專利名稱：連續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是有關(guān)于一種無線傳輸井下信息的工具，特別是有關(guān)于一種連 續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器，其能把測(cè)得的定向數(shù)據(jù)(井斜角、方位角、工具面角)、 地層特性(伽瑪射線、電阻率等)和鉆井參數(shù)(井底鉆壓、扭矩等)的數(shù)據(jù)由 鉆柱內(nèi)的泥漿作為傳播介質(zhì)傳到地面。
背景技術(shù)：
在石油鉆井過程中，隨鉆測(cè)量和隨鉆測(cè)井的技術(shù)方法是將井下測(cè)量的數(shù)據(jù) 快速又準(zhǔn)確地傳送到地面上來，以保證井身質(zhì)量，提高鉆井效率。目前，隨鉆 測(cè)量和隨鉆測(cè)井的技術(shù)方法有泥漿壓力脈沖方式傳輸，電磁波傳輸，聲波傳 輸，智能鉆桿傳輸，電纜傳輸?shù)?。其中電纜傳輸方式，需要中斷正常鉆進(jìn)工作， 占用較多鉆機(jī)時(shí)間，因此在隨鉆作業(yè)中有被逐漸淘汰的趨勢(shì)，而聲波傳輸方式 尚不具備商用能力，智能鉆桿雖有工業(yè)化應(yīng)用，但由于其高昂的成本和操作復(fù) 雜性及可靠性問題，制約了其應(yīng)用范圍。目前應(yīng)用較多的是泥漿壓力脈沖方式 傳輸和電磁波傳輸，而泥漿壓力脈沖這種傳輸方式，用的更多的是泥漿壓力的 正脈沖，但由于正脈沖發(fā)生器閥的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)方式，決定了其數(shù)據(jù)傳輸速率 較低。這種低速傳輸通道嚴(yán)重制約了信息化鉆井技術(shù)的發(fā)展，因此簡單易行、 穩(wěn)定可靠的高速傳輸?shù)倪B續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器是解決問題的途徑。
第3309656 ， 3764968， 4914637， 5182731號(hào)美國專利都是有關(guān)于連 續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器的，但是這些儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，龐大且用電量大，從而制約 了它們的使用范圍。
ZL200620030709.7中國專利公開了一種旋轉(zhuǎn)閥式泥漿正脈沖發(fā)生器，該連
續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力扭矩來源于泥漿，所以信號(hào)的傳輸 數(shù)率隨著泥漿排量的大小而變化；另外，壓力波的幅值也較小。因此，有必要提供一種新型的連續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器，以克服上述缺陷。 上述技術(shù)內(nèi)容以引入的方式合并于本申請(qǐng)。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是，提供一種連續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器，其結(jié)構(gòu)簡單、使 用及維護(hù)成本低、耗電量較少，且信號(hào)的傳輸率不受泥漿排量大小影響。
本實(shí)用新型的上述目的可采用下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)， 一種連續(xù)波壓力脈沖 發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器包括外殼組件，所述外殼組件內(nèi)部容設(shè)有脈沖發(fā)生器 閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述脈沖發(fā)生器閥包括能旋轉(zhuǎn)設(shè)置的轉(zhuǎn)子和固定設(shè)置的定子， 所述定子設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子的軸向上方，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子 和定子的外側(cè)均開設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)葉槽，所述脈沖發(fā)生器閥的流道面積隨著轉(zhuǎn)子的 轉(zhuǎn)動(dòng)而變化設(shè)置。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述脈沖發(fā)生器還包括分流器，所述分流器固定設(shè) 置在上述外殼組件上，所述定子固定在分流器上，所述分流器位于外殼組件與 定子之間。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述分流器包括一個(gè)橫截面中央具有一圓孔的管壁， 在該管壁的軸向上設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)槽孔。