CN113982570B - 一种剪切阀脉冲发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种剪切阀脉冲发生装置，包括高温驱动机构、减速机构以及憋压执行机构，所述高温驱动机构通过所述减速机构驱动所述憋压执行机构，所述高温驱动机构中设置有耐高温电机，所述憋压执行机构包括安装筒、旋转轮以及泄流器，所述旋转轮转动连接至所述安装筒中并与所述减速机构的旋转轴连接，所述泄流器固定至所述安装筒中并与所述旋转轮同轴排布，所述旋转轮上设置有泄压孔，所述泄流器上设置有泄流孔，所述旋转轮与所述泄流器紧贴，所述安装筒的两端仅通过所述泄压孔与所述泄流孔连通。

Description

一种剪切阀脉冲发生装置

技术领域

本发明涉及石油钻探领域，更具体地，涉及一种剪切阀脉冲发生装置。

背景技术

随着国内外石油行业的迅速崛起，无线随钻测斜仪得到了较快发展及更新换代，由于很多地区的岩层固有难钻进的特性，导致很多底层石油难以开采，加之井下温度较高，如新疆，四川等处的井下温度接近160℃，这样普通仪器耐不了那么高的温度，或普通仪器下井到底，温度过高会导致仪器使用寿命大大缩短。普通钻井仪器脉冲发生装置大都是电磁阀结构，在泥浆比重较高或者钻井液不良的情况下，导致直线运动结构的电磁阀动力组合被泥浆或者井底砂石堵塞，导致仪器工作不正常，事故率较高，也增加了钻井成本。在这种环境下，耐高温的并且不容易被泥浆或者砂石堵住的仪器成为了高温井、含沙量大的井的主流趋势。

目前针对上述使用环境的脉冲发生装置主要分为普通油囊式结构的脉冲发生装置和活塞式结构的脉冲发生装置，因为橡胶油囊固有特性，油囊式仪器耐高温温度一般在125℃左右，活塞式仪器耐高温温度在150℃左右。这两种结构的脉冲发生装置其原理都是电磁阀的直线运动带动机械杆直线运动，产生压力波。泥浆比重在1.5以下使用还可以。国内很多区域的岩层很难钻进，致使泥浆比重增加。泥浆比重高的能达到2.5左右，这样普通仪器在井下很容易堵住，故障率很大。国外纯进口的液压结构的脉冲发生装置，虽然能满足高温150℃和高比重泥浆的性能，但是维修成本较大，维修周期长，换配件的成本较高。

因此，需要一种新型的脉冲发生装置，能够解决上述问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种耐高温脉冲发生的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种剪切阀脉冲发生装置，包括高温驱动机构、减速机构以及憋压执行机构，所述高温驱动机构通过所述减速机构驱动所述憋压执行机构，所述高温驱动机构中设置有耐高温电机，所述憋压执行机构包括安装筒、旋转轮以及泄流器，所述旋转轮转动连接至所述安装筒中并与所述减速机构的旋转轴连接，所述泄流器固定至所述安装筒中并与所述旋转轮同轴排布，所述旋转轮上设置有泄压孔，所述泄流器上设置有泄流孔，所述旋转轮与所述泄流器紧贴，所述安装筒的两端仅通过所述泄压孔与所述泄流孔连通。

通过本方案，通过耐高温电机带动减速机构转动，通过减速机构带动旋转轮转动，实现泄压孔与泄流孔周期性的通断，当闭合时候，泥浆基本不流通，在安装筒内憋钻井液压力，此区域局部压力上升，产生压力信号。当打开时候，此处钻井液流通顺畅，压力信号消失。通过周期性的压力增长与下降，产生脉冲发生装置周期性波形。并通过一系列的地面系统解码，提供我们需要的钻井数据；由于减速机构的存在，高温电机远离憋压执行机构，能够在远离高温区域，而且利用旋转轮的旋转实现压力脉冲，相较于传统的电磁阀以及活塞式结构耐热性能更强，且更适合在泥浆比重高的环境中使用。

优选地，所述泄流器包括泄流盘以及封堵机构，所述泄流孔均匀布置于所述泄流盘上，所述封堵机构与所述泄流盘相配合以均匀封堵部分所述泄流孔。

通过本方案，旋转盘与泄流盘相配合实现脉冲的发生，而封堵机构能够封堵部分泄流孔，使泄流孔的密度降低，使旋转盘在转速恒定的前提下，降低脉冲频率，从而无需控制高温电机，也无需控制减速机构进行复杂的动作即可实现脉冲的频率调节，使本装置的控制更加简单，提高在高温环境中的使用寿命。

