一種產(chǎn)生連續(xù)波信號(hào)發(fā)生器閥口特性模擬試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油氣隨鉆測(cè)量或隨鉆測(cè)井中鉆井液壓力脈沖信號(hào)產(chǎn)生裝置，特別是產(chǎn) 生鉆井液連續(xù)波信號(hào)裝置，目的是對(duì)產(chǎn)生連續(xù)波信號(hào)的閥口特性進(jìn)行研究，最終實(shí)現(xiàn)井下 信息快速、高效傳播。
【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀(jì)80年代末，大斜度井、定向井和水平井鉆井活動(dòng)十分活躍，隨之隨鉆測(cè)量技 術(shù)也開(kāi)始了迅猛的發(fā)展。從目前應(yīng)用情況來(lái)看，鉆井液壓力脈沖信號(hào)傳輸應(yīng)用廣泛，按照信 號(hào)發(fā)生機(jī)理，MWD液壓信號(hào)發(fā)生器可分為泄流型（負(fù)脈沖信號(hào)發(fā)生器)和節(jié)流型(包括正脈沖 和連續(xù)信號(hào)發(fā)生器)兩種基本類型。但是正脈沖和負(fù)脈沖傳輸方式的傳輸速率較低，并且沒(méi) 有很好的抗干擾能力，容易受到外界環(huán)境的影響造成數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)偏差從而造成誤碼。相 對(duì)而言，連續(xù)波方式傳輸速率高，并且抗干擾能力強(qiáng)。目前從國(guó)外研究情況來(lái)看，只有斯倫 貝謝公司擁有連續(xù)波信號(hào)發(fā)生器的商業(yè)產(chǎn)品，該儀器采用連續(xù)波泥漿脈沖傳輸方式傳送脈 沖信號(hào)，發(fā)射頻率24Hz，最高傳輸速率12bit/s，數(shù)據(jù)傳輸速度比較快，比正脈沖傳輸方式的 傳輸速度提高了近10倍，而且操作簡(jiǎn)單，方便維修，無(wú)故障時(shí)間平均可達(dá)l〇〇〇h。在國(guó)內(nèi)，連 續(xù)波信號(hào)發(fā)生器研究類型主要包括旋轉(zhuǎn)閥信號(hào)發(fā)生器和擺動(dòng)轉(zhuǎn)閥式信號(hào)發(fā)生器，但是兩種 類型的信號(hào)發(fā)生器都存在著電能消耗大、轉(zhuǎn)閥沖蝕嚴(yán)重、閥口過(guò)流面積受空間限制的缺點(diǎn)。 所以研發(fā)一種耗電少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能產(chǎn)生連續(xù)波信號(hào)的發(fā)生器具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對(duì)【背景技術(shù)】中存在的問(wèn)題，提供一種由閥芯往復(fù)運(yùn)動(dòng)打開(kāi)或關(guān) 閉特定形狀的閥口來(lái)產(chǎn)生連續(xù)壓力波信號(hào)的試驗(yàn)裝置，主要測(cè)量閥口流量系數(shù)Cd及驗(yàn)證閥 口理論推導(dǎo)形狀是否能夠產(chǎn)生連續(xù)波。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，對(duì)產(chǎn)生連續(xù)壓力波閥口形狀特性進(jìn)行模擬試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)。 該試驗(yàn)裝置主要由泥漿栗、法蘭連接管總成1、法蘭連接管總成2、閥口試驗(yàn)總成、數(shù)據(jù)測(cè)量 設(shè)備及數(shù)據(jù)采集裝置組成。實(shí)驗(yàn)裝置核心主體為試驗(yàn)總成，它是研究連續(xù)壓力波產(chǎn)生特性 及不同閥口形狀對(duì)連續(xù)壓力波產(chǎn)生因素進(jìn)行分析的重要裝置。試驗(yàn)總成包括閥結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)。閥結(jié)構(gòu)由閥外套、閥芯、閥座、卡環(huán)、中心軸、后蓋、管接頭、密封圈、螺母、螺栓組成;驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由支撐桿、推動(dòng)軸、固定圓盤、圓盤卡座、壓緊螺母組成。驅(qū)動(dòng)原理是推動(dòng)軸和圓 盤卡座通過(guò)螺紋連接，通過(guò)旋轉(zhuǎn)推動(dòng)軸，將推動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)中 心軸帶動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)。數(shù)據(jù)測(cè)量設(shè)備有電磁流量計(jì)、壓力變送器、壓力表，電子數(shù)顯百分表。數(shù) 據(jù)采集卡對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，后期用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
