一種井下泥漿脈沖信號的產(chǎn)生裝置制造方法
【專利摘要】一種井下泥漿脈沖信號的產(chǎn)生裝置，包括多個驅(qū)動閥門和與之一一對應(yīng)的通信系統(tǒng)，多個驅(qū)動閥門的設(shè)置，使產(chǎn)生的隨鉆數(shù)據(jù)信號的種類更多，并且由于獨立的通信系統(tǒng)的存在，不僅可以有效的保證了整體的傳輸速度，也使得檢測的精度有了一定的保證；同時可以結(jié)合多種調(diào)制方式，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)傳輸速率；同時可以通過選擇驅(qū)動閥門的外徑和限動座的內(nèi)徑尺寸來控制信號強(qiáng)弱，不僅能夠保證隨鉆數(shù)據(jù)信號傳遞的速度，還可以使之適用于不同井眼、不同排量、不同井深的工作環(huán)境，極大地提升了對各種環(huán)境的適應(yīng)能力，可以控制驅(qū)動閥門工作的數(shù)量，具有很大的靈活性。
【專利說明】一種井下泥漿脈沖信號的產(chǎn)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于井下勘測儀器領(lǐng)域，涉及一種泥漿脈沖發(fā)生器，具體地說是一種井下泥漿脈沖信號的產(chǎn)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著石油、天然氣、煤氣以及地質(zhì)勘探的鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，MWD (MeasureffhileDrilling,隨鉆測量)、LWD (LoggingWhileDrilling,隨鉆錄井)等無線隨鉆工具在市場上的應(yīng)用越來越廣泛。脈沖發(fā)生器是無線隨鉆測量系統(tǒng)最重要的組成部分，主要通過泥漿的壓力波傳輸信號。泥漿脈沖傳輸?shù)幕驹硎蔷聜鞲衅鳒y量到的信號經(jīng)編碼，由脈沖發(fā)生器的驅(qū)動控制電路，驅(qū)動泥漿脈沖發(fā)生器的錐閥、旋轉(zhuǎn)閥或轉(zhuǎn)子等工作，產(chǎn)生截流效應(yīng)，從而產(chǎn)生泥漿壓力脈沖，壓力脈沖經(jīng)鉆桿柱中的泥漿傳遞到地面，地面立柱安裝的壓力傳感器接收壓力脈沖信號，經(jīng)過濾波整形后，由地面的解碼系統(tǒng)解碼，從而獲得井下傳遞上來的隨鉆數(shù)據(jù)信號。
[0003]目前泥漿脈沖傳輸方式主要是負(fù)脈沖、正脈沖和連續(xù)波脈沖三種。泥漿負(fù)脈沖發(fā)生器的工作原理如圖1所示，是通過開啟一個泄流閥，可使鉆柱內(nèi)的泥漿經(jīng)泄流閥與鉆鋌上的泄流孔到井眼環(huán)空，從而引起鉆柱內(nèi)部的泥漿壓力降低，從而可以獲得數(shù)值為負(fù)的脈沖信號。但是由于需要在鉆鋌上開設(shè)泄流孔，容易對鉆柱造成損害，對零部件的沖蝕作用比較強(qiáng)，并且傳輸速度也無法滿足現(xiàn)在的需求，已經(jīng)漸入頹勢。
[0004]泥漿正脈沖發(fā)生器的工作原理如圖2所示，是通過改變泥漿正脈沖發(fā)生器中針閥與小孔的相對位置，即隨著針閥的位置的不斷改變，可以改變流道的截面積，從而引起鉆柱內(nèi)部的泥漿壓力的升高，繼而可以獲得數(shù)值為正的脈沖信號。但是無論是負(fù)脈沖發(fā)生器還是正脈沖發(fā)生器其傳輸隨鉆數(shù)據(jù)信號的速度都比較慢，無法滿足現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)對隨鉆數(shù)據(jù)信號的傳輸速度的需求。
[0005]連續(xù)波脈沖發(fā)生器如圖3所示，其工作原理主要是轉(zhuǎn)子在泥漿的作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子的上部安裝和轉(zhuǎn)子相等葉片數(shù)量的定子，在旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子的過流端面與定子的過流端面相對應(yīng)的變化而產(chǎn)生連續(xù)的正弦壓力波，并傳遞給地面接收裝置。連續(xù)波的信號比較強(qiáng)，容易接收，接收速度較快。但是由于每時每刻的壓力數(shù)值都會發(fā)生變化，就會產(chǎn)生多個連續(xù)的壓力數(shù)值，而現(xiàn)有的相關(guān)技術(shù)還不夠完善，容易受噪聲干擾的影響，其接收到的隨鉆數(shù)據(jù)信號的準(zhǔn)確性就難以保證，導(dǎo)致整體精度不夠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)中壓力信號傳遞速度慢，精度不高，從而提出一種可以快速準(zhǔn)確的井下泥漿脈沖信號的發(fā)生裝置。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種井下泥漿脈沖信號的產(chǎn)生裝置，包括外殼及設(shè)置在所述外殼內(nèi)部的脈沖發(fā)生器，其中所述脈沖發(fā)生器包括[0009]多個驅(qū)動閥門，每一所述驅(qū)動閥門內(nèi)置傳感器，將檢測到的泥漿壓力號和閥門的運動距離信號傳遞給控制系統(tǒng)；
[0010]驅(qū)動桿，與所述驅(qū)動閥門一一連接，控制所述驅(qū)動閥門的上下移動；
[0011]限動座，設(shè)置在所述驅(qū)動閥門外側(cè)，與所述驅(qū)動閥門大小、形狀相匹配，通過兩個所述限動座限制所述驅(qū)動閥門移動的區(qū)域大??；
