一种钻井液体压力信号发生器的制作方法

本实用新型涉及石油钻井领域，尤其涉及一种钻井液体压力信号发生器。

背景技术：

钻井液体压力信号发生器作为无线随钻测井仪器的重要组成部分发挥了重要作用，通过钻井液体压力信号发生器有规律的改变主流道(或钻柱)内的钻井液体压力来上传测井信息，是随钻测井仪器(如LWD、MWD)的关键部件。传统的钻井液体压力信号发生器结构复杂、维护困难，对井下的恶劣工况适应能力差，不仅维修成本高而且耽误正常的钻井作业，提高了钻井成本，由于钻井液体压力信号发生器的频繁故障影响了随钻测井效率。

技术实现要素：

为弥补传统钻井液体压力信号发生器结构复杂、维护困难，对井下的恶劣工况适应能力差的不足，本实用新型提供一种用于石油钻井领域的钻井液体压力信号发生器，具体而言，其结构由驱动阀和脉冲主阀构成，本钻井液体压力信号发生器结构简单、耐用、便于维修，适合钻井作业的恶劣工况，驱动阀的开启与关闭控制脉冲主阀动作来改变脉冲主阀的过流面积，以实现主流道内液体压力的规律变化，形成脉冲。

本实用新型提供了一种钻井液体压力信号发生器，所述压力信号发生器包括同轴连接的驱动阀和脉冲主阀；所述驱动阀安装在脉冲主阀下方，通过螺纹与脉冲主阀下端的螺纹连接并密封；所述驱动阀通过开启与关闭来控制脉冲主阀下端的平衡腔与脉冲主阀的阀腔外部的连通与关闭，从而改变脉冲主阀的过流面积以实现主流道内液体压力的规律变化，形成脉冲信号。

在一实施例中，所述脉冲主阀包括：主阀动阀芯、主阀复位弹簧、主阀阀座及主阀筒；其中，所述主阀阀座固定设置在主阀筒中，用于为所述主阀动阀芯、主阀复位弹簧提供限位；所述主阀复位弹簧设置在主阀动阀芯内部，所述主阀阀芯在内部液体压力和弹簧力的作用下沿轴向运动，以改变所述脉冲主阀的过流面积。

在一实施例中，所述驱动阀包括：驱动阀动阀芯、驱动阀阀杆、驱动阀阀座及连通筛；其中，所述驱动阀动阀芯与驱动阀阀杆同轴连接，受驱动阀阀杆控制轴向移动，并且所述驱动阀动阀芯插入脉冲主阀下端的平衡腔内；所述驱动阀阀座及连通筛固定不动，用于为所述驱动阀动阀芯提供限位；在所述连通筛上设有平衡腔连通口，用于连通所述平衡腔与脉冲主阀的阀腔外部。

在一实施例中，在所述驱动阀动阀芯的端部设有密封机构，用于将所述平衡腔与驱动阀动阀芯下端面区域分隔开来。

在一实施例中，所述钻井液体压力信号发生器还包括膨胀压环及膨胀环；当将所述钻井液体压力信号发生器装入钻铤后，所述膨胀压环用螺钉固定压紧并将作用力传递给膨胀环，所述膨胀环受力张开与钻铤内壁紧密贴合，以将所述钻井液体压力信号发生器固定在所述钻铤内。

在一实施例中，所述钻井液体压力信号发生器还包括一过滤器，设置在所述钻井液体压力信号发生器的液体入口，用于对进入所述脉冲主阀和驱动阀的液体进行过滤。

在一实施例中，所述脉冲主阀及驱动阀采用耐磨、耐冲蚀的材料。

在一实施例中，所述材料为硬质合金。

在一实施例中，所述材料为工业陶瓷。

本实用新型提供的钻井液体压力信号发生器结构简单、耐用，便于维护，能自动适应主流道内钻井液体流量的动态变化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的钻井液体压力信号发生器结构示意图；

图2为本实用新型实施例中的驱动阀的结构示意图；

图3A、图3B所示为钻井液体流动时脉冲主阀A开启、驱动阀B开启的工作状态

图4A、图4B所示为钻井液体流动时脉冲主阀A开启、驱动阀B关闭的工作状态。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供了一种钻井液体压力信号发生器，其结构大致如图1所示。该压力信号发生器包括同轴连接的脉冲主阀A和驱动阀B，驱动阀B安装在脉冲主阀A的下方，通过螺纹与脉冲主阀A下端的螺纹连接并密封。驱动阀B通过开启与关闭来控制脉冲主阀A下端的平衡腔A1与脉冲主阀A的阀腔外部的连通与关闭，从而改变脉冲主阀A的过流面积以实现主流道内液体压力的规律变化，最终形成脉冲信号。

在一实施例中，脉冲主阀A包括：主阀动阀芯2、主阀复位弹簧3、主阀阀座4及主阀筒5。主阀阀座4固定设置在主阀筒5中，主要用于为主阀动阀芯2、主阀复位弹簧3提供限位。主阀复位弹簧3设置在主阀动阀芯2内部，主阀阀芯2在内部液体压力和弹簧力的作用下沿着轴向运动(例如，上行或下行)，以改变脉冲主阀A的过流面积从而产生脉冲信号。具体实施时，可以根据实际流量选配合适的主阀阀座4。

