石油钻井用泥浆脉冲器的制作方法

本发明涉及石油工业无线随钻测斜技术领域，特别涉及石油钻井用泥浆脉冲器。

背景技术：

目前随着石油勘探开发的深入，涉及地层结构越来越复杂，深井和高温、高压井等特殊井越来越多，这些特殊井的井斜测量面临前所未有的巨大挑战，随着钻井技术的发展和勘探开发要求的不断提高，对井眼的质量要求越来越高，对井斜的测量和控制越来越重要。

对井斜的测量与控制的仪器有电子单多电测斜仪、有线随钻测斜仪、无线随钻测斜仪等，其中无线随钻测斜仪因其使用方便、效率高而逐渐得到普遍应用。无线随钻测斜仪的信号传输方式主要有泥浆传输、电磁波传输、声波传输，而以泥浆传输为主。因而泥浆脉冲器就成为无线随钻测斜仪的最关键组件之一，由于其直接接触泥浆，接受泥浆的高速冲刷与冲蚀作用，是无线随钻测斜仪中易损件与消耗件。目前使用较普便的泥浆脉冲发生器大多结构复杂，泥浆通道曲折复杂，故障率高，使用与维护不便，特别是不能现场解决，常常为一点小问题也要运回厂家或基地检修，增加了物流与时间成本，推高了钻井费用。

泥浆脉冲发生器通常由探管发出指令，由电源为电磁铁供电，由电磁铁开关伺服阀，通过泥浆的放大作用开关主阀，从而在钻柱内产生压力脉冲，地面钻柱上的压力传感器上产生与压力脉冲对应的电信号。在无线随钻测斜仪工作中消耗电量最多的就是电磁铁，而驱动电源的容量是有限的，而且价格高昂。目前使用较普便的泥浆脉冲发生器，大多是利用弹簧等蓄能元件关闭伺服阀，电磁铁通电打开伺服阀要克服弹簧等蓄能元件较大的预紧力而大量消耗有限的电能，增加了电源的用量和起下钻作业的次数，大大推高了钻井成本，降低了生产效率，增加了钻井作业的安全隐患。

技术实现要素：

为了解决以上存在的问题，本发明提供了一种石油钻井用泥浆脉冲器，该设备结构简单、设计紧凑，兼容性强，适用于石油工业无线随钻测斜技术领域。本发明的目的就是为现场提供一种石油钻井用泥浆脉冲器。

本发明是通过以下技术方案实现的。

石油钻井用泥浆脉冲器，其包括过滤器、支撑座、水力外壳、耐磨装置A、压紧环A、主阀座、主阀头、主轴、压套、护套、平衡孔、活塞、弹簧、耐磨装置B、定位座、定位体、连接头、调节杆、螺母、锁片、伺服阀座、伺服阀头、泄流孔、电磁推杆、压力平衡器、脉冲器外壳、电磁铁、压紧环B、下接头、电源线A、注油堵头、耐压电源插座、压帽、电源线B、电源、探管、抗压外壳、钻柱短节、加压孔、耐磨装置C、密封若干件。过滤器为一圆柱状，底部中心向上有盲孔，下部外圆有螺纹，螺纹向上的外圆面上有均布的孔。支撑座为一圆管状，上部外圆面上有环形槽，槽内装有密封，下部外圆面上有台阶，插入水力外壳内孔，由台阶定位，与水力外壳固定为一体，支撑座上部内孔向内伸出两个小长方体，下部内孔为小孔，小孔的上半部分加工有螺纹，过滤器通过此螺纹与支撑座固定为一体，下半部分小孔内圆面上有环形槽，槽内装有密封，在内孔的台阶上开有轴向通孔。水力外壳为一圆管状，下部外圆面上有一圆锥形台阶，在内孔的台阶面向上开有径向通道，台阶面向下穿过圆锥面至下部外圆面开有轴向通道，径向通道与轴向通道相连通，平衡孔位于台阶向下部位，连通轴向通道与内孔。