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述外殼組件上環(huán)繞設(shè)置有一圈調(diào)節(jié)墊片，該調(diào)節(jié) 墊片位于分流器的突出部與外殼組件之間。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述分流器與定子之間朝向轉(zhuǎn)子的端面上放置有波 紋管式軸套。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括電機(jī)，所述電機(jī)的輸出軸與上述 轉(zhuǎn)子相連接，所述轉(zhuǎn)子位于電機(jī)的上方。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)還包括用于控制上述電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài) 的電機(jī)控制單元，所述電機(jī)控制單元連接在該電機(jī)的下方。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部具有相互獨(dú)立的且上下設(shè)置的高壓腔和低壓腔，所述電機(jī)控制單元包括圓盤式磁性驅(qū)動(dòng)器和光電編碼器，所述 圓盤式磁性驅(qū)動(dòng)器的兩極面對(duì)面地分別容設(shè)在上述高壓腔和低壓腔內(nèi)，所述圓 盤式磁性驅(qū)動(dòng)器的其中一極與上述電機(jī)連接，另一極與光電編碼器連接。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述高壓腔中徑向一側(cè)具有一個(gè)通孔， 一個(gè)浮動(dòng)式 活塞能移動(dòng)地密封設(shè)置在該通孔內(nèi)。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述高壓腔中徑向一側(cè)還設(shè)有一個(gè)油孔，該油孔中 密封連接有一個(gè)油堵。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)是
本實(shí)用新型是涉及石油、礦山、地質(zhì)勘探等隨鉆測(cè)量和隨鉆測(cè)井中的泥漿 壓力脈沖，更具體是涉及一種連續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器，其結(jié)構(gòu)形狀簡單，所需 的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩較小，從而耗電量較少。


以下附圖僅旨在于對(duì)本實(shí)用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實(shí)用新 型的范圍。其中，
圖1是本實(shí)用新型的連續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器的總圖2A是本實(shí)用新型的脈沖發(fā)生器閥的放大示意圖，其顯示一種調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子和 定子之間的間隙的結(jié)構(gòu)；
圖2B是本實(shí)用新型的脈沖發(fā)生器閥的放大示意圖，其顯示另一種調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子 和定子之間的間隙的結(jié)構(gòu)；
圖3是本實(shí)用新型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的示意圖4A是本實(shí)用新型的分流器的主視圖4B是沿圖4A中的B-B線的剖面的示意圖5A是本實(shí)用新型的定子的主視圖5B是沿圖5A中的C-C線剖面的示意圖6A是本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)子的主視圖；圖6B是沿圖6A中的D-D線剖面的示意圖。
具體實(shí)施方式

為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附 圖說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，相同的部件采用相同的標(biāo)號(hào)。其中，本文 中的"上方"、"下方"是針對(duì)圖1中的相對(duì)位置而言。
首先需要說明的是，轉(zhuǎn)子和定子的葉槽形狀及兩者之間的間隙決定了脈沖 發(fā)生器閥的流道面積的大小，進(jìn)而決定了壓力脈沖波幅值的大??；其中，轉(zhuǎn)子 和定子之間的間隙的n次方與壓力脈沖波幅值成反比。
實(shí)施方式l