脉冲主阀A的动阀芯2初始状态受弹簧力作用停留在最上端，此时脉冲主阀A过流面积最小，在驱动阀B开启时借助主阀动阀芯2的内外压力差克服弹簧力开启脉冲主阀A以其增大过流面积。驱动阀B关闭时，主阀动阀芯2内液体压力增大，主阀动阀芯2受内部液体压力和弹簧弹力克服外面压力上行，减小脉冲主阀A过流面积，脉冲主阀A上部液体压力增大。

在一实施例中，驱动阀B的结构示意图如图2所示，其主要包括：驱动阀动阀芯1、驱动阀阀杆B1、驱动阀阀座B2及连通筛B4。其中，驱动阀动阀芯1与驱动阀阀杆B1同轴连接，驱动阀动阀芯1在驱动阀阀杆B1控制下轴向移动，实现驱动阀B的开启与关闭。驱动阀动阀芯1插入脉冲主阀A下端的平衡腔A1内，可以控制脉冲主阀A上行或下行，也可以起到密封的作用。驱动阀阀座B2及连通筛B4固定不动，可用于为驱动阀动阀芯1提供限位。在连通筛B4上设有平衡腔连通口B5，用于连通平衡腔A1与脉冲主阀A的阀腔外部，实现驱动阀动阀芯1关闭时其上下端面受压力平衡，避免因脉冲主阀A关闭后驱动阀B背压增大导致其开启困难。驱动阀B的初始状态为开启状态，当驱动阀B关闭后，脉冲主阀A减小过流面积，当驱动阀B开启后，脉冲主阀A增大过流面积，实现驱动阀B对脉冲主阀A的控制功能。

驱动阀B的初始状态为开启状态，当驱动阀B关闭后，脉冲主阀A过流面积减小，当驱动阀B开启后，脉冲主阀A过流面积增大，实现驱动阀B对脉冲主阀A过流面积的控制功能。

驱动阀B采用连杆传动，可实现控制单元(图1中未示出)与钻井液体隔离，可有效保护了控制单元，提高了驱动阀使用寿命。另外，驱动阀B采用连通筛B4压力平衡机构结构，可使驱动阀动阀芯1两侧压力相等，避免了脉冲主阀A关闭时脉冲高压对驱动阀B的背压影响，降低了开关力。

在一实施例中，在驱动阀动阀芯1的端部设有一密封机构B3，可用于将平衡腔A1与驱动阀动阀芯1下端面的区域分隔开来。

在一实施例中，本实用新型实施例提供的钻井液体压力信号发生器还包括一膨胀环7及膨胀压环8。当将钻井液体压力信号发生器装入钻铤后，为防止其旋转、串动，将膨胀压环8用螺钉固定压紧并将作用力传递给膨胀环7，膨胀环7受力张开与钻铤内壁紧密贴合，以将钻井液体压力信号发生器固定在钻铤内。本使用新型的采用膨胀环7压紧定位，操作简便，定位可靠。

在一实施例中，本实用新型提供的钻井液体压力信号发生器还包括一过滤器9，设置在钻井液体压力信号发生器的液体入口，用于对进入脉冲主阀A和驱动阀B的液体进行过滤，避免含夹杂异物的液体(例如泥浆)进入控制阀影响控制阀密封效果。

在一实施例中，脉冲主阀A及驱动阀B通常采用耐磨、耐冲蚀的特殊材料制造，例如硬质合金或者工业陶瓷等。

本实用新型实施例提供的钻井液体压力信号发生器，脉冲主阀A通过主阀动阀芯2的轴向运动改变脉冲主阀A过流面积形成脉冲，结构简单、耐用，便于维护。另外，由于主阀复位弹簧3的可压缩性，使得钻井液体压力信号发生器脉冲主阀A过流间隙能自动适应主流道内钻井液体流量的动态变化。

在本实施例中，图1所示为钻井液体压力信号发生器的初始状态，即：驱动阀动阀芯1处于开启状态，主阀动阀芯2受主阀复位弹簧3的弹力作用处于最小过流面积状态，此时是没有钻井液体流动时钻井液体压力信号发生器的最初状态。

图3A、图3B所示为钻井液体流动时脉冲主阀A开启的工作状态。当钻井液体开始向下流动，驱动阀动阀芯1处于开启状态，流入脉冲主阀A的钻井液体通过驱动阀B外泄，脉冲主阀A内的钻井液体压力为低压态，主阀动阀芯2受流动的钻井液体作用向下运动，主阀复位弹簧3被压缩，脉冲主阀A过流面积增大，允许钻井液体顺利通过脉冲主阀。

图4A、图4B所示为钻井液体流动时脉冲主阀A关闭的工作状态。钻井液体流动时，脉冲主阀A关闭，形成高压脉冲时的工作状态，当驱动阀动阀芯1关闭时，流入脉冲主阀A的钻井液体不能通过驱动阀B外泄，此时在主阀动阀芯2内形成一个钻井液体高压，此时主阀动阀芯2在钻井液体压力和主阀复位弹簧3的共同作用下上行，使脉冲主阀A过流面积减小，进一步使主阀阀座4以上的钻井液体压力升高，形成一个压力正脉冲。当驱动阀动阀芯1复位后驱动阀B开启，脉冲主阀A相继打开恢复图3A、图3B的工作状态。如此周而复始，实现钻井液体压力的规律变化，从而完成信息传输的功能。

本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。