专利名称：井下泥浆正脉冲发生器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油随钻测量领域，涉及一种泥浆脉冲发生器，尤其涉及一种通过泥浆波传输井底测量信号的井下泥浆正脉冲发生器。
背景技术：
石油随钻测井是利用安装在钻铤内的仪器测得钻井参数和地层参数，并根据这些参数及时调整钻头轨迹，使之沿目的层方向钻进。由于随钻测井获得的地层参数最接近地层的原始状态，更有利于对复杂地层的含油、气评价。随钻测井仪器放在无磁钻铤内，可以测量定向参数(井斜、方位、工具面角)、地层参数(伽马、电阻率、声速、中子孔隙度、密度等)以及钻井参数(钻压、扭矩、转速、环空压力等)等。随钻测井的信号传输方式分为有线与无线两种，有线传输包括:电缆传输、特种钻杆传输及光纤传输等，无线传输包括:泥衆脉冲、电磁波、声波等。泥浆脉冲可用于深井并且开发成本较低，使得泥浆脉冲成为目前广泛采用的传输方式。泥浆脉冲发生器作为随钻测井的核心部分，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。连续波脉冲的优点是传输速度快，但其信号相对较弱，受噪声干扰影响相对较大，对信号处理系统要求较高。泥浆正脉冲发生器使用最为普遍，它是将被测参数进行编码，由它控制泥浆脉冲发生器的伺服阀，当编码为“I”时，伺服阀上移，使泥浆节流产生回压，通过立管的压力传感器可检测到一个正压力脉冲，当编码为“O”时，伺服阀复位，使泥浆压力降至正常。地面设备通过对立管压力信号的解码读取井下仪器测得的参数。泥浆脉冲发生器是随钻测井参数上传到地面的通道，其可靠性至关重要，而现有的泥浆脉冲发生器存在着种种问题，诸如针孔连接方式在井下振动环境下引起的电气虚连接，平衡油囊被腐蚀或漏油而导致仪器内部压力不能平衡井下压力，井斜过大或者下钻速度过快造成仪器脱键而导致无信号的问题，仪器不可打捞，出现卡钻时仪器报废等。
实用新型内容为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种工作可靠以及可用于无线随钻系统产生泥浆正脉冲信号的井下泥浆正脉冲发生器。本实用新型的技术解决方案是:本实用新型提供了一种井下泥浆正脉冲发生器，其特殊之处在于:所述井下泥浆正脉冲发生器包括泥浆压力产生组件以及将泥浆压力转换为泥浆正脉冲的泥浆正脉冲转换组件；所述泥浆压力产生组件包括外壳、设置在外壳内壁上的主阀座、设置在外壳内部的并可沿外壳的轴向进行轴向移动的主轴以及套装在主轴上并与主阀座位置相对应的主阀芯；所述外壳包括泥浆入口以及泥浆出口 ；所述泥浆入口通过主阀芯与泥浆出口相贯通；所述主轴的轴向设置有贯通主轴轴向的轴向通孔；所述轴向通孔的顶部与泥浆入口相贯通；所述泥浆正脉冲转换组件止靠在轴向通孔的底部。上述泥浆正 脉冲转换组件包括保护筒、外壳，设置在外壳内部的电磁组件、主弹簧以及动力活塞组件；所述主轴的底部伸入外壳中，所述动力活塞组件螺纹连接在伸入保护筒中的主轴上并沿主轴的轴向与保护筒的内壁之间进行轴向移动；所述动力活塞组件与电磁组件之间设置有空腔；所述主弹簧套装在主轴上并设置在动力活塞组件与电磁组件之间所形成的空腔中；所述电磁组件止靠在轴向通孔的底部；所述主轴与保护筒之间设置有缝隙；所述缝隙与泥浆出口相贯通；所述动力活塞组件与电磁组件之间所形成的空腔通过动力活塞组件与主轴和保护筒之间所形成的缝隙相贯通；所述轴向通孔的底部通过电磁组件与动力活塞组件与电磁组件之间所形成的空腔相贯通。