短节16轴线重合，且轴向定位；定位环18与上阀19之间安装有滤网25，保证流经上阀阀面29、下阀阀面30以及泄流通道28的泥浆清洁。下阀20通过锁紧螺钉22固定安装于悬挂短节16内并与之同轴，下阀20内设有泄流通道28，其泄流通道28与悬挂短节16上设有的泄流孔相通， 悬挂短节16泄流孔内安装有设有防冲环24的限流锁紧装置23，限流机构21安装于悬挂短节16内,与悬挂短节16泄流孔保持有一定距离。上阀19下部的上阀阀面29结构与下阀上部的下阀阀面30结构均为圆柱面结构，两面在安装后同轴贴合。在本实施例中，所述的上阀阀面29、下阀阀面30完全相同，结构的细节参看图3，密封面26上设计有至少2个阀口27，当上阀19相对下阀20旋转时，上阀阀面29相对下阀阀面30旋转，阀口27形成可变的限流阀口，泄流通道28设计时与阀口27一一对应连通。下阀20与悬挂短节16之间安装有若干密封圈，锁紧螺钉22与悬挂短节、防冲环24与悬挂短节16泄流孔之间安装有密封圈，以防止泥浆泄漏。悬挂短节下端安装有限流机构21，起限流增压作用，使上、下阀面位置钻具内外达到合理压差。整个装置通过控制短节15上端与MWD或者LWD工具连接。
工作过程中，控制短节15接收MWD/LWD测量系统信号后，通过驱动机构17控制上阀19相对下阀20旋转，上阀阀面29与下阀阀面30的密封面26与阀口27相对位置在旋转时相对位置周期性变化，使流经泄流通道28的泥浆流量产生周期性变化，从而使钻柱内压力产生周期性负压力连续波。限流机构21所产生的压差，对流经泄流通道28的最大泥浆流量和负压力波的最低波谷有较大影响。
在另一实施例中，本发明的负压力连续脉冲发生装置可以这样实现：所述的装置不设限流机构21。在此实施例中，装置在接入仪器工作时，通过钻头安装水眼形成钻头压降的方式实现上、下阀面位置钻具内外压差。
在另一实施例中，提供了本发明的负压力连续脉冲发生装置，其中，所述的悬挂短节16与下阀20为一体式结构。

Claims (5)

1.一种负压力连续波脉冲发生装置，其特征是：包括悬挂短节(16)和设置在悬挂短节(16)内部的控制短节(15)、驱动机构(17)、上阀(19)和下阀(20)，其中控制短节(15)、驱动机构(17)和上阀(19)依次连接后通过定位环(18)同轴安装于悬挂短节(16)内部，上阀(19)通过定位环(18)与悬挂短节(16)构成旋转配合，定位环(18)上设有贯通定位环(18)上下的环形空间的轴向通道，下阀(20)设置在上阀(19)下面的悬挂短节(16)内，下阀(20)的下阀阀面(30)与上阀(19)的上阀阀面(29)相贴合，下阀阀面(30)和上阀阀面(29)贴合面为密封面(26)，密封面(26)周边至少开设2个轴向的阀口(27)，下阀(20)内设有泄流通道(28)，悬挂短节(16)上开设的泄流孔，下阀(20)的阀口(27)、泄流通道(28)和悬挂短节(16)上的泄流孔构成一一对应连通，悬挂短节(16)泄流孔内安装有防冲环(24)及限流锁紧装置(23)；
任一阀口(27)沿密封面(26)的周向的其中一端较另一端细窄。
2.如权利要求1所述的负压力连续波脉冲发生装置，其特征是：还包括安装于定位环(18)与上阀(19)之间的滤网(25)。
3.如权利要求1或2所述的负压力连续波脉冲发生装置，其特征是：还包括安装于悬挂短节(16)下端的限流机构(21)。
4.如权利要求3所述的负压力连续波脉冲发生装置，其特征是：下阀(20)与悬挂短节(16)为一体结构。
5.如权利要求3所述的负压力连续波脉冲发生装置，其特征是：下阀(20)与悬挂短节(16)为通过锁紧螺钉(22)连接的分体结构，且在下阀(20)与悬挂短节(16)周边结合面设置密封圈。
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