使用改进的多频液压振动器的通信方法

专利名称：使用改进的多频液压振动器的通信方法
使用改进的多频液压振动器的通信方法
技术领域：
本发明总体上涉及数据通信领域，更具体地涉及一种数据通信系统，其改进了液压导管内的位置之间数据的近亚音速异步传输。采用这些传输类型的系统流行于地孔钻探 (earth bore drilling)，在地孔钻探中将它们用于从接近穿透点向地面传送被编码和加密的位置和环境信息。甚至更具体地，在此描述的系统和方法还可以用于从地面向钻探设备的井底钻具组件传送被编码的控制信号。该系统和方法主要使用来自循环流体的能量和小的控制信号来为这样的管道内的这些数据的传输产生重复的周期压力振荡。
背景技术：
多年来在井的钻探期间已经使用远程操作传感器封装件(sensor package)。在下水管线清洁系统中使用了类似的系统。通常在这些应用中找到的传感器封装件提供诸如倾斜、方位角和所关心的各种测井传感器测量的信息。在通常的钻井操作期间，通过钻杆(drill pipe)将液压流体(在本领域中已知如“钻探泥浆”或“钻探流体”)泵送进井底钻具组件(bottom hole assembly)中，该井底钻具组件可以包含机械装置以在形成钻孔中控制钻头的方向。井底钻具组件还可以包含液压马达和/或液压锤以向钻头提供功率。该流体还循环通过钻头以清洁、润滑并冷却钻头。然后，承载切屑的钻探流体通过在钻杆与钻孔或套管(casting)之间的环形物返回地面(surface)，在地面处，钻探流体被清除掉切屑，从而能重新使用钻探流体。诸如下水清洁系统的其他系统通常采用开端型系统，其中沿导管泵送流体，流体离开钻头或清洁头并且通过该系统排出。在钻井的情况下，早在1942年确定，在钻探操作期间可以将流动的钻探流体用作用于孔下形成的数据的传输介质，如此即术语“在钻探的同时测量”(MWD)的起源。早期的系统采用双信号法。在“正脉冲”系统中，例如如Arps的美国专利2，677，790和2，759，143 所示；装置通过将孔口安置在钻柱中并将提升阀插入孔口以提高钻杆内的压力来改变钻杆中的钻探流体的压力。在“负脉冲”系统中，诸如例如在Arps和Sherbatskoy的美国专利 2，755，432、Gearhart 和 Sherbatskoy 等人的美国专利 3，964，556、以及 Sherbatskoy 的美国专利4，351，037中；在钻杆与环形物之间打开孔口，以允许流(flow)旁路通过井底钻具组件和钻头的底部剩余部分。该孔口由提升阀关闭，以密封到环形物的流。瞬时打开产生 “短路”，并且降低了钻杆内的压力，导致负压力脉冲。通过提升阀重复的插入和移除，从而打开和关闭孔口，在钻探流体中产生一系列压力脉冲。这些压力脉冲或变化可以在地面上检测到并用于传送信息。不幸地是，这些压力变化是在工业界内被称为“脉冲”的甚低频，并且相当于压力级变化，其中发射信号的谱分量以大约3Hz为中心，并且透射能量低于20Hz出现且具有以0. 1至1. 5Hz的范围为中心的峰值能量。Sherbatskoy认识到系统强加大约IOOHz的频率上限，其中不管原始脉冲的初始谱分量，不可检测到高于该频率的原始压力级偏移的频率分量。除严重地限制数据传输率之外，由泥浆脉冲器产生的这些低频与在钻探期间产生的噪声频率重合。通常在数据通信中，一种用于改善信噪比的常用技术是对噪声滤波。由于信号与噪声频率的类似，所以用于消除钻探噪声的常规滤波也从发射脉冲去除了大量的剩余能量。在试图改善正脉冲系统性能的过程中，诱发压力脉冲的振幅被增大。然而，因压力脉冲的阀元件的侵蚀是强加的压降的函数。因此，增大压降缩短了压降脉冲器的寿命。简单地增大诱发压力脉冲的振幅的另一问题是产生这样的脉冲所需的功率。大的功率需求意味着大的且更强大的原动机来操作提升阀，并且这对于MWD系统促成了更大的重量和成本。