專利名稱：井下泥漿正脈沖發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油隨鉆測量領(lǐng)域，涉及一種泥漿脈沖發(fā)生器，尤其涉及一種通過泥漿波傳輸井底測量信號的井下泥漿正脈沖發(fā)生器。
背景技術(shù)：
石油隨鉆測井是利用安裝在鉆鋌內(nèi)的儀器測得鉆井參數(shù)和地層參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)及時調(diào)整鉆頭軌跡，使之沿目的層方向鉆進。由于隨鉆測井獲得的地層參數(shù)最接近地層的原始狀態(tài)，更有利于對復(fù)雜地層的含油、氣評價。隨鉆測井儀器放在無磁鉆鋌內(nèi)，可以測量定向參數(shù)(井斜、方位、工具面角)、地層參數(shù)(伽馬、電阻率、聲速、中子孔隙度、密度等)以及鉆井參數(shù)(鉆壓、扭矩、轉(zhuǎn)速、環(huán)空壓力等)等。隨鉆測井的信號傳輸方式分為有線與無線兩種，有線傳輸包括電纜傳輸、特種鉆桿傳輸及光纖傳輸?shù)?，無線傳輸包括泥衆(zhòng)脈沖、電磁波、聲波等。泥漿脈沖可用于深井并且開發(fā)成本較低，使得泥漿脈沖成為目前廣泛采用的傳輸方式。泥漿脈沖發(fā)生器作為隨鉆測井的核心部分，按其工作原理可分為正脈沖、負(fù)脈沖以及連續(xù)波脈沖發(fā)生器。負(fù)脈沖由于對井壁破壞嚴(yán)重，下井儀器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組裝、操作和維修不便，很少使用。連續(xù)波脈沖的優(yōu)點是傳輸速度快，但其信號相對較弱，受噪聲干擾影響相對較大，對信號處理系統(tǒng)要求較高。泥漿正脈沖發(fā)生器使用最為普遍，它是將被測參數(shù)進行編碼，由它控制泥漿脈沖發(fā)生器的伺服閥，當(dāng)編碼為“I”時，伺服閥上移，使泥漿節(jié)流產(chǎn)生回壓，通過立管的壓力傳感器可檢測到一個正壓力脈沖，當(dāng)編碼為“O”時，伺服閥復(fù)位，使泥漿壓力降至正常。地面設(shè)備通過對立管壓力信號的解碼讀取井下儀器測得的參數(shù)。泥漿脈沖發(fā)生器是隨鉆測井參數(shù)上傳到地面的通道，其可靠性至關(guān)重要，而現(xiàn)有的泥漿脈沖發(fā)生器存在著種種問題，諸如針孔連接方式在井下振動環(huán)境下引起的電氣虛連接，平衡油囊被腐蝕或漏油而導(dǎo)致儀器內(nèi)部壓力不能平衡井下壓力，井斜過大或者下鉆速度過快造成儀器脫鍵而導(dǎo)致無信號的問題，儀器不可打撈，出現(xiàn)卡鉆時儀器報廢等。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種工作可靠以及可用于無線隨鉆系統(tǒng)產(chǎn)生泥漿正脈沖信號的井下泥漿正脈沖發(fā)生器。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明提供了一種井下泥漿正脈沖發(fā)生器，其特殊之處在于所述井下泥漿正脈沖發(fā)生器包括泥漿壓力產(chǎn)生組件以及將泥漿壓力轉(zhuǎn)換為泥漿正脈沖的泥漿正脈沖轉(zhuǎn)換組件；所述泥漿壓力產(chǎn)生組件包括外殼、設(shè)置在外殼內(nèi)壁上的主閥座、設(shè)置在外殼內(nèi)部的并可沿外殼的軸向進行軸向移動的主軸以及套裝在主軸上并與主閥座位置相對應(yīng)的主閥芯；所述外殼包括泥漿入口以及泥漿出口 ；所述泥漿入口通過主閥芯與泥漿出口相貫通；所述主軸的軸向設(shè)置有貫通主軸軸向的軸向通孔；所述軸向通孔的頂部與泥漿入口相貫通；所述泥漿正脈沖轉(zhuǎn)換組件止靠在軸向通孔的底部。上述泥漿正脈沖轉(zhuǎn)換組件包括保護筒、外殼，設(shè)置在外殼內(nèi)部的電磁組件、主彈簧以及動力活塞組件；所述主軸的底部伸入外殼中，所述動力活塞組件螺紋連接在伸入保護筒中的主軸上并沿主軸的軸向與保護筒的內(nèi)壁之間進行軸向移動；所述動力活塞組件與電磁組件之間設(shè)置有空腔；所述主彈簧套裝在主軸上并設(shè)置在動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔中；所述電磁組件止靠在軸向通孔的底部；所述主軸與保護筒之間設(shè)置有縫隙；所述縫隙與泥漿出口相貫通；所述動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔通過動力活塞組件與主軸和保護筒之間所形成的縫隙相貫通；所述軸向通孔的底部通過電磁組件與動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔相貫通。