CN112593929A - 一种电机式泥浆脉冲发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电机式泥浆脉冲发生器，脉冲发生器由动力及传动装置、压力平衡模块和下部组件组成。动力及传动装置由驱动器模块、无刷直流电机、减速机、联轴器、滚珠丝杠、锁紧螺母和花键轴套组件轴组成；压力平衡模块由平衡活塞及相应杆件组成；下部组件由阀体外筒、筛网、阀座组件、大活塞接头和丝杠外筒组成。本发明采用直流无刷电机和滚珠丝杠组合工作，来代替电磁阀工作，电机为旋转驱动部件，滚珠丝杠能够将旋转运动转换为直线运动，通过电机和滚珠丝杠配合，就可实现小阀头拉起和放下的直线动作，并且可以大大提高工作力量。同时，电机丝杠工作具有电流小，耗电低的特点。

Description

一种电机式泥浆脉冲发生器
技术领域
本发明涉及石油钻井工程技术领域，具体为一种电机式泥浆脉冲发生器。
背景技术
石油钻井过程中，尤其是水平井、大位移井和分支井等复杂结构井的钻井过程中，井场人员需要实时了解的各种井下参数是由随钻测量(MWD)***完成的
目前，随钻测量的信息传输方法主要有四种：有线电缆法、泥浆脉冲法、声波法和电磁波法，每种方式都有其局限性和适用范围，其中以泥浆脉冲法应用最为广泛、可靠。泥浆脉冲法又分为负脉冲、正脉冲和连续波三种传输方式，目前应用最广泛的正脉冲传输方式。
泥浆脉冲的传输方式决定了脉冲器的结构形式，其中，带先导控制的液压驱动往复式信号发生器是泥浆正脉冲传输方式最普遍的形式。传统的结构形式由液压控制回路驱动主节流阀往复运动来产生压力脉冲信号，液压控制回路的介质可以是钻井液也可以是液压油。先导阀动作多是由电磁铁来完成的，耗电量大，且故障率高。
泥浆脉冲发生器为大多数MWD的重中之重，提升泥浆脉冲器的性能，使其做到结构简单、维护方便、节能耐用，是仪器发展的必然趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电机式泥浆脉冲发生器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电机式泥浆脉冲发生器,所述脉冲发生器由动力及传动装置、压力平衡模块和下部组件组成，动力及传动装置由驱动器模块、无刷直流电机、联轴器、滚珠丝杠、限位接头组件、花键轴组件和减速机组成；所述联轴器与花键轴组件连接，所述联轴器与滚珠丝杠传动连接，所述花键轴组件与无刷直流电机传动连接，所述无刷直流电机与减速机传动连接，所述无刷直流电机安装于电机外筒内，所述驱动器模块与无刷直流电机电性连接，所述滚珠丝杠安装于丝杠外筒内；
所述压力平衡模块由平衡活塞、阀座组件及阀杆组件组成；所述阀杆组件安装于阀座组件，所述平衡活塞安装于阀杆组件中阀杆的外部；
所述下部组件由阀体外筒、筛网、大活塞接头和丝杠外筒组成，所述大活塞接头安装于阀体外筒端部，所述筛网安装于阀体外筒内壁，所述丝杠外筒与阀体外筒通过限位接头组件连接。
优选的，所述丝杠外筒与电机外筒之间通过固定接头组件连接。
优选的，还包括调整套和锁紧螺母，所述锁紧螺母安装于联轴器，所述调整套安装于联轴器外部。
优选的，所述电机外筒与承压外筒之间安装下堵头组件，所述下堵头组件一侧安装高承压密封接头，所述高承压密封接头一侧安装轴向缓冲器。
优选的，所述驱动器模块通过接线组件与外部控制器连接。
优选的，其使用方法包括以下步骤：
A、仪器在井底正常工作时，驱动器模块控制无刷直流电机工作，滚珠丝杠将直流电机的转动转变为直线运动，联轴器和花键轴组件带动阀杆组件动作；
B、泥浆通过筛网的孔隙进入下部组件的空腔，并由平衡活塞运动平衡油腔压力。保持一定时间后，驱动器模块控制无刷直流电机工作，滚珠丝杠(9)将直流电机的转动转变为直线运动；