主轴与连接头的配合方式有三种，一：为主轴与连接头不接触的情况；主轴为一圆管状，上部和下部外圆有台阶，耐磨装置A固定在在上部外圆上，插入支撑座下部内孔，上部外圆台阶向下的外圆面上有环形槽，槽内装有密封，主阀头固定在台阶上，主轴下部外圆台阶向下的外圆面上有环形槽，槽内装有密封，活塞固定在台阶上。二：与一不同的是增加了耐磨装置C和加压孔，耐磨装置C固定在在主轴的下部外圆上，插入连接头上部内孔，加压孔位于主轴外圆面上固定耐磨装置C位置的向上部位，径向与主轴内孔连通。三：与二不同的是加压孔不在主轴上。

主阀座为一圆管状，装入水力外壳的内部，外圆面上有环形槽，槽内有密封，内孔上部为圆锥面，内孔下部有一个台阶，台阶根部倒圆，上端面通过压紧环A由支撑座压紧。主阀头为一圆管状，外圆上部和下部为圆锥面，内孔下部有一个台阶。压套为一圆管状，装入水力外壳的内部，下部开有径向通道，与水力外壳的径向通道连通且固定为一体，下端面为内圆锥面，压在护套的圆锥面上，上端面被主阀座下端面压紧。

护套为一圆管状，装入水力外壳的内部，外圆上部为圆锥面，外圆面下部有一个台阶，与水力外壳的下部内孔，由台阶定位，从台阶到上部外圆锥面开有轴向通道，与水力外壳的轴向通道相连通且固定固定为一体，下部内孔有一个台阶，下部内孔台阶向下与轴向通道对应部位开有径向孔与外圆相连通，且与平衡孔相连通。活塞为一圆管状，装入水力外壳的下部内孔，上部外圆有一个台阶，下部外圆有环形槽，槽内有装有密封，与水力外壳之间装有耐磨装置B。

连接头与主轴的配合方式有三种，一：为连接头与主轴不接触的情况，与主轴的方案一相对应；连接头为一圆管状，，在外圆面上有两个台阶，第一个台阶以上部分插入水力外壳下部内孔，与水力外壳固定为一体，下部内孔与上部内孔间圆锥面过渡。二：与主轴的二相对应，与一不同的是，连接头上部内孔圆面上有环形槽，槽内装有密封。三：与主轴的三相对应，与二不同的是，加压孔位于连接头上与耐磨装置C相配合的向下部位，径向或倾斜向上与连接头上部空间连通。

弹簧下端面支撑在连接头外圆面上第一个台阶上，上端面支撑在活塞下底面上。定位座为一圆管状，上部内孔直径较大，为有一个立面为圆锥面的台阶，台阶面与水力外壳下底面相贴合，在内孔台阶面和下底面之间有轴向孔，下部内孔套在连接头中部外圆上固定为一体，在外圆面上开有延伸至下底面的径向长槽。定位体为一圆管状，上端面向上有一个凸块，插入定位座的径向长槽，定位体固定在钻柱短节上部内孔底部。钻柱短节为一圆管状，上部内孔有一个台阶。脉冲器外壳为一圆管状，上部外圆有一个台阶，上部外圆面上有环形槽，环形槽内装有密封，插入连接头下部内孔固定为一体，上部内孔较上部位加工有内螺纹，螺纹内固定着调节杆，下部内孔有台阶，上端面上开有径向槽，泄流孔位于下部外圆面上，连通上部内孔的较下部位。调节杆为一圆管状，上部外圆有一个台阶面向下的台阶，加工有螺纹，在螺纹段的较上部位，沿外圆面向下开有径向槽，下部外圆面上有环形槽，槽内装有密封，下部内孔有一个台阶，伺服阀座固定在此处。锁片装入调节杆和脉冲器外壳的径向槽内，由螺母压紧。伺服阀座为一圆管状，外圆面上有环形槽。伺服阀头为一圆柱状，外圆两端都有倒角。电磁推杆为一圆柱状，外圆上部有倒角，上端面中心有盲孔，孔内固定伺服阀头，中部穿过压力平衡器，与压力平衡器间动密封配合，下端与电磁铁的衔铁固定。