优选地，所述旋转轮上仅设置一个所述泄压孔，所述泄压孔的两侧设置有平衡块。

通过本方案，一个泄压孔的布置，使脉冲频率的调节更加简单；平衡块的布置能够保持重心，减小转动过程中产生的噪音和震动。

优选地，所述封堵机构包括驱动杆，所述驱动杆同轴滑动连接至所述安装筒上，所述驱动杆的外周设置有若干挡板，所述挡板的大小与所述泄流孔相匹配，所述挡板能够在所述驱动杆的带动下遮挡或打开所述泄流孔。

通过本方案，推拉驱动杆，使挡板靠近或远离泄流盘，实现对部分泄流孔的封堵或打开，从而实现脉冲频率的调节功能；对驱动杆的推拉驱动更加方便实现，可通过打捞组件进行驱动或者直接伸出钻孔进行人工控制。

优选地，所述驱动杆上沿轴向设置有若干遮挡区，所述遮挡区上分别设置有若干所述挡板，所述遮挡区与下一遮挡区之间通过导槽连通，所述挡板滑动连接至所述导槽中并仅能够通过所述导槽滑动至下一遮挡区。

通过本方案，在驱动杆的带动下，挡板能够沿导槽滑动至下一遮挡区与下一遮挡区的挡板共同作用均匀遮挡更多的泄流孔，实现多频率的调节，提高本装置的适用范围。

优选地，所述挡板朝向所述泄流盘的一侧设置有固定器，所述挡板接触所述泄流盘时所述固定器用于固定所述挡板与所述泄流盘。

通过本方案，固定器能够对挡板进行固定，避免巨大的内部压力推动造成挡板弯折损坏。

优选地，所述泄流盘设置有通孔，所述驱动杆贯穿所述通孔并与所述通孔滑动连接；所述旋转轮的中间设置有盲孔，所述盲孔的直径与所述通孔一致。

通过本方案，提高驱动杆的调节距离，增大不同遮挡区之间的距离，避免大颗粒的杂质堵塞。

优选地，所述驱动杆的顶部设置有导向部，所述导向部为圆台状。

通过本方案，对驱动杆的移动方向进行导向，避免高泥浆比重造成的卡阻。

优选地，所述固定器为永磁体，所述永磁体设置于所述挡板朝向所述泄流盘一侧的顶部，所述挡板的长度大于所述泄流孔的长度。

通过本方案，驱动杆带动挡板贴近泄流盘时，挡板的顶部能够暂时吸引固定至泄流盘顶部，当驱动杆远离泄流盘时，挡板的拉拽能够使永磁体脱离与泄流盘的吸引。

根据本公开的一个实施例，本装置结构简单，旋转盘与泄流器的相互配合进行脉冲发生，采用纯机械的脉冲发生以及脉冲频率调节机构，相较于传统的电磁阀式以及活塞式结构，耐高温性能更佳，且更加适合在高泥浆比重的环境中使用；本装置能够在高温电机转速恒定的前提下进行脉冲频率的调节，无需对易损坏的高温电机进行转速控制，可靠性更高，有助于提高使用寿命。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明实施例的剪切阀脉冲发生装置的结构示意图。

图2是图1中憋压执行机构的结构示意图。

图3是图2中旋转轮与泄流器的位置结构示意图。

图4是图3中泄流盘的侧视结构示意图。

图5是图3中旋转轮的侧视结构示意图。

图6是图3中驱动轴的底部结构示意图。

图7是图6中A-A向的挡板位置结构示意图。

图8是图6中B-B向的挡板位置结构示意图。

图9是图6中C-C向的挡板位置结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

实施例

如图1至图9所示，本实施例中的剪切阀脉冲发生装置，包括高温驱动机构3、减速机构2以及憋压执行机构1，所述高温驱动机构3通过所述减速机构2驱动所述憋压执行机构1，所述高温驱动机构3中设置有耐高温电机（图中未示出），所述憋压执行机构1包括安装筒100、旋转轮200以及泄流器300，所述旋转轮200转动连接至所述安装筒100中并与所述减速机构2的旋转轴连接，所述泄流器300固定至所述安装筒100中并与所述旋转轮200同轴排布，所述旋转轮200上设置有泄压孔210，所述泄流器300上设置有泄流孔311，所述旋转轮200与所述泄流器300紧贴，所述安装筒100的两端仅通过所述泄压孔210与所述泄流孔311连通。