上述动力活塞组件沿轴向向上方向受泥浆作用的面积大于主阀芯在主阀座处沿轴向向下受泥浆作用的面积。上述动力活塞组件包括活塞筒、动力活塞以及设置在动力活塞上的溢流阀,所述动力活塞组件溢流阀成对设置在动力活塞上。上述主轴上设置有螺纹；所述动力活塞组件螺纹连接在主轴上；所述活塞筒固定在保护筒与电磁阀壳体之间；所述动力活塞组件与电磁组件之间所形成的空腔通过溢流阀与主轴和保护筒之间所形成的缝隙相贯通。 上述电磁组件包括衔铁、环绕设置在衔铁周围的线圈以及作用于衔铁上并对衔铁进行断电复位的复位组件；所述衔铁的前端面呈球头或弧形；所述衔铁的前端面止靠在轴向通孔的底部。上述复位组件包括设置在衔铁前端的平衡活塞以及设置在衔铁后端的弹簧；所述平衡活塞与衔铁之间设置有空腔；所述空腔中灌注有硅油或液压油。上述泥浆正脉冲转换组件还包括设置在外壳底部并与外壳相连的下壳体；所述下壳体上的侧壁上设置有压差传感器；所述压差传感器与平衡活塞和衔铁之间所形成的空腔之间设置有流体通道。
上述井下泥浆正脉冲发生器还包括设置在主轴顶部的打捞头；所述轴向通孔的顶部与泥浆入口相贯通的部位设置有泥浆滤网。上述井下泥浆正脉冲发生器还包括设置在外壳上的用于密封外壳与钻铤内壁的组合密封圈；所述组合密封圈是一道或多道。本实用新型的优点是:本实用新型提供了一种井下泥浆正脉冲发生器，由滤网、主阀、动力活塞、溢流阀、电磁阀、差压传感器、航空插头等组成。本实用新型安装于无磁钻铤内，由销钉固定于钻铤内，可打捞。高压泥浆推动动力活塞带动主阀产生正压力脉冲，动力活塞上设置有溢流阀，可以调节产生脉冲的压力幅值。电磁阀封装在一个密闭空间内，该密闭空间充满硅油或液压油，由平衡活塞平衡仪器内外的压力。由于主阀芯的阻挡作用，主阀上部泥浆压力较大，高压泥浆经中空主轴引入到动力活塞下部，电磁阀控制该通道的连通与关闭，当电磁阀吸合时，高压泥浆进入到动力活塞下部，推动动力活塞带动主阀头向上运动，在主阀头上部产生压力正脉冲，电磁阀断开后，高压泥浆的通道被切断，主阀头在泥浆的作用下被推开，主阀头上部压力恢复正常。溢流阀控制压力脉冲的幅值，下部的差压传感器判断地面泥浆泵是否打开，进而判断泥浆脉冲发生器是否可以工作。下部航空插头与下挂仪器软连接，避免了由于振动引起的电气虚连接。本实用新型结构简单、能耗低、工作可靠、易于维护，可用于无线随钻系统产生泥浆脉冲信号。
图1是本实用新型所提供的井下泥浆正脉冲发生器的整体结构示意图；其中:1-打捞头；2-螺钉；3_主轴座；4_组合密封圈；5_主阀座；6_主阀芯；7-外壳；8-销孔；9-主轴；10_防转销；11_保护筒；12_固定筒；13_溢流阀螺钉；14_溢流阀弹簧；15-主弹簧；16_动力活塞；17_电磁阀壳体；18_溢流阀钢球；19_平衡活塞；20_线圈外壳；21-线圈骨架；22_电磁阀线圈；23_衔铁；24_弹簧顶杆；25_下壳体；26_弹簧压板；27_差压传感器；28_电磁阀弹簧；29_压环；30_卡圈；31_承压插头；32_油堵；33_航空插头；34-锚盘；35_护帽。