上述動力活塞組件沿軸向向上方向受泥漿作用的面積大于主閥芯在主閥座處沿軸向向下受泥漿作用的面積。上述動力活塞組件包括活塞筒、動力活塞以及設(shè)置在動力活塞上的溢流閥,所述動力活塞組件溢流閥成對設(shè)置在動力活塞上。上述主軸上設(shè)置有螺紋；所述動力活塞組件螺紋連接在主軸上；所述活塞筒固定在保護筒與電磁閥殼體之間；所述動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔通過溢流閥與主軸和保護筒之間所形成的縫隙相貫通。 上述電磁組件包括銜鐵、環(huán)繞設(shè)置在銜鐵周圍的線圈以及作用于銜鐵上并對銜鐵進行斷電復(fù)位的復(fù)位組件；所述銜鐵的前端面呈球頭或弧形；所述銜鐵的前端面止靠在軸向通孔的底部。上述復(fù)位組件包括設(shè)置在銜鐵前端的平衡活塞以及設(shè)置在銜鐵后端的彈簧；所述平衡活塞與銜鐵之間設(shè)置有空腔；所述空腔中灌注有硅油或液壓油。上述泥漿正脈沖轉(zhuǎn)換組件還包括設(shè)置在外殼底部并與外殼相連的下殼體；所述下殼體上的側(cè)壁上設(shè)置有壓差傳感器；所述壓差傳感器與平衡活塞和銜鐵之間所形成的空腔之間設(shè)置有流體通道。上述井下泥漿正脈沖發(fā)生器還包括設(shè)置在主軸頂部的打撈頭；所述軸向通孔的頂部與泥漿入口相貫通的部位設(shè)置有泥漿濾網(wǎng)。上述井下泥漿正脈沖發(fā)生器還包括設(shè)置在外殼上的用于密封外殼與鉆鋌內(nèi)壁的組合密封圈；所述組合密封圈是一道或多道。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明提供了一種井下泥漿正脈沖發(fā)生器，由濾網(wǎng)、主閥、動力活塞、溢流閥、電磁閥、差壓傳感器、航空插頭等組成。本發(fā)明安裝于無磁鉆鋌內(nèi)，由銷釘固定于鉆鋌內(nèi)，可打撈。高壓泥漿推動動力活塞帶動主閥產(chǎn)生正壓力脈沖，動力活塞上設(shè)置有溢流閥，可以調(diào)節(jié)產(chǎn)生脈沖的壓力幅值。電磁閥封裝在一個密閉空間內(nèi)，該密閉空間充滿硅油或液壓油，由平衡活塞平衡儀器內(nèi)外的壓力。由于主閥芯的阻擋作用，主閥上部泥漿壓力較大，高壓泥漿經(jīng)中空主軸引入到動力活塞下部，電磁閥控制該通道的連通與關(guān)閉，當(dāng)電磁閥吸合時，高壓泥漿進入到動力活塞下部，推動動力活塞帶動主閥頭向上運動，在主閥頭上部產(chǎn)生壓力正脈沖，電磁閥斷開后，高壓泥漿的通道被切斷，主閥頭在泥漿的作用下被推開，主閥頭上部壓力恢復(fù)正常。溢流閥控制壓力脈沖的幅值，下部的差壓傳感器判斷地面泥漿泵是否打開，進而判斷泥漿脈沖發(fā)生器是否可以工作。下部航空插頭與下掛儀器軟連接，避免了由于振動引起的電氣虛連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、工作可靠、易于維護，可用于無線隨鉆系統(tǒng)產(chǎn)生泥漿脈沖信號。


圖1是本發(fā)明所提供的井下泥漿正脈沖發(fā)生器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；其中1-打撈頭；2-螺釘；3_主軸座；4_組合密封圈；5_主閥座；6_主閥芯；7-外殼；8-銷孔；9-主軸；10_防轉(zhuǎn)銷；11_保護筒；12_固定筒；13_溢流閥螺釘；14_溢流閥彈簧；15-主彈簧；16_動力活塞；17_電磁閥殼體；18_溢流閥鋼球；19_平衡活塞；20_線圈外殼；21-線圈骨架；22_電磁閥線圈；23_銜鐵；24_彈簧頂桿；25_下殼體；26_彈簧壓板；27_差壓傳感器；28_電磁閥彈簧；29_壓環(huán)；30_卡圈；31_承壓插頭；32_油堵；33_航空插頭；34-錨盤；35_護帽。