通过本实施例该方案，通过耐高温电机带动减速机构2转动，然后减速机构2带动旋转轮200转动，实现泄压孔210与泄流孔311周期性的通断，当闭合时候，泥浆基本不流通，在安装筒100内憋钻井液压力，此区域局部压力上升，产生压力信号。当打开时候（即泄压孔210转动至与泄流孔311重合时），此处钻井液流通顺畅，压力信号消失。通过周期性的压力增长与下降，产生脉冲发生装置周期性波形。并通过一系列的地面系统解码，提供需要的钻井数据；由于减速机构的存在，高温电机远离憋压执行机构1，能够在远离高温区域，而且利用旋转轮200的旋转实现压力脉冲，相较于传统的电磁阀以及活塞式结构，纯机械式结构耐热性能更强，且更适合在泥浆比重高的环境中使用。

在本实施例或其他实施例中，所述泄流器300包括泄流盘310以及封堵机构，所述泄流孔311均匀布置于所述泄流盘310上，所述封堵机构与所述泄流盘310相配合以均匀封堵部分所述泄流孔311。旋转盘200与泄流盘310相配合实现脉冲的发生，旋转盘200在恒定的转速下旋转，使泄流孔311与泄压孔210周期性的遮挡与连通，而封堵机构能够封堵部分泄流孔311，使泄流孔311的密度降低，使旋转盘200在转速恒定的前提下，降低脉冲频率，从而无需控制高温电机，也无需控制减速机构2进行复杂的动作即可实现脉冲的频率调节，使本装置的控制更加简单，提高在高温环境中的使用寿命。

在本实施例或其他实施例中，所述旋转轮200上仅设置一个所述泄压孔210，所述泄压孔210的两侧设置有平衡块211。一个泄压孔210的布置，使脉冲频率的调节更加简单，在旋转轮200的转速恒定前提下，压力脉冲的频率与未被堵塞的泄流孔311的间距呈正相关；平衡块211的布置能够保持重心，减小转动过程中产生的噪音和震动。

在本实施例或其他实施例中，所述封堵机构包括驱动杆320，所述驱动杆320同轴滑动连接至所述安装筒100上，所述驱动杆320的外周设置有若干挡板330，所述挡板330的大小与所述泄流孔311相匹配，所述挡板330能够在所述驱动杆320的带动下遮挡或打开所述泄流孔311。

推拉驱动杆320，使挡板330靠近或远离泄流盘310，实现对部分泄流孔311的封堵或打开，从而实现脉冲频率的调节功能；对驱动杆320的推拉驱动更加方便实现，可通过打捞组件进行驱动或者直接伸出钻孔进行人工控制。

在本实施例或其他实施例中，所述驱动杆320上沿轴向设置有若干遮挡区321，所述遮挡区321上分别设置有若干所述挡板330，所述遮挡区321与下一遮挡区321之间通过导槽322连通，所述挡板330滑动连接至所述导槽322中并仅能够通过所述导槽322滑动至下一遮挡区321。

在驱动杆的带动下，挡板能够沿导槽滑动至下一遮挡区与下一遮挡区的挡板共同作用均匀遮挡更多的泄流孔，实现多频率的调节，提高本装置的适用范围。如图6至9所示，驱动杆320上设置有A、B、C三个遮挡区321，当驱动杆320被推动，使A遮挡区的挡板330抵至泄流盘310上时，A遮挡区的挡板330如图7所示布置，使泄流孔311的密度降低，改变脉冲频率；当继续推动驱动杆320，A遮挡区的挡板330会由于导槽322的存在而逐渐滑动至B遮挡区，并根据B遮挡区的排布进行角度的调整，实现遮挡位置的改变，从而进一步提高遮挡的密度，使压力脉冲的频率再次降低；当驱动杆320推动至使C遮挡区抵至泄流盘310上时，仅露出上下两个泄流孔311，旋转盘200旋转1周仅有两个压力脉冲的输出，进一步降低了脉冲频率。

在本实施例或其他实施例中，所述挡板330朝向所述泄流盘310的一侧设置有固定器，所述挡板330接触所述泄流盘310时所述固定器用于固定所述挡板330与所述泄流盘310。固定器能够对挡板330进行固定，避免巨大的内部压力推动造成挡板330弯折损坏。所述固定器为永磁体331，所述永磁体331设置于所述挡板330朝向所述泄流盘310一侧的顶部，所述挡板330的长度大于所述泄流孔311的长度，使永磁体331吸引至泄流孔311的外侧，避免挡板330转动过程中永磁体331卡至泄流孔311中。

