一种石油钻井用磁传动隔离式泥浆压力波快速数据传输装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油定向井钻探、地质勘探、地下盐业、煤田等地下资源钻探技术领 域。 技术背景
[0002] 随着现代化石油定向井钻探技术的发展，井下测量数据的信息量不断增加，从单 一的（MWD)采集的方位角、井斜角、工具面、重力和、磁场和、电池电压、温度定向信息，发展 到目前（LWD)在此基础上增加了自然伽玛、电阻率、声波测量、中子、密度、井下压力等测井 信息。
[0003] 随钻通信就是将地下钻头附近多个传感器采集到的数据经过编码后传输到地面 的过程，泥浆压力波通信是无线随钻通信方式其中的一种，基本原理是利用编码控制管柱 内泥浆压力的变化并传输到地面的过程，在地面立管上的压力传感器接收到压力波，转变 成电信号后，经过放大、整形、译码等一系列处理，还原出井底传感器所采集到的数据，再传 输到司钻显示仪，便于司钻及时控制钻进轨迹和进行数据分析。
[0004] 传统的正、负脉冲产生器是采用了电磁阀门的原理，将传感器的编码脉冲驱动电 磁铁（小蘑菇头）进行机械式开关动作，并巧妙地利用了地面泥浆泵注入到管柱内泥浆的 压力驱动大阀门（大蘑菇头）进行阀门式开关动作，迫使管住内的泥浆压力随编码脉冲的 改变而改变。由于该装置是机械式阀门开关动作进行编码，传输速率非常慢，耗电多，需要 经常保养。
[0005] 近年来，国内以650脉冲器为代表的泥浆脉冲器利用涡轮和磁传动驱动液压装 置，使驱动功率大为减小，可靠性有所提高。使用了泥浆发电机供电，节约了电池。同时对 编码方式进行了改进，传输速率也有所提高，但是仍然不能满足高速数据传输的需要。
[0006] 随着泥浆通信技术的不断发展，国外出现了多种连续波泥浆信号发生器，采用了 定子盘与转子盘流道截面积的改变的方式，迫使管柱内压力波成线性变化，达到实现正弦 波调制快速传输数据的目的，基本满足快速通信的要求。但是存在轴承隔离问题，由于抗压 筒外有40MPa左右的泥浆压力，使得抗压筒内外的隔离难度大，密封轴承阻力大，磨损大， 寿命短的严重问题。
[0007] 目前公开的泥浆压力波快速传输装置存有共性的问题：1、数据传输速率慢，正、负 脉冲器传输一组完整的数据大约需要4-5分钟的时间，无法满足高速数据传输的要求，误 码率高，很多情况下需要打印波形进行人工比对，大大影响了工作效率；2、存在密封轴承， 抗泥浆压力能力差；3、轴承在泥浆中直接摩擦寿命短，维护工作量大。
【发明内容】
[0008] 为了解决上述不足，本发明抗压筒内部动力源与抗压筒外部编码盘之间动力传输 部分全部采用了磁传动，使抗压筒内、外全部隔离。抗压筒外部的旋转部分采用了磁支撑悬 浮轴承。采用了双电机分别通过磁传动驱动两个编码盘，实现了无缝隙连续波2DPSK压力 波编码调制快速数据传输，与其传统的泥浆压力波脉冲器相比，传输速率高出10倍以上， 具有寿命长、传输速率快，误码率低，适应井下高压力、高温度、抗震动之特点。本发明的目 的就是为现场提供一种石油钻井用磁传动隔离式泥浆压力波快速数据传输装置.