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種井下泥漿正脈沖發(fā)生器，其特殊之處在于井下泥漿正脈沖發(fā)生器包括泥漿壓力產(chǎn)生組件以及將泥漿壓力轉(zhuǎn)換為泥漿正脈沖的泥漿正脈沖轉(zhuǎn)換組件；泥漿壓力產(chǎn)生組件包括外殼7、設(shè)置在外殼7內(nèi)壁上的主閥座5、設(shè)置在外殼7內(nèi)部的并可沿外殼7的軸向進行軸向移動的主軸9以及套裝在主軸9上并與主閥座5位置相對應(yīng)的主閥芯6 ;外殼7包括泥漿入口以及泥漿出口 ；泥漿入口通過主閥芯6與泥漿出口相貫通；主軸9的軸向設(shè)置有貫通主軸9軸向的軸向通孔；軸向通孔的頂部與泥漿入口相貫通；泥漿正脈沖轉(zhuǎn)換組件止靠在軸向通孔的底部。主閥座5通過固定筒12設(shè)置在外殼7的內(nèi)壁上；固定筒12與外殼7之間設(shè)置有防轉(zhuǎn)銷10。泥漿正脈沖轉(zhuǎn)換組件包括保護筒11，設(shè)置在外殼7內(nèi)部的電磁組件、主彈簧15以及動力活塞組件；主軸9的底部伸入外殼7中，動力活塞組件螺紋連接在伸入保護筒11中的主軸9上并沿主軸9的軸向與保護筒11的內(nèi)壁之間進行軸向移動；動力活塞組件與電磁組件之間設(shè)置有空腔；主彈簧15套裝在主軸9上并設(shè)置在動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔中；電磁組件止靠在軸向通孔的底部；主軸9與保護筒11之間設(shè)置有縫隙；縫隙與泥漿出口相貫通；動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔通過動力活塞組件與主軸9和保護筒11之間所形成的縫隙相貫通；軸向通孔的底部通過電磁組件與動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔相貫通。動力活塞16沿軸向向上方向受泥衆(zhòng)作用的面積大于主閥芯6在主閥座5處沿軸向向下受泥漿作用的面積。動力活塞組件包括動力活塞及設(shè)置在動力活塞上的溢流閥，溢流閥成對設(shè)置在動力活塞上。主軸9上設(shè)置有螺紋；所述動力活塞組件螺紋連接在主軸9上；所述活塞筒固定在保護筒11與電磁閥殼體17之間，動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔通過溢流閥與主軸9和保護筒11之間所形成的縫隙相貫通。電磁組件包括銜鐵23、環(huán)繞設(shè)置在銜鐵23周圍的線圈以及作用于銜鐵23上并對銜鐵23進行斷電復(fù)位的復(fù)位組件；銜鐵23的前端面呈球頭或弧形；銜鐵23的前端面止靠在軸向通孔的底部。復(fù)位組件包括設(shè)置在銜鐵23前端的平衡活塞19以及設(shè)置在銜鐵23后端的彈簧；平衡活塞19與銜鐵23之間設(shè)置有空腔；空腔中灌注有硅油或液壓油。泥漿正脈沖轉(zhuǎn)換組件還包括設(shè)置在外殼7底部并與外殼7相連的下殼體25 ;下殼體25上的側(cè)壁上設(shè)置有差壓傳感器27 ;差壓傳感器27與平衡活塞19和銜鐵23之間所形成的空腔之間設(shè)置有流體通道。電磁閥彈簧28由卡圈30限制軸向位置，下殼體25上設(shè)置有用于固定承壓插頭31的壓環(huán)29。井下泥漿正脈沖發(fā)生器還包括設(shè)置在主軸9頂部的打撈頭I ;軸向通孔的頂部與泥漿入口相貫通的部位設(shè)置有泥漿濾網(wǎng)。井下泥漿正脈沖發(fā)生器還包括設(shè)置在外殼7上的用于密封外殼7與鉆鋌內(nèi)壁的組合密封圈4 ;組合密封圈4是一道或多道。如圖1所示，本發(fā)明所提供的泥漿正脈沖發(fā)生器主要由泥漿濾網(wǎng)1、主閥座5、主閥芯6、動力活塞16、溢流閥13-14-18、電磁閥17-20-21-22-23、差壓傳感器27、航空插頭33等組成。本發(fā)明安裝于無磁鉆鋌內(nèi)，在銷孔8處由銷釘固定于鉆鋌內(nèi)，卡鉆時通過打撈頭提拉，銷釘被剪斷后可將儀器安全地取出。泥漿濾網(wǎng)I通過螺紋連接在主軸座3上，主軸座3和外殼7由螺釘2固定，泥漿脈沖發(fā)生器與鉆鋌之間由組合密封圈4進行密封，以減小泥漿對儀器的沖刷。