CN109723433A - 井下连续波泥浆脉冲发生器 - Google Patents

Abstract

井下连续波泥浆脉冲发生器，包括筒状的壳体，壳体设有主轴，主轴的下端设有竖管，竖管的上端与主轴下端轴承活动连接，竖管的下端与壳体的下端内部固定连接，主轴的下端面中间开设盲孔，壳体内顶部固定安装竖向的防水电机，防水电机的输出轴的下端与主轴的上端固定连接。本发明通过简单且巧妙的设计对本发明瞬间承受的高压实现了缓冲，使承受的泥浆高压曲线不会呈阶梯状瞬间增大而是呈缓和的连续曲线变化，可以有效的保护本发明免受瞬间高压的冲击损伤，还不会影响泥浆脉冲的强度，可以提高本发明与钻铤之间的安装牢固程度，避免设备脱落的情况的发生。

Description

井下连续波泥浆脉冲发生器

技术领域

本发明属于石油随钻测量装置领域，具体地说是一种井下连续波泥浆脉冲发生器。

背景技术

泥浆脉冲发生器作为随钻测量的核心部分，按其工作原理可分为：正脉冲、负脉冲以及连续波脉冲发生器。负脉冲由于对井壁破坏严重，下井仪器的结构复杂，组装、操作和维修不便，很少使用。泥浆正脉冲发生器使用普遍，但是传输速率较低，随着技术的发展，已不能满足大数据量传输的需要。连续波泥浆脉冲发生器的优点是传输速度快，是目前重点发展的技术之一。连续波***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。工作过程中，高压钻井液通过连续波泥浆脉冲发生器内部，使用过程中，内部的部件需要承受周期性瞬间增加的高压，容易损坏，影响泥浆脉冲发生器的整体使用寿命。

发明内容

本发明提供一种井下连续波泥浆脉冲发生器，用以解决现有技术中的缺陷。

本发明通过以下技术方案予以实现：

井下连续波泥浆脉冲发生器，包括筒状的壳体，壳体设有主轴，主轴的下端设有竖管，竖管的上端与主轴下端轴承活动连接，竖管的下端与壳体的下端内部固定连接，主轴的下端面中间开设盲孔，壳体内顶部固定安装竖向的防水电机，防水电机的输出轴的下端与主轴的上端固定连接，主轴的中部外周固定套装转子筒，转子筒外周套设定子筒，定子筒的下端与壳体内壁通过环形板固定连接，环形板８与定子筒７为一体结构，转子筒左右两侧对称开设转子侧孔，定子筒侧面对应转子侧孔的位置均开设定子侧，转子筒外侧面与定子筒内壁接触配合，盲孔内部下端设有第一竖轴，第一竖轴上套设套管，套管上固定套装连接套，连接套的外圈与盲孔的内壁固定连接，第一竖轴的上端安装活塞柱，第一竖轴与套管内壁接触配合，第一竖轴能沿套管上下移动，活塞柱与连接套之间形成密闭的第一腔体，活塞柱与盲孔内顶部之间形成第二腔体，第二腔体的侧面开设数个第一通孔，第一通孔位于转子筒的上端上部，第一竖轴的上端外周设有数根均匀分布的弹力伸缩杆，弹力伸缩杆的活动杆上端与活塞柱下端接触配合，弹力伸缩杆的固定杆侧部与盲孔内壁固定连接，壳体上端开设数个均匀分布的进孔，壳体的下端开设数个均匀分布的出孔。

如上所述的井下连续波泥浆脉冲发生器，所述的第一竖轴下端外周设有数根均匀分布的第二竖轴，第二竖轴的下端通过轴承座固定安装在竖管的内壁上，套管的下端固定套装第一齿轮，第二竖轴的上端固定安装第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合配合，第一竖轴的下端固定安装第三齿轮，第二竖轴上对应第三齿轮处固定安装第四齿轮，第四齿轮与第三齿轮啮合配合，活塞柱的上端固定安装第三竖轴，第三竖轴外周固定安装螺旋叶片，螺旋叶片与第三竖轴为一体结构，第一齿轮为异形齿轮，第一齿轮左右两侧有齿前后两侧无齿，第一齿轮左右两侧有齿部分的角度为α，α=７０°－９０°，转子侧孔与定子侧孔开孔角度为β，β=α/２。