本實(shí)用新型涉及一種連續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器，如圖l-6B所示，其包括外殼 組件1，所述外殼組件1內(nèi)部容設(shè)有脈沖發(fā)生器閥2和執(zhí)行機(jī)構(gòu)3,所述脈沖發(fā) 生器閥2包括可旋轉(zhuǎn)設(shè)置的轉(zhuǎn)子21和固定設(shè)置的定子22，所述定子22設(shè)置在 轉(zhuǎn)子21的軸向上方，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)3帶動(dòng)轉(zhuǎn)子21旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子21和定子 22的外側(cè)均開設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)葉槽，所述脈沖發(fā)生器閥2的流道面積(即泥漿的流 通面積)隨著轉(zhuǎn)子21的轉(zhuǎn)動(dòng)而變化設(shè)置。
也就是說，轉(zhuǎn)子21在執(zhí)行機(jī)構(gòu)3的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，定子22靜止不動(dòng)，使得 脈沖發(fā)生器閥2的流道面積發(fā)生改變，從而產(chǎn)生出壓力脈沖波，即當(dāng)轉(zhuǎn)子21 轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生與定子22和轉(zhuǎn)子21的葉片相應(yīng)數(shù)目的脈沖波，由于脈 沖發(fā)生器閥2的流道面積大小的改變頻率高，產(chǎn)生的壓力脈沖波能夠連接起來， 從而在鉆柱內(nèi)形成連續(xù)的壓力脈沖波，這些壓力脈沖波代表著井底狀況的信息。
在較佳的實(shí)施方式中，上述脈沖發(fā)生器還包括分流器4，當(dāng)泥漿流經(jīng)脈沖 發(fā)生器時(shí)，通過該分流器4能使一大部分的泥漿被分流而不流經(jīng)脈沖發(fā)生器閥 2;該分流器4固定設(shè)置在外殼組件1上，且分流器4作為定子22的固定座， 而使定子22固定在分流器4上。更具體而言，如圖4A-4B所示，該分流器4 較佳是呈中空的圓柱形，即其包括一個(gè)橫截面中央具有一圓孔43的管壁41，在該管壁41的軸向上設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)槽孔42，當(dāng)脈沖發(fā)生器閥2正常運(yùn)轉(zhuǎn)而沒有 發(fā)生故障時(shí)， 一部分泥漿經(jīng)圓孔43流入脈沖發(fā)生器閥2，其余則被槽孔42分 流；而當(dāng)脈沖發(fā)生器閥2發(fā)生故障而處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，所有的泥漿則會(huì)都流經(jīng) 槽孔42而不通過脈沖發(fā)生器閥2。其中，分流器4的上端具有一突出部44，該 突出部44用螺栓連接在外殼組件1上。
如圖2A所示，在外殼組件1上環(huán)繞設(shè)置有一圈調(diào)節(jié)墊片5，該調(diào)節(jié)墊片5 恰好位于分流器4的突出部44與外殼組件1之間，通過更換不同厚度的調(diào)節(jié)墊 片5，可使分流器4與外殼組件1之間的軸向距離發(fā)生變化，而由于定子22與 分流器4固定設(shè)置，轉(zhuǎn)子21與外殼組件1在軸向方向固定，進(jìn)而可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子 21和定子22之間的間隙。進(jìn)一步而言，由于脈沖波的衰減隨著井的測(cè)量深度 的增加而增大，所以一定間隙所產(chǎn)生的脈沖波適合一定測(cè)深，當(dāng)測(cè)深較大時(shí)， 需要使轉(zhuǎn)子21和定子22之間的間隙較小，進(jìn)而獲得幅值相對(duì)較大的壓力脈沖 波。
在分流器4與定子22之間的朝向轉(zhuǎn)子21的端面上，放置有波紋管式軸套 6，由于軸23上軸承的各零件在安裝時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差，該波紋管式軸套6也可平 衡抵消這種誤差帶來的間隙。
上述執(zhí)行機(jī)構(gòu)3包括電機(jī)31和用于控制電機(jī)31轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)控制單元， 執(zhí)行機(jī)構(gòu)3內(nèi)部具有相互獨(dú)立且上下設(shè)置的高壓腔32和低壓腔33，高壓腔32 內(nèi)部充滿了油，且其內(nèi)裝有電機(jī)等元件；低壓腔33內(nèi)部充滿空氣，且其內(nèi)裝有 電路等元件。所述電機(jī)31的輸出軸與轉(zhuǎn)子21連接，以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子21旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子 21位于電機(jī)31的上方。