C、联轴器和花键轴组件带动阀杆组件动作，堵住下部阀座组件空腔，完成一个循环。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开的电机式泥浆脉冲发生器，电机带动传动旋转，滚珠丝杠将旋转运动转变为直线运动。滚珠丝杠传动效率高，再加其完全浸没于液压油中，机械磨损更小，在其合理的使用寿命下，可以实现免维护。平衡活塞的设置，不仅可以起到隔离泥浆的密封作用，亦可以将泥浆的压力导入到抗压筒内部，是内外压力平衡，内外压基本保持一致，在电机外筒为了给电机及其他零件留置足够大的空间，壁厚较小的前提下，极大的提升了抗压筒的抗压能力。因此本发明具有结构简单，工作可靠，节约电量，适用于无线随钻测量***，解决随钻测量仪器故障率高及耗电量大的问题。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：1、大活塞接头，2、阀座组件，3、筛网，4、阀体外筒，5、平衡活塞，6、阀杆组件，7、限位接头组件，8、丝杠外筒，9、滚珠丝杠，10、固定接头组件，11、调整套，12、锁紧螺母，13、联轴器，14、花键轴套组件，15、电机外筒，16、无刷直流电机，17、减速机，18、下堵头组件，19、高承压密封接头，20、轴向缓冲器，21、承压外筒，22、驱动器模块，23、接线组件。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种电机式泥浆脉冲发生器,所述脉冲发生器由动力及传动装置、压力平衡模块和下部组件组成，动力及传动装置由驱动器模块22、无刷直流电机16、联轴器13、滚珠丝杠9、限位接头组件7、花键轴组件14和减速机17组成；所述联轴器13与花键轴组件14连接，所述联轴器13与滚珠丝杠9传动连接，所述花键轴组件14与无刷直流电机16传动连接，所述无刷直流电机16与减速机17传动连接，所述无刷直流电机16安装于电机外筒15内，所述驱动器模块22与无刷直流电机16电性连接，驱动器模块22通过接线组件23与外部控制器连接，所述滚珠丝杠9安装于丝杠外筒8内，丝杠外筒8与电机外筒15之间通过固定接头组件10连接；
所述压力平衡模块由平衡活塞5、阀座组件2及阀杆组件6组成；所述阀杆组件6安装于阀座组件2，所述平衡活塞5安装于阀杆组件6中阀杆的外部；压力平衡模块平衡阀体外筒4、平衡活塞5内外的压力，泥浆通过筛网3平衡腔体内外压力，压力平衡活塞5内部注满液压油。
所述下部组件由阀体外筒4、筛网3、大活塞接头1和丝杠外筒8组成，所述大活塞接头1安装于阀体外筒4端部，所述筛网3安装于阀体外筒4内壁，所述丝杠外筒8与阀体外筒4通过限位接头组件7连接。
本发明还包括调整套11和锁紧螺母12，所述锁紧螺母安装于联轴器13，所述调整套11安装于联轴器13外部。
本发明中，电机外筒15与承压外筒21之间安装下堵头组件18，所述下堵头组件18一侧安装高承压密封接头19，所述高承压密封接头19一侧安装轴向缓冲器20。
本发明中，无刷直流电机16经减速机17输出轴在通过联轴器和花键轴组件14后，滚珠丝杠9将旋转运动转变为直线运动，且滚珠丝杠完全浸没于液压油中。
本发明在井下工作时，安装于无磁钻铤中，其使用方法包括以下步骤：
A、仪器在井底正常工作时，驱动器模块22控制无刷直流电机16工作，滚珠丝杠9将直流电机16的转动转变为直线运动，联轴器13和花键轴组件14带动阀杆组件6动作；
B、泥浆通过筛网3的孔隙进入下部组件的空腔，并由平衡活塞5运动平衡油腔压力。保持一定时间后，驱动器模块22控制无刷直流电机16工作，滚珠丝杠9将直流电机16的转动转变为直线运动；