压力平衡器固定在脉冲器外壳下部孔内，有两种，一：包括捆扎槽、波形管、平衡器支架、胶筒、透压孔、捆扎线，捆扎槽是环形槽，位于电磁推杆上部外圆面上。波形管上部套在电磁推杆上，上端与电磁推杆在捆扎槽部位用捆扎线扎紧，下端套在平衡器支架最上部的外圆上，用捆扎线在环形槽部位扎紧。平衡器支架为一圆管状，外圆面上由上到下有三个台阶面朝上的台阶，最上部外圆面上开有环形槽，上部第二个外圆面上有环形槽，槽内有密封，上部第三个外圆面的中部有环形槽，槽底外圆面上有连通内孔的径向孔，上部第三个外圆面的上部和下部开有环形槽，下部外圆面上开有环形槽，槽内有密封，内孔下部有台阶，孔口有倒角，电磁推杆从内孔穿过。平衡器支架从脉冲器外壳下部内孔装入，上部第二个台阶以上部分装入上部内孔。胶筒为一圆状，套在平衡器支架上部第三个外圆面上，用捆扎线在上部和下部环形槽部位扎紧。透压孔是位于脉冲器外壳的外圆面上与胶筒中部高度相对应部位连通内孔的径向孔。二：包括平衡活塞、耐磨装置D。平衡活塞为一圆管状，装入脉冲器外壳下部内孔较上部位，位于耐磨装置D的内部，外圆面和内孔圆面上都有环形槽，槽内都有密封，电磁推杆从内孔穿过。耐磨装置D为一圆管状，从脉冲器外壳下部内孔装入，电磁铁的上端面与耐磨装置D的下端面相贴合。

电磁铁从脉冲器外壳下部内孔装入，通过压紧环B由下接头压紧，电源线A与电磁铁线圈相接，由电磁铁下端引出。下接头为一圆管状，外圆中部有一个向上和一个向下的台阶，在中部的外圆面上开有径向孔，连通内孔和外圆，孔内固定着注油堵头，在上部外圆面上台阶向上部位开有环形槽，槽内装有密封，在下部外圆面上台阶向下部位开有环形槽，槽内装有密封，上部内孔有倒角，下部内孔有两个台阶,下部内孔底部固定着耐压电源插座，由台阶定位，下部内孔端部固定着压帽，将耐压电源插座压紧。注油堵头为一圆柱状，两端都有倒角，外圆面上有环形槽，槽内装有密封。耐压电源插座为一圆柱状，上端引出电源线A,下端引出电源线B，外圆面上有环形槽，槽内装有密封。压帽为一圆管状，电源线B从孔上端进入，穿过内孔从下端引出，与电源相接。探管是井下仪器的CPU，上部与电源相接，向电源发出向电磁铁供电和断电的指令。抗压外壳为一圆柱状，从上端中心向下开有盲孔，孔内依次装入探管、电源，上部内孔套在下接头的下部外圆面上固定为一体。

本发明具有以下优点：本石油钻井用泥浆脉冲器结构简单，泥浆通道从上至下流线性较好，故障率低，使用与维护方便，电磁铁在接通电源时，衔铁带动电磁推杆和伺服阀头一起向上运动，在断开电源时，泥浆冲击伺服阀头，带动电磁推杆与衔铁一起复位，充分利用了井下泥浆的动力，节省了电源的能量消耗，延长了电源的使用寿命，减少了起下钻的次数，提高了生产效率，减少了钻井作业中的安全隐患，降低了钻井成本。

说明书附图

图1：石油钻井用泥浆脉冲器示意图

图2：石油钻井用泥浆脉冲器主轴与连接头的配合方式二示意图

图3：石油钻井用泥浆脉冲器主轴与连接头的配合方式三示意图

图4：石油钻井用泥浆脉冲器压力平衡器一示意图

图5：石油钻井用泥浆脉冲器压力平衡器二示意图

附图说明:1、过滤器 2、支撑座 3、水力外壳 4、耐磨装置A5、压紧环A 6、主阀座 7、主阀头 8、主轴 9、压套 10、护套 11、平衡孔 12、活塞 13、弹簧 14、耐磨装置B 15、定位座 16、定位体 17连接头 18、调节杆 19、螺母 20、锁片 21、伺服阀座 22、伺服阀头 23、泄流孔 24、电磁推杆 25、压力平衡器(方案一包括2501、捆扎槽 2502、波形管 2503、平衡器支架 2504、胶筒 2505、平衡孔 2506、捆扎线，方案二包括2507、平衡活塞 2508、耐磨装置D) 26、脉冲器外壳 27、电磁铁 28、压紧环B 29、下接头 30、电源线A 31、注油堵头 32、耐压电源插座 33、压帽 34、电源线B 35、电源 36、探管37、抗压外壳 38、钻柱短节 39、加压孔 40、耐磨装置C