電機(jī)控制單元連接在電機(jī)31的下方，其包括圓盤式磁性驅(qū)動(dòng)器34和光電 編碼器35，所述圓盤式磁性驅(qū)動(dòng)器34的兩極36、 37面對(duì)面地分別容設(shè)在上述 高壓腔32和低壓腔33內(nèi)，如此能確保高、低壓腔32、 33之間的絕對(duì)密封，以 避免由于動(dòng)密封可能帶來的問題。更具體而言，圓盤式磁性驅(qū)動(dòng)器34的其中一 極36與上述電機(jī)31連接，另一極37與光電編碼器35連接，使得光電編碼器35通過圓盤式磁性驅(qū)動(dòng)器34來控制電機(jī)31的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速與井 下數(shù)據(jù)的傳輸率相近，所以轉(zhuǎn)子21與電機(jī)31之間沒有設(shè)置調(diào)速機(jī)構(gòu)，也就是 說，光電編碼器35控制電機(jī)31的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而控制數(shù)據(jù)傳輸率，該數(shù)據(jù)傳 輸率與電機(jī)31的轉(zhuǎn)速有關(guān)，而與泥漿的排量大小無關(guān)，本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)傳輸 能力可達(dá)到10 bps。其中光電編碼器35的結(jié)構(gòu)及原理已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所 熟知，故不再詳細(xì)說明。
另外，在高壓腔32中徑向一側(cè)具有一個(gè)通孔38， 一個(gè)浮動(dòng)式活塞39可移 動(dòng)地密封設(shè)置在該通孔38內(nèi)，該浮動(dòng)式活塞39可以平衡高壓腔32內(nèi)部與外界 泥漿的壓力，減少高壓腔32的內(nèi)外壓力差，滿足機(jī)械密封使用要求，即密封兩 邊壓力的差僅為幾個(gè)兆帕(因?yàn)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)3中采用了機(jī)械密封，例如軸23與座 24的動(dòng)密封，機(jī)械密封兩邊的壓力差較小，僅為幾個(gè)兆帕)。
高壓腔32的徑向一側(cè)還設(shè)有一個(gè)油孔，該油孔中密封連接有一個(gè)油堵7， 當(dāng)需要往高壓腔32內(nèi)加油時(shí)，可去除油堵7，通過該油孔往高壓腔32內(nèi)加油。
本實(shí)用新型的操作過程如下-
當(dāng)泥漿順著箭頭A的方向流動(dòng)，由于電機(jī)31帶動(dòng)轉(zhuǎn)子21相對(duì)于定子22 轉(zhuǎn)動(dòng)，其流道面積進(jìn)行變化，從而產(chǎn)生壓力脈沖波，該壓力脈沖波將井底的信 息傳播到地面，從而實(shí)現(xiàn)井下測(cè)量數(shù)據(jù)向地面的無線傳輸。
本實(shí)用新型采用分流器后具有下述優(yōu)點(diǎn)
1、 如果脈沖發(fā)生器閥2出現(xiàn)故障時(shí)，由于分流器4的槽孔42將泥漿分流 不經(jīng)過脈沖發(fā)生器閥，因此仍然留有足夠面積的泥漿流道保證鉆井作業(yè)的正常 進(jìn)行；
2、 當(dāng)脈沖發(fā)生器閥2關(guān)閉時(shí)，在滿足系統(tǒng)承受壓力能力的條件下，壓力波 的幅值可以盡可能的大，從而能解決了波在傳播過程中由于損耗，造成地面接 收不到信號(hào)的難題。經(jīng)試驗(yàn)，本實(shí)用新型的壓力波的幅值220 psi。
實(shí)施方式2如圖2B所示，其顯示另一種調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器閥2的轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙 的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施方式中，上述轉(zhuǎn)子21和定子22之間設(shè)置有調(diào)整墊片5'，該 調(diào)整墊片5'同樣可用于調(diào)整轉(zhuǎn)子21和定子22之間的間隙。
本實(shí)施方式的其他結(jié)構(gòu)、工作原理和有益效果與實(shí)施方式1的相同，在此 不再贅述。
以上所述僅為本實(shí)用新型示意性的具體實(shí)施方式
，并非用以限定本實(shí)用新 型的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和原則的前提 下所作的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1、一種連續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述脈沖發(fā)生器包括外殼組件，所述外殼組件內(nèi)部容設(shè)有脈沖發(fā)生器閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述脈沖發(fā)生器閥包括能旋轉(zhuǎn)設(shè)置的轉(zhuǎn)子和固定設(shè)置的定子，所述定子設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子的軸向上方，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子和定子的外側(cè)均開設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)葉槽，所述脈沖發(fā)生器閥的流道面積隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)而變化設(shè)置。