在美国专利3，309，656中，Godbey认识到流体系统支持连续的低频循环传输的能力。Godbey的挑战是调查井下装备状况以及使用多重频率来指示该状况。这通过观察和记录哪个频率被发射来实现。生成的频率在没有数据加密的情况下传送状态。不同于在此描述的“阀脉冲器”，Godbey采用可轴向旋转的压力元件。如美国专利3，789，355所示出和描述地，该方法被Patton改进；其中在同步传输中采用了加密。Claycomb的美国专利 3，997，867及其他形成了当前的商业同步发射器的基础。这些同步系统改善了信噪比以及因此的数据率。该在数据率上改善的基础能在信号理论中找到。在差分传播的任何介质内，信息能被发射并且受取决于可接受误码率的可检测性限制支配。该限制被称为通道容量。通道容量取决于在接收器处传播频带内的信噪比，并由Hartley定律描述。尽管Hartley定律初始适用于通信信道内“脉冲”的传输，但是不管该状态是频率、振幅(如由脉冲所暗示)、 还是相位，它仍然适用于传输状态的改变。Hartley定律辩论了能在任何通信信道上被可靠地发射和接收的不同条的信息的最大数量是受到被测状态改变的动态范围限制的。例如，如果我们考虑伴随从源传播的恒频声音的压力变化，并且如果该声音的振幅被限制在来自P(a)至P(b)的可检测压力范围的P(I)与P(2)之间的某一值，则信息的不同单元的最大数量为
AI 尸(2)-P(l)|M=I + -= l +
AP |增-尸⑷I如果该压差表示二进制信息流，则以位为单位的每次传输的信息为2M。Hartley将该信息率的度量R规定为R = ft Iog2 (M)其中ft为变迁速率(transition rate)或波特。基于包括所有可能的多级和多相编码方案的基础能量考虑，Shannon (The Bell System Technical Journal,Vol. 27,pp. 379-423,623-656, July,October 1948)得出了信
号强度的理论上的上波特率S与加性白噪声的水平N之间的关系。 (C = Blog2 1 + —
I NJ其中C为以位/秒为单位的噪声信道的信道容量B是以Hz为单位的信道的带宽(周/秒)S为信号功率(通常以瓦为单位但在我们的实例中以Q‘ ΔΡ为单位测量)其中Q ‘为质量流率
Δ P为压力变化N是以可比较的单位测量在带宽上的总噪声功率。S/N是信噪比。尽管在流体振荡器传输中，这是仅对于受影响频率的信噪比，但在实际的流体脉冲传输中，这是带内压力波动或流动压力。能量谱密度描述了信号的能量如何随频率分配。假定振荡信号和信道噪声信号在频率范围上连续。噪音或信号的谱密度Φ (ω)为分量平方的傅里叶变换。这是包含在分量内的物理能量的 表示。因此，Φ⑷=^[jiOe-^ =⑷其中ω是角频率(2 π周/秒)F(co)是视情况而定的信号或噪声的傅里叶变换f(t)F*( )是F(co)的复合分量在设计用于流动流体柱内传输的通信系统的情况下，频率间隔足够短的“有色 (colored) ”噪声能按照高斯分布(Gaussian)建模。因此，从大约IHz起的高通滤波器(周 /秒)(具体地大约1. 3Hz)足以消除钻探环境内的许多低频噪声。任何具有比高于该频率的频率的周期压力瞬变可被容易地检测到。以上结果的一个后果是，当振荡的压力上升大约为几PSI至几十PSI时，能检测到自大约3周/秒起以上的振荡。这与常规泥浆脉冲器形成对比，该常规泥浆脉冲器频繁地需要150PSI或更高的近直流脉冲以便被检测。因此，在本申请人先前的美国专利No. 6，867，706和No. 7，319，638中，本申请人教