[0012]多個泥漿通道，通過所述驅(qū)動閥門與所述限動座的貼合程度控制所述泥漿通道的開啟與關(guān)閉。
[0013]進(jìn)一步地所述驅(qū)動閥門數(shù)量為4個。
[0014]進(jìn)一步地所述驅(qū)動閥門可以多個合并使用，減少所述泥漿通道的數(shù)量。
[0015]進(jìn)一步地所述傳感器為壓力及距離傳感器。
[0016]進(jìn)一步地所述驅(qū)動閥門受泥漿作用面積大于所述限動座受泥漿作用面積。
[0017]進(jìn)一步地所述驅(qū)動閥門受泥漿作用面積小于所述限動座受泥漿作用面積。
[0018]進(jìn)一步地所述限動座限制所述驅(qū)動閥門向上移動的區(qū)域大小。
[0019]進(jìn)一步地所述限動座限制所述驅(qū)動閥門向下移動的區(qū)域大小。
[0020]進(jìn)一步地所述驅(qū)動桿上設(shè)有用于檢測所述驅(qū)動桿推進(jìn)尺寸的位移檢測器。
[0021]進(jìn)一步地所述位移檢測器采用電阻測量方式或者采用電磁位置觸發(fā)測量方式。
[0022]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:
[0023]( I)本發(fā)明所述的一種井下泥漿脈沖信號的產(chǎn)生裝置，包括多個驅(qū)動閥門，所述驅(qū)動閥門內(nèi)置傳感器，將檢測到的泥漿壓力和信號和驅(qū)動桿的位移信號傳遞到控制系統(tǒng)。多個驅(qū)動閥門的設(shè)置，使得產(chǎn)生的泥漿脈沖信號的種類更多，而不是單一的只有“O”和“ I ”或者只有“O”和“-1”這兩種狀態(tài)并且由于獨立的通信系統(tǒng)的存在，不僅可以有效的保證了整體的傳輸速度，也使得檢測的精度有了一定的保證。同時可以結(jié)合如QPSK，QAM, OFDM等多種調(diào)制方式，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)傳輸速率。
[0024](2)本發(fā)明所述的一種井下泥漿脈沖隨鉆信號的發(fā)生裝置，可以控制驅(qū)動閥門工作的數(shù)量，在鉆井較淺的情況下可以適當(dāng)減少驅(qū)動閥門的數(shù)量或者合并使用驅(qū)動閥門，在鉆井較深的情況下可以適當(dāng)增加驅(qū)動閥門的數(shù)量，具有很大的靈活性。
[0025](3)本發(fā)明所述的一種井下泥漿脈沖隨鉆信號的發(fā)生裝置，驅(qū)動閥門與限動座之間的泥漿流通截面積決定著信號的強(qiáng)弱，可以通過選擇驅(qū)動閥門的外徑和限動座的內(nèi)徑尺寸來控制信號強(qiáng)弱，不僅能夠保證各種隨鉆數(shù)據(jù)信號傳遞的速度，還可以使之適用于不同井眼、不同排量、不同井深的工作環(huán)境，極大地提升了對各種環(huán)境的適應(yīng)能力。同時，也可改變每個閥門的開合程度和開合相位，達(dá)到各種常用的通訊方式，比如QPSK，QAM及OFDM等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體發(fā)明并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中
[0027]圖1是負(fù)脈沖發(fā)生器的工作原理圖；
[0028]圖2是正脈沖發(fā)生器的工作原理圖；
[0029]圖3是連續(xù)波脈沖發(fā)生器的工作原理圖；
[0030]圖4是本發(fā)明所述的一種井下泥漿脈沖信號的發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)圖；[0031]圖5是四個驅(qū)動閥門所產(chǎn)生的一種井下泥漿脈沖信號波形圖；
[0032]圖6是本發(fā)明所述的另一種井下泥漿脈沖信號的發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0033]圖中附圖標(biāo)記表示為:1-驅(qū)動閥門，2-驅(qū)動桿，3-限動座，4-泥漿通道。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖本對發(fā)明所述的一種井下泥漿脈沖信號的產(chǎn)生裝置進(jìn)行具體闡述。
[0035]一種泥漿脈沖信號的發(fā)生裝置，如圖4所示，包括外殼及設(shè)置在所述外殼內(nèi)部的脈沖發(fā)生器，其中所述脈沖發(fā)生器包括:
[0036]多個驅(qū)動閥門1，每一所述驅(qū)動閥門I內(nèi)置傳感器，將檢測到的泥漿壓力及閥門的位置信號傳遞給控制系統(tǒng)；
[0037]驅(qū)動桿2，與所述驅(qū)動閥門I 一一連接，控制所述驅(qū)動閥門I的上下移動；
[0038]限動座3，設(shè)置在所述驅(qū)動閥門I外側(cè)，與所述驅(qū)動閥門I大小、形狀相匹配，通過兩個所述限動座3限制所述驅(qū)動閥門I移動的區(qū)域大??；
[0039]多個泥漿通道4，通過所述驅(qū)動閥門I與所述限動座3的貼合程度控制所述泥漿通道4的開啟與關(guān)閉。
[0040]本發(fā)明是在正脈沖發(fā)生器的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，其工作原理在于無線隨鉆井下工具將命令參數(shù)按照特定的方式進(jìn)行編碼，產(chǎn)生脈沖信號，該脈沖信號控制所述驅(qū)動桿