专利名称：一种泥浆脉冲器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油钻井井下测量仪器，尤其是一种井下无线随钻测量 用泥浆脉冲发生器，属于井下仪器类。
技术背景泥浆脉冲器是无线随钻仪器最重要的部分，在井下高温、高压、强震动 的泥浆环境下使用，要求适应性强、可靠性高、信号质量好、维修简单。泥 浆脉冲器的脉冲信号质量差，会造成上传数据错误；可靠性差，会导致因仪 器故障起下钻，加大钻井成本。目前，石油钻井中使用的泥浆脉冲器主要有 负脉冲型泥浆脉冲器和小阀推大阀结构的正脉冲型泥浆脉冲器，前者存在泄 露泥浆、冲蚀井壁、脉冲咀易刺坏、无打捞功能等问题，后者由于小阀头直 接在泥浆中工作，存在易被泥浆携带的岩屑卡堵和冲蚀、磨损，以上两种泥 桨脉冲器均存在配置不易改变、泥桨脉冲信号不稳定等问题。 发明内容因此，针对上述实际问题，研制开发了本实用新型——一种泥浆脉冲器， 其目的在于提供一种可选配置的旋转脉冲器头，以合理选择叶轮扭矩、流道 结构、流道面积、翼的阻挡面积等，有效提高泥浆脉冲信号质量；将主轴总 成、控制与缓冲机构、电磁阀总成等采用内藏式结构设计，改善了上述部件 的工作环境，提高了泥浆脉冲器可靠性。本实用新型主要由旋转脉冲头、脉冲头支撑座、主轴支撑机构、主轴总 成、控制与缓冲机构、电磁阀总成、平衡活塞机构、脉冲器壳体和承压电极 总成组成，主要由打捞头l、叶轮4、止退环7、转子ll构成旋转脉冲头，叶 轮4套装在打捞头1的外表面；由滑动轴承螺帽10、定子13、整流支撑架14、备紧环16、 0号本体外壳0构成脉冲头支撑座；由主轴15、主轴铜套9、上 轴销5、滚针轴承套20、联轴器销32、下座弹簧26、止退轴承上座22、主轴 止退轴承23、主轴半瓦对25、止退轴承下座27、联轴器31和1号本体外壳 28构成主轴总成，止退轴承下座27位于主轴与2号本体外壳30之间，主轴 下端有通孔，孔内安放联轴器销32，联轴器31内有槽与联轴器销32相适配； 由联轴十字33、旋转锁齿34、小车小轴承36、锁齿轴37、小车大轴承38、 锁齿轴承39、小车41、小车滑套43、扭簧上座47、电磁阀轴56、扭簧49、 缓冲垫48、扭簧下座53构成控制与缓冲机构，小车41下端有内螺纹与电磁 阀轴56连接，扭簧下座53前端套在扭簧上座后端上，且扭簧上座47与扭簧 下座53均套在主轴15上，缓冲垫48位于扭簧上座47后端与扭簧下座53的 空腔内，电磁阀轴56下端有螺纹与电磁阀头58连接；由5号本体外壳63、 活塞69、活塞内轴65、 6号本体外壳71以及兼做活塞套的5号本体外壳63 共同构成压力平衡机构，活塞69套在活塞内轴65上，活塞内轴中部为通孔， 用以穿越电极连接电线；7号本体外壳73、堵头本体82、电极绝缘架83、堵 头备紧环84、电极螺栓85、电极86、加油丝堵89构成承压电极总成，电极 螺栓85与7号本体外壳73之间有绝缘环74，螺帽75有内螺纹与电极螺栓 85上端连接，电极绝缘架83外表面为台阶状并与堵头本体82相应位置的内 表面相适配，电极绝缘架83套在电极螺栓85上，堵头备紧环84前端有螺纹 与7号本体外壳73连接，电极86固定在电极螺栓85上；打捞头1有内螺纹 与主轴15 —端连接，止退环7套在主轴15的圆锥形台阶面上，定子13与1 号本体外壳28釆用螺纹连接，0号本体外壳0位于主轴15和整流支撑架14 之间，并且用螺纹与备紧环16连接，1号本体外壳28与止退轴承上座22之 间的空腔内有主碟簧21， 2号本体外壳30前端有外螺纹与1号本体外壳28连接，6号本体外壳71后端有内螺纹与7号本体外壳73前端连接。打捞头l 和叶轮4之间有O型密封圈，两者之间形成的空腔内有碟簧3。打捞头1外 表面加工有打捞台阶。