具体实施方式

1、 现结合说明书附图图1、图2、图3、图4、图5对本发明做进一步的描述。

实施例1：

石油钻井用泥浆脉冲器，其包括过滤器1、支撑座2、水力外壳3、耐磨装置A 4、压紧环A 5、主阀座6、主阀头7、主轴8、压套9、护套10、平衡孔11、活塞12、弹簧13、耐磨装置B 14、定位座15、定位体16、连接头17、调节杆18、螺母19、锁片20、伺服阀座21、伺服阀头22、泄流孔23、电磁推杆24、压力平衡器25、脉冲器外壳26、电磁铁27、压紧环B 28、下接头29、电源线A 30、注油堵头31、耐压电源插座32、压帽33、电源线B 34、电源35、探管36、抗压外壳37、钻柱短节38、加压孔39、耐磨装置C 40、密封若干件。

过滤器1为一圆柱状，底部中心向上有盲孔，下部外圆有螺纹，螺纹向上的外圆面上有均布的孔。支撑座2为一圆管状，上部外圆面上有环形槽，槽内装有密封，下部外圆有一个台阶，插入水力外壳3内孔固定为一体，支撑座2上部内孔向内伸出两个小长方体，下部内孔为小孔，小孔的上半部分加工有螺纹，过滤器1支撑座2固定在螺纹上，下半部分小孔内圆面上有环形槽，槽内装有密封，在内孔的台阶上开有轴向通孔。水力外壳3为一圆管状，下部外圆面上有一圆锥形台阶，

在内孔的台阶面向上开有径向通道，台阶面向下穿过圆锥面至下部外圆面开有轴向通道，径向通道与轴向通道相连通，平衡孔11位于台阶向下部位，连通轴向通道与内孔。主轴8为一圆管状，上部和下部外圆有台阶，耐磨装置A4固定在在上部外圆上，插入支撑座2下部内孔，上部外圆台阶向下的外圆面上有环形槽，槽内装有密封，主阀头7固定在台阶上，主轴8下部外圆台阶向下的外圆面上有环形槽，槽内装有密封，活塞12固定在台阶上。主阀座6为一圆管状，装入水力外壳3的内部，外圆面上有环形槽，槽内有密封，内孔上部为圆锥面，内孔下部有一个台阶，台阶根部倒圆，上端面通过压紧环A 5由支撑座2压紧。主阀头7为一圆管状，外圆，上部和下部为圆锥面，内孔下部有一个台阶。压套9为一圆管状，装入水力外壳3的内部，下部开有径向通道，与水力外壳3的径向通道连通且固定为一体，下端面为内圆锥面，压在护套10的圆锥面上，上端面被主阀座6下端面压紧。护套10为一圆管状，装入水力外壳3的内部，外圆上部为圆锥面，外圆面下部有一个台阶，与，装入水力外壳3下部内孔的台阶上，从台阶到上部外圆锥面开有轴向通道，与水力外壳3的轴向通道相连通且固定为一体，下部内孔有一个台阶，下部内孔台阶向下与轴向通道对应部位开有径向孔与外圆相连通，且与平衡孔11相连通。活塞12为一圆管状，装入水力外壳3的下部内孔，上部外圆有一个台阶，下部外圆有环形槽，槽内有装有密封，与水力外壳3之间装有耐磨装置B 14。

连接头17为一圆管状，，在外圆面上有两个台阶，第一个台阶以上部分插入水力外壳3下部内孔，与水力外壳3固定为一体，下部内孔与上部内孔间由圆锥面过渡。弹簧13下端面支撑在连接头17外圆面上部第一个台阶上，上端面支撑在活塞12下底面上。定位座15为一圆管状，上部内孔有一个立面为圆锥面的台阶，台阶面与水力外壳3下底面相贴合，在内孔台阶面和下底面之间有轴向孔，下部内孔套在连接头17中部外圆上固定为一体，在外圆面上开有延伸至下底面的径向长槽。定位体16为一圆管状，上端面向上有一个凸块，插入定位座15的径向长槽，定位体16固定在钻柱短节38上部内孔底部。