具体实施方式
本实用新型提供了一种井下泥浆正脉冲发生器，其特殊之处在于:井下泥浆正脉冲发生器包括泥浆压力产生组件以及将泥浆压力转换为泥浆正脉冲的泥浆正脉冲转换组件；泥衆压力产生组件包括外壳7、设置在外壳7内壁上的主阀座5、设置在外壳7内部的并可沿外壳7的轴向进行轴向移动的主轴9以及套装在主轴9上并与主阀座5位置相对应的主阀芯6 ;外壳7包括泥浆入口以及泥浆出口 ；泥浆入口通过主阀芯6与泥浆出口相贯通；主轴9的轴向设置有贯通主轴9轴向的轴向通孔；轴向通孔的顶部与泥浆入口相贯通；泥浆正脉冲转换组件止靠在轴向通孔的底部。主阀座5通过固定筒12设置在外壳7的内壁上；固定筒12与外壳7之间设置有防转销10。泥浆正脉冲转换组件包括保护筒11，设置在外壳7内部的电磁组件、主弹簧15以及动力活塞组件 ；主轴9的底部伸入外壳7中，动力活塞组件螺纹连接在伸入保护筒11中的主轴9上并沿主轴9的轴向与保护筒11的内壁之间进行轴向移动；动力活塞组件与电磁组件之间设置有空腔；主弹簧15套装在主轴9上并设置在动力活塞组件与电磁组件之间所形成的空腔中；电磁组件止靠在轴向通孔的底部；主轴9与保护筒11之间设置有缝隙；缝隙与泥浆出口相贯通；动力活塞组件与电磁组件之间所形成的空腔通过动力活塞组件与主轴9和保护筒11之间所形成的缝隙相贯通；轴向通孔的底部通过电磁组件与动力活塞组件与电磁组件之间所形成的空腔相贯通。动力活塞16沿轴向向上方向受泥衆作用的面积大于主阀芯6在主阀座5处沿轴向向下受泥浆作用的面积。动力活塞组件包括动力活塞及设置在动力活塞上的溢流阀，溢流阀成对设置在动力活塞上。主轴9上设置有螺纹；所述动力活塞组件螺纹连接在主轴9上；所述活塞筒固定在保护筒11与电磁阀壳体17之间，动力活塞组件与电磁组件之间所形成的空腔通过溢流阀与主轴9和保护筒11之间所形成的缝隙相贯通。电磁组件包括衔铁23、环绕设置在衔铁23周围的线圈以及作用于衔铁23上并对衔铁23进行断电复位的复位组件；衔铁23的前端面呈球头或弧形；衔铁23的前端面止靠在轴向通孔的底部。复位组件包括设置在衔铁23前端的平衡活塞19以及设置在衔铁23后端的弹簧；平衡活塞19与衔铁23之间设置有空腔；空腔中灌注有硅油或液压油。泥浆正脉冲转换组件还包括设置在外壳7底部并与外壳7相连的下壳体25 ;下壳体25上的侧壁上设置有差压传感器27 ;差压传感器27与平衡活塞19和衔铁23之间所形成的空腔之间设置有流体通道。电磁阀弹簧28由卡圈30限制轴向位置，下壳体25上设置有用于固定承压插头31的压环29。井下泥浆正脉冲发生器还包括设置在主轴9顶部的打捞头I ;轴向通孔的顶部与泥浆入口相贯通的部位设置有泥浆滤网。井下泥浆正脉冲发生器还包括设置在外壳7上的用于密封外壳7与钻铤内壁的组合密封圈4 ;组合密封圈4是一道或多道。如图1所示，本实用新型所提供的泥浆正脉冲发生器主要由泥浆滤网1、主阀座5、主阀芯6、动力活塞16、溢流阀13-14-18、电磁阀17-20-21-22-23、差压传感器27、航空插头33等组成。本实用新型安装于无磁钻铤内，在销孔8处由销钉固定于钻铤内，卡钻时通过打捞头提拉，销钉被剪断后可将仪器安全地取出。