如上所述的井下连续波泥浆脉冲发生器，所述的弹力伸缩杆的活动杆上端安装滚球。

如上所述的井下连续波泥浆脉冲发生器，所述的活塞柱底面对应滚球处开设环形导向凹槽，滚球均伸入到导向凹槽内。

如上所述的井下连续波泥浆脉冲发生器，所述的防水电机为伺服电机，防水电机的外部套装筒状的保护壳，保护壳的上端与壳体内顶部固定连接，保护壳的下端内圈与主轴上端外周之间通过密封轴承活动连接。

如上所述的井下连续波泥浆脉冲发生器，所述的壳体外部固定安装多道组合密封圈。

本发明的优点是：本发明固定安装在无磁钻铤内部，井下数据经过编码后，防水电机通过主轴带动转子筒按照规律进行旋转，转子侧孔与定子侧孔交错重叠，从而使连续流动的高压钻井液产生间歇式泥浆脉冲， 当转子侧孔与定子侧孔重叠时，泥浆从进孔流入壳体内经过转子侧孔与定子侧孔后从出孔流出；当转子侧孔与定子侧孔没有重叠部分时，壳体内定子筒上部的压力会瞬间增大，此时在较高液压作用下壳体内定子筒上部的泥浆可以通过第一通孔流入第二腔体内，第二腔体内流入的泥浆增多可以推动活塞柱下移，此时多根弹力伸缩杆被压缩，第一腔体内的空气柱同时被压缩，第二腔体的空间会随着压强的增大而增大，壳体内定子筒上部的高压部分的泥浆流入第二腔体内可以使壳体内定子筒上部的压力增长曲线较为缓和，避免瞬间增到的压强对本发明内部的零部件造成较大的冲击，可以有效的保护本发明的零件，提高使用寿命；当转子侧孔与定子侧孔再次重叠时，壳体内定子筒上部的压力会瞬间减小，在多个弹力伸缩杆与第一腔体内被压缩的空气柱的共同弹力作用下活塞柱上移将第二腔体内的泥浆从第一通孔中排出一部分，为下一次转子侧孔与定子侧孔没有重叠部分而导致壳体内定子筒上部的压力会瞬间增大时泥浆流入第二腔体做好缓冲的准备。本发明通过简单且巧妙的设计对本发明瞬间承受的高压实现了缓冲，使承受的泥浆高压曲线不会呈阶梯状瞬间增大而是呈缓和的连续曲线变化，可以有效的保护本发明免受瞬间高压的冲击损伤，还不会影响泥浆脉冲的强度，可以提高本发明与钻铤之间的安装牢固程度，避免设备脱落的情况的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；图2是图1的Ⅰ部的局部放大图；图3是沿图2的A-A线的剖视图；图4是图1的Ⅱ部的局部放大图；图5是沿图1的B-B线的剖视图的放大图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

