一种利用液体动力驱动剪切阀产生脉冲压力波的装置的制作方法

本实用新型涉及一种利用液体动力驱动剪切阀产生脉冲压力波的装置，属于钻井辅助设备技术领域。

背景技术：

目前，在石油勘探钻井时，一般需要进行随钻测量，以便实时了解井场数据，便于为后续钻井提高指导和现场决策，随钻测井仪器已经成为钻井作业的必要组成部分。目前的随钻测井仪器一般采用模块化设计，每个短节具有独立功能，剪切阀泥浆脉冲器也是一个独立的短节，阀片在井下通过剪切钻柱内的流体，利用流体的水锤效应，使泥浆产生压力脉动。

由于剪切阀脉冲器时刻工作在井下高温、高压的工况，其工作环境十分恶劣，对性能要求高，目前的剪切阀脉冲器采用电机进行驱动，比如，中国专利cn104481518a公开了一种振荡剪切阀脉冲发生器，其采用电机进行驱动，但是，电机在高温、高压的泥浆下工作很容易损坏，对此，中国专利cn106014396a公开了一种剪切阀脉冲器的动密封及压力补偿装置，其采用动密封来实现对电机的密封保护，这不仅导致结果十分复杂，而且，动密封长时间使用后密封效果会下降，而且，电机运转热难以排除，对电机会产生损坏。

本实用新型针对以上问题，提供一种利用液体动力驱动剪切阀产生脉冲压力波的装置，提高剪切阀产生脉冲压力波的装置的性能和寿命。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种利用液体动力驱动剪切阀产生脉冲压力波的装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种利用液体动力驱动剪切阀产生脉冲压力波的装置，包括钻铤外壳以及设置在所述钻铤外壳内的由平面摆动阀转子和平面摆动阀定子构成的摆阀总成、螺纹传动转换装置、主活塞、主活塞缸、驱动电磁铁和控制系统，其特征在于，

钻铤外壳内设置有沿其轴线的轴线方向延伸的腔体，所述腔体的右端设置有摆阀总成，远离所述平面摆阀总成的一端设置有主活塞缸，所述主活塞缸内设置有可沿所述钻铤外壳轴线方向往复移动的主活塞；所述摆阀总成由平面摆动阀转子和平面摆动阀定子构成，所述内平面摆动阀转子和平面摆动阀定子的位置顺序可以颠倒，

所述主活塞通过所述螺纹传动转换装置与所述平面摆动阀转子连接，以便通过所述螺纹传动转换装置将所述主活塞的轴线往复运动转换为平面摆动阀转子的旋转运动，达到发射压力波动的目的；

其中主活塞的驱动力来源于液压系统，所述液压系统通过电控阀的开合实现液压油路的通断，进一步的改变主活塞缸中的压力，并实现主活塞的往复运动；其中，电控阀由控制系统进行控制。

进一步，作为优选，

该系统还包括先导控制机构、先导控制截流环，电控阀由驱动电磁铁、先导控制机构、先导控制截流环构成，

所述电磁铁驱动先导控制机构接触和脱离先导控制截流环以实现控制液压油路的通断

所述主活塞缸于摆阀总成相对的一端设置有先导控制截流环，所述先导控制截流环中心设置有过流孔，所述过流孔左侧靠近所述过流孔的位置处设置有先导控制机构，先导控制机构能够在所述驱动电磁铁的作用下沿钻铤外壳轴线方向运动，使主活塞中的流体于乏液区相接触，进一步的使主活塞中的流体压力发生改变，进而使主活塞从与低压流体相接触转变为与高压流体接触，或使主活塞从与高压流体接触转变为与低压流体向接触，进而使得主活塞在先导控制机构的作用下交替与高压动力液和低压乏液区连通，从而使主活塞发生轴向运动；所述驱动电磁铁由所述控制系统进行控制。

进一步，作为优选，还包括弹力复位装置，所述弹力复位装置设置在主活塞与螺纹传动转换装置之间，所述弹力复位装置负责给予平面摆动阀转子一个初始位置，使平面摆动阀转子与平面摆动阀定子存在一个固定的原始角度；

当主活塞在高压液压油的作用下运动时，其推动摆动阀转子转动的同时也在压缩弹力复位装置，当液压油被泄压后，依靠弹力复位装置的回力使平面摆动阀转子变换阀位，所述阀位包括截留阀位和不截流阀位。