泥浆滤网I通过螺纹连接在主轴座3上，主轴座3和外壳7由螺钉2固定，泥浆脉冲发生器与钻铤之间由组合密封圈4进行密封，以减小泥浆对仪器的冲刷。主轴座3下方依次是主阀座5、固定筒12、保护筒11，主阀芯6装在主轴9上，动力活塞16与主轴9螺纹连接，溢流阀螺钉13、溢流阀弹簧14、溢流阀钢球18安装在动力活塞16上，通过调整溢流阀螺钉13可以调整溢流阀开启压力，控制产生泥浆脉冲的幅值，主弹簧15为动力活塞16上移储能。电磁阀外壳17、线圈外壳20、线圈骨架21以及电磁阀线圈22、衔铁23组成电磁阀，电磁阀安装在一个密闭空间，并充满硅油或液压油，平衡活塞19用于平衡电磁阀密闭空间与外部的压力，弹簧顶杆24与电磁阀弹簧28为衔铁复位提供启动力。弹簧顶杆24与电磁阀弹簧28之间还设置有弹簧压板26。差压传感器27感知泥浆脉冲发生器内部与外部的压力差，从而判断地面泥浆泵的开或停，进一步控制泥浆脉冲发生器是否可以工作。下壳体25内部还设置有用于与其它仪器相连的航空插头33以及承压插头31。在下壳体25的外壁上还设置有锚盘34以及在下壳体25的底部设置有护帽35。在下壳体25的侧壁上设置有用于封堵平衡活塞19和衔铁23之间所形成的空腔的油堵32。当泥浆循环时，由于主阀芯对泥浆的阻挡作用，主阀上部泥浆压力较大，高压泥浆经中空主轴引入到动力活塞下部，而电磁阀控制该通道的连通与关闭，当电磁阀吸合时，高压泥浆进入到动力活塞下部，推动动力活塞带动主阀头向上运动，在主阀头上部产生压力正脉冲，电磁阀断开后，高压泥浆的通道被切断，主阀头在泥浆的作用下被推开，主阀头上部压力恢复正常。当泥浆泵开启时，主阀芯6对泥浆循环产生阻挡作用，导致主阀芯6上部泥浆压力较下部泥浆压力大，差压传感器27感知此压力差，认为泥浆脉冲发生器可以工作，高压泥浆经中空主轴流入到动力活塞下部，电磁阀控制该通道的连通与关闭，电磁阀接收驱动器的驱动信号，当电磁阀吸合时，高压泥浆进入到动力活塞下部，由于存在压差，且受压力面积不等，泥浆推动动力活塞带动主阀头向上运动，在主阀头上部产生压力正脉冲，电磁阀断开后，高压泥浆的通 道被切断，主阀头在泥浆的作用下被推开，主阀头上部压力恢复正常。地面设备接收立管压力信号，经过解码取得随钻仪器测得的参数。
权利要求1.一种井下泥浆正脉冲发生器，其特征在于:所述井下泥浆正脉冲发生器包括泥浆压力产生组件以及将泥浆压力转换为泥浆正脉冲的泥浆正脉冲转换组件；所述泥浆压力产生组件包括外壳、设置在外壳内壁上的主阀座、设置在外壳内部的并可沿外壳的轴向进行轴向移动的主轴以及套装在主轴上并与主阀座位置相对应的主阀芯；所述外壳包括泥浆入口以及泥浆出口 ；所述泥浆入口通过主阀芯与泥浆出口相贯通；所述主轴的轴向设置有贯通主轴轴向的轴向通孔；所述轴向通孔的顶部与泥浆入口相贯通；所述泥浆正脉冲转换组件止靠在轴向通孔的底部。
