本發(fā)明涉及石油鉆井通信，具體涉及一種磁力耦合型石油鉆井用脈沖發(fā)生器。

背景技術(shù)：

1、石油鉆井過程中，有效的信號傳遞至關(guān)重要，現(xiàn)有技術(shù)中，鉆井液的流量和流速調(diào)節(jié)通常不夠靈活，導致信號傳遞效率低下，因此，需要一種能在復雜井下環(huán)境中準確控制鉆井液脈沖的技術(shù)。

2、中國發(fā)明專利公開號為cn104334831a的專利文獻公開了一種用于通過生成被編碼以包含信息的壓力脈沖將信息從井中的井下傳輸?shù)降乇淼男D(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，該旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器包括具有葉片的轉(zhuǎn)子，取決于轉(zhuǎn)子的圓周取向，所述葉片能夠?qū)⒆兓枞x予通過定子通道的鉆井流體的流動，使得由馬達產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)生成編碼的壓力脈沖，彈簧朝著定子偏壓轉(zhuǎn)子從而減小轉(zhuǎn)子和定子之間的軸向間隙，當跨轉(zhuǎn)子的壓降變得過度時，例如當增加鉆井流體流量或從高數(shù)據(jù)速率切換到低數(shù)據(jù)速率傳輸模式時，彈簧偏壓被克服從而增加軸向間隙并且減小跨轉(zhuǎn)子的壓降，由此自動地減小軸承上的推力負荷。該旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器在實際應用時，通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)生成編碼的壓力脈沖進行信號傳遞，但該技術(shù)在實際應用中仍然存在如下技術(shù)問題：

3、1、流量控制的靈活性和精確性不足

4、該旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器依賴轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)鉆井液的流動，通過改變轉(zhuǎn)子的圓周取向來生成編碼的壓力脈沖，但這種基于機械旋轉(zhuǎn)的調(diào)節(jié)方式在精確控制流量時存在一定的局限性。具體原因為：

5、（1）機械慣性：轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和葉片的阻塞是機械動作，受限于機械慣性，響應速度較慢，導致無法實現(xiàn)對瞬時流量的精確調(diào)控。

6、（2）彈簧偏壓的限制：該旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器依賴彈簧來控制轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙，而彈簧偏壓的調(diào)節(jié)存在滯后效應，導致在快速變化的工況下無法及時調(diào)整，降低了流量控制的精度。

7、（3）受限于固定通道設(shè)計：鉆井流體的流動僅通過定子通道，且通道的形狀和大小固定，無法根據(jù)實際需求進行靈活調(diào)整，導致流量控制不夠精準。

8、2、高數(shù)據(jù)速率與低數(shù)據(jù)速率傳輸模式切換時的性能限制

9、該旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器在高數(shù)據(jù)速率和低數(shù)據(jù)速率傳輸模式之間切換時，旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器的性能容易受到影響，無法保證穩(wěn)定的信號傳輸。具體原因為：

10、（1）轉(zhuǎn)子的調(diào)節(jié)范圍有限：轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和葉片的調(diào)節(jié)范圍有限，當從高數(shù)據(jù)速率切換到低數(shù)據(jù)速率時，系統(tǒng)需要迅速改變脈沖信號的頻率或強度，然而轉(zhuǎn)子的慣性使得這種切換過程不夠平滑，容易出現(xiàn)信號波動或中斷。

11、（2）軸向間隙調(diào)整滯后：在高數(shù)據(jù)速率模式下，流量增加會導致跨轉(zhuǎn)子的壓降變大，彈簧偏壓被克服后增加了軸向間隙，然而這種調(diào)整過程相對緩慢，導致在切換到低數(shù)據(jù)速率模式時，軸向間隙的調(diào)整跟不上需求，影響了信號的穩(wěn)定性。

12、（3）機械磨損的影響：頻繁的速率切換會加劇轉(zhuǎn)子與定子之間的摩擦磨損，尤其是在高壓或高流速條件下，進一步降低了設(shè)備的響應速度和調(diào)節(jié)精度，進而影響信號傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

13、3、局限性的應用場景

14、（1）復雜井下環(huán)境：在井下復雜環(huán)境中，如多變的地質(zhì)條件和不穩(wěn)定的鉆井液流速，機械調(diào)節(jié)的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器難以迅速適應這些變化，導致信號傳輸過程中的靈活性和準確性受到限制。

15、（2）高壓作業(yè)：在高壓鉆井作業(yè)中，鉆井液流速高且變化頻繁，旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器的機械部件易于受損，且難以保持穩(wěn)定的信號輸出，特別是在需要高頻脈沖信號時，表現(xiàn)尤為明顯。

