CN110578515A - 一种井下泥浆脉冲发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种井下泥浆脉冲发生装置，其结构简单、设计紧凑、耐泥浆冲蚀、传输信号稳定。钻杆的内腔沿着泥浆流动方向顺次布置有主阀装置、控制阀装置，所述主阀装置具体包括过滤塞、阀体、压缩弹簧、主轴，所述主轴包括轴部分、后端连接部分，所述后端连接部分固装于所述钻杆的对应轴向位置，所述后端连接部分的厚度方向环向均布有泥浆流出孔，所述主轴的中心轴位置设置有中心贯穿孔，所述轴部分的前端固套有所述过滤塞，所述轴部分的长度方向中部区域套装有所述阀体，所述轴部分对应于所述阀体的内腔的位置开设有径向分流孔，所述径向分流孔的内端连通所述中心贯穿孔，所述径向分流孔的前端侧壁和所述阀体的前端之间连接有所述压缩弹簧。

Description

一种井下泥浆脉冲发生装置

技术领域

本发明涉及无线随钻测斜仪的技术领域，具体为一种井下泥浆脉冲发生装置。

背景技术

随着石油勘探开发的深入，涉及地层结构越来越复杂，深井和高温、高压井等特殊井越来越多，这些特殊井的井斜测量面临前所未有的巨大挑战，随着钻井技术的发展和勘探开发要求的不断提高，对测井技术的需求越来越高。测井技术的准确性取决于获得井下信息的真实性和快速性，其关键技术是井下信息的传输。

随钻测量信息传输方式分为有线传输方式和无线传输方式两种，其中无线传输方式因其使用方便、效率高而逐渐得到普遍应用。无线传输方式主要有泥浆传输、电磁波传输、声波传输。其中声波传输技术目前还处于试验研究阶段；电磁波传输技术受井深和地质条件的影响较大，应用范围受到限制；泥浆脉冲传输技术的商业化应用最为广泛。

因而泥浆脉冲发生装置就成为无线随钻测斜仪的最关键组件之一，由于其直接接触泥浆，接受泥浆的高速冲刷与冲蚀作用，是无线随钻测斜仪中易损件与消耗件。目前使用较普便的泥浆脉冲发生装置大多结构复杂，泥浆通道曲折复杂，故障率高，使用与维护不便，特别是不能现场解决，常常为一点小问题也要运回厂家或基地检修，增加了物流与时间成本，推高了钻井费用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种井下泥浆脉冲发生装置，其结构简单、设计紧凑、耐泥浆冲蚀、传输信号稳定。

一种井下泥浆脉冲发生装置，其特征在于：其包括钻杆、主阀装置、控制阀装置，所述钻杆的内腔沿着泥浆流动方向顺次布置有主阀装置、控制阀装置，所述主阀装置具体包括过滤塞、阀体、压缩弹簧、主轴，所述主轴包括轴部分、后端连接部分，所述后端连接部分固装于所述钻杆的对应轴向位置，所述后端连接部分的厚度方向环向均布有泥浆流出孔，所述主轴的中心轴位置设置有中心贯穿孔，所述轴部分的前端固套有所述过滤塞，所述轴部分的长度方向中部区域套装有所述阀体，所述轴部分对应于所述阀体的内腔的位置开设有径向分流孔，所述径向分流孔的内端连通所述中心贯穿孔，所述径向分流孔的前端侧壁和所述阀体的前端之间连接有所述压缩弹簧，所述压缩弹簧套装于所述轴部分的对应区域，所述后端连接部分的后端中心位置内凹形成定位安装腔，所述控制阀装置包括控制阀外壳、电磁铁机构、连接器外壳、通讯组件，所述控制阀外壳的前端定位安装于所述定位安装腔内，所述控制阀外壳的前端中心设置有中心导流孔，所述控制阀外壳的外露于所述定位安装腔的部分为环形结构，所述环形结构的中部区域的外壁上布置有若干流出孔，所述环形结构的内腔用于布置活塞杆，所述电磁铁机构包括电磁铁外壳、电磁铁组件、伸缩输出端，所述电磁铁外壳的内腔内设置有电磁铁组件，所述电磁铁外壳的前端螺纹连接所述控制阀外壳的后端连接环，所述电磁铁组件连接所述伸缩输出端，所述伸缩输出端位于所述环形结构的内腔，所述活塞杆固接于所述伸缩输出端，所述活塞杆的前端仿形于所述中心导流孔的后端形状、所述活塞杆的前端朝向所述中心导流孔的后端布置，所述连接器外壳前端螺纹连接所述电磁铁外壳的后部，所述连接器外壳内设置有通讯组件，所述通讯组件包括连接器插座、连接器插头，所述电磁铁组件的后端固接有所述连接器插座，所述连接器插头的一端插装于所述连接器插座，所述连接器插头的另一端贯穿所述连接器外壳的后端板的中心连接孔，所述连接器插头和中心连接孔的外环壁间设置有密封圈，所述连接器插头的另一端用于外接电信号。