转子11与止退环7的空腔内有调整垫圈6。主轴15与 滑动轴承螺帽10之间有Y型密封圈8密封。转子11与定子13的翼片数目相 同，翼片数可分别为2、 3、 4片。主轴总成中滚针轴承套20位于主轴15和 滚针轴承19之间，滚针轴承套20前端有主轴卡簧18。 1号本体外壳28与止 退轴承上座22之间内有主碟簧21。主轴半瓦对25上有环形槽，安放半瓦卡 环24。止退轴承下座27与主轴15的空腔内有止退轴承下座弹簧26。 2号本 体外壳30与主轴15之间的空腔内有预紧弹簧29。锁齿轴37下端有锁齿轴卡 环35。旋转锁齿34内圆周内上下均匀排布两层梯形齿，齿排布方式依据定子 的翼片数量设计，如翼片数为2，则齿以90°角度排布，翼片数为3，则以 60°排布，翼片数为4，以45°排布。小车滑套43与3号本体外壳55之间 装有滚针轴承42。锁齿轴承39与3号本体外壳55之间有卡环40。主轴15 与3号本体外壳55之间的空腔内有预紧弹簧29。小车滑套43与扭簧上座47 以定位销45固定。扭簧上座47相应位置有一槽与限位销46配合。3号本体 有一通孔与扭簧上座47相应位置的槽内有限位销46。扭簧上座47前半部在 扭簧49相应位置的前端和后端各有一个定位销50。 3号本体外壳55后端和4 号本体外壳60前端之间有O型密封圈51。扭簧下座53外表面有凹槽，凹槽 内有与主轴呈垂直方向有预扭销52。活塞内轴65前端有活塞轴卡环64，与 活塞69之间有活塞衬垫66。活塞69上有外O型密封圈67与5号本体外壳 63密封，内有活塞内O型密封圈68与活塞内轴65密封。活塞内轴65后端 有O型圈70与6号本体外壳71密封。7号本体外壳73上部有带螺纹台阶通 孔，放置加油丝堵89，下半部有轴向内螺纹孔连接螺钉72。堵头本体82与螺帽75之间的空隙依次有防松碟簧76、垫片77，两者套装在电极螺栓85上， 电极螺栓85与堵头本体82之间有绝缘管78，堵头本体82与7号本体外壳 73之间有电极外O型圈79密封，堵头本体82与电极绝缘架83之间有电极 中O型圈80密封，电极绝缘架83与电极螺栓85之间有电极内O型圈81密 封。电磁阀总成已由新疆石油管理局钻井工艺研究院申请的并已授权的专利 "一种泥浆脉冲器电磁阀"(申请号200620056455)批露。 本实用新型的优点是-1. 可根据不同工况选配旋转脉冲头的叶轮、后倾角转子以及脉冲头支撑 座的流道结构和面积，不仅使泥浆脉冲器具有较强的适应性，而且还改善了 脉冲信号质量。2. 将主轴总成、控制与缓冲机构、电磁阀总成等采用内藏式结构设计， 使这些关键机构在壳体内部的液压油中工作，提高了泥桨脉冲器的可靠性。3. 泥浆脉冲器仅在脉冲头支撑座定子的压紧轴承螺帽与主轴之间仅有一 处采用动密封。由于平衡活塞机构保证了壳体内、外压差基本平衡，因而动 密封性能好，使用周期长。4. 泥浆脉冲器设计合理，结构简单，加工和使用成本低。整体采用模块 化结构设计，便于组装、保养。
图l 本实用新型结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。本发明主要由旋转脉冲头、脉冲头支撑座、主轴支撑机构、主轴总成、 控制与缓冲机构、电磁阀总成、平衡活塞机构、脉冲器壳体和承压电极总成组成，主要由打捞头l、叶轮4、止退环7、转子ll构成旋转脉冲头，叶轮4 套装在打捞头1的外表面；由滑动轴承螺帽10、定子13、整流支撑架14、备 紧环16、 0号本体外壳0构成脉冲头支撑座；由主轴15、主轴铜套9、上轴 销5、滚针轴承套20、联轴器销32、下座弹簧26、止退轴承上座22、主轴止 退轴承23、主轴半瓦对25、止退轴承下座27、联轴器31和1号本体外壳28 构成主轴总成，止退轴承下座27位于主轴与2号本体外壳30之间，主轴下 