主軸座3下方依次是主閥座5、固定筒12、保護筒11，主閥芯6裝在主軸9上，動力活塞16與主軸9螺紋連接，溢流閥螺釘13、溢流閥彈簧14、溢流閥鋼球18安裝在動力活塞16上，通過調(diào)整溢流閥螺釘13可以調(diào)整溢流閥開啟壓力，控制產(chǎn)生泥漿脈沖的幅值，主彈簧15為動力活塞16上移儲能。電磁閥外殼17、線圈外殼20、線圈骨架21以及電磁閥線圈22、銜鐵23組成電磁閥，電磁閥安裝在一個密閉空間，并充滿硅油或液壓油，平衡活塞19用于平衡電磁閥密閉空間與外部的壓力，彈簧頂桿24與電磁閥彈簧28為銜鐵復(fù)位提供啟動力。彈簧頂桿24與電磁閥彈簧28之間還設(shè)置有彈簧壓板26。差壓傳感器27感知泥漿脈沖發(fā)生器內(nèi)部與外部的壓力差，從而判斷地面泥漿泵的開或停，進一步控制泥漿脈沖發(fā)生器是否可以工作。下殼體25內(nèi)部還設(shè)置有用于與其它儀器相連的航空插頭33以及承壓插頭31。在下殼體25的外壁上還設(shè)置有錨盤34以及在下殼體25的底部設(shè)置有護帽35。在下殼體25的側(cè)壁上設(shè)置有用于封堵平衡活塞19和銜鐵23之間所形成的空腔的油堵32。當(dāng)泥漿循環(huán)時，由于主閥芯對泥漿的阻擋作用，主閥上部泥漿壓力較大，高壓泥漿經(jīng)中空主軸引入到動力活塞下部，而電磁閥控制該通道的連通與關(guān)閉，當(dāng)電磁閥吸合時，高壓泥漿進入到動力活塞下部，推動動力活塞帶動主閥頭向上運動，在主閥頭上部產(chǎn)生壓力正脈沖，電磁閥斷開后，高壓泥漿的通道被切斷，主閥頭在泥漿的作用下被推開，主閥頭上部壓力恢復(fù)正常。當(dāng)泥漿泵開啟時，主閥芯6對泥漿循環(huán)產(chǎn)生阻擋作用，導(dǎo)致主閥芯6上部泥漿壓力較下部泥漿壓力大，差壓傳感器27感知此壓力差，認(rèn)為泥漿脈沖發(fā)生器可以工作，高壓泥漿經(jīng)中空主軸流入到動力活塞下部，電磁閥控制該通道的連通與關(guān)閉，電磁閥接收驅(qū)動器的驅(qū)動信號，當(dāng)電磁閥吸合時，高壓泥漿進入到動力活塞下部，由于存在壓差，且受壓力面積不等，泥漿推動動力活塞帶動主閥頭向上運動，在主閥頭上部產(chǎn)生壓力正脈沖，電磁閥斷開后，高壓泥漿的通道被切斷，主閥頭在泥漿的作用下被推開，主閥頭上部壓力恢復(fù)正常。地面設(shè)備接收立管壓力信號，經(jīng)過解碼取得隨鉆儀器測得的參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種井下泥漿正脈沖發(fā)生器，其特征在于所述井下泥漿正脈沖發(fā)生器包括泥漿壓力產(chǎn)生組件以及將泥漿壓力轉(zhuǎn)換為泥漿正脈沖的泥漿正脈沖轉(zhuǎn)換組件；所述泥漿壓力產(chǎn)生組件包括外殼、設(shè)置在外殼內(nèi)壁上的主閥座、設(shè)置在外殼內(nèi)部的并可沿外殼的軸向進行軸向移動的主軸以及套裝在主軸上并與主閥座位置相對應(yīng)的主閥芯；所述外殼包括泥漿入口以及泥漿出口 ；所述泥漿入口通過主閥芯與泥漿出口相貫通；所述主軸的軸向設(shè)置有貫通主軸軸向的軸向通孔；所述軸向通孔的頂部與泥漿入口相貫通；所述泥漿正脈沖轉(zhuǎn)換組件止靠在軸向通孔的底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下泥漿正脈沖發(fā)生器，其特征在于所述泥漿正脈沖轉(zhuǎn)換組件包括保護筒、外殼，設(shè)置在外殼內(nèi)部的電磁組件、主彈簧以及動力活塞組件；所述主軸的底部伸入外殼中，所述動力活塞組件螺紋連接在伸入保護筒中的主軸上并沿主軸的軸向與保護筒的內(nèi)壁之間進行軸向移動；所述動力活塞組件與電磁組件之間設(shè)置有空腔；所述主彈簧套裝在主軸上并設(shè)置在動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔中；所述電磁組件止靠在軸向通孔的底部；所述主軸與保護筒之間設(shè)置有縫隙；所述縫隙與泥漿出口相貫通；所述動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔通過動力活塞組件與主軸和保護筒之間所形成的縫隙相貫通；所述軸向通孔的底部通過電磁組件與動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔相貫通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下泥漿正脈沖發(fā)生器，其特征在于所述動力活塞組件沿軸向向上方向受泥漿作用的面積大于主閥芯在主閥座處沿軸向向下受泥漿作用的面積。