其进一步特征在于：

所述伸缩输出端的外环周布置有橡胶波纹管，所述橡胶波纹管的长度方向后端固定安装于所述电磁铁外壳的前端面、环形结构的定位止挡环所形成的空间区域，所述橡胶波纹管的长度方向前端通过扣压管固套于所述活塞杆的后端外环面，确保泥浆不会进入到电磁铁组件、通讯组件内；

所述连接器外壳的后端外环的其中一径向位置开有注油孔，所述注油孔上设置有注油接头，所述注油接头与所述注油孔螺纹连接固定，所述注油接头上设置有密封圈、挡圈，实现密封功能，通过注油接头向电磁铁外壳、连接器外壳、橡胶波纹管组合形成的腔体内注入油、形成密封油腔，使得泥浆不易进入到密封油腔内，确保设备正常工作；

所述连接器外壳的前端通过外螺纹连接所述电磁铁外壳的后端的内螺纹，所述连接器外壳的前端面和所述电磁铁组件的后端面间设置有碟形弹簧，所述碟形弹簧确保连接器外壳和电磁铁组件之间不存在活动空间、确保工作时各个机构的位置稳定可靠；

所述连接器外壳的前端外环周和所述电磁铁外壳的后端内环壁间设置有密封圈、挡圈，确保密封；

所述钻杆包括第一套筒、第二套筒，所述第一套筒的后端设置有内螺纹，所述第二套筒的前端面环布有定位连接孔，所述后端连接部分包括前端连接环、后端法兰环，所述前端连接环的直径小于所述后端法兰环，所述前端连接环通过外螺纹连接所述第一套筒的后端内螺纹，所述后端法兰环通过轴向螺栓固接所述第二套筒的对应位置的定位连接孔，所述后端法兰环的外径和第一套筒、第二套筒的外径相同，所述第二套筒的长度延伸至所述连接器外壳的后端面位置处；

所述第一套筒的对应于阀体的前端锥形导向部分的位置处设置有台阶环，所述台阶环和前端锥形导向部分组合用于放大泥浆对于阀体的作用力；

所述轴部分对应于所述阀体的后端导向环的末端设置有导向凸起环，所述导向凸起环的外周面和所述后端导向环的内壁间隙配合，确保阀体的轴向移动、不会偏移；

所述定位安装腔具体为凸台内凹腔，所述定位安装腔的后端大径内环壁设置有内螺纹，所述定位安装腔的前端小径内环壁紧贴所述控制阀外壳的前端定位凸起的外环面、且设置有密封圈、挡圈，所述控制阀外壳的前端定位的外环周的外螺纹部分螺纹连接所述定位安装腔的对应内螺纹，所述控制阀外壳的前端的后部端板紧贴所述定位安装腔的后端面布置。

采用本发明后，泥浆脉冲发生装置将泥浆分为两部分，绝大部分通过钻杆的内腔流入下部钻杆的外围腔体，即主泥浆通道；一小部分通过过滤塞小孔流入主轴的内腔，再通过控制阀外壳的流出孔汇入主泥浆通道，即控制泥浆通道；当通讯组件向电磁铁机构发出供电信号，电磁铁机构的衔铁杆带动活塞杆前伸，使得活塞杆堵住中心导流孔的后端口，关闭控制泥浆通道，主阀装置的主轴内部压力升高，带动主阀装置的阀体前移；当通讯组件向电磁铁机构发出断电信号，电磁铁机构的衔铁杆带动活塞杆后移，打开控制泥浆通道，主阀装置的主轴内部泥浆经过控制阀外壳的流出孔流入主泥浆通道，主轴内部压力降压，主泥浆通道的泥浆带动阀体后移，随着通讯组件向电磁铁机构发出供电、断电的信号，钻杆内腔就产生压力脉冲，传入地面上的传感器经过译码转换为井下方的多种数据；其结构简单、设计紧凑、耐泥浆冲蚀、传输信号稳定。