导了更改正排量流体脉冲器设计的方法，该方法使信号的频率偏移离开基本的钻探噪声区域，从而降低了对高压脉冲的需求。在'706专利中，本申请人还教导在钻探流体中产生和改变振荡压力信号的方法。尽管在这些专利中示出并描述的结构和方法已经是成功的，但得到的装置必须采用保持足够能量的弹簧，以剪切流体流对抗不平衡的流体压力。剪切流体流所需的能量是可变的并且取决于横跨阀的不可预测的压降。另外，在这些先前的专利中教导的方法没有解决在流动方向上的信号传输的问题或检测信号的方法。在此公开的系统和方法解决这些及其他缺点。由于提升阀与孔口的主要作用对应于导管内的压差，所以使用感测活塞的本发明的方法能以所描述的方式重新布置在上游或下游。

发明内容本发明通过采用由切换(toggling)感测活塞驱动的压力平衡驱动缸排出阀来解决现有技术中的这些及其他缺点。感测活塞的重置产生横跨排出阀的压力平衡，使得当驱动缸内的压力再生(regeneratively)提高时，该压力施加于排出阀的两侧。如此产生的压力平衡大大地减小了关闭排出阀所需的力。一旦感测活塞被驱动经过肘节(toggle)以允许驱动缸压力具有与下游主阀压力相等的抵消压力(offset pressure)，则驱动缸迫使排出阀打开，从而降低了驱动缸压力。减压允许感测活塞重置，从而重新开始该过程。由于主提升阀(poppet)由驱动缸压力驱动，所以感测活塞的循环设定和重置导致了交替地插入提升阀和从孔口移除提升阀的驱动缸压力，导致导管内的压力振荡。只要足够的流体流过导管，该操作就会继续。该振荡频率由允许流体进入驱动缸的速率、或者由用于中断感测活塞的操作的扣机(sear)来控制。本发明教导了产生压力振荡、采用异步频移键控将时间位置调制组合编码或直接二进制编码用于加密数据、以及检测得到的信号的方法。该信号是双向的、从源向上游和向下游传播通过通信介质，使得位于上游和下游的固定接收器将以通过由介质的速度产生的多普勒频移而分开的不同频率接收相同的信号。从对以下与附图一起的说明的评述，本发明的这些及其他特征将会对本领域的技术人员立即显而易见。


图1是本发明在其中获得应用的典型钻探系统的剖视图。图2是安装在钻铤内的振荡阀的优选实施例的示意性剖视图。图3a、3b和3c是在各种已知构造中具有提升阀和孔口的已知脉冲器的局部剖视正视图。图4是作为用于将提升阀插入到孔口中的力的函数的压差的曲线图。图5是根据本发明的教导的振荡器当前优选的实施例的剖视图。图6是由本发明的发射器组件生成的压力振荡波形的曲线图。图7是用于从振荡器接收的信号的检测方法的电子原理图。图8是泥浆脉冲的表示，该泥浆脉冲对比于由发射器产生的一系列异步振荡而使用脉冲位置振动编码来加密数据。图9是泥浆脉冲的表示，该泥浆脉冲对比于由发射器产生的一系列异步振荡而使用组合编码来加密数据。图10是泥浆脉冲的表示，该泥浆脉冲对比于由发射器产生的一系列异步振荡而使用二进制编码来加密数据。图Ila是图示了同步相移键控与频移键控之间比较的时间曲线图。图lib是图示了异步相移键控与频移键控之间比较的时间曲线图。
具体实施方式图1图示了在由典型的钻头104形成的钻孔102中的基本回转钻探系统。钻头104 通过连接钻杆103旋转，该连接钻杆103连接诸如用于转动方钻杆105的方钻杆套管101 的地面驱动机构。在有些情况下，顶部驱动系统用于使钻杆旋转。钻探流体(泥浆)从泵 (未示出)流过流动管线106并流过附接于提升器108的转环107，该提升器108用于提升和降低钻柱组件并用于控制钻头上的重量。孔的先前钻探的部分由套管109支撑，该套管 109用于隔离不同的地层并通过水泥层110结合于这些地层。环形物111在钻杆外从钻头 104延伸至地面，并用作导管以向地面返回承载切屑的钻探泥浆。在诸如例如下水清洁操作的其他应用中，流体的主要部分路由通过(route through)在钻头前面的导管，并且不经由环形物返回。