2.根据权利要求1所述的井下泥浆正脉冲发生器，其特征在于:所述泥浆正脉冲转换组件包括保护筒、外壳，设置在外壳内部的电磁组件、主弹簧以及动力活塞组件；所述主轴的底部伸入外壳中，所述动力活塞组件螺纹连接在伸入保护筒中的主轴上并沿主轴的轴向与保护筒的内壁之间进行轴向移动；所述动力活塞组件与电磁组件之间设置有空腔；所述主弹簧套装在主轴上并设置在动力活塞组件与电磁组件之间所形成的空腔中；所述电磁组件止靠在轴向通孔的底部；所述主轴与保护筒之间设置有缝隙；所述缝隙与泥浆出口相贯通；所述动力活塞组件与电磁组件之间所形成的空腔通过动力活塞组件与主轴和保护筒之间所形成的缝隙相贯通；所述轴向通孔的底部通过电磁组件与动力活塞组件与电磁组件之间所形成的空腔相贯通。
3.根据权利要求2所述的井下泥浆正脉冲发生器，其特征在于:所述动力活塞组件沿轴向向上方向受泥浆作用的面积大于主阀芯在主阀座处沿轴向向下受泥浆作用的面积。
4.根据权利要求3所述的井下泥浆正脉冲发生器，其特征在于:所述动力活塞组件包括活塞筒、动力活塞以及设置在动力活塞上的溢流阀，动力活塞组件溢流阀成对设置在动力活塞上。
5.根据权利要求4所述的井下泥浆正脉冲发生器，其特征在于:所述主轴上设置有螺纹；所述动力活塞组件螺纹连接在主轴上；所述动力活塞组件与电磁组件之间所形成的空腔通过溢流阀与主轴和保护筒之间所形成的缝隙相贯通。
6.根据权利要求 2-5任一权利要求所述的井下泥浆正脉冲发生器，其特征在于:所述电磁组件包括衔铁、环绕设置在衔铁周围的线圈以及作用于衔铁上并对衔铁进行断电复位的复位组件；所述衔铁的前端面呈球头或弧形；所述衔铁的前端面止靠在轴向通孔的底部。
7.根据权利要求6所述的井下泥浆正脉冲发生器，其特征在于:所述复位组件包括设置在衔铁前端的平衡活塞以及设置在衔铁后端的弹簧；所述平衡活塞与衔铁之间设置有空腔；所述空腔中灌注有硅油或液压油。
8.根据权利要求7所述的井下泥浆正脉冲发生器，其特征在于:所述泥浆正脉冲转换组件还包括设置在外壳底部并与外壳相连的下壳体；所述下壳体上的侧壁上设置有压差传感器；所述压差传感器与平衡活塞和衔铁之间所形成的空腔之间设置有流体通道。
9.根据权利要求1-5任一权利要求所述的井下泥浆正脉冲发生器，其特征在于:所述井下泥浆正脉冲发生器还包括设置在主轴顶部的打捞头；所述轴向通孔的顶部与泥浆入口相贯通的部位设置有泥浆滤网。
10.根据权利要求8所述的井下泥浆正脉冲发生器，其特征在于:所述井下泥浆正脉冲发生器还包括设置在外壳上的用于密封外壳与钻铤内壁的组合密封圈；所述组合密封圈是一道或 多道。
专利摘要本实用新型涉及一种井下泥浆正脉冲发生器，该井下泥浆正脉冲发生器包括泥浆压力产生组件以及将泥浆压力转换为泥浆正脉冲的泥浆正脉冲转换组件；泥浆压力产生组件包括外壳、设置在外壳内壁上的主阀座、设置在外壳内部的并可沿外壳的轴向进行轴向移动的主轴以及套装在主轴上并与主阀座位置相对应的主阀芯；外壳包括泥浆入口以及泥浆出口；泥浆入口通过主阀芯与泥浆出口相贯通；主轴的轴向设置有贯通主轴轴向的轴向通孔；轴向通孔的顶部与泥浆入口相贯通；泥浆正脉冲转换组件止靠在轴向通孔的底部。本实用新型提供了一种工作可靠以及可用于无线随钻系统产生泥浆正脉冲信号的井下泥浆正脉冲发生器。
文档编号E21B47/24GK203114282SQ20122072967
公开日2013年8月7日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者张亚军, 李晓东, 郭留洋, 曹海军, 刘立扬 申请人:西安思坦仪器股份有限公司