井下连续波泥浆脉冲发生器，如图所示，包括筒状的壳体1，壳体1设有主轴2，主轴2的下端设有竖管3，竖管3的上端与主轴2下端轴承活动连接，竖管3的下端与壳体1的下端内部固定连接，主轴2的下端面中间开设盲孔4，壳体1内顶部固定安装竖向的防水电机5，防水电机5的输出轴的下端与主轴2的上端固定连接，主轴2的中部外周固定套装转子筒6，转子筒6外周套设定子筒7，定子筒7的下端与壳体1内壁通过环形板8固定连接，环形板８与定子筒７为一体结构，转子筒6左右两侧对称开设转子侧孔9，定子筒7侧面对应转子侧孔9的位置均开设定子侧10，转子筒6外侧面与定子筒7内壁接触配合，盲孔4内部下端设有第一竖轴11，第一竖轴11上套设套管12，套管12上固定套装连接套13，连接套13的外圈与盲孔4的内壁固定连接，第一竖轴11的上端安装活塞柱19，第一竖轴11与套管12内壁接触配合，第一竖轴11能沿套管12上下移动，活塞柱19与连接套13之间形成密闭的第一腔体20，活塞柱19与盲孔4内顶部之间形成第二腔体21，第二腔体21的侧面开设数个第一通孔22，第一通孔22位于转子筒6的上端上部，第一竖轴11的上端外周设有数根均匀分布的弹力伸缩杆23，弹力伸缩杆23的活动杆上端与活塞柱19下端接触配合，弹力伸缩杆23的固定杆侧部与盲孔4内壁固定连接，壳体1上端开设数个均匀分布的进孔24，壳体1的下端开设数个均匀分布的出孔25。本发明固定安装在无磁钻铤内部，井下数据经过编码后，防水电机5通过主轴2带动转子筒6按照规律进行旋转，转子侧孔9与定子侧孔10交错重叠，从而使连续流动的高压钻井液产生间歇式泥浆脉冲， 当转子侧孔9与定子侧孔10重叠时，泥浆从进孔24流入壳体1内经过转子侧孔9与定子侧孔1后从出孔25流出；当转子侧孔9与定子侧孔10没有重叠部分时，壳体1内定子筒7上部的压力会瞬间增大，此时在较高液压作用下壳体1内定子筒7上部的泥浆可以通过第一通孔22流入第二腔体21内，第二腔体21内流入的泥浆增多可以推动活塞柱19下移，此时多根弹力伸缩杆23被压缩，第一腔体20内的空气柱同时被压缩，第二腔体21的空间会随着压强的增大而增大，壳体1内定子筒7上部的高压部分的泥浆流入第二腔体21内可以使壳体1内定子筒7上部的压力增长曲线较为缓和，避免瞬间增到的压强对本发明内部的零部件造成较大的冲击，可以有效的保护本发明的零件，提高使用寿命；当转子侧孔9与定子侧孔10再次重叠时，壳体1内定子筒7上部的压力会瞬间减小，在多个弹力伸缩杆23与第一腔体20内被压缩的空气柱的共同弹力作用下活塞柱19上移将第二腔体21内的泥浆从第一通孔22中排出一部分，为下一次转子侧孔9与定子侧孔10没有重叠部分而导致壳体1内定子筒7上部的压力会瞬间增大时泥浆流入第二腔体21做好缓冲的准备。本发明通过简单且巧妙的设计对本发明瞬间承受的高压实现了缓冲，使承受的泥浆高压曲线不会呈阶梯状瞬间增大而是呈缓和的连续曲线变化，可以有效的保护本发明免受瞬间高压的冲击损伤，还不会影响泥浆脉冲的强度，可以提高本发明与钻铤之间的安装牢固程度，避免设备脱落的情况的发生。

具体而言，如图所示，本实施例所述的第一竖轴11下端外周设有数根均匀分布的第二竖轴14，第二竖轴14的下端通过轴承座固定安装在竖管3的内壁上，套管12的下端固定套装第一齿轮15，第二竖轴14的上端固定安装第二齿轮16，第一齿轮15与第二齿轮16啮合配合，第一竖轴11的下端固定安装第三齿轮17，第二竖轴14上对应第三齿轮17处固定安装第四齿轮18，第四齿轮18与第三齿轮17啮合配合，活塞柱19的上端固定安装第三竖轴26，第三竖轴26外周固定安装螺旋叶片27，螺旋叶片27与第三竖轴26为一体结构，第一齿轮15为异形齿轮，第一齿轮15左右两侧有齿前后两侧无齿，第一齿轮15左右两侧有齿部分的角度为α，α=７０°－９０°，转子侧孔9与定子侧孔10开孔角度为β，β=α/２。优选α=８０°，当转子侧孔9与定子侧孔10具有重合部分时，第一齿轮15与第二齿轮16啮合配合，套管12通过第一齿轮15与第二齿轮16啮合配合带动所有的第二竖轴14转动，第二竖轴14通过第四齿轮18与第三齿轮17啮合配合带动第一竖轴11转动，第一竖轴11带动活塞柱19及第三竖轴26同时转动，第三竖轴26通过带动转动螺旋叶片27可以使第二腔体21内的泥浆快速上移并通过第一通孔22排出，当转子侧孔9与定子侧孔10具有重合部分时可以提高泥浆从第二腔体21内排出的量，从而可以提高当转子侧孔9与定子侧孔10不具有重合部分时第二腔体21可进入泥浆的量，可以提高本发明内泥浆压力的自调节能力，当转子侧孔9与定子侧孔10重合部分消失时第一齿轮15与第二齿轮16解除啮合配合。

具体的，如图所示，本实施例所述的弹力伸缩杆23的活动杆上端安装滚球28。通过滚球28可以减少弹力伸缩杆23的活动杆上端与活塞柱19底部之间的摩擦力，减少对零件的磨损，提高本发明的使用寿命。

进一步的，如图所示，本实施例所述的活塞柱19底面对应滚球28处开设环形导向凹槽29，滚球28均伸入到导向凹槽29内。通过滚球28与导向凹槽29的配合可以提高滚球28的稳定性，可以进一步的提高本发明的使用寿命。