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的井下泥漿正脈沖發(fā)生器，其特征在于所述動力活塞組件包括活塞筒、動力活塞以及設(shè)置在動力活塞上的溢流閥，動力活塞組件溢流閥成對設(shè)置在動力活塞上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的井下泥漿正脈沖發(fā)生器，其特征在于所述主軸上設(shè)置有螺紋；所述動力活塞組件螺紋連接在主軸上；所述動力活塞組件與電磁組件之間所形成的空腔通過溢流閥與主軸和保護筒之間所形成的縫隙相貫通。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5任一權(quán)利要求所述的井下泥漿正脈沖發(fā)生器，其特征在于所述電磁組件包括銜鐵、環(huán)繞設(shè)置在銜鐵周圍的線圈以及作用于銜鐵上并對銜鐵進行斷電復(fù)位的復(fù)位組件；所述銜鐵的前端面呈球頭或弧形；所述銜鐵的前端面止靠在軸向通孔的底部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井下泥漿正脈沖發(fā)生器，其特征在于所述復(fù)位組件包括設(shè)置在銜鐵前端的平衡活塞以及設(shè)置在銜鐵后端的彈簧；所述平衡活塞與銜鐵之間設(shè)置有空腔；所述空腔中灌注有硅油或液壓油。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的井下泥漿正脈沖發(fā)生器，其特征在于所述泥漿正脈沖轉(zhuǎn)換組件還包括設(shè)置在外殼底部并與外殼相連的下殼體；所述下殼體上的側(cè)壁上設(shè)置有壓差傳感器；所述壓差傳感器與平衡活塞和銜鐵之間所形成的空腔之間設(shè)置有流體通道。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的井下泥漿正脈沖發(fā)生器，其特征在于所述井下泥漿正脈沖發(fā)生器還包括設(shè)置在主軸頂部的打撈頭；所述軸向通孔的頂部與泥漿入口相貫通的部位設(shè)置有泥漿濾網(wǎng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的井下泥漿正脈沖發(fā)生器，其特征在于所述井下泥漿正脈沖發(fā)生器還包括設(shè)置在外殼上的用于密封外殼與鉆鋌內(nèi)壁的組合密封圈；所述組合密封圈是一道或 多道。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種井下泥漿正脈沖發(fā)生器，該井下泥漿正脈沖發(fā)生器包括泥漿壓力產(chǎn)生組件以及將泥漿壓力轉(zhuǎn)換為泥漿正脈沖的泥漿正脈沖轉(zhuǎn)換組件；泥漿壓力產(chǎn)生組件包括外殼、設(shè)置在外殼內(nèi)壁上的主閥座、設(shè)置在外殼內(nèi)部的并可沿外殼的軸向進行軸向移動的主軸以及套裝在主軸上并與主閥座位置相對應(yīng)的主閥芯；外殼包括泥漿入口以及泥漿出口；泥漿入口通過主閥芯與泥漿出口相貫通；主軸的軸向設(shè)置有貫通主軸軸向的軸向通孔；軸向通孔的頂部與泥漿入口相貫通；泥漿正脈沖轉(zhuǎn)換組件止靠在軸向通孔的底部。本發(fā)明提供了一種工作可靠以及可用于無線隨鉆系統(tǒng)產(chǎn)生泥漿正脈沖信號的井下泥漿正脈沖發(fā)生器。
文檔編號E21B47/24GK103015990SQ20121057867
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者張亞軍, 李曉東, 郭留洋, 曹海軍, 劉立揚 申請人:西安思坦儀器股份有限公司