CN202081889U - 旋转阀式泥浆脉冲发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种旋转阀式泥浆脉冲发生器，动力及传动装置在底部，压力平衡模块在中间，旋转阀在顶部；动力及传动装置包括电机总成、弹性联轴器、平衡膜传动轴和转子传动轴，电机总成固定在外筒中，弹性联轴器将平衡膜传动轴和电机总成连接于一体，转子传动轴套装在平衡膜传动轴上部；压力平衡模块包括抗压筒、压力平衡膜和套筒，抗压筒上开有泥浆流通的孔道，套筒上开有液压油流通的孔道；旋转阀包括定子、转子和调整垫片；具有结构简单，工作可靠等优点。

Description

旋转阀式泥浆脉冲发生器

技术领域

本实用新型属于石油机械装置，特别涉及一种用于无线随钻测量的脉冲发生器。

背景技术

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、随钻测井LWD***完成的。随钻测量、随钻测井***由井下控制器、各种井下参数测量仪器、随钻测量信息传输***和地面信息接收、处理、显示***组成。其中的信息传输***是关键技术之一。

但是，从上世纪90年代以来，随钻测量的信息传输速率却止步不前，成为随钻测量、测井***发展的瓶颈。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。

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。它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。其中以钻井液为介质的往复节流式信号发生器的液压控制回路结构比较简单，但是由于钻井液存在着污染比较严重、流动具有非牛顿特性以及其性质随钻井工况的变化而变化的问题，导致其工作频率很低，只能产生离散的压力脉冲信号；以液压油为介质的往复节流式信号发生器需要在建立一套液压动力***，结构十分复杂，由于空间狭小，环境恶劣限制了高性能液压元件的应用，因此该种信号发生器的工作频率一般都较低。

实践证明，钻井液压力波动信号传输方式，是目前从井下向地面无线传输数据最实用、最可靠的方法，但存在的一个极其突出的问题是，随着各种井下新的测量仪器的研制成功与应用，随钻测量的参数越来越多，从最初的井斜、方位、工具面等几何参数测量发展到钻压、扭矩、压力、温度、自然伽马、地层电阻率等多个环境、地质参数的测量。目前钻井液压力信号发生器的信号速率相对太慢，因而，分析研究液压信号发生器的工作机理和特性，对于研制高速信号发生器，实现高效可靠地传输井下测量数据是非常必要的。

发明内容

为了解决现有泥浆脉冲器存在的不足，本实用新型提供一种旋转阀式泥浆脉冲发生器，用于无线随钻测量***中产生脉冲信号。当***需要产生脉冲信号时，脉冲发生器在随钻测量***控制模块的控制下产生泥浆正脉冲信号。

本实用新型的目的是这样实现的：旋转阀式泥浆脉冲发生器，包括动力及传动装置、压力平衡模块及旋转阀，动力及传动装置在底部，压力平衡模块在中间，旋转阀在顶部；动力及传动装置包括电机总成、弹性联轴器、平衡膜传动轴和转子传动轴，电机总成固定在外筒中，弹性联轴器将平衡膜传动轴和电机总成连接于一体，转子传动轴套装在平衡膜传动轴上部；压力平衡模块包括抗压筒、压力平衡膜和套筒，抗压筒上开有泥浆流通的孔道，套筒上开有液压油流通的孔道；旋转阀包括定子、转子和调整垫片。

   电机总成包括直流无刷电机、行星齿轮减速器和位置传感器，直流无刷电机在底部，行星齿轮减速器在中间，位置传感器在顶部。

钻头通过锁紧螺纹与转子传动轴连接，转子传动轴与平衡膜传动轴之间有一定的轴向间隙。

位置传感器安装于电机总成输出轴端。

压力平衡膜为弹性橡胶材料，液压油腔通过套筒的孔道形成一密封腔体。

旋转阀定子和转子之间的轴向间隙由调整垫片调整。

本实用新型具有如下优点：旋转阀式泥浆脉冲发生器，转子传动轴与平衡膜传动轴之间的间隙，辅助设置的推力轴承和角接触轴承可以抵消泥浆压力下的轴向变形，起到保护电机总成的作用。动力及传动装置中将位置传感器置于电机总成输出轴端，消除了减速器空程对电机控制性能的影响。使用电机总成直接驱动旋转阀，因此，信号传输速率比传统的带先导控制的液压驱动往复式信号发生器要高，且误码率更低。更换旋转阀的调整垫片，可以适应不同的井深及泥浆环境。因此本实用新型具有结构简单，工作可靠，适用于无线随钻测量***，解决信息的传输速度慢及传输误码率高的问题。