16、綜上可知，上述現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器在面對流量控制的靈活性、精確性，以及在高低數(shù)據(jù)速率傳輸模式切換時的響應能力上，存在較明顯的性能限制，主要源于其機械調(diào)節(jié)方式的固有局限性和滯后效應，因而有必要提供一種新技術(shù)以解決上述技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供了一種磁力耦合型石油鉆井用脈沖發(fā)生器，本發(fā)明通過磁力耦合機制，結(jié)合電磁感應原理，能夠以更為靈活和精確的方式來控制鉆井液的流量和流速，達到了有效提高信號傳遞效率和準確性的目的。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種磁力耦合型石油鉆井用脈沖發(fā)生器，包括從上至下依次螺紋固定的上殼體、中殼體和下殼體；其中，

4、所述下殼體內(nèi)固定有出液管，出液管的內(nèi)壁上部固定有下支架，下支架上方固定有下線圈組；

5、所述上殼體內(nèi)固定有控制器和進液管，進液管內(nèi)固定有上支架，上支架下端固定連接有上線圈組，上線圈組和下線圈組均與控制器電性連接，上線圈組下方設(shè)有活動的上調(diào)節(jié)板，上調(diào)節(jié)板上開設(shè)有多個上通孔，多個上通孔圍繞上調(diào)節(jié)板軸線均勻分布；上調(diào)節(jié)板的中部固定有上調(diào)節(jié)軸，上調(diào)節(jié)軸沿上調(diào)節(jié)板軸線方向向上活動貫穿上線圈組和上支架后延伸至上支架上方；上調(diào)節(jié)板下方設(shè)有下調(diào)節(jié)板，下調(diào)節(jié)板上開設(shè)有多個與上通孔一一對應的下通孔，下調(diào)節(jié)板的中部固定有向下活動貫穿下線圈組和下支架的下調(diào)節(jié)軸；下調(diào)節(jié)板與下線圈組之間設(shè)有復位彈簧，復位彈簧套設(shè)在下調(diào)節(jié)軸上，下調(diào)節(jié)板在復位彈簧的作用下抵接上調(diào)節(jié)板；上調(diào)節(jié)軸上和下調(diào)節(jié)軸上均固定有多個第二磁體，上線圈組與上調(diào)節(jié)軸上的第二磁體配合構(gòu)成用于控制上調(diào)節(jié)板轉(zhuǎn)動的上磁力耦合結(jié)構(gòu)，下線圈組與下調(diào)節(jié)軸上的第二磁體配合構(gòu)成用于控制下調(diào)節(jié)板轉(zhuǎn)動的下磁力耦合結(jié)構(gòu)，上磁力耦合結(jié)構(gòu)與下磁力耦合結(jié)構(gòu)配合可調(diào)節(jié)上通孔與下通孔之間的重合面積。

6、所述進液管內(nèi)壁上位于上支架下端部分開設(shè)有對稱的滑槽和多個滑環(huán)，滑槽沿進液管軸線方向向下貫穿進液管，多個滑環(huán)沿進液管軸線方向均勻分布，且滑環(huán)與滑槽垂直相交；所述上調(diào)節(jié)板的周向側(cè)面上對稱固定有與滑槽相對應的卡塊，卡塊分別與滑槽和滑環(huán)滑動連接。

7、所述上線圈組和下線圈組均包括定子和線圈，線圈包括分別固定在定子內(nèi)側(cè)的內(nèi)線圈和固定在定子外側(cè)的外線圈，上線圈組的定子固定在上支架上，上調(diào)節(jié)軸貫穿上線圈組的定子，上線圈組通過定子和線圈與上調(diào)節(jié)軸上的第二磁體配合構(gòu)成上磁力耦合結(jié)構(gòu)；下線圈組的定子固定在下支架上，下調(diào)節(jié)軸貫穿下線圈組的定子，下線圈組通過定子和線圈與下調(diào)節(jié)軸上的第二磁體配合構(gòu)成下磁力耦合結(jié)構(gòu)。

8、所述上線圈組的定子上轉(zhuǎn)動連接有上葉輪，所述下線圈組的定子上轉(zhuǎn)動連接有下葉輪，上葉輪上和下葉輪上均固定有多個第一磁體，上葉輪上的第一磁體與上線圈組上的線圈配合形成第一電磁發(fā)電結(jié)構(gòu)，下葉輪上的第一磁體與下線圈組上的線圈配合形成第二電磁發(fā)電結(jié)構(gòu)。

9、所述上葉輪和下葉輪均具有通孔、內(nèi)環(huán)面和外環(huán)面，上葉輪通過通孔轉(zhuǎn)動套設(shè)在上線圈組上，下葉輪通過通孔轉(zhuǎn)動套設(shè)在下線圈組上，上葉輪上的第一磁體分別均勻固定在內(nèi)環(huán)面上和外環(huán)面上，下葉輪上的第一磁體分別均勻固定在內(nèi)環(huán)面上和外環(huán)面上。

10、所述下殼體與出液管之間固定有與控制器電性連接的下感應線圈，下感應線圈位于下葉輪四周，且下感應線圈與下葉輪上的第一磁體配合形成第三電磁發(fā)電結(jié)構(gòu)。