进一步，作为优选，还包括设置在钻铤外壳内的液压泵、旋转叶轮转子、旋转叶轮定子、磁离合原边和磁离合副边，其中，所述旋转叶轮转子设置于腔体与钻铤外壳之间形成的环形流道中，所述旋转叶轮转子内部设置有磁离合原边，所述磁离合原边可与旋转叶轮转子相对固定并一同转动；所述磁离合原边通过磁场牵引腔体内部的磁离合副边转动，所述磁离合副边驱动液压泵旋转，所述高压流体为液压泵产生的高压液压油，所述液压泵依靠旋转叶轮转子驱动并产生高压。

进一步，作为优选，所述平面摆动阀转子与摆动轴相连，所述摆动轴通过轴承与所述腔体相连。

进一步，作为优选，所述先导控制截流环中心设置有液压油卸压孔，在液压油卸压孔左侧靠近所述过流孔的位置处设置有先导控制机构，所述先导控制机构在驱动电磁铁的作用下沿钻铤外壳轴线方向运动，起到阻塞过流孔的作用，即所述先导控制机构与所述先导控制截流环的相对运动是通过阻塞液压油卸压孔的方式控制主活塞缸中的液压油的流量和压力，进而驱动主活塞沿钻铤外壳方向往复运动。

进一步，作为优选，所述平面摆动阀转子和平面摆动阀定子的叶瓣数量一致，以便依靠平面摆动阀转子相对平面摆动阀定子的摆动所产生的截留产生压力脉冲最为强烈。

进一步，作为优选，所述的弹力复位装置为一复位弹簧，所述弹簧的一端于主活塞同步运动，另一端与腔体固定，当平面摆动阀转子在螺纹传动装置的驱动下由原位转动达死点的过程中储存能量，当主活塞内部的高压液压油在电控阀的作用下泄压后，所述主活塞可在弹簧的驱动下复位，并进一步的在螺纹传动转换装置的作用下驱动转子恢复原位。

进一步，作为优选，所述的弹力复位装置为一扭力杆，当平面摆动阀转子在螺纹传动装置的驱动下由原位转动达死点的过程中所述扭力杆负责储存能量，所述扭力杆的扭力可驱动转子恢复原位。

进一步，作为优选，所述螺纹传动转换装置包括纵向运动件和摆动运动件，所述摆动轴与所述摆动运动件连接，所述摆动运动件外壁上设置有螺旋槽；当液压油被泄压后，依靠弹簧的回力使螺纹传力装置的轴向运动件复位，进一步通过螺螺纹传力装置的摆动运动件驱使摆动阀复位。

进一步，本实用新型提供了一种利用液体动力驱动剪切阀产生脉冲压力波的装置产生脉冲压力波的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

（i）利用由弹力复位装置给予平面摆动阀转子一个初始位置，使平面摆动阀转子与平面摆动阀定子存在一个固定的原始相对角度；

（ii）当需要传输信号时，通过电流使驱动电磁铁的位置发生变化，驱动电磁铁直接驱动先导控制机构运动，使与主活塞中的流体压力发生改变，进而使主活塞从与低压流体相接触转变为与高压流体接触，或使主活塞从与高压流体接触转变为与低压流体向接触；所述高压流体可以是包括高压液压油在内的高压流体。

（iii）主活塞在先导控制机构的作用下交替与高压和低压流道连通，进一步的使主活塞发生轴向运动；

（iv）主活塞驱动平面摆动阀转子相对平面摆动阀定子发生摆动，平面摆动阀转子与平面摆动阀定子所发生的节流效应即可产生脉冲压力波；

其中，在所述驱动电磁铁通电时，驱动电磁铁吸引先导控制机构与先导控制截流环分离，使主活塞中的液压油泄流，此时液压泵泵送的流体通过传压管泄流至低压区并返回液压泵的吸入口完成液压油循环，此时主活塞在弹簧的作用下复位，主活塞的轴向位移通过螺纹传动转换装置转换为摆动轴的平面摆动位移，进一步的带动摆动阀摆动至截流钻井液的阀位；当电磁铁断电后，先导控制结构在弹簧的作用下与先导控制截流环贴合，堵塞传压管，使液压泵泵送的液压油推动主活塞克服复位弹簧的力移动，主活塞的轴向位移通过螺旋传力装置转换为摆动轴的平面摆动位移，进一步的带动摆动阀摆动至泄流钻井液的阀位；依据上述方法，控制系统通过控制电磁铁的通断电来进一步的控制钻井液的泄流和截流状态而产生压力脉冲，地面监测到这种压力脉冲后即可进行解码并获知井下的指令。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型当需要传输信号时，通过电流使所述驱动电磁铁的位置发生变化，驱动电磁铁直接驱动先导控制机构向右运动，阻塞先导控制截流环中央的过流孔，使主活塞的上下端面与高压流体接触，在弹力复位装置的作用下，主活塞产生沿钻柱轴线向右方向的运动，在螺纹传动转换装置的作用下，将主活塞的纵向运动转换为旋转运动，进一步的驱动转子转动，达到一个阀位死点。当采取断电或通过反向电流之一的措施时，驱动电磁铁直接驱动先导控制机构反向运动，不阻碍先导控制截流环中央的过流孔，导致主活塞下端面与低压流体沟通，主活塞上端面与高压流体沟通，主活塞产生沿钻柱轴线向左方向的运动，在螺纹传动转换装置的作用下，将主活塞的纵向运动转换为反向旋转运动，进一步的驱动转子转动达到反向的阀位死点。通过电磁铁的不同电流状态，利用平面摆动阀定子和平面摆动阀转子的不同相对位置关系改变了对泥浆的节流量，最终达到发射压力波动的目的。