端有通孔，孔内安放联轴器销32，联轴器31内有槽与联轴器销32相适配； 由联轴十字33、旋转锁齿34、小车小轴承36、锁齿轴37、小车大轴承38、 锁齿轴承39、小车41、小车滑套43、扭簧上座47、电磁阀轴56、扭簧49、 缓冲垫48、扭簧下座53构成控制与缓冲机构，小车41下端有内螺纹与电磁 阀轴56连接，扭簧下座53前端套在扭簧上座后端上，且扭簧上座47与扭簧 下座53均套在主轴15上，缓冲垫48位于扭簧上座47后端与扭簧下座53的 空腔内，电磁阀轴56下端有螺纹与电磁阀头58连接；由5号本体外壳63、 活塞69、活塞内轴65、 6号本体外壳71以及兼做活塞套的5号本体外壳63 共同构成压力平衡机构，活塞69套在活塞内轴65上，活塞内轴中部为通孔， 用以穿越电极连接电线；7号本体外壳73、堵头本体82、电极绝缘架83、堵 头备紧环84、电极螺栓85、电极86、加油丝堵89构成承压电极总成，电极 螺栓85与7号本体外壳73之间有绝缘环74，螺帽75有内螺纹与电极螺栓 85上端连接，电极绝缘架83外表面为台阶状并与堵头本体82相应位置的内 表面相适配，电极绝缘架83套在电极螺栓85上，堵头备紧环84前端有螺纹 与7号本体外壳73连接，电极86固定在电极螺栓85上；打捞头1有内螺纹 与主轴15 —端连接，止退环7套在主轴15的圆锥形台阶面上，定子13与1 号本体外壳28采用螺纹连接，0号本体外壳0位于主轴15和整流支撑架14之间，并且用螺纹与备紧环16连接，1号本体外壳28与止退轴承上座22之 间的空腔内有主碟簧21， 2号本体外壳30前端有外螺纹与1号本体外壳28 连接，6号本体外壳71后端有内螺纹与7号本体外壳73前端连接。打捞头l 和叶轮4之间有O型密封圈，两者之间形成的空腔内有碟簧3。打捞头1外 表面加工有打捞台阶。转子11与止退环7的空腔内有调整垫圈6。主轴15与 滑动轴承螺帽10之间有Y型密封圈8密封。转子11与定子13的翼片数目相 同，翼片数可分别为2、 3、 4片。主轴总成中滚针轴承套20位于主轴15和 滚针轴承19之间，滚针轴承套20前端有主轴卡簧18。 l号本体外壳28与止 退轴承上座22之间内有主碟簧21。主轴半瓦对25上有环形槽，安放半瓦卡 环24。止退轴承下座27与主轴15的空腔内有止退轴承下座弹簧26。 2号本 体外壳30与主轴15之间的空腔内有预紧弹簧29。锁齿轴37下端有锁齿轴卡 环35。旋转锁齿34内圆周内上下均匀排布两层梯形齿，齿排布方式依据定子 的翼片数量设计，如翼片数为2，则齿以90°角度排布，翼片数为3,则以 60°排布，翼片数为4，以45°排布。小车滑套43与3号本体外壳55之间 装有滚针轴承42。锁齿轴承39与3号本体外壳55之间有卡环40。主轴15 与3号本体外壳55之间的空腔内有预紧弹簧29。小车滑套43与扭簧上座47 以定位销45固定。扭簧上座47相应位置有一槽与限位销46配合。3号本体 有一通孔与扭簧上座47相应位置的槽内有限位销46。扭簧上座47前半部在 扭簧49相应位置的前端和后端各有一个定位销50。 3号本体外壳55后端和4 号本体外壳60前端之间有O型密封圈51。扭簧下座53外表面有凹槽，凹槽 内有与主轴呈垂直方向有预扭销52。活塞内轴65前端有活塞轴卡环64，与 活塞69之间有活塞衬垫66。活塞69上有外O型密封圈67与5号本体外壳 63密封，内有活塞内O型密封圈68与活塞内轴65密封。活塞内轴65后端有O型圈70与6号本体外壳71密封。7号本体外壳73上部有带螺纹台阶通 孔，放置加油丝堵89，下半部有轴向内螺纹孔连接螺钉72。