返回到图1，附接于钻杆的底部的是被称为井底钻具组件112的许多钻探工具。在井底钻具组件112内和该井底钻具组件112的一部分可找到容积式马达113、电源和地层传感器阵列114、方向和姿态传感器115、发射器组件116以及其他的钻探工具和仪器。通常， 发射器组件由泥浆脉冲器或泥浆警报器组成。在此描述的系统与常规的MWD或LWD系统的不同之处在于，用以下描述的振荡器替代发射器组件。此外，这样的系统可具有位于地面上方的钻探流体导管内的附加的发射器组件117，以向通常在井底钻具组件112中找到的井底组件传送。图2描绘了井底钻具组件的一部分内的组件的安装示意图。外部容器包括钻铤(drill collar) 121，但在稳定器、力子组件(force subassembly)、旋转可操纵壳体或井底钻具组件内采用的其他钻探工具内可采用类似的安装。发射器123与仪器封装件 (instrument package) 124安装在外部容器121内。该装配用钻铤121悬置，使得在该钻铤内部产生环形物122。该环形物连续经过装配的下部，在该处环形流被重新结合。对于诸如图1所图示的地面实施，可以以类似的方式安装发射器组件117。然而，可优选的是经由馈送从流动管线、方钻杆或用作安装的无论什么导管外提供控制信号。图3a、3b和3c描绘了已知正脉冲器的构造，并且相同的结构组件设置有相同的元件标记。作为本发明的主题的新装置消除了导向阀58的需求。然而，如同图示的脉冲器的情况一样，可能有多种布局。在图3b中，提升阀53位于孔口 52上游。图 3b的构造的一个缺点是，如所示的流体流动相对孔口在提升阀上施加闭合力，在使提升阀返回缩回位置中必须克服该力。通过在将提升阀安置在孔口下游的同时将驱动缸59安置在孔口 52上游， 该缺点由图3c的构造克服。然而，图3c的构造包含杆54通过孔口的缺点，从而占去用于流体流动通过工具的一些截面面积。本领域的技术人员应理解的是，可以在图3a、3b和3c 所图示的任何构造没有进一步改进的情况下有效地使用本发明。图4图示了在阀提升架(valve poppet)上的力、提升阀从孔口的位移、与作为提升阀的相同位移和流率的函数的横跨该提升阀孔口对(orifice pair)得到的压降之间典型的四元关系。该图显示出产生特定压力所需的提升阀力是流率的参数函数。这些曲线的确切形状由横穿孔口的流体中的动量变化的速率控制，该动量变化的速率由提升阀和孔口的形状控制。图示的曲线FRl和FR2是对于各种固定流率的无穷多这样的曲线的子集。这些曲线表明，为获得该给定压力偏移所需的提升阀从孔口需要的行程长度和位移是流率的参数函数。由于本发明得到使用的应用通常是具有作为流体源的正排量泵的应用，所以这是相关的。使用这些类型的泵，流率不会随围绕流体管路的管路压力的变化而变化。如能被容易地识别，对于各种容积流率，需要近似相同的提升阀力以获得期望的脉冲压力，然而在距孔口不同的位移处获得该力。因此，对于一对高压力状态与低压力状态，提升阀相对于孔口的实际位置会随流率变化。如果由本发明的结构设定提升阀力，则压力振幅会在流率范围内几乎恒定。在没有该力的情况下，提升阀将被驱动离开孔口。因此， 通过调节提升阀到孔口中的插入力，就能够在某种程度上与流率无关地获得给定的压降。图5是本发明的发射器的横截面。如所安装地，通过所示出的具有外加厚 (external upset)的孔板法兰(orifice flange) 6中的进入孔5进入以允许就位在图2所示的钻铤121的内部，迫使在钻杆中流动的所有流体通过装置。具有内部廊道9的贯穿管7 从孔道(orifice throat) 11上游的一组输入端口 8延伸至提升阀12下方的主驱动缸14。该主驱动缸与本申请人较早的美国专利6，867，706和7，319，638的腔室相符合。