附图说明

图1为本发明的主视图剖视结构示意图；

图2为本发明的主阀装置的剖视结构示意图；

图3为本发明的控制阀装置的剖视结构示意图；

图中序号所对应的名称如下：

钻杆1、第一套筒101、第二套筒102、台阶环103、主阀装置2、控制阀装置3、过滤塞4、阀体5、前端锥形导向部分51、后端导向环52、压缩弹簧6、主轴7、轴部分71、导向凸起环711、后端连接部分72、前端连接环721、后端法兰环722、泥浆流出孔8、中心贯穿孔9、径向分流孔10、前端侧壁11、定位安装腔13、控制阀外壳14、后端连接环141、外环周142、后部端板143、前端定位凸起144、电磁铁机构15、连接器外壳16、通讯组件17、中心导流孔18、流出孔19、活塞杆20、电磁铁外壳21、电磁铁组件22、伸缩输出端23、连接器插座24、连接器插头25、中心连接孔26、橡胶波纹管27、定位止挡环28、扣压管29、注油接头30、碟形弹簧31。

具体实施方式

一种井下泥浆脉冲发生装置，见图1-图3：其包括钻杆1、主阀装置2、控制阀装置3，钻杆1的内腔沿着泥浆流动方向顺次布置有主阀装置2、控制阀装置3，主阀装置2具体包括过滤塞4、阀体5、压缩弹簧6、主轴7，主轴7包括轴部分71、后端连接部分72，后端连接部分72固装于钻杆1的对应轴向位置，后端连接部分72的厚度方向环向均布有泥浆流出孔8，主轴7的中心轴位置设置有中心贯穿孔9，轴部分71的前端固套有过滤塞4，轴部分71的长度方向中部区域套装有阀体5，轴部分71对应于阀体5的内腔的位置开设有径向分流孔10，径向分流孔10的内端连通中心贯穿孔9，径向分流孔10的前端侧壁11和阀体5的前端之间连接有压缩弹簧6，压缩弹簧6套装于轴部分71的对应区域，后端连接部分72的后端中心位置内凹形成定位安装腔13，控制阀装置3包括控制阀外壳14、电磁铁机构15、连接器外壳16、通讯组件17，控制阀外壳14的前端定位安装于定位安装腔13内，控制阀外壳14的前端中心设置有中心导流孔18，控制阀外壳14的外露于定位安装腔13的部分为环形结构，环形结构的中部区域的外壁上布置有若干流出孔19，环形结构的内腔用于布置活塞杆20，电磁铁机构15包括电磁铁外壳21、电磁铁组件22、伸缩输出端23，电磁铁外壳21的内腔内设置有电磁铁组件22，电磁铁外壳21的前端螺纹连接控制阀外壳14的后端连接环141，电磁铁组件22连接伸缩输出端23，伸缩输出端23位于环形结构的内腔，活塞杆20固接于伸缩输出端23，活塞杆20的前端仿形于中心导流孔18的后端形状、活塞杆20的前端朝向中心导流孔18的后端布置，连接器外壳16的前端螺纹连接电磁铁外壳21的后部，连接器外壳16内设置有通讯组件17，通讯组件17包括连接器插座24、连接器插头25，电磁铁组件22的后端固接有连接器插座24，连接器插头25的一端插装于连接器插座24，连接器插头25的另一端贯穿连接器外壳16的后端板的中心连接孔26，连接器插头25和中心连接孔26的外环壁间设置有密封圈，连接器插头25的另一端用于外接电信号。

伸缩输出端23的外环周布置有橡胶波纹管27，橡胶波纹管27的长度方向后端固定安装于电磁铁外壳21的前端面、环形结构的定位止挡环28所形成的空间区域，橡胶波纹管27的长度方向前端通过扣压管29固套于活塞杆20的后端外环面，确保泥浆不会进入到电磁铁组件22、通讯组件17内；