2、 如權(quán)利要求1所述的連續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述脈沖發(fā) 生器還包括分流器，所述分流器固定設(shè)置在上述外殼組件上，所述定子固定在 分流器上，所述分流器位于外殼組件與定子之間。
3、 如權(quán)利要求2所述的連續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述分流器包括一個(gè)橫截面中央具有一圓孔的管壁，在該管壁的軸向上設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)槽孔。
4、 如權(quán)利要求2所述的連續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述外殼組件上環(huán)繞設(shè)置有一圈調(diào)節(jié)墊片，該調(diào)節(jié)墊片位于分流器的突出部與外殼組件之 間。
5、 如權(quán)利要求2-4任一項(xiàng)所述的連續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述分流器與定子之間朝向轉(zhuǎn)子的端面上放置有波紋管式軸套。
6、 如權(quán)利要求l-4任一項(xiàng)所述的連續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括電機(jī)，所述電機(jī)的輸出軸與上述轉(zhuǎn)子相連接，所述轉(zhuǎn)子位于電 機(jī)的上方。
7、 如權(quán)利要求6所述的連續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述執(zhí)行機(jī) 構(gòu)還包括用于控制上述電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)控制單元，所述電機(jī)控制單元連 接在該電機(jī)的下方。
8、 如權(quán)利要求7所述的連續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述執(zhí)行機(jī) 構(gòu)內(nèi)部具有相互獨(dú)立的且上下設(shè)置的高壓腔和低壓腔，所述電機(jī)控制單元包括 圓盤式磁性驅(qū)動(dòng)器和光電編碼器，所述圓盤式磁性驅(qū)動(dòng)器的兩極面對(duì)面地分別 容設(shè)在上述高壓腔和低壓腔內(nèi)，所述圓盤式磁性驅(qū)動(dòng)器的其中一極與上述電機(jī)連接，另一極與光電編碼器連接。
9、 如權(quán)利要求8所述的連續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述高壓腔 中徑向一側(cè)具有一個(gè)通孔， 一個(gè)浮動(dòng)式活塞能移動(dòng)地密封設(shè)置在該通孔內(nèi)。
10、 如權(quán)利要求9所述的連續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述高壓 腔中徑向一側(cè)還設(shè)有一個(gè)油孔，該油孔中密封連接有一個(gè)油堵。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種連續(xù)波壓力脈沖發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器包括外殼組件，所述外殼組件內(nèi)部容設(shè)有脈沖發(fā)生器閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述脈沖發(fā)生器閥包括能旋轉(zhuǎn)設(shè)置的轉(zhuǎn)子和固定設(shè)置的定子，所述定子設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子的軸向上方，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子和定子的外側(cè)均開設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)葉槽，所述脈沖發(fā)生器閥的流道面積隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)而變化設(shè)置。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、使用及維護(hù)成本低、耗電量較少，且信號(hào)的傳輸率不隨泥漿排量大小影響。
文檔編號(hào)E21B49/00GK201221355SQ20082010851
公開日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2008年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月11日
發(fā)明者張連成, 林 李, 榮 石, 禹德洲, 蘇義腦 申請(qǐng)人:中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院