堵头本体82与 螺帽75之间的空隙依次有防松碟簧76、垫片77，两者套装在电极螺栓85上， 电极螺栓85与堵头本体82之间有绝缘管78，堵头本体82与7号本体外壳 73之间有电极外O型圈79密封，堵头本体82与电极绝缘架83之间有电极 中O型圈80密封，电极绝缘架83与电极螺栓85之间有电极内O型圈81密 封。电磁阀总成己由新疆石油管理局钻井工艺研究院申请的并已授权的专利 "一种泥浆脉冲器电磁阀"(申请号200620056455)批露。按图1所示的结构进行泥桨脉冲器组装。以控制与缓冲机构为中心，向 两边展开。先在控制与缓冲机构的联轴器端依次装配主轴总成、主轴支撑机 构、脉冲头支撑座；再在控制与缓冲机构的游车拉杆端依次装配电磁阀总成， 平衡活塞机构、承压电极总成，然后对脉冲器进行电磁阀线圈电阻测试、绝 缘测试、叶轮扭矩检验等，各项指标合格后，再对脉冲器进行抽真空和充油 工作。其工作原理是由泥浆脉冲器的旋转脉冲头与脉冲头支撑座共同构成的 旋转脉冲器头，在钻具流道的流量套中工作。当泥浆流过旋转脉冲头的叶轮 时，叶轮在泥浆冲力的作用下产生转动扭矩，通过由主轴总成和主轴支撑机 构共同构成的主轴装置传递到由控制与缓冲机构和电磁阀总成共同构成的控 制机构。控制电路按指令产生的驱动电流经过承压电极总成到达电磁阀总成， 驱动阀芯带动控制与缓冲机构的小车轴运动，并使旋转锁齿转过一个齿位， 在旋转脉冲头的表现就是旋转了一个特定角度。重复以上功能和动作，旋转 脉冲头进行受控间歇旋转，阻挡或沟通脉冲头泥浆流道，引起泥浆流道压力 变化，达到产生泥浆脉冲信号的目的。合理选择阻挡和沟通的间歇时间、旋转脉冲头的叶轮扭矩、转子翼的阻挡面积、脉冲头支撑座的流道结构和面积， 可以有效提高泥浆脉冲信号质量。在现场，根据钻井的具体参数配置旋转脉冲头、脉冲头支撑座的定子和 支撑架，并与无线随钻仪器的其他部分对接， 一同放入无磁钻具中，随钻具 下到井下使用。只要泥浆循环正常，泥浆脉冲器就可以在控制电路的驱动下， 向地面发送泥桨脉冲信号。
权利要求1. 一种泥浆脉冲器，由旋转脉冲头、脉冲头支撑座、主轴支撑机构、主轴总成、控制与缓冲机构、电磁阀总成、平衡活塞机构、脉冲器壳体和承压电极总成组成，其主要特征在于主要由打捞头(1)、叶轮(4)、止退环(7)、转子(11)构成旋转脉冲头，叶轮(4)套装在打捞头(1)的外表面；由滑动轴承螺帽(10)、定子(13)、整流支撑架(14)、备紧环(16)、0号本体外壳(0)构成脉冲头支撑座；由主轴(15)、主轴铜套(9)、上轴销(5)、滚针轴承套(20)、联轴器销(32)、下座弹簧(26)、止退轴承上座(22)、主轴止退轴承(23)、主轴半瓦对(25)、止退轴承下座(27)、联轴器(31)和1号本体外壳(28)构成主轴总成，止退轴承下座(27)位于主轴与2号本体外壳(30)之间，主轴下端有通孔，孔内安放联轴器销(32)，联轴器(31)内有槽与联轴器销(32)相适配；3号本体外壳(55)有一通孔与扭簧上座(47)相应位置的槽内有限位销(46)；由联轴十字(33)、旋转锁齿(34)、小车小轴承(36)、锁齿轴(37)、小车大轴承(38)、锁齿轴承(39)、小车(41)、小车滑套(43)、扭簧上座(47)、电磁阀轴(56)、扭簧(49)、缓冲垫(48)、扭簧下座(53)构成控制与缓冲机构，小车(41)下端有内螺纹与电磁阀轴(56)连接，扭簧下座(53)前端套在扭簧上座后端上，且扭簧上座(47)与扭簧下座(53)均套在主轴(15)上，缓冲垫(48)位于扭簧上座(47)后端与扭簧下座(53)的空腔内，电磁阀轴(56)下端有螺纹与电磁阀头(58)连接；由5号本体外壳(63)、活塞(69)、活塞内轴(65)、6号本体外壳(71)以及兼做活塞套的5号本体外壳(63)共同构成压力平衡机构，活塞(69)套在活塞内轴(65)上，活塞内轴中部为通孔，用以穿越电极连接电线