连接器外壳16的后端外环的其中一径向位置开有注油孔，注油孔上设置有注油接头30，注油接头30与注油孔螺纹连接固定，注油接头30上设置有密封圈、挡圈，实现密封功能，通过注油接头30向电磁铁外壳21、连接器外壳16、橡胶波纹管27组合形成的腔体内注入油、形成密封油腔，使得泥浆不易进入到密封油腔内，确保设备正常工作；

连接器外壳16的前端通过外螺纹连接电磁铁外壳21的后端的内螺纹，连接器外壳16的前端面和电磁铁组件22的后端面间设置有碟形弹簧31，碟形弹簧31确保连接器外壳16和电磁铁组件22之间不存在活动空间、确保工作时各个机构的位置稳定可靠；

连接器外壳16的前端外环周和电磁铁外壳21的后端内环壁间设置有密封圈、挡圈，确保密封；

钻杆1包括第一套筒101、第二套筒102，第一套筒101的后端设置有内螺纹，第二套筒102的前端面环布有定位连接孔，后端连接部分72包括前端连接环721、后端法兰环722，前端连接环721的直径小于后端法兰环722，前端连接环721通过外螺纹连接第一套筒101的后端内螺纹，后端法兰环722通过轴向螺栓固接第二套筒102的对应位置的定位连接孔，后端法兰环722的外径和第一套筒101、第二套筒102的外径相同，第二套筒102的长度延伸至连接器外壳16的后端面位置处；

第一套筒101的对应于阀体5的前端锥形导向部分51的位置处设置有台阶环103，台阶环103和前端锥形导向部分51组合用于放大泥浆对于阀体5的作用力；

第一套筒101、第二套筒102的材料采用高硬质合金钢，外表面喷涂耐磨材料，具有较高的机械强度及耐泥浆冲蚀的特性；

轴部分71对应于阀体5的后端导向环52的末端设置有导向凸起环711，导向凸起环711的外周面和后端导向环52的内壁间隙配合，确保阀体5的轴向移动、不会偏移；

定位安装腔13具体为凸台内凹腔，定位安装腔13的后端大径内环壁设置有内螺纹，定位安装腔13的前端小径内环壁紧贴控制阀外壳14的前端定位凸起144的外环面、且设置有密封圈、挡圈，控制阀外壳14的前端定位的外环周142的外螺纹部分螺纹连接定位安装腔13的对应内螺纹，控制阀外壳14的前端的后部端板143紧贴定位安装腔13的后端面布置。

其工作原理如下：泥浆脉冲发生装置将泥浆分为两部分，绝大部分通过钻杆的内腔流入下部钻杆的外围腔体，即主泥浆通道；一小部分通过过滤塞小孔流入主轴的内腔，再通过控制阀外壳的流出孔汇入主泥浆通道，即控制泥浆通道；当通讯组件向电磁铁机构发出供电信号，电磁铁机构的衔铁杆带动活塞杆前伸，使得活塞杆堵住中心导流孔的后端口，关闭控制泥浆通道，主阀装置的主轴内部压力升高，带动主阀装置的阀体前移；当通讯组件向电磁铁机构发出断电信号，电磁铁机构的衔铁杆带动活塞杆后移，打开控制泥浆通道，主阀装置的主轴内部泥浆经过控制阀外壳的流出孔流入主泥浆通道，主轴内部压力降压，主泥浆通道的泥浆带动阀体后移，随着通讯组件向电磁铁机构发出供电、断电的信号，钻杆内腔就产生压力脉冲，传入地面上的传感器经过译码转换为井下方的多种数据；其结构简单、设计紧凑、耐泥浆冲蚀、传输信号稳定。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种井下泥浆脉冲发生装置，其特征在于：其包括钻杆、主阀装置、控制阀装置，所述钻杆的内腔沿着泥浆流动方向顺次布置有主阀装置、控制阀装置，所述主阀装置具体包括过滤塞、阀体、压缩弹簧、主轴，所述主轴包括轴部分、后端连接部分，所述后端连接部分固装于所述钻杆的对应轴向位置，所述后端连接部分的厚度方向环向均布有泥浆流出孔，所述主轴的中心轴位置设置有中心贯穿孔，所述轴部分的前端固套有所述过滤塞，所述轴部分的长度方向中部区域套装有所述阀体，所述轴部分对应于所述阀体的内腔的位置开设有径向分流孔，所述径向分流孔的内端连通所述中心贯穿孔，所述径向分流孔的前端侧壁和所述阀体的前端之间连接有所述压缩弹簧，所述压缩弹簧套装于所述轴部分的对应区域，所述后端连接部分的后端中心位置内凹形成定位安装腔，所述控制阀装置包括控制阀外壳、电磁铁机构、连接器外壳、通讯组件，所述控制阀外壳的前端定位安装于所述定位安装腔内，所述控制阀外壳的前端中心设置有中心导流孔，所述控制阀外壳的外露于所述定位安装腔的部分为环形结构，所述环形结构的中部区域的外壁上布置有若干流出孔，所述环形结构的内腔用于布置活塞杆，所述电磁铁机构包括电磁铁外壳、电磁铁组件、伸缩输出端，所述电磁铁外壳的内腔内设置有电磁铁组件，所述电磁铁外壳的前端螺纹连接所述控制阀外壳的后端连接环，所述电磁铁组件连接所述伸缩输出端，所述伸缩输出端位于所述环形结构的内腔，所述活塞杆固接于所述伸缩输出端，所述活塞杆的前端仿形于所述中心导流孔的后端形状、所述活塞杆的前端朝向所述中心导流孔的后端布置，所述连接器外壳前端螺纹连接所述电磁铁外壳的后部，所述连接器外壳内设置有通讯组件，所述通讯组件包括连接器插座、连接器插头，所述电磁铁组件的后端固接有所述连接器插座，所述连接器插头的一端插装于所述连接器插座，所述连接器插头的另一端贯穿所述连接器外壳的后端板的中心连接孔，所述连接器插头和中心连接孔的外环壁间设置有密封圈，所述连接器插头的另一端用于外接电信号。