钻柱短节38为一圆管状，上部内孔有一个台阶。脉冲器外壳26为一圆管状，上部外圆有一个台阶，上部外圆面上有环形槽，环形槽内装有密封，插入连接头17下部内孔固定为一体，上部内孔较上部位加工有内螺纹，螺纹内固定着调节杆18，下部内孔有台阶，上端面上开有径向槽，泄流孔23位于下部外圆面上，连通上部内孔的较下部位。调节杆18为一圆管状，上部外圆有一个台阶面向下的台阶，加工有螺纹，在螺纹段的较上部位，沿外圆面向下开有径向槽，下部外圆面上有环形槽，槽内装有密封，下部内孔有一个台阶，伺服阀座21固定在此处。锁片20装入调节杆18和脉冲器外壳26的径向槽内，由螺母19压紧。伺服阀座21为一圆管状，外圆面上有环形槽。伺服阀头22为一圆柱状，外圆两端都有倒角。电磁推杆24为一圆柱状，外圆上部有倒角，上端面中心有盲孔，孔内固定伺服阀头22，中部穿过压力平衡器25的平衡器支架2503，与压力平衡器25间动密封配合，下端与电磁铁27的衔铁固定。压力平衡器25固定在脉冲器外壳26下部孔内，包括捆扎槽2501、波形管2502、平衡器支架2503、胶筒2504、透压孔2505、捆扎线2506.捆扎槽2501是环形槽，位于电磁推杆24上部外圆面上。波形管2502上部套在电磁推杆24上，上端与电磁推杆24在捆扎槽2501部位用捆扎线2506扎紧，下端套在平衡器支架2503最上部的外圆上，用捆扎线2506在环形槽部位扎紧。平衡器支架2503为一圆管状，外圆面上由上到下有三个台阶面朝上的台阶，最上部外圆面上开有环形槽，上部第二个外圆面上有环形槽，槽内有密封，上部第三个外圆面的中部有环形槽，槽底外圆面上有连通内孔的径向孔，上部第三个外圆面的上部和下部开有环形槽，下部外圆面上开有环形槽，槽内有密封，内孔下部有台阶，孔口有倒角，电磁推杆24从内孔穿过。

平衡器支架2503从脉冲器外壳26下部内孔装入，上部第二个台阶以上部分装入上部内孔。胶筒2504为一圆状，套在平衡器支架2503上部第三个外圆面上，用捆扎线2506在上部和下部环形槽部位扎紧。透压孔2505是位于脉冲器外壳26的外圆面上与胶筒中部高度相对应部位连通内孔的径向孔。电磁铁27从脉冲器外壳26下部内孔装入，通过压紧环B 28由下接头29压紧，电源线A 30与电磁铁线圈相接，由电磁铁27下端引出。

下接头29为一圆管状，外圆中部有一个向上和一个向下的台阶，在中部的外圆面上开有径向孔，连通内孔和外圆，孔内固定着注油堵头31，在上部外圆面上台阶向上部位开有环形槽，槽内装有密封，在下部外圆面上台阶向下部位开有环形槽，槽内装有密封，上部内孔有倒角，下部内孔有两个台阶,下部内孔底部固定着耐压电源插座32，由台阶定位，下部内孔端部固定着压帽33，将耐压电源插座32压紧。注油堵头31为一圆柱状，两端都有倒角，外圆面上有环形槽，槽内装有密封。耐压电源插座32为一圆柱状，上端引出电源线A 30,下端引出电源线B 34，外圆面上有环形槽，槽内装有密封。压帽33为一圆管状，电源线B 34从孔上端进入，穿过内孔从下端引出，与电源35相接。探管36是井下仪器的CPU，上部与电源35相接，向电源35发出向电磁铁27供电和断电的指令。 抗压外壳37为一圆柱状，从上端中心向下开有盲孔，孔内依次装入探管36、电源35，上部内孔套在下接头29的下部外圆面上固定为一体。