由主提升阀弹簧15施加偏压，如此倾向于关闭提升阀的力是如由图4所描述的作用于提升阀12的底面上的上游压力与由主提升阀弹簧15提供的弹簧偏压的组合的函数。穿过孔道11的流体能通过壳体中的一组端口 13离开。然而，由于压力不平衡，所以迫使提升阀12越发紧密朝向孔道11。 端口感测滑块(ported sense slide) 22位于同样封闭驱动缸14的滑块壳体34 内。该感测滑块的下端是偏心往复凸轮26，偏心往复凸轮26由悬臂弹簧27作用并通过感测滑动弹簧31维持对抗驱动缸14内的偏压压力。排出阀元件16同样暴露于驱动缸14内的压力。排出阀元件16的打开允许驱动缸14内的压力通过排出端口 17进入环形物122 内的下游压力的排泄(见图2)。使排出阀元件16运动和致动排出端口 17的力来自弱的偏压弹簧18、以及通过驱动缸压力端口 21或环形排出压力端口 19传递的力。这两个端口的启动由端口感测滑块22控制。端口感测滑块22具有内部廊道23，该内部廊道23延伸至在图示的位置中与驱动缸压力端口 21相连的交叉钻孔端口，以允许排出阀元件16接受来自驱动缸14的闭合压力偏压。这迫使排出阀元件16横过排出端口 17，从而确保驱动缸压力的再生操作积聚。在端口感测滑块22的驱动缸面上的力将快速增大，压缩感测滑动弹簧 31并迫使悬臂弹簧27压在端口感测滑块22的凸轮上。悬臂弹簧27由允许调节弹簧作用长度的弹簧保持器34保持。因此由作用在端口感测滑块22的凸轮上的悬臂弹簧27帮助， 突然动作(snap action)使端口感测滑块22缩回，以分开作为保持排出阀元件16的主要力的压力连接。由于缩回，在端口感测滑块22的外部上的内加厚(internal upset)24与环形排出压力端口 19对齐并且与外部排出阀偏压端口 25对齐。这减小了对环形物122内的下游压力的排出阀偏压(见图2)，从而允许驱动缸内的较高压力来迫使排出阀元件16经过排出端口 17。假如通过输入端口 8的流率低于通过排出端口 17的流率，则再生过程将被反向， 以允许撞击提升阀12的流体的动量驱动该活塞向下，直到获得接近主提升阀弹簧15的偏压的压降并且感测滑动弹簧31的力能使端口感测滑块22返回到初始位置为止。得到的循环操作的频率和对称主要是由通过输入端口 8的流率控制的。需要允许流体体积的排出和插入来抵消由端口感测滑块22转移的体积。这通过到环形物122的体积平衡端口 32实现(图2)。最简单的频率偏移是在DC与某一非零频率之间。这通过将扣机28插入端口感测滑块22的外表面上的止动件(detent)29实现。在正常操作中，扣机弹簧30迫使扣机进入止动件29。扣机的抽出通过启动螺线管33实现。本领域技术人员在检查图3a、图3b、图3c和图4之后应理解的是，在图2和图5中描绘的具有阀的测深(plumbing)和重定位的提升阀、驱动缸和活塞布置也可位于孔道11 的上游。示出并描述的构造对应于图3a，该构造相对于图3b和3c的装置具有多个优点。 该装置构造可以比其他构造更便宜地制造，并且由于驱动的方向与流动相反，所以主要故障模式导致孔口的打开，以允许完全流动通过装置。当钻井时，这导致更安全的故障模式， 以在无法抵消井压力后允许注入流体体积。当在承载流动流体的导管内如所描述地成形并且感测活塞在操作中不被扣机阻止时，该装置将在导管内产生压力振荡。
