一种直线电机驱动的连续波正脉冲发生器的制造方法
【技术领域】 [0001 ] ：
[0002] 本实用新型属于石油钻井工程技术领域，特别是涉及井下数据向地面高速传输的 装置中的一种直线电机驱动的连续波正脉冲发生器。
【背景技术】 [0003] ：
[0004] 随着世界上各主要油气田相继进入开发后期，油气藏开发的难度逐年增加，钻遇 地层日益复杂，对钻井、测井和录井过程的自动化、智能化技术的要求越来越高。为了及时 准确获得钻井资料，进一步了解地层的含油气情况，及时获取地层的各种资料，实现所谓的 随钻测量与随钻测井(MWD/LWD)。
[0005] MWD/LWD的最终目的是准确利用测得的钻井参数和地层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是刚钻开的地层参数，它最接近地 层的原始状态，用于对复杂地层的含油、气评价比一般电缆测井更加准确可靠。此外，MWD/ LWD除测量电阻率、声速、中子孔隙度、密度等常规测井和某些成像测井以外，还可以测量钻 压、扭矩、转速、环空压力等钻井参数，实现钻井过程的安全与高效。
[0006] MWD/LWD的关键技术是井下信号向地面系统的实时传输，目前的信号传输方式分 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： 泥浆脉冲、电磁波、声波等。泥浆脉冲可用于深井以及较低的开发成本，使得泥浆脉冲成为 目前广泛采用的传输方式。泥浆脉冲器是将被测参数转变成泥浆压力脉冲，随泥浆循环传 送到地面。泥浆脉冲发生器作为随钻测量的核心部分，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，现已很少使用。泥浆正脉冲发生器使用普遍，但是传输速率较低，随着技术的 发展，已不能满足大数据量传输的需要。连续波泥浆脉冲发生器的优点是传输速度快，是目 前重点发展的技术之一。
[0007] 带有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最实用、最普遍的 方式，尤其是以钻井液为介质的往复节流式信号发生器应用最多。目前普遍采用的方法是 被测参数经数字化编码后，变成高"Γ、低"〇"电信号，由它控制泥浆脉冲发生器的蘑菇头， 当编码为"Γ时，蘑菇头上移，使流经锥形口的泥浆阻力增加，产生附加压力。当编码为"〇" 时，蘑菇头向下回到原位，压力降至正常。这是正脉冲传输系统，这类系统的问题是传输数 据的速率较低，仅几个比特每秒，很难适应现在井下多参数随钻信息的传送。
[0008] 连续波泥浆脉冲传输系统是在井下钻挺上用轴向旋转阀开闭的原理产生泥浆的 压力波动，地面检测被调制的泥浆压力信号进行解码而获得井下数据，其优点是数据传输 快信息量大，可达几十比特每秒的速率，现有问题是泥浆信号的压力波动值太小了，井深及 泥浆恶劣都会淹没泥浆压力脉冲信号。现有的连续波正脉冲发生器存在着诸多问题，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压力不足 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。现有连续波泥浆脉冲发生器信号相对较弱，受噪声干扰 影响相对较大，对信号处理系统要求较高。
[0009] 国内外相关技术背景与发展历程分析:20世纪50年代，由美国人实用新型了泥浆 脉冲的传输方法，使泥浆脉冲技术在钻井工程中开始应用。60年代贝克休斯公司研制的钻 井液压力脉冲系统成功地应用于钻井过程，随后陆续制定了随钻测量的性能与可靠性标 准。1973年贝克休斯公司研制出了无线随钻测斜仪，1979年斯伦贝谢公司研制出钻井液压 力传输系统。1983年Wilson C.利用风洞模拟测试了脉冲发生器的动力场特性，利用有限元 分析软件仿真了脉冲发生器的基础数据与变化特性，得到了连续泥浆脉冲器可靠理论数 据。1986年斯伦贝谢公司为他的Pressure Pulse Generator申请了专利。1994年Wilson C. 又为哈里伯顿公司申请了Turbo Siren Signal Generator的专利。相关的专利主要有：美 国斯伦贝谢公司的实用新型专利"用于随钻测量工具中的正弦压力波发生器(Sinusoidal pressure pulse generator for measurement while drilling tool)''和"用于井下数据 向地面传输的方法与系统(Method and system for wellbore communication)"公开了一 种基于连续旋转阀的连续波泥浆脉冲信号发生器;美国贝克休斯公司的实用新型专利"用 于泥楽脉冲数据远传的振荡剪切阀（Oscillating shear valve for mud pulse telemetry)"和"用于泥衆脉冲数据远传的井下脉冲信号发生器(Downlink pulser for mud pulse telemetry)"，公布了一种用于基于剪切振荡原理工作的连续波泥衆脉冲发生 器。两种连续波脉冲器的不同之处仅仅在于脉冲器转子的运动形式以及后续的脉冲调制与 解码方式，但是尚未查到利用已有的正脉冲发生器结构形式实现连续波脉冲器的专利。
[0010] 国内尚无连续波泥浆脉冲器产品，国内研究人员对连续波泥浆脉冲器的脉冲产生 的机理、脉冲器的基本结构等进行了研究，并且参考国外连续钻井液脉冲发生器的技术现 状，确定了连续波钻井液脉冲发生器的技术指标与可能的实现方式，陆续申请了部分专利。 如：西安斯坦仪器股份有限公司的实用新型专利"井下连续波泥浆脉冲发生器（【申请号】 201210575409.7)"，其结构形式与控制方法几乎与斯伦贝谢公司的专利一样;斯伦贝谢金 地伟业油田技术（山东）有限公司的实用新型专利"连续波泥浆脉冲发生器（【申请号】 201110452486.9)、旋转阀式泥浆脉冲发生器（【申请号】201120194307.1)"，该专利实际上就 是斯伦贝谢公司专利的中国版；中石油渤海钻探公司的实用新型专利"一种基于三角形阀 体的连续波发生器转阀（【申请号】201310 755292.5)"，对连续波脉冲器的阀体结构进行了 改进，使其输出信号更符合正弦波的形式，以减小泥浆脉冲信号的传输衰减。
[0011] 上述专利基本上都以斯伦贝谢公司的专利为蓝本而进行改进，这些改进包括:脉 冲器的阀体设计、密封以及传动等机械结构部分，没有检索到关于脉冲器控制方式、供电方 式等方面的专利。以上专利的共同之处在于:①脉冲器转子均由电机驱动，转子的工作方 式分为连续旋转与剪切振荡两种形式;②电机的电源来自井下涡轮发电机与井下电池组， 工作时间与工作条件受限;③脉冲器的工作原理基本相同，都是通过周期性地改变钻井液 的流通面积来实现的。目前尚未检索到与本实用新型专利内容相关的信息。
[0012]【实用新型内容】：
[0013] 本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种为井下数据向地面系 统高速传输可靠