附图说明

图1为旋转阀式泥浆脉冲发生器结构图。

图2为压力平衡模块放大图。

图3为旋转阀打开状态图。

图4为旋转阀关闭状态图。

图中：1为电机总成，2为外筒，3为弹性联轴器，4为油压腔，5为抗压筒，6为孔道，7为孔道，8为压力平衡膜，9为套筒，10为油压腔，11为定子，12为转子，13为钻头，14为油压腔，15为调整垫片，16为转子传动轴，17为位置传感器，18为油压腔，19为平衡膜传动轴。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

如图1、2所示，旋转阀式泥浆脉冲发生器，包括动力及传动装置、压力平衡模块及旋转阀，动力及传动装置在底部，压力平衡模块在中间，旋转阀在顶部；动力及传动装置包括电机总成1、弹性联轴器3、平衡膜传动轴19和转子传动轴16，电机总成1固定在外筒2中，弹性联轴器3将平衡膜传动轴19和电机总成1连接于一体，转子传动轴16套装在平衡膜传动轴19上部；压力平衡模块包括抗压筒5、压力平衡膜8和套筒9，抗压筒5上开有泥浆流通的孔道6，套筒9上开有液压油流通的孔道7；旋转阀包括定子11、转子12和调整垫片15。

   电机总成包括直流无刷电机、行星齿轮减速器和位置传感器，直流无刷电机在底部，行星齿轮减速器在中间，位置传感器17在顶部。

钻头13通过锁紧螺纹与转子传动轴16连接，转子传动轴16与平衡膜传动轴19之间有一定的轴向间隙。

位置传感器17安装于电机总成1输出轴端。

压力平衡膜8为弹性橡胶材料，各个油压腔4、10、14、18通过套筒9的孔道7形成一密封腔体。

旋转阀定子11和转子12之间的轴向间隙由调整垫片15调整。

整个***在井下工作时，安装于相应的无磁钻铤中。工作状态下，各液压油腔4、10、14、18充满液压油。正常工作时，泥浆通过抗压筒5的流通孔道6进入抗压筒5和压力平衡膜8之间的空腔，压缩压力平衡膜8，进而使油压腔18缩小。由于各油压腔4、10、14、18是连通在一起的，整个液压油在挤压下，内部压力随着空间缩小而升高。直至液压油腔的内部压力与泥浆压力基本相同时，压力平衡膜8停止变形，这样就使脉冲器内外压力保持一致，提升了抗压筒5的抗压能力，保护脉冲器内部重要结构件。

本实用新型应用时，需要同无线随钻测量***的其他模块一起工作。如图3所示，转子12和定子11的相对位置为旋转阀打开状态，旋转阀前后泥浆压力基本没有变化。旋转阀泥浆脉冲发生器正常工作时，电机总成1通过弹性联轴器3带动平衡膜传动轴19和转子传动轴16转动。进而使转子12从图3所示位置转过一定角度，如图4所示位置，转子12转动到旋转阀关闭位置。保持一定时间后，又转到如图3所示位置，旋转阀为打开状态，如此动作往复下去。转子12和定子11的相对运动阻碍泥浆在钻铤内的流动，从而产生正脉冲泥浆压力脉冲信号。

Claims (6)

1.旋转阀式泥浆脉冲发生器，包括动力及传动装置、压力平衡模块及旋转阀，其特征在于：动力及传动装置在底部，压力平衡模块在中间，旋转阀在顶部；动力及传动装置包括电机总成、弹性联轴器、平衡膜传动轴和转子传动轴，电机总成固定在外筒中，弹性联轴器将平衡膜传动轴和电机总成连接于一体，转子传动轴套装在平衡膜传动轴上部；压力平衡模块包括抗压筒、压力平衡膜和套筒，抗压筒上开有泥浆流通的孔道，套筒上开有液压油流通的孔道；旋转阀包括定子、转子和调整垫片。

2.根据权利要求1所述的旋转阀式泥浆脉冲发生器，其特征在于：电机总成包括直流无刷电机、行星齿轮减速器和位置传感器，直流无刷电机在底部，行星齿轮减速器在中间，位置传感器在顶部。

3.根据权利要求1所述的旋转阀式泥浆脉冲发生器，其特征在于：钻头通过锁紧螺纹与转子传动轴连接，转子传动轴与平衡膜传动轴之间有一定的轴向间隙。

4.根据权利要求1所述的旋转阀式泥浆脉冲发生器，其特征在于：位置传感器安装于电机总成输出轴端。

5.根据权利要求1所述的旋转阀式泥浆脉冲发生器，其特征在于：压力平衡膜为弹性橡胶材料，各个油压腔通过套筒的孔道形成一密封腔体。

6.根据权利要求1所述的旋转阀式泥浆脉冲发生器，其特征在于：旋转阀定子和转子之间的轴向间隙由调整垫片调整。

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