图6是由本发明的启动所生成的压力波形的表示。该波形的频率是通过图5的驱动缸14转向的流的体积吞吐量的主函数。因此，频率主要是图5的输入端口 8的尺寸的函数。该波形的对称取决于图5的驱动缸14的加载和卸载的相对速率的比率。受通过图5 的输入端口 8进入该腔室的流率比能由图5的被打开的排出阀16排出的速率低的要求支配，输入端口与排出阀面积的比率越大，则波形越对称。图7是适于识别导管内振荡的存在并用通常可获得的组件建立的一般检测器电路的示意图。通过组件调节，调谐器能被调谐以便对从0. IHz至0.5Hz的频率敏感。能使用Rll实现精细频率调节，该Rll控制锁相环的电压控制振荡器部分上的偏压。由于传送的信息被加密成频率的变化，所以不需要如通常在这些应用中采用的绝对压力传感器，并且可将传感器驻留在压力平衡环境中。另外，可使用各种传感器类型，诸如压电陶瓷、电容传感器、磁致伸缩感应装置、机械振荡器、对各种材料起作用的应变仪、具有干涉仪位移测量的挠性压力元件、以及扁平线圈捡拾器(pickup)。图8是简单脉冲位置调制方法的表示，简单脉冲位置调制方法是一种众所周知的数据加密异步方法。该方法已被广泛地用于MWD发射器的商业应用。时间基准、通常是通过发射不与应用在信息传输中的均勻时间间隔对应的一对脉冲来建立的。发射信息的值由终止于&的帧内相对于时间基准的数据脉冲的时间位移表示。如所呈现地，能通过该帧表示总共16个单独状态。图9是使用脉冲位置调制的组合数据编码的表示，使用脉冲位置调制的组合数据编码也是一种众所周知的数据加密异步方法。在美国专利4，908，804和5，067，114中由 Rorden量化和描述了用于MWD脉冲的该方法的使用。由于在早期MWD的方法受严重地功率限制，并且主要的功率消耗者是用于剪切流动流并产生脉冲的螺线管，所以改善数据传输能量效率是主要目标。组合数据编码用比简单脉冲位置调制更少的脉冲在单帧内向当前状态提供更大的容量。状态的总数由C(N，M) =N ！ /(M ！ (N-M) ！)叙述，或者对于M = 3 和N = 30如所图示的由4060种状态叙述。M = 10和N = 30的组合能传递30，045, 015种状态。另外，能通过使用各脉冲之间的半汉明(Hamming)距离改善组合编码中的抗扰度。图10是表示三个数据帧的信息的直接二进制编码的表示。每一帧在长度上均为8 个单元，并能表示256中单独状态。通过这些帧能表示总共16，777，215种状态。然而，该数据加密方法的使用可能在同步之后需要产生24个脉冲来传递信息。图Ila和lib图示了对以下的位(bit)的比较图Ila可以是如由采用旋转阀的 MWD/LWD系统的当前用户所采用的由同步相移键控发射的编码数据的一部分的位、以及图 lib根据本发明由频移键控发射的位的比较。由图Ila的第一图表标示的传输包含固定频率，该固定频率在旋转阀短暂停止/减速来移动相位时仅产生瞬时边带谐波。与固定频率基准相比较，图Ila的第二图表指明了该相位移动，通常将其设计进发射器中并为检测设备所知。由于传输特性改变导致较小的频移，所以存在许多的公开以允许信号的频率跟踪来维持该同步。在图Ila的第三图表上示出生成的位。该恢复的位是加密数据的一部分。 如在此所公开的包含加密的异步频移键控的发射信号不需要几乎恒频的基准。作为替代， 仅有的要求是将两种组成频率充分地分开以允许检测， 并且使钻头足够得宽以允许发射频率特性。在前述说明书中已描述了本发明的原理、优选实施例以及操作模式。由于所公开的特定 形式是被视为说明性的而非限制性的，所以本发明不应被解释成局限于所公开的特定形式。此外，在不偏离本发明的精神的情况下，可以由本领域的技术人员做出变体和变化。
权利要求
1. 一种用于在充满流体的导管内采用频移键控在所述导管内异步发射编码数据的发射元件，所述导管限定了第一低压区和第二高压区，所述发射元件包括a.液压振荡器，其包括 i.腔室； .在驱动缸内的所述腔室中的驱动活塞；iii.联接至所述驱动活塞并由其驱动的提升阀；以及iv.邻近所述提升阀的孔口；以及b.在所述驱动缸、以及连接至所述导管内的所述第一低压区的输出端口之间的压力平衡排出阀，所述压力平衡排出阀包括1.感测所述腔室内的压力的感测元件；以及 .确定第一位置和第二位置的肘节机构，所述第一位置用于在所述腔室内以较低的压力使所述排出阀压力平衡，所述第二位置用于在所述腔室内以较高的压力使所述排出阀压力平衡。