[0009] 本发明是这样实现的，一种石油钻井用磁传动隔离式泥浆压力波快速数据传输 装置：包括管柱、加速环、支撑A、支撑B、发电机涡轮磁极、发电机定子、编码盘A驱动电机、 导流环、编码盘A、编码盘B、下固定环、编码盘B驱动电机、抗压筒，编码盘A内孔装有编码 盘A磁传动外磁铁套装在抗压筒中间部位，编码盘A驱动电机安装在抗压筒的中上部，传动 轴上部装有编码盘A磁传动内磁铁，并与编码盘A磁传动外磁铁相耦合，编码盘B安装在编 码盘A的下部，内孔装有编码盘B传动外磁铁并套装在抗压筒中下部，驱动电机B安装在下 固定环的下面抗压筒内，电机传动轴上部安装有编码盘B磁传动内磁铁与编码盘B外磁铁 相耦合。
[0010] 发电机涡轮磁铁安装在发电机涡轮中心孔内，并套装在抗压筒上部与发电机增速 环和支撑B之间，发电机定子为线圈，安装在抗压筒内，并与涡轮磁铁相耦合。
[0011] 发电机增速环的下部导流环上部、分别安装有支撑A、支撑B、支撑A、支撑B，均为 磁支撑轴承，并套装在抗压筒上。
[0012] 发电机增速环为圆盘状，套装在抗压筒外上部，并与管柱内壁固定，围绕圆盘周围 加工有斜通孔。
[0013] 导流环为圆柱状，套装在抗压筒外圆，支撑A下部，导流环外圆与管柱内壁固定， 围绕圆柱周围加工有直通孔。
[0014] 下固定环为圆柱状，套装在抗压筒外圆，驱动电机B下边，外围与管柱固定，围绕 圆柱周围加工有直通孔。
[0015] 由于本发明动力传输部分全部采用了磁传输，使抗压筒内外全部隔离，改掉了抗 压筒内电机与抗压筒外编码盘之间的高压轴承，减小了摩擦系数，抗压筒外部的旋转部分 均采用了轴向磁支撑轴承，大大增加了轴承的使用寿命。采用了双电机驱动方式带动两个 编码盘，实现了无缝隙连续波2DPSK编码调制，提高了数据通信的速率，使传输速率达到了 20比特以上，比传统的泥浆脉冲器传输速率提高了 10倍以上。
[0016] 说明书附图
[0017] 图1 :一种石油钻井用磁传动隔离式泥浆压力波快速数据传输装置整体结构示意 图。
[0018]
【附图说明】1、管柱2、加速环3、支撑A 4、支撑B 5、发电机涡轮磁极6、发电机定 子7、编码盘A驱动电机8、导流环9、编码盘A磁外磁铁10、编码盘A内磁铁A 11、编码盘 A 12、编码盘B 13、编码盘B外磁铁14、编码盘B内磁铁B 15、下固定环16、编码盘B驱动 电机B 17抗压筒
【具体实施方式】
[0019] 现结合说明书附图1对本发明作进一步的描述，一种石油钻井用磁传动隔离式泥 浆压力波快速数据传输装置，包括管柱1.加速环2.支撑A 3.支撑B 4.发电机涡轮磁极 5.发电机定子6.编码盘A驱动电机7.导流环8.编码盘A磁外磁铁9.编码盘A内磁铁 10.编码盘A 11.编码盘B 12.编码盘B外磁铁13.编码盘B内磁铁14.下固定环15.编 码盘B驱动电机16抗压筒17,编码盘All内孔装有编码盘A磁传动外磁铁9套装在抗压 筒17中间部位，编码盘A驱动电机7安装在抗压筒17的中上部，传动轴上部装有编码盘A 磁传动内磁铁10,并与编码盘A磁传动外磁铁9相耦合，编码盘B12安装在编码盘Al 1的下 部，内孔装有编码盘B传动外磁铁13并套装在抗压筒17中下部，驱动电机BlO安装在下固 定环15的下面抗压筒17内，电机传动轴上部安装有编码盘B磁传动内磁铁14前与编码盘 B外磁铁13相親合。
[0020] 发电机涡轮磁铁5安装在发电机涡轮中心孔内，并套装在抗压筒17上部与发电机 增速环和支撑B之间，发电机定子为线圈，安装在抗压筒17内，并与涡轮磁铁5相耦合。
[0021] 发电机增速环2的下部导流环8上部、分别安装有支撑A3、支撑M、支撑A3、支撑 B4,均为磁支撑轴承，并套装在抗压筒17上。
[0022] 发电机增速环2为圆盘状，套装在抗压筒17外上部，并与管柱1内壁固定，围绕圆 盘周围加工有斜通孔。
[0023] 导流环8为圆柱状，套装在抗压筒17外圆，支撑A3下部，导流环8外圆与管柱1 内壁固定，围绕圆柱周围加工有直通孔。