；7号本体外壳(73)、堵头本体(82)、电极绝缘架(83)、堵头备紧环(84)、电极螺栓(85)、电极(86)、加油丝堵(89)构成承压电极总成，电极螺栓(85)与7号本体外壳(73)之间有绝缘环(74)，螺帽(75)有内螺纹与电极螺栓(85)上端连接，电极绝缘架(83)外表面为台阶状并与堵头本体(82)相应位置的内表面相适配，电极绝缘架(83)套在电极螺栓(85)上，堵头备紧环(84)前端有螺纹与7号本体外壳(73)连接，电极(86)固定在电极螺栓(85)上；打捞头(1)有内螺纹与主轴(15)一端连接，止退环(7)套在主轴(15)的圆锥形台阶面上，定子(13)与1号本体外壳(28)采用螺纹连接，0号本体外壳(0)位于主轴(15)和整流支撑架(14)之间，并且用螺纹与备紧环(16)连接，1号本体外壳(28)与止退轴承上座(22)之间的空腔内有主碟簧(21)，2号本体外壳(30)前端有外螺纹与1号本体外壳(28)连接，6号本体外壳(71)后端有内螺纹与7号本体外壳(73)前端连接。
2、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于打捞头(1) 和叶轮(4)之间有O型密封圈，两者之间形成的空腔内有碟簧(3)。
3、 如权利要求1或权利要求2所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于: 打捞头(1)外表面加工有打捞台阶。
4、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于转子(11) 与止退环(7)的空腔内有调整垫圈(6)。
5、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于主轴(15)与滑动轴承螺帽(10)之间有Y型密封圈(8)密封。
6、 如权利要求1所述的一种泥桨脉冲器，其主要特征在于转子(11)与定子(13)的翼片数目相同，翼片数可分别为2、 3、 4片。
7、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于主轴总成中 滚针轴承套(20)位于主轴(15)和滚针轴承(19)之间，滚针轴承 套(20)前端有主轴卡簧(18)。
8、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于1号本体外 壳(28)与止退轴承上座(22)的之间有主碟簧(21)。
9、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于主轴半瓦对(25)上有环形槽，安放半瓦卡环(24)。
10、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于止退轴承下 座(27)与主轴(15)的空腔内有下座弹簧(26)。
11、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于2号本体外 壳(30)与主轴(15)之间的空腔内有预紧弹簧(29)。
12、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于锁齿轴(37) 下端有锁齿轴卡环(35)。
13、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于:旋转锁齿G4) 内圆周内上下均匀排布两层梯形齿，齿排布方式依据定子的翼片数量 设计，如翼片数为2，则齿以90°角度排布，翼片数为3，则以60° 排布，翼片数为4，以45°排布。