附图说明

图1是本实用新型一种利用液体动力驱动剪切阀产生脉冲压力波的装置的结构示意图；

图2是本实用新型一种利用液体动力驱动剪切阀产生脉冲压力波的装置的一端放大结构示意图；

图3是本实用新型一种利用液体动力驱动剪切阀产生脉冲压力波的装置的另一端放大结构示意图；

其中，1、弹力复位装置，2、平面摆动阀转子,3、平面摆动阀定子,4、螺纹传动转换装置,5、主活塞,6、主活塞缸,7、先导控制机构,8、先导控制截流环,9、驱动电磁铁,10、控制系统，11、传压管，12、旋转轴，13、摆动轴，14、摆动轴轴承，15、旋转轴轴承，16、旋转叶轮转子，17旋转叶轮定子，18磁离合原边，19磁离合副边，20、液压泵，21、动力液驱，22-24、乏液区，25、腔体，26、钻铤外壳。

具体实施方式

请参阅图1-3，本实用新型实施例中，一种利用液体动力驱动剪切阀产生脉冲压力波的装置，包括钻铤外壳26以及设置在所述钻铤外壳26内的由平面摆动阀转子2和平面摆动阀定子3构成的摆阀总成、螺纹传动转换装置4、主活塞5、主活塞缸6、驱动电磁铁9和控制系统10，其特征在于，

钻铤外壳26内设置有沿其轴线的轴线方向延伸的腔体25，所述腔体的右端设置有摆阀总成，远离所述平面摆阀总成的一端设置有主活塞缸6，所述主活塞缸6内设置有可沿所述钻铤外壳轴线方向往复移动的主活塞5；所述摆阀总成由平面摆动阀转子2和平面摆动阀定子3构成，所述内平面摆动阀转子2和平面摆动阀定子3的位置顺序可以颠倒，

所述主活塞5通过所述螺纹传动转换装置4与所述平面摆动阀转子2连接，以便通过所述螺纹传动转换装置4将所述主活塞5的轴线往复运动转换为平面摆动阀转子2的旋转运动，达到发射压力波动的目的；

其中主活塞的驱动力来源于液压系统，所述液压系统通过电控阀的开合实现液压油路的通断，进一步的改变主活塞缸6中的压力，并实现主活塞5的往复运动；其中，电控阀由控制系统10进行控制。

作为较佳的实施例，该系统还包括先导控制机构7、先导控制截流环8，电控阀由驱动电磁铁9、先导控制机构7、先导控制截流环8构成，

所述电磁铁驱动先导控制机构接触和脱离先导控制截流环以实现控制液压油路的通断

所述主活塞缸6于摆阀总成相对的一端设置有先导控制截流环8，所述先导控制截流环8中心设置有过流孔，所述过流孔左侧靠近所述过流孔的位置处设置有先导控制机构7，先导控制机构7能够在所述驱动电磁铁9的作用下沿钻铤外壳轴线方向运动，使主活塞中的流体于乏液区相接触，进一步的使主活塞5中的流体压力发生改变，进而使主活塞5从与低压流体相接触转变为与高压流体接触，或使主活塞5从与高压流体接触转变为与低压流体向接触，进而使得主活塞5在先导控制机构7的作用下交替与高压动力液和低压乏液区连通，从而使主活塞5发生轴向运动；所述驱动电磁铁9由所述控制系统10进行控制。

在本实施例中，如图1，还包括弹力复位装置1，所述弹力复位装置1设置在主活塞5与螺纹传动转换装置4之间，所述弹力复位装置1负责给予平面摆动阀转子2一个初始位置，使平面摆动阀转子2与平面摆动阀定子3存在一个固定的原始角度；

当主活塞在高压液压油的作用下运动时，其推动摆动阀转子2转动的同时也在压缩弹力复位装置1，当液压油被泄压后，依靠弹力复位装置1的回力使摆动阀转子变换阀位，所述阀位包括截留阀位和不截流阀位。