[0024] 下固定环15为圆柱状，套装在抗压筒17外圆，驱动电机BlO下边，外围与管柱1 固定，围绕圆柱周围加工有直通孔。
[0025] 本发明的原理是井下探管传感器的数据经过运算处理，进行编码后驱动编码盘作 旋转动作，迫使泥浆使流道的截面积发生变化，压力波随管柱内的压力变化而变化。井柱内 的泥浆压力受到两个编码盘孔重合时的大小决定的。Q为流过阀孔的流量m 2/s，Cd为阀流 系数，一般为Cd= 0.6-0. 8 {23}，P为液体密度kg/m2, Λ p为阀口的前后压差MPa, A为阀口 截面积
【主权项】
1. 一种石油钻井用磁传动隔离式泥浆压力波快速数据传输装置，包括管柱（1)、加速 环（2)、支撑A (3)、支撑B(4)、发电机涡轮磁极（15)、发电机定子（6)、编码盘A驱动电机 (7) 、导流环（8)、编码盘A (11)、编码盘B(12 )、下固定环（15)、编码盘B驱动电机（16)、抗压筒（17)，其特征是：编码盘A(11)内孔 装有编码盘A磁传动外磁铁（9)套装在抗压筒（17)中间部位，编码盘A驱动电机（7)安装 在抗压筒（17)的中上部，传动轴上部装有编码盘A磁传动内磁铁（10)，并与编码盘A磁传 动外磁铁（9)相耦合，编码盘B (12)安装在编码盘A(11)的下部，内孔装有编码盘B传动 外磁铁（13)并套装在抗压筒（17)中下部，驱动电机B (10)安装在下固定环（15)的下面抗 压筒（17)内，电机传动轴上部安装有编码盘B磁传动内磁铁（14)与编码盘B外磁铁（13) 相耦合。
2. -种石油钻井用磁传动隔离式泥浆压力波快速数据传输装置，其特征是：发电机涡 轮磁铁（5 )安装在发电机涡轮中心孔内，并套装在抗压筒（17上部与发电机增速环和支撑B 之间，发电机定子（6)安装在抗压筒（17)内，并与涡轮磁铁（5)相耦合。
3. -种石油钻井用磁传动隔离式泥浆压力波快速数据传输装置，其特征是：发电机增 速环（2)的下部导流环（8)上部、分别安装有支撑A (3)、支撑B (4)、支撑A (3)、支撑B (4)，均为磁支撑轴承，并套装在抗压筒（17)上。
4. 一种石油钻井用磁传动隔离式泥浆压力波快速数据传输装置，其特征为：发电机增 速环（2)为圆盘状，套装在抗压筒（17)外上部，并与管柱（1)内壁固定，围绕圆盘周围加工 有斜通孔。
5. -种石油钻井用磁传动隔离式泥浆压力波快速数据传输装置，其特征为：导流环 (8) 为圆柱状，套装在抗压筒（17)外圆，支撑A (3)下部，导流环（8)外圆与管柱（1)内壁 固定，围绕圆柱周围加工有直通孔。
6. -种石油钻井用磁传动隔离式泥浆压力波快速数据传输装置，其特征为：下固定环 (15)为圆柱状，套装在抗压筒（17)外圆，驱动电机B (10)下边，外围与管柱（1)固定，围绕 圆柱周围加工有直通孔。
【专利摘要】一种石油钻井用磁传动隔离式泥浆压力波快速数据传输装置，利用两个带有半圆孔的旋转编码盘通过改变截面积大小的方法而改变钻柱内的泥浆压力，将井下多个传感器所采集到的数据，编码调制后快速传输到地面，包括调制编码盘、编码盘驱动电机、磁动力传输，磁支撑轴承，抗压筒、泥浆涡轮发电机其抗压筒内部动力源与抗压筒外部编码盘之间动力传输全部采用了磁传动，使抗压筒内、外隔离，抗压筒外部的旋转部分采用了磁支撑悬浮轴承，双电机分别通过磁传动驱动两个编码盘，实现了无缝隙连续波2DPSK压力波编码调制快速数据传输，与传统的泥浆压力波脉冲器相比，传输速率高，寿命长、传输速率快，误码率低，适应井下高压、高温、高震动之特点。
【IPC分类】E21B47-18
【公开号】CN104612670
【申请号】CN201510079807
【发明人】朱怀军, 李光泉, 吴天乾, 王自民, 邢树村
【申请人】东营市天庚石油技术有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月13日