专利名称：一种井下泥浆脉冲发生器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油钻井工程领域，特别涉及一种用于无线随钻测量 的井下泥浆脉冲发生器。
背景技术：
自从20世纪50年代美国人Arps J. J.发明了钻井液脉冲技术以来，它 得到了很大的发展和广泛的应用。钻井液脉冲遥传技术的基本原理是将井 下测量的信息调制成脉冲电流信号，用调制的脉冲电流信号控制井下仪器 的钻井液脉冲发生器的开关阀，使钻柱中的钻井液压力发生变化，从而产 生钻井液压力脉冲，压力脉冲通过钻柱中的钻井液传递到地面，地面的压 力传感器检测到压力脉冲，并经解码器解码，从而得到井下测量信息。
钻井液脉冲技术的核心是压力脉冲信号的产生及其在钻井液中的传 输。目前，钻井液脉冲系统有三种正脉冲、负脉冲和连续波系统。正脉 冲系统的原理是用特殊的机电一体化结构，来阻止钻柱中钻井液的流动， 从而引起压力升高，使钻井液压力高于正常钻进时的泵压。负脉冲系统的 原理是将钻柱中少量的高压钻井液释放到低压的环空中，使钻柱中的钻井 液压力降低。连续波系统是利用旋转阀产生固定频率的压力连续波，根据 连续波的相位移将信息编码和解码。基于三种信号的脉冲发生器有很多种 类型，目前使用最多的是正脉冲信号，与之相关的脉冲发生器也有多种。
在现有的无线随钻测量系统中，井下脉冲发生器是系统的主要组成部 分，起举足轻重的作用。这些脉冲发生器大部分是机电一体化装置，结构复杂，制造成本高。随着钻井技术的发展及对钻井施工要求的提高，无线
隨钻测量技术(MWD)已不仅仅在定向井、水平井等特殊工艺井中应用，开 始在直井中应用，这就要求要降低无线随钻测量技术的服务费用。因此， 研制结构简单、成本低的井下脉冲发生器是目前随钻测量技术研究的一个 方向。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种井下泥浆脉冲发生器，用于无线随钻测 量系统中产生脉冲信号。当系统需要产生脉冲信号时，脉冲发生器在随钻 测量系统控制模块的控制下产生正脉冲信号。
为达到上述目的，本实用新型提供的井下泥浆脉冲发生器采用以下技 术方案主要由导流阀和脉冲阀组成，导流阀在上部，脉冲阀在下部，导 流阔的抗压筒与导流阀套相连，导流阀套下端与脉冲阀座相连；导流阀由 导流阀驱动总成和导流阀套组成；导流阀驱动总成由驱动电磁铁、抗压筒、 导流阀芯、弹簧和压力平衡装置构成，驱动电磁铁固定在抗压筒内，弹簧 套装在导流阀芯的外面，导流阀芯与驱动电磁铁相连，并通过导流阀套中 心进入导流阀套，与导流阀套的导流孔构成导流阀；导流阀套带有导流通 道和泥浆通道。
导流阀驱动总成的压力平衡装置由平衡活塞、恢复弹簧、堵头组成， 平衡活塞带有密封；平衡活塞、恢复弹簧装在抗压筒壁上的圆孔中，堵头 通过螺纹与圆孔相连，恢复弹簧一端与堵头接触，另一端与平衡活塞接触， 并套装在平衡活塞。
抗压筒、导流阀套、驱动电磁铁、平衡活塞及各连接处的阀套密封、防尘圈、阀芯密封、活塞密封、端面密封，形成一密封腔体，内部充满润 滑油。
脉冲阀由脉冲阀芯、复位弹簧和脉冲阀座组成，脉冲闽芯安装在脉冲 阀座的中心位置，复位弹簧套装在脉冲阀芯上，脉冲阀座与导流阀套通过 螺纹相连。
本实用新型具有结构简单、耗能低、制造成本低等优点，可应用在简 单的无线随钻测斜系统中，用于产生泥浆脉冲信号，解决地面与井下之间 的信息传输的问题。
图1为井下泥浆脉冲发生器结构图。
图2为平衡系统放大图。
图3为正常钻井情况下，井下脉冲发生器的工作状态图。 图4为产生脉冲情况下，井下脉冲发生器的工作状态图。
具体实施方式
井下脉冲发生器由主要由导流阀和脉冲阀两部分组成。 参照图1，导流阀由导流阀驱动总成和导流阀套9组成。导流阀驱动总 成由抗压筒2、驱动电磁铁l、弹簧3和导流阀芯5组成。驱动电磁铁l通 过补偿弹簧17和随钻系统的控制模块19固定在抗压筒2内，导流阀芯5 与驱动电磁铁1相连，弹簧3套装在导流阀芯5外面，导流阀套9上端与 抗压筒2下端相连，导流阀芯5经过导流阀套9的中心孔进入导流阀套9 内，与导流阀套的导流孔27组成导流阀。参照图2,平衡活塞14、恢复弹簧13、堵头12等构成导流阀驱动总成 的平衡系统。平衡活塞14带有密封15，平衡活塞14、恢复弹簧13装在抗 压筒2壁上的圆孔中，堵头12通过螺纹与圆孔相连，恢复弹簧13 —端与 堵头12接触，另一端与平衡活塞14接触，并套装在平衡活塞14。
