CN201225149Y - 一种井下泥浆脉冲发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布一种井下泥浆脉冲发生器，由导流阀和脉冲阀两部分组成。导流阀由抗压筒、驱动电磁铁、弹簧、导流阀芯和导流阀套组成；脉冲阀由脉冲阀芯、脉冲阀座和复位弹簧组成。导流阀的抗压筒下端与导流阀套相连，导流阀套下端与脉冲阀座相连；驱动电磁铁固定在抗压筒内，并与导流阀芯相连；脉冲阀芯安装在脉冲阀座的中心。井下泥浆脉冲发生器工作时，先打开导流阀，然后在泥浆的作用将脉冲阀关闭，从而产生正压力脉冲。本实用新型结构简单，耗能低，适用于无线随钻测量系统，用于产生泥浆脉冲信号，解决无线随钻测量的信息传输问题。

Description

一种井下泥浆脉冲发生器

技术领域

本实用新型属于石油钻井工程领域，特别涉及一种用于无线随钻测量的井下泥浆脉冲发生器。

背景技术

自从20世纪50年代美国人Arps J.J.发明了钻井液脉冲技术以来，它得到了很大的发展和广泛的应用。钻井液脉冲遥传技术的基本原理是将井下测量的信息调制成脉冲电流信号，用调制的脉冲电流信号控制井下仪器的钻井液脉冲发生器的开关阀，使钻柱中的钻井液压力发生变化，从而产生钻井液压力脉冲，压力脉冲通过钻柱中的钻井液传递到地面，地面的压力传感器检测到压力脉冲，并经解码器解码，从而得到井下测量信息。

钻井液脉冲技术的核心是压力脉冲信号的产生及其在钻井液中的传输。目前，钻井液脉冲系统有三种：正脉冲、负脉冲和连续波系统。正脉冲系统的原理是用特殊的机电一体化结构，来阻止钻柱中钻井液的流动，从而引起压力升高，使钻井液压力高于正常钻进时的泵压。负脉冲系统的原理是将钻柱中少量的高压钻井液释放到低压的环空中，使钻柱中的钻井液压力降低。连续波系统是利用旋转阀产生固定频率的压力连续波，根据连续波的相位移将信息编码和解码。基于三种信号的脉冲发生器有很多种类型，目前使用最多的是正脉冲信号，与之相关的脉冲发生器也有多种。

在现有的无线随钻测量系统中，井下脉冲发生器是系统的主要组成部分，起举足轻重的作用。这些脉冲发生器大部分是机电一体化装置，结构复杂，制造成本高。随着钻井技术的发展及对钻井施工要求的提高，无线随钻测量技术(MWD)已不仅仅在定向井、水平井等特殊工艺井中应用，开始在直井中应用，这就要求要降低无线随钻测量技术的服务费用。因此，研制结构简单、成本低的井下脉冲发生器是目前随钻测量技术研究的一个方向。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种井下泥浆脉冲发生器，用于无线随钻测量系统中产生脉冲信号。当系统需要产生脉冲信号时，脉冲发生器在随钻测量系统控制模块的控制下产生正脉冲信号。

为达到上述目的，本实用新型提供的井下泥浆脉冲发生器采用以下技术方案：主要由导流阀和脉冲阀组成，导流阀在上部，脉冲阀在下部，导流阀的抗压筒与导流阀套相连，导流阀套下端与脉冲阀座相连；导流阀由导流阀驱动总成和导流阀套组成；导流阀驱动总成由驱动电磁铁、抗压筒、导流阀芯、弹簧和压力平衡装置构成，驱动电磁铁固定在抗压筒内，弹簧套装在导流阀芯的外面，导流阀芯与驱动电磁铁相连，并通过导流阀套中心进入导流阀套，与导流阀套的导流孔构成导流阀；导流阀套带有导流通道和泥浆通道。

导流阀驱动总成的压力平衡装置由平衡活塞、恢复弹簧、堵头组成，平衡活塞带有密封；平衡活塞、恢复弹簧装在抗压筒壁上的圆孔中，堵头通过螺纹与圆孔相连，恢复弹簧一端与堵头接触，另一端与平衡活塞接触，并套装在平衡活塞。

抗压筒、导流阀套、驱动电磁铁、平衡活塞及各连接处的阀套密封、防尘圈、阀芯密封、活塞密封、端面密封，形成一密封腔体，内部充满润滑油。

脉冲阀由脉冲阀芯、复位弹簧和脉冲阀座组成，脉冲阀芯安装在脉冲阀座的中心位置，复位弹簧套装在脉冲阀芯上，脉冲阀座与导流阀套通过螺纹相连。

本实用新型具有结构简单、耗能低、制造成本低等优点，可应用在简单的无线随钻测斜系统中，用于产生泥浆脉冲信号，解决地面与井下之间的信息传输的问题。

附图说明

图1为井下泥浆脉冲发生器结构图。

图2为平衡系统放大图。

图3为正常钻井情况下，井下脉冲发生器的工作状态图。

图4为产生脉冲情况下，井下脉冲发生器的工作状态图。

具体实施方式

井下脉冲发生器由主要由导流阀和脉冲阀两部分组成。

参照图1，导流阀由导流阀驱动总成和导流阀套9组成。导流阀驱动总成由抗压筒2、驱动电磁铁1、弹簧3和导流阀芯5组成。驱动电磁铁1通过补偿弹簧17和随钻系统的控制模块19固定在抗压筒2内，导流阀芯5与驱动电磁铁1相连，弹簧3套装在导流阀芯5外面，导流阀套9上端与抗压筒2下端相连，导流阀芯5经过导流阀套9的中心孔进入导流阀套9内，与导流阀套的导流孔27组成导流阀。