11、所述下調(diào)節(jié)板與下線圈組的相對端分別固定有上卡環(huán)和下卡環(huán)，上卡環(huán)與下卡環(huán)之間連接有可轉(zhuǎn)動的柔性防護套。

12、所述中殼體的上下兩端分別通過斜面螺紋固定在上殼體內(nèi)和下殼體內(nèi)，且進液管的內(nèi)徑與出液管的內(nèi)徑相同，中殼體的內(nèi)徑大于進液管的內(nèi)徑。

13、所述上殼體與進液管之間固定有上感應線圈，上感應線圈與控制器電性連接；所述下調(diào)節(jié)板的周向側(cè)面上固定連接有多個第三磁體，多個第三磁體圍繞下調(diào)節(jié)板軸線均勻分布；下調(diào)節(jié)板轉(zhuǎn)動時，第三磁體與上感應線圈配合形成電磁感應結(jié)構(gòu)。

14、所述上感應線圈的上端位于上支架上側(cè)，上感應線圈的下端位于進液管下側(cè)。

15、采用本發(fā)明的優(yōu)點在于：

16、1.精微化的鉆井液流量管理與脈沖信號生成；鉆井液通過進液管流入，并通過可調(diào)的上通孔和下通孔相對位置的變化，精密控制鉆井液流量，實現(xiàn)了對流速的按需調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)能力不僅限于連續(xù)流控，還包括了間歇性的通斷控制，由此產(chǎn)生了不同強度和模式的脈沖信號，對應多種地下作業(yè)場景的需求，當需要增強脈沖信號強度時，下線圈組受控制器指令驅(qū)動，通過下磁力耦合結(jié)構(gòu)帶動下調(diào)節(jié)軸和下調(diào)節(jié)板轉(zhuǎn)動，改變上通孔和下通孔的重合面積，以此來增減鉆井液的瞬時流量，實現(xiàn)精準的脈沖信號輸出強度調(diào)控。

17、2.高度靈活性與自適應能力；上調(diào)節(jié)板與下調(diào)節(jié)板的位置調(diào)整采用鎖定和滑動機構(gòu)設(shè)計，上線圈組驅(qū)動卡塊切換在滑槽和滑環(huán)之間，實現(xiàn)上調(diào)節(jié)板的鎖定與解鎖，確保在各種工況下都能快速響應和精確調(diào)節(jié)，設(shè)備還配備了復位彈簧，即使在極端工況下需要大幅度改變鉆井液流通狀態(tài)時，也能確保上調(diào)節(jié)板和下調(diào)節(jié)板自動復位，維持設(shè)備正常工作秩序，增強了系統(tǒng)的魯棒性和自適應性。

18、3.能量回收與自給自足系統(tǒng)；通過能量回收機制，鉆井液流經(jīng)中殼體和下殼體時，其動能被上葉輪和下葉輪捕獲，固定在這兩個葉輪上第一磁體轉(zhuǎn)動并產(chǎn)生交變磁場，與定子上的內(nèi)線圈和外線圈之間形成電磁感應，從而將機械能轉(zhuǎn)換為電能，為控制器供電，達到了節(jié)能和自供能的目的。

19、4.雙重信號傳輸機制確保信息可靠傳遞；在常規(guī)鉆井液脈沖信號不足以應對復雜工況時，本發(fā)明額外設(shè)計引入了由第三磁體與上感應線圈配合形成的電磁感應結(jié)構(gòu)，下調(diào)節(jié)板上的多個第三磁體在下線圈組的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，能夠利用電磁感應原理直接向外界發(fā)射電磁信號，從而確保在任何情況下信息都能高效、準確地傳遞到地面控制系統(tǒng)。

20、5.集成化與模塊化設(shè)計；采用分體式殼體結(jié)構(gòu)，使得設(shè)備更易于拆卸安裝和維護，且整體結(jié)構(gòu)緊湊，適應井下狹小空間內(nèi)的安裝和操作要求。例如，中殼體較大的內(nèi)徑設(shè)計不僅有利于鉆井液順暢流動，也為內(nèi)部各部件提供了充足的活動空間。

21、6.智能化控制與自動化操作；整個系統(tǒng)與控制器緊密電性連接，實現(xiàn)了鉆井液流量、脈沖信號。

22、7.本發(fā)明通過磁力耦合機制，結(jié)合電磁感應原理，實現(xiàn)對鉆井液脈沖的精準調(diào)控，以及在必要時直接通過電磁感應傳遞信號，克服了現(xiàn)有技術(shù)中流量控制的局限性，提高了信號傳遞的靈活性和準確性，特別適用于復雜的井下工作環(huán)境。本發(fā)明的應用將有助于深井及超深井的鉆進工作，有助于大大提高隨鉆測量系統(tǒng)等利用泥漿傳輸數(shù)據(jù)的能力，在未來3-5年將具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。