更进一步的，如图所示，本实施例所述的防水电机5为伺服电机，防水电机5的外部套装筒状的保护壳30，保护壳30的上端与壳体1内顶部固定连接，保护壳30的下端内圈与主轴2上端外周之间通过密封轴承活动连接。通过该设计可以降低泥浆对防水电机5的冲刷，可以有效的保护防水电机5。

更进一步的，如图所示，本实施例所述的壳体1外部固定安装多道组合密封圈31。组合密封圈31用于密封壳体1与钻铤内壁之间的密封，可以提高壳体1与钻铤内壁之间的密封效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.井下连续波泥浆脉冲发生器，其特征在于：包括筒状的壳体（1），壳体（1）设有主轴（2），主轴（2）的下端设有竖管（3），竖管（3）的上端与主轴（2）下端轴承活动连接，竖管（3）的下端与壳体（1）的下端内部固定连接，主轴（2）的下端面中间开设盲孔（4），壳体（1）内顶部固定安装竖向的防水电机（5），防水电机（5）的输出轴的下端与主轴（2）的上端固定连接，主轴（2）的中部外周固定套装转子筒（6），转子筒（6）外周套设定子筒（7），定子筒（7）的下端与壳体（1）内壁通过环形板（8）固定连接，环形板８与定子筒７为一体结构，转子筒（6）左右两侧对称开设转子侧孔（9），定子筒（7）侧面对应转子侧孔（9）的位置均开设定子侧（10），转子筒（6）外侧面与定子筒（7）内壁接触配合，盲孔（4）内部下端设有第一竖轴（11），第一竖轴（11）上套设套管（12），套管（12）上固定套装连接套（13），连接套（13）的外圈与盲孔（4）的内壁固定连接，第一竖轴（11）的上端安装活塞柱（19），第一竖轴（11）与套管（12）内壁接触配合，第一竖轴（11）能沿套管（12）上下移动，活塞柱（19）与连接套（13）之间形成密闭的第一腔体（20），活塞柱（19）与盲孔（4）内顶部之间形成第二腔体（21），第二腔体（21）的侧面开设数个第一通孔（22），第一通孔（22）位于转子筒（6）的上端上部，第一竖轴（11）的上端外周设有数根均匀分布的弹力伸缩杆（23），弹力伸缩杆（23）的活动杆上端与活塞柱（19）下端接触配合，弹力伸缩杆（23）的固定杆侧部与盲孔（4）内壁固定连接，壳体（1）上端开设数个均匀分布的进孔（24），壳体（1）的下端开设数个均匀分布的出孔（25）。

2.根据权利要求1所述的井下连续波泥浆脉冲发生器，其特征在于：所述的第一竖轴（11）下端外周设有数根均匀分布的第二竖轴（14），第二竖轴（14）的下端通过轴承座固定安装在竖管（3）的内壁上，套管（12）的下端固定套装第一齿轮（15），第二竖轴（14）的上端固定安装第二齿轮（16），第一齿轮（15）与第二齿轮（16）啮合配合，第一竖轴（11）的下端固定安装第三齿轮（17），第二竖轴（14）上对应第三齿轮（17）处固定安装第四齿轮（18），第四齿轮（18）与第三齿轮（17）啮合配合，活塞柱（19）的上端固定安装第三竖轴（26），第三竖轴（26）外周固定安装螺旋叶片（27），螺旋叶片（27）与第三竖轴（26）为一体结构，第一齿轮（15）为异形齿轮，第一齿轮（15）左右两侧有齿前后两侧无齿，第一齿轮（15）左右两侧有齿部分的角度为α，α=７０°－９０°，转子侧孔（9）与定子侧孔（10）开孔角度为β，β=α/２。

3.根据权利要求2所述的井下连续波泥浆脉冲发生器，其特征在于：所述的弹力伸缩杆（23）的活动杆上端安装滚球（28）。

4.根据权利要求3所述的井下连续波泥浆脉冲发生器，其特征在于：所述的活塞柱（19）底面对应滚球（28）处开设环形导向凹槽（29），滚球（28）均伸入到导向凹槽（29）内。

5.根据权利要求1所述的井下连续波泥浆脉冲发生器，其特征在于：所述的防水电机（5）为伺服电机，防水电机（5）的外部套装筒状的保护壳（30），保护壳（30）的上端与壳体（1）内顶部固定连接，保护壳（30）的下端内圈与主轴（2）上端外周之间通过密封轴承活动连接。

6.根据权利要求1所述的井下连续波泥浆脉冲发生器，其特征在于：所述的壳体（1）外部固定安装多道组合密封圈（31）。