实施例2：

与上面一种实例不同的是，增加了耐磨装置C 40和加压孔39，耐磨装置C 40固定在在主轴的下部外圆上，插入连接头17上部内孔，加压孔39位于主轴8外圆面上固定耐磨装置C 40位置的向上部位，径向与主轴8内孔连通。连接头17上部内孔圆面上有环形槽，槽内装有密封。

实施例3：

与上面两种实例不同的是，加压孔39位于连接头17上与耐磨装置C 40相配合的向下部位，径向或倾斜向上与连接头17上部空间连通。

实施例4：

与上面三种实例不同的是，压力平衡器25包括平衡活塞2507、耐磨装置D 2508。平衡活塞2507为一圆管状，装入脉冲器外壳26下部内孔较上部位，位于耐磨装置D 2508的内部，外圆面和内孔圆面上都有环形槽，槽内都有密封。电磁推杆24的中部穿过压力平衡器25的平衡活塞2507的内孔。耐磨装置D 2508为一圆管状，从脉冲器外壳下部内孔装入，电磁铁27的上端面与耐磨装置D2508的下端面相贴合。

将钻柱短节38接入钻柱泥浆通道连通完毕，打开泥浆泵，泥浆从上部钻柱进入石油钻井用泥浆脉冲器，石油钻井用泥浆脉冲器将泥浆分成两部分，绝大部分流经由钻柱短节38、支撑座2、水力外壳3、压紧环A 5、主阀座6、主阀头7、主轴8、压套9、护套10、定位座15、定位体16、连接头17、脉冲器外壳26、下接头29、注油堵头31、抗压外壳37组成的主泥浆通道，进入下部钻柱，一小部分流经由过滤器1、耐磨装置A 4、主轴8、活塞12、弹簧13、耐磨装置B 14、连接头17、脉冲器外壳26、调节杆18、螺母19、锁片20、伺服阀座21、伺服阀头22、泄流孔23、电磁推杆24、压力平衡器25、加压孔39、耐磨装置C 40组成的控制泥浆通道，汇入主泥浆通道，由水力外壳3、活塞12、主轴8、护套10、平衡孔11组成泥浆平衡腔，由电磁推杆24、压力平衡器25、脉冲器外壳26、电磁铁27、压紧环B 28、下接头29、电源线A 30、注油堵头31、耐压电源插座32组成密封油腔，腔内充满耐高温高压液压油，当探管36向电源35发出向电磁铁27供电的指令时，电磁铁27的衔铁带动上端孔内固定伺服阀头22的电磁推杆24上移，将伺服阀座21的内孔封堵，关闭控制泥浆通道，活塞12下部的压力升高，活塞12推动主轴8，主轴8推动主阀头7上移，泥浆平衡腔的容积减小，部分泥浆经平衡孔11流出，汇入主泥浆通道，同时主阀头7与主阀座6的间隙变小，主泥浆通道内的阻力增加，上部钻柱内的压力升高，当探管36向电源35发出向电磁铁27断电的指令时，控制泥浆通道内的泥浆压力推动伺服阀头22、电磁推杆24和电磁铁27的衔铁下移复位，打开控制泥浆通道，泥浆从泄流孔23流出汇入主泥浆通道，活塞12下部的压力降低，上部钻柱内的高压泥浆推动主阀头7，主阀头7推动主轴8，主轴8推动活塞12下移复位，泥浆平衡腔的容积增大，主泥浆通道中的部分泥浆经平衡孔11流入泥浆平衡腔，主泥浆通道内的阻力减小，上部钻柱内的压力压低，随着探管36向电源35发出向电磁铁27供电和断电的指令，上部钻柱内就产生了压力脉冲，地面钻柱上的压力传感器上就产生了与压力脉冲对应的电信号，由无线随钻测斜仪地面设备计算出井眼轨迹，完成石油钻井定向测斜任务。

以上四个实施例是本石油钻井用泥浆脉冲器常用的实施例，而不是全部的实施例，本领域的一般技术人员根据本发明的方案及对本发明中的部分配件的外形进行变更或折解，可以做出多种实施例，在不改变其功能的情况下，都视为本发明的保护范围。