[0005] 本發(fā)明中閥芯和閥座是產(chǎn)生連續(xù)壓力波信號(hào)的直接部件，其產(chǎn)生機(jī)理是閥芯和閥 座的圓柱側(cè)壁加工有一定形狀的閥口，閥芯安裝在閥座內(nèi)部，閥芯外壁和閥座內(nèi)壁通過(guò)間 隙配合產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)閥口面積大小的控制（如圖4)，從而對(duì)流過(guò)閥口的流體實(shí)現(xiàn)節(jié) 流的作用，進(jìn)而產(chǎn)生壓力波。利用流量壓力特性方程關(guān)系(式1)便可求出壓力和閥口面積的 關(guān)系式，此式作為推導(dǎo)_ 口形狀的依據(jù)。
[0006]
⑴
[0007] 本發(fā)明的閥口形狀推導(dǎo)過(guò)程首先是確定閥芯往復(fù)運(yùn)動(dòng)，閥芯運(yùn)動(dòng)滿足速度先加速 后減速為零，反向加速后再減速為零，以此循環(huán)往復(fù)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。然后將預(yù)期得到的信號(hào)壓 力波用方程表示出來(lái)，將運(yùn)動(dòng)位移和閥口面積關(guān)系運(yùn)用積分求解后再與流量壓力特性方程 式（1)聯(lián)立，最后再求導(dǎo)去掉積分符號(hào)便求得方程閥口形狀方程。但是理論推導(dǎo)出的閥口形 狀是一個(gè)較為復(fù)雜的曲線，為了能夠滿足工藝上閥口的加工要求，先要對(duì)所求曲線進(jìn)行擬 合處理，盡量使得閥口形狀由簡(jiǎn)單的直線構(gòu)成，最后按照處理后的閥口形狀加工在閥座管 壁上進(jìn)行后期試驗(yàn)。
[0008] 基于產(chǎn)生連續(xù)波壓力信號(hào)的閥口形狀推導(dǎo)過(guò)程如下：
[0009] ⑴閥芯往復(fù)運(yùn)動(dòng)方程:h = g(t)，反函數(shù)為t = g-Hh);
[0010] 式中，h為閥芯往復(fù)運(yùn)動(dòng)位移，m; t為往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間，s。
[0011] 閥芯運(yùn)動(dòng)滿足速度先加速后減速為零，反向加速后再減速為零，以此循環(huán)往復(fù)運(yùn) 動(dòng)。
[0012] (2)預(yù)期得到的理想正弦連續(xù)波方程：^ =以!1(2；^+妁+&，其中〃 =^^^，
[0013] 式中，Pmax、Pmin為預(yù)期壓力信號(hào)最大、最小值，Mpa，為壓力信號(hào)的初始相位，rad; ω壓力信號(hào)頻率，Hz。
[0014] (3)假設(shè)閥口曲線為f(x)，當(dāng)閥芯運(yùn)動(dòng)到x = h時(shí)，按照?qǐng)D2坐標(biāo)系積分求得單一閥 口的通流面積A。
[0015]
[0016] (4)依據(jù)式（1)建立如下方程關(guān)系式：
[0017]
[0018]式中，Ao為單一閥口總面積，nfSn為單層閥口數(shù)量，個(gè);L為閥口層數(shù)，層;Cd為閥口 流量系數(shù)，無(wú)量綱。
[0019] (5)求解閥口形狀曲線方程：
[0020]
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)就在于對(duì)理論推導(dǎo)的閥口形狀進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證能否產(chǎn)生連續(xù)壓力波， 目的性強(qiáng)，最終減少了試驗(yàn)次數(shù)；同時(shí)加工在管壁上的閥口不受空間限制，可以在管壁成形 有多排閥口，壓力可調(diào)范圍較大;該試驗(yàn)裝置還可以作為其他閥口的測(cè)試平臺(tái)，只需要把設(shè) 計(jì)成某形狀的閥芯進(jìn)行更換即可，方便簡(jiǎn)潔實(shí)用。
【附圖說(shuō)明】
[0022]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明；
[0023]圖1是閥口特性模擬試驗(yàn)裝置圖；
[0024]圖2是推導(dǎo)閥口形狀建立的坐標(biāo)系示意圖 [0025]圖3是閥口形狀曲線理論推導(dǎo)舉例；
[0026] 圖4閥芯和閥座配合結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖5是某一閥座側(cè)面閥口展開(kāi)圖。
[0028]圖中：01、法蘭連接管總成1 02、法蘭連接管總成2 03、前蓋04、閥外套05、閥座 06、閥芯07、卡環(huán)08、中心軸09、支撐桿10、推動(dòng)軸11、固定圓盤12、圓盤卡座;B01、入 口端法蘭連接螺母B02、凹凸面法蘭纏繞式墊片B03、入口端法蘭連