参照图2，平衡活塞14、恢复弹簧13、堵头12等构成导流阀驱动总成的平衡系统。平衡活塞14带有密封15，平衡活塞14、恢复弹簧13装在抗压筒2壁上的圆孔中，堵头12通过螺纹与圆孔相连，恢复弹簧13一端与堵头12接触，另一端与平衡活塞14接触，并套装在平衡活塞14。

参照图1，脉冲阀由脉冲阀芯6、脉冲阀座8和复位弹簧7组成。脉冲阀座8上端与导流阀套9下端相连，脉冲阀芯6安装在脉冲阀座8的中心位置，复位弹簧7套装在脉冲阀芯6外面，脉冲阀座8与导流阀套9通过螺纹相连。

抗压筒2与导流阀套9、驱动电磁铁1、平衡活塞14等连接处带有阀套密封4、防尘圈10、阀芯密封11、活塞密封15、端面密封18，从而形成一密封腔体16，内部充满润滑油。

本实用新型实际应用时需要与无线随钻测量系统的其它模块一起工作。如图3所示，井下脉冲发生器上端与无线随钻测量系统的测量模块19、控制模块21和电池模块22等相连，并通过上端的扶正套23和下端的脉冲阀座8使整个系统放置在钻铤短节24的内孔中心，泥浆从钻铤内孔壁与无线随钻测量系统之间的环空中通过。在正常钻进过程中，脉冲发生器的初始状态如图3所示，所有泥浆通过导流阀套9的泥浆通道26流出。当需要产生脉冲信号时，导流阀的驱动电磁铁1根据控制模块19通过信号电缆20传来的控制指令，开始工作，驱动导流阀芯5上移，导流阀芯5与导流孔27脱离，导流通道25打通，泥浆开始通过导流通道25进入导流阀套9，进而推动脉冲阀芯6下移，脉冲阀芯6下移后将堵塞正常的泥浆通道26，如图4所示，这时泥浆流动受阻引起压力升高；当驱动电磁铁1停止工作后，导流阀芯5将在弹簧3的作用下向下移动，将导流孔27堵住，截断导流通道，而脉冲阀芯6因失去来自导流通道的泥浆作用力并在复位弹簧7的作用下向上移动，回到初始位置，正常泥浆通道26打开，泥浆压力下降，恢复正常，从而产生一个正压力脉冲。以上就是脉冲信号的产生过程和原理。

以上给出了本实用新型的一种实现方式及原理，在实际应用时还需要对各部件的具体结构进行详细设计，任何基于本专利原理的其它实现形式都在本专利的范围之内。

Claims (4)

1.一种井下泥浆脉冲发生器，主要由导流阀和脉冲阀组成，其特征为：导流阀在上部，脉冲阀在下部，导流阀的抗压筒(2)与导流阀套(9)相连，导流阀套(9)下端与脉冲阀座(8)相连；导流阀由导流阀驱动总成和导流阀套(9)组成；导流阀驱动总成由驱动电磁铁(1)、抗压筒(2)、导流阀芯(5)、弹簧(3)和压力平衡装置构成，驱动电磁铁(1)固定在抗压筒(2)内，弹簧(3)套装在导流阀芯(5)的外面，导流阀芯(5)与驱动电磁铁(1)相连，并通过导流阀套(9)中心进入导流阀套(9)，与导流阀套(9)的导流孔(27)构成导流阀；导流阀套(9)带有导流通道(25)和泥浆通道(26)。

2.根据权利要求1所述的井下泥浆脉冲发生器，其特征为：导流阀驱动总成的压力平衡装置由平衡活塞(14)、恢复弹簧(13)、堵头(12)组成，平衡活塞(14)带有密封(15)；平衡活塞(14)、恢复弹簧(13)装在抗压筒(2)壁上的圆孔中，堵头(12)通过螺纹与圆孔相连，恢复弹簧(13)一端与堵头(12)接触，另一端与平衡活塞(14)接触，并套装在平衡活塞(14)。

3.根据权利要求1所述的井下泥浆脉冲发生器，其特征为：抗压筒(2)、导流阀套(9)、驱动电磁铁(1)、平衡活塞(14)及各连接处的阀套密封(4)、防尘圈(10)、阀芯密封(11)、活塞密封(15)、端面密封(18)，形成一密封腔体(16)，内部充满润滑油。

4.根据权利要求1所述的一种井下泥浆脉冲发生器，其特征为：脉冲阀由脉冲阀芯(6)、复位弹簧(7)和脉冲阀座(8)组成，脉冲阀芯(6)安装在脉冲阀座(8)的中心位置，复位弹簧(7)套装在脉冲阀芯上，脉冲阀座(8)与导流阀套(9)通过螺纹相连。

Images