参照图l，脉冲阀由脉冲阀芯6、脉冲阀座8和复位弹簧7组成。脉冲 阀座8上端与导流阀套9下端相连，脉冲阀芯6安装在脉冲阀座8的中心 位置，复位弹簧7套装在脉冲阀芯6外面，脉冲阀座8与导流阀套9通过 螺纹相连。
抗压筒2与导流阀套9、驱动电磁铁1、平衡活塞14等连接处带有阀 套密封4、防尘圈IO、阀芯密封ll、活塞密封15、端面密封18，从而形成 一密封腔体16，内部充满润滑油。
本实用新型实际应用时需要与无线随钻测量系统的其它模块一起工 作。如图3所示，井下脉冲发生器上端与无线随钻测量系统的测量模块19、 控制模块21和电池模块22等相连，并通过上端的扶正套23和下端的脉冲 阀座8使整个系统放置在钻铤短节24的内孔中心，泥浆从钻铤内孔壁与无 线随钻测量系统之间的环空中通过。在正常钻进过程中，脉冲发生器的初 始状态如图3所示，所有泥浆通过导流阀套9的泥浆通道26流出。当需要 产生脉冲信号时，导流阀的驱动电磁铁1根据控制模块19通过信号电缆20 传来的控制指令，开始工作，驱动导流阀芯5上移，导流阀芯5与导流孔 27脱离，导流通道25打通，泥浆开始通过导流通道25进入导流阀套9， 进而推动脉冲阀芯6下移，脉冲阀芯6下移后将堵塞正常的泥浆通道26， 如图4所示，这时泥浆流动受阻引起压力升高；当驱动电磁铁1停止工作后，导流阀芯5将在弹簧3的作用下向下移动，将导流孔27堵住，截断导 流通道，而脉冲阀芯6因失去来自导流通道的泥浆作用力并在复位弹簧7 的作用下向上移动，回到初始位置，正常泥浆通道26打开，泥浆压力下降， 恢复正常，从而产生一个正压力脉冲。以上就是脉冲信号的产生过程和原 理。
以上给出了本实用新型的一种实现方式及原理，在实际应用时还需要 对各部件的具体结构进行详细设计，任何基于本专利原理的其它实现形式
都在本专利的范围之内。
权利要求1. 一种井下泥浆脉冲发生器，主要由导流阀和脉冲阀组成，其特征为导流阀在上部，脉冲阀在下部，导流阀的抗压筒(2)与导流阀套(9)相连，导流阀套(9)下端与脉冲阀座(8)相连；导流阀由导流阀驱动总成和导流阀套(9)组成；导流阀驱动总成由驱动电磁铁(1)、抗压筒(2)、导流阀芯(5)、弹簧(3)和压力平衡装置构成，驱动电磁铁(1)固定在抗压筒(2)内，弹簧(3)套装在导流阀芯(5)的外面，导流阀芯(5)与驱动电磁铁(1)相连，并通过导流阀套(9)中心进入导流阀套(9)，与导流阀套(9)的导流孔(27)构成导流阀；导流阀套(9)带有导流通道(25)和泥浆通道(26)。
2. 根据权利要求1所述的井下泥浆脉冲发生器，其特征为导流阀驱 动总成的压力平衡装置由平衡活塞(14)、恢复弹簧(13)、堵头(12)组成，平 衡活塞(14)带有密封(15);平衡活塞(14)、恢复弹簧(13)装在抗压筒(2)壁上的 圆孔中，堵头(12)通过螺纹与圆孔相连，恢复弹簧(13)—端与堵头(12展触， 另一端与平衡活塞(14)接触，并套装在平衡活塞(14)。
3. 根据权利要求1所述的井下泥浆脉冲发生器，其特征为抗压筒(2)、 导流阀套(9)、驱动电磁铁(l)、平衡活塞(14)及各连接处的阀套密封(4)、防 尘圈(IO)、阀芯密封(ll)、活塞密封(15)、端面密封(18)，形成一密封腔体(16)， 内部充满润滑油。
4. 根据权利要求1所述的一种井下泥浆脉冲发生器，其特征为脉冲 阔由脉冲阀芯(6)、复位弹簧(7)和脉冲阀座(8)组成，脉冲阀芯(6)安装在脉冲 阀座(8)的中心位置，复位弹簧(7)套装在脉冲阀芯上，脉冲阀座(8)与导流阀 套(9)通过螺纹相连。
专利摘要本实用新型公布一种井下泥浆脉冲发生器，由导流阀和脉冲阀两部分组成。导流阀由抗压筒、驱动电磁铁、弹簧、导流阀芯和导流阀套组成；脉冲阀由脉冲阀芯、脉冲阀座和复位弹簧组成。导流阀的抗压筒下端与导流阀套相连，导流阀套下端与脉冲阀座相连；驱动电磁铁固定在抗压筒内，并与导流阀芯相连；脉冲阀芯安装在脉冲阀座的中心。井下泥浆脉冲发生器工作时，先打开导流阀，然后在泥浆的作用将脉冲阀关闭，从而产生正压力脉冲。本实用新型结构简单，耗能低，适用于无线随钻测量系统，用于产生泥浆脉冲信号，解决无线随钻测量的信息传输问题。
文档编号E21B47/18GK201225149SQ200820111159
公开日2009年4月22日 申请日期2008年4月22日 优先权日2008年4月22日
发明者涛 刘, 平 王, 蔡文军 申请人:中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院