2.一种用于在充满流体的导管内采用频移键控在所述导管内异步发射编码数据的方法，所述方法包括步骤a.用振荡器产生至少两种离散频率，所述振荡器能在所述导管内的流动流体中以流体压力生成振荡并且还能以从OHz至250Hz的频率传递两种离散振荡；以及b.用检测元件检测所述振荡，所述检测元件适于检测来自所述振荡器的所述振荡。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述检测元件包括传感器，所述传感器从由压电陶瓷、电容传感器、磁致伸缩感应装置、机械振荡器、对预定的灵敏材料起作用的应变仪、挠性压力元件、干涉仪位移测量元件、扁平线圈捡拾器和线性可变位移换能器所组成的组中选择。
4.一种用于在充满流体的导管内采用频移键控在所述导管内异步发射编码数据的发射元件，所述导管限定了第一低压区和第二高压区，所述发射元件包括a.液压振荡器，其包括 i.主驱动缸； .在所述主驱动缸内的主提升阀弹簧，所述弹簧具有第一端和第二端；iii.与所述主提升阀弹簧的所述第一端紧靠接触的提升阀；iv.邻近所述提升阀并与所述导管中的流体流体连通的孔口；以及v.与所述主提升阀弹簧的所述第二端紧靠接触的被轴向定向的弹簧保持器；以及b.压力平衡排出阀，其包括i.与所述弹簧保持器同轴布置的端口感测滑块，所述端口感测滑块具有第一端和第二端，所述端口感测滑块还被定位以感测所述主驱动缸内的压力； .与所述端口感测滑块的所述第二端紧靠接触的感测滑动弹簧；以及 iii.包括在所述主驱动缸、以及所述充满流体的导管之间的流体路径的弹簧加载排出阀元件。
5.根据权利要求4所述的元件，还包括被接近所述提升阀定位以限定孔道的孔板法ΛΑ *. ο
6.根据权利要求5所述的元件，还包括第一组端口，其与所述孔道流体连通，以向所述提升阀施加所述充满流体的导管的流体压力来对抗所述主提升阀弹簧的偏压。
7.根据权利要求4所述的元件，其中，所述端口感测滑块还包括a.与所述感测滑块同轴的内部廊道；b.从所述内部廊道径向延伸的驱动缸压力端口；以及c.环绕所述端口感测滑块的内加厚。
8.根据权利要求7所述的元件，还包括从所述端口感测滑块和所述充满流体的导管延伸的外部排出阀偏压端口。
9.根据权利要求4所述的元件，还包括a.被限定在所述端口感测滑块上的凸轮；以及b.在所述凸轮上的控制位置中的一组悬臂弹簧。
10.根据权利要求9所述的元件，还包括与所述悬臂弹簧组处于操作关系的弹簧保持器，以允许调节所述悬臂弹簧组的弹簧作用长度。
11.根据权利要求4所述的元件，还包括a.在所述端口感测滑块上的止动件；b.被布置用于插入所述止动件的扣机；以及c.用于从所述止动件抽出所述扣机的装置。
全文摘要
在钻探同时测量或类似的系统中，压力平衡驱动缸排出阀由切换感测活塞驱动。感测活塞的重置产生横跨排出阀的压力平衡，使得当驱动缸内的压力再生提高时，该压力施加于排出阀的两侧。如此产生的压力平衡大大地减小了关闭排出阀所需的力。一旦感测活塞被驱动经过肘节以允许驱动缸压力具有与下游主阀压力相等的抵消压力，则驱动缸迫使排出阀打开，从而降低驱动缸压力。减压允许感测活塞重置，从而重新开始该过程。由于主提升阀由驱动缸压力驱动，所以感测活塞的循环设定和重置导致交替地插入提升阀和从孔口移除提升阀的驱动缸压力，导致导管内的压力振荡。该振荡的频率由允许进入驱动缸的流体的速率或者由用于中断感测活塞的操作的扣机来控制。
文档编号G01V3/00GK102159969SQ200980133867
公开日2011年8月17日 申请日期2009年8月24日 优先权日2008年8月23日
发明者赫尔曼·科利特 申请人:赫尔曼·科利特