驱动杆320带动挡板330贴近泄流盘310时，挡板330的顶部能够暂时吸引固定至泄流盘310一侧的顶部，当驱动杆210远离泄流盘310时，挡板330的拉拽能够使永磁体331脱离与泄流盘310的吸引。

由于导槽322的长度有限，仅与下一遮挡区321连通，当驱动杆320朝向远离泄流盘310的方向移动时，能够拉拽本区域的挡板330脱离与泄流盘310的接触，例如当前处于B遮挡区，当拉拽驱动杆320时，B遮挡区中的挡板330会因导槽322的限制而被拖拽直至脱离遮挡泄流孔311，而处于A遮挡区的挡板330会因为永磁体331的存在而继续遮挡泄流孔311。

该实施例中为避免驱动杆320相较于泄流盘310转动，驱动杆320的横截面为正多边形，驱动杆320与安装筒100的连接仅能够进行前后滑动，而不能够转动。

在本实施例或其他实施例中，所述泄流盘310设置有通孔312，所述驱动杆320贯穿所述通孔312并与所述通孔312滑动连接；所述旋转轮200的中间设置有盲孔220，所述盲孔220的直径与所述通孔312一致，提高驱动杆320的调节距离，增大不同遮挡区321之间的距离，避免大颗粒的杂质堵塞。

在本实施例或其他实施例中，所述驱动杆320的顶部设置有导向部323，所述导向部323为圆台状，对驱动杆320的移动方向进行导向，避免高泥浆比重造成的卡阻。

根据本实施例，本装置结构简单，旋转盘与泄流器的相互配合进行脉冲发生，采用纯机械的脉冲发生以及脉冲频率调节机构，相较于传统的电磁阀式以及活塞式结构，耐高温性能更佳，且更加适合在高泥浆比重的环境中使用；本装置能够在高温电机转速恒定的前提下进行脉冲频率的调节，无需对易损坏的高温电机进行转速控制，可靠性更高，有助于提高使用寿命。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种剪切阀脉冲发生装置，包括高温驱动机构、减速机构以及憋压执行机构，所述高温驱动机构通过所述减速机构驱动所述憋压执行机构，其特征在于，所述高温驱动机构中设置有耐高温电机，所述憋压执行机构包括安装筒、旋转轮以及泄流器，所述旋转轮转动连接至所述安装筒中并与所述减速机构的旋转轴连接，所述泄流器固定至所述安装筒中并与所述旋转轮同轴排布，所述旋转轮上设置有泄压孔，所述泄流器上设置有泄流孔，所述旋转轮与所述泄流器紧贴，所述安装筒的两端仅通过所述泄压孔与所述泄流孔连通；所述泄流器包括泄流盘以及封堵机构，所述泄流孔均匀布置于所述泄流盘上，所述封堵机构与所述泄流盘相配合以均匀封堵部分所述泄流孔；所述封堵机构包括驱动杆，所述驱动杆同轴滑动连接至所述安装筒上，所述驱动杆的外周设置有若干挡板，所述挡板的大小与所述泄流孔相匹配，所述挡板能够在所述驱动杆的带动下遮挡或打开所述泄流孔；所述驱动杆上沿轴向设置有若干遮挡区，所述遮挡区上分别设置有若干所述挡板，所述遮挡区与下一遮挡区之间通过导槽连通，所述挡板滑动连接至所述导槽中并仅能够通过所述导槽滑动至下一遮挡区。

2.根据权利要求1所述的剪切阀脉冲发生装置，其特征在于，所述旋转轮上仅设置一个所述泄压孔，所述泄压孔的两侧设置有平衡块。

3.根据权利要求1所述的剪切阀脉冲发生装置，其特征在于，所述挡板朝向所述泄流盘的一侧设置有固定器，所述挡板接触所述泄流盘时所述固定器用于固定所述挡板与所述泄流盘。

4.根据权利要求1所述的剪切阀脉冲发生装置，其特征在于，所述泄流盘设置有通孔，所述驱动杆贯穿所述通孔并与所述通孔滑动连接；所述旋转轮的中间设置有盲孔，所述盲孔的直径与所述通孔一致。

5.根据权利要求4所述的剪切阀脉冲发生装置，其特征在于，所述驱动杆的顶部设置有导向部，所述导向部为圆台状。

6.根据权利要求3所述的剪切阀脉冲发生装置，其特征在于，所述固定器为永磁体，所述永磁体设置于所述挡板朝向所述泄流盘一侧的顶部，所述挡板的长度大于所述泄流孔的长度。