C、联轴器13和花键轴组件14带动阀杆组件6动作，堵住下部阀座组件空腔，完成一个循环。
本发明应用时，需要同无线随钻测量***的其他模块一起工作。产生泥浆压力波动，地面***依据检测到的压力波动进行解码，得到随钻测量、测井数据。
综上所述，本发明公开的电机式泥浆脉冲发生器，电机带动传动旋转，滚珠丝杠将旋转运动转变为直线运动。滚珠丝杠传动效率高，再加其完全浸没于液压油中，机械磨损更小，在其合理的使用寿命下，可以实现免维护。平衡活塞的设置，不仅可以起到隔离泥浆的密封作用，亦可以将泥浆的压力导入到抗压筒内部，是内外压力平衡，内外压基本保持一致，在电机外筒为了给电机及其他零件留置足够大的空间，壁厚较小的前提下，极大的提升了抗压筒的抗压能力。因此本发明具有结构简单，工作可靠，节约电量，适用于无线随钻测量***，解决随钻测量仪器故障率高及耗电量大的问题。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种电机式泥浆脉冲发生器,所述脉冲发生器由动力及传动装置、压力平衡模块和下部组件组成，其特征在于：动力及传动装置由驱动器模块(22)、无刷直流电机(16)、联轴器(13)、滚珠丝杠(9)、限位接头组件(7)、花键轴组件(14)和减速机(17)组成；所述联轴器(13)与花键轴组件(14)连接，所述联轴器(13)与滚珠丝杠(9)传动连接，所述花键轴组件(14)与无刷直流电机(16)传动连接，所述无刷直流电机(16)与减速机(17)传动连接，所述无刷直流电机(16)安装于电机外筒(15)内，所述驱动器模块(22)与无刷直流电机(16)电性连接，所述滚珠丝杠(9)安装于丝杠外筒(8)内；
所述压力平衡模块由平衡活塞(5)、阀座组件(2)及阀杆组件(6)组成；所述阀杆组件(6)安装于阀座组件(2)，所述平衡活塞(5)安装于阀杆组件(6)中阀杆的外部；
所述下部组件由阀体外筒(4)、筛网(3)、大活塞接头(1)和丝杠外筒(8)组成，所述大活塞接头(1)安装于阀体外筒(4)端部，所述筛网(3)安装于阀体外筒(4)内壁，所述丝杠外筒(8)与阀体外筒(4)通过限位接头组件(7)连接。
2.根据权利要求1所述的一种电机式泥浆脉冲发生器，其特征在于：所述丝杠外筒(8)与电机外筒(15)之间通过固定接头组件(10)连接。
3.根据权利要求1所述的一种电机式泥浆脉冲发生器，其特征在于：还包括调整套(11)和锁紧螺母(12)，所述锁紧螺母安装于联轴器(13)，所述调整套(11)安装于联轴器(13)外部。
4.根据权利要求1所述的一种电机式泥浆脉冲发生器，其特征在于：所述电机外筒(15)与承压外筒(21)之间安装下堵头组件(18)，所述下堵头组件(18)一侧安装高承压密封接头(19)，所述高承压密封接头(19)一侧安装轴向缓冲器(20)。
5.根据权利要求1所述的一种电机式泥浆脉冲发生器，其特征在于：所述驱动器模块(22)通过接线组件(23)与外部控制器连接。
6.实现权利要求1所述的一种电机式泥浆脉冲发生器的使用方法，其特征在于：其使用方法包括以下步骤：
A、仪器在井底正常工作时，驱动器模块(22)控制无刷直流电机(16)工作，滚珠丝杠(9)将直流电机(16)的转动转变为直线运动，联轴器(13)和花键轴组件(14)带动阀杆组件(6)动作；
B、泥浆通过筛网(3)的孔隙进入下部组件的空腔，并由平衡活塞(5)运动平衡油腔压力。保持一定时间后，驱动器模块(22)控制无刷直流电机(16)工作，滚珠丝杠(9)将直流电机(16)的转动转变为直线运动；
C、联轴器(13)和花键轴组件(14)带动阀杆组件(6)动作，堵住下部阀座组件空腔，完成一个循环。
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