2.如权利要求1所述的一种井下泥浆脉冲发生装置，其特征在于：所述伸缩输出端的外环周布置有橡胶波纹管，所述橡胶波纹管的长度方向后端固定安装于所述电磁铁外壳的前端面、环形结构的定位止挡环所形成的空间区域，所述橡胶波纹管的长度方向前端通过扣压管固套于所述活塞杆的后端外环面。

3.如权利要求2所述的一种井下泥浆脉冲发生装置，其特征在于：所述连接器外壳的后端外环的其中一径向位置开有注油孔，所述注油孔上设置有注油接头，所述注油接头与所述注油孔螺纹连接固定，所述注油接头上设置有密封圈、挡圈。

4.如权利要求1所述的一种井下泥浆脉冲发生装置，其特征在于：所述连接器外壳的前端通过外螺纹连接所述电磁铁外壳的后端的内螺纹，所述连接器外壳的前端面和所述电磁铁组件的后端面间设置有碟形弹簧。

5.如权利要求1所述的一种井下泥浆脉冲发生装置，其特征在于：所述钻杆包括第一套筒、第二套筒，所述第一套筒的后端设置有内螺纹，所述第二套筒的前端面环布有定位连接孔，所述后端连接部分包括前端连接环、后端法兰环，所述前端连接环的直径小于所述后端法兰环，所述前端连接环通过外螺纹连接所述第一套筒的后端内螺纹，所述后端法兰环通过轴向螺栓固接所述第二套筒的对应位置的定位连接孔，所述后端法兰环的外径和第一套筒、第二套筒的外径相同，所述第二套筒的长度延伸至所述连接器外壳的后端面位置处。

6.如权利要求5所述的一种井下泥浆脉冲发生装置，其特征在于：所述第一套筒的对应于阀体的前端锥形导向部分的位置处设置有台阶环，所述台阶环和前端锥形导向部分组合用于放大泥浆对于阀体的作用力。

7.如权利要求6所述的一种井下泥浆脉冲发生装置，其特征在于：所述轴部分对应于所述阀体的后端导向环的末端设置有导向凸起环，所述导向凸起环的外周面和所述后端导向环的内壁间隙配合。

8.如权利要求1所述的一种井下泥浆脉冲发生装置，其特征在于：所述定位安装腔具体为凸台内凹腔，所述定位安装腔的后端大径内环壁设置有内螺纹，所述定位安装腔的前端小径内环壁紧贴所述控制阀外壳的前端定位凸起的外环面、且设置有密封圈、挡圈，所述控制阀外壳的前端定位的外环周的外螺纹部分螺纹连接所述定位安装腔的对应内螺纹，所述控制阀外壳的前端的后部端板紧贴所述定位安装腔的后端面布置。