此外，如图1，本实用新型还包括设置在钻铤外壳内的液压泵20、旋转叶轮转子16、旋转叶轮定子17、磁离合原边18和磁离合副边19，其中，所述旋转叶轮转子16设置于腔体25与钻铤外壳26之间形成的环形流道中，所述旋转叶轮转子16内部设置有磁离合原边18，所述磁离合原边18可与旋转叶轮转子16相对固定并一同转动；所述磁离合原边18通过磁场牵引腔体内部的磁离合副边19转动，所述磁离合副边19驱动液压泵旋转，所述高压流体为液压泵20产生的高压液压油，所述液压泵20依靠旋转叶轮转子16驱动并产生高压。

其中，在本实施例中，所述摆动阀转子与摆动轴13相连，所述摆动轴通过轴承与所述腔体25相连。

作为更佳的实施例，所述先导控制截流环8中心设置有液压油卸压孔，在液压油卸压孔左侧靠近所述过流孔的位置处设置有先导控制机构7，所述先导控制机构在驱动电磁铁的作用下沿钻铤外壳轴线方向运动，起到阻塞过流孔的作用，即所述先导控制机构7与所述先导控制截流环8的相对运动是通过阻塞液压油卸压孔的方式控制主活塞缸中的液压油的流量和压力，进而驱动主活塞沿钻铤外壳方向往复运动。

作为更佳的实施例，所述平面摆动阀转子2和平面摆动阀定子3的叶瓣数量一致，以便依靠平面摆动阀转子2相对平面摆动阀定子3的摆动所产生的截留产生压力脉冲最为强烈。

对于弹力复位装置1来说，作为其中一个实施例，所述的弹力复位装置1为一复位弹簧，当平面摆动阀转子在螺纹传动装置的驱动下由原位转动达死点的过程中所述弹簧负责储存能量，所述弹簧的扭力可驱动转子恢复原位。

作为另外一个实施例，所述的弹力复位装置1为一扭力杆，当平面摆动阀转子2在螺纹传动装置的驱动下由原位转动达死点的过程中所述扭力杆负责储存能量，所述扭力杆的扭力可驱动转子恢复原位。

在本实施例中，所述螺纹传动转换装置包括纵向运动件和摆动运动件，所述摆动轴与所述摆动运动件连接，所述摆动运动件外壁上设置有螺旋槽；当液压油被泄压后，依靠弹簧的回力使螺纹传力装置的轴向运动件复位，进一步通过螺螺纹传力装置的摆动运动件驱使摆动阀复位。

此外，本实用新型提供了一种利用液体动力驱动剪切阀产生脉冲压力波的装置产生脉冲压力波的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

（i）、利用由弹力复位装置1给予平面摆动阀转子一个初始位置，使平面摆动阀转子2与平面摆动阀定子3存在一个固定的原始相对角度；

（ii）、当需要传输信号时，通过电流使驱动电磁铁9的位置发生变化，驱动电磁铁9直接驱动先导控制机构7运动，使与主活塞5中的流体压力发生改变，进而使主活塞5从与低压流体相接触转变为与高压流体接触，或使主活塞5从与高压流体接触转变为与低压流体向接触；

（iii）、主活塞5在先导控制机构7的作用下交替与高压和低压流道连通，进一步的使主活塞5发生轴向运动；

（iv）、主活塞5驱动平面摆动阀转子2相对平面摆动阀定子发生摆动，平面摆动阀转子2与平面摆动阀定子3所发生的节流效应即可产生脉冲压力波；

其中，在所述驱动电磁铁9通电时，驱动电磁铁吸引先导控制机构与先导控制截流环分离，使主活塞5中的液压油泄流，此时液压泵20泵送的流体通过传压管11泄流至低压区并返回液压泵的吸入口完成液压油循环，此时主活塞5在弹簧的作用下复位，主活塞5的轴向位移通过螺纹传动转换装置4转换为摆动轴的平面摆动位移，进一步的带动摆动阀摆动至截流钻井液的阀位；当电磁铁断电后，先导控制结构7在弹簧的作用下与先导控制截流环8贴合，堵塞传压管，使液压泵泵送的液压油推动主活塞克服复位弹簧的力移动，主活塞的轴向位移通过螺旋传力装置转换为摆动轴的平面摆动位移，进一步的带动摆动阀摆动至泄流钻井液的阀位；依据上述方法，控制系统10通过控制电磁铁的通断电来进一步的控制钻井液的泄流和截流状态而产生压力脉冲，地面监测到这种压力脉冲后即可进行解码井获知井下的指令。

以上所述的，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。