14、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于小车滑套(43) 与3号本体外壳(55)之间装有滚针轴承(42)。
15、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于:锁齿轴承(39) 与3号本体(55)之间有卡环(40)。
16、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于主轴(15) 与2号本体外壳(30)之间的空腔内有预紧弹簧(29)。
17、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于:小车滑套(43) 与扭簧上座(47)以定位销(45)固定。
18、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于:扭簧上座(47) 前半部在扭簧(49)相应位置的前端和后端各有一个定位销(50)。
19、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于:扭簧下座(53) 外表面有凹槽，凹槽内有与主轴呈垂直方向有预扭销(52)。
20、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于活塞内轴(65) 前端有活塞轴卡环(64)，与活塞(69)之间有活塞衬垫(66)。
21、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于活塞(69) 上有外O型密封圈(67)与5号本体外壳(63)密封，内有活塞内O 型密封圈(68)与活塞内轴(65)密封。
22、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于:活塞内轴(65) 后端有O型圈(70)与6号本体外壳(71)密封。
23、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于7号本体外 壳(73)上部有带螺纹台阶通孔，放置加油丝堵(89)，下半部有轴 向内螺纹孔连接螺钉(72)。
24、 如权利要求1所述的一种泥浆脉冲器，其主要特征在于:堵头本体(82) 与螺帽(75)之间的空隙依次有防松碟簧(76)、垫片(77)，两者套装在电极螺栓(85)上，电极螺栓(85)与堵头本体(82)之间有绝 缘管(78)，堵头本体(82)与7号本体外壳(73)之间有电极外O 型圈(79)密封，堵头本体(82)与电极绝缘架(83)之间有电极中 O型圈(80)密封，电极绝缘架(83)与电极螺栓(85)之间有电极 内O型圈(81)密封。
专利摘要本实用新型涉及石油钻井井下测量仪器即一种泥浆脉冲器，由旋转脉冲头、脉冲头支撑座、主轴支撑机构、主轴总成、控制与缓冲机构、电磁阀总成、平衡活塞机构、脉冲器壳体和承压电极总成组成，可选配旋转脉冲头的叶轮、转子以及脉冲头支撑座的流道结构和面积，使泥浆脉冲器具有较强的适应性，还改善了脉冲信号质量；主轴总成、控制与缓冲机构、电磁阀总成等采用内藏式结构，使这些关键机构在壳体内部的液压油中工作，提高了泥浆脉冲器的可靠性；泥浆脉冲器仅在脉冲头支撑座定子的压紧轴承螺帽与主轴之间有一处动密封。由于平衡活塞机构保证了壳体内、外压差基本平衡，因而动密封性能好，使用周期长；本实用新型结构简单、加工和使用成本低。
文档编号E21B47/18GK201125729SQ20072018270
公开日2008年10月1日 申请日期2007年9月24日 优先权日2007年9月24日
发明者徐秀杰, 米合热班, 龚子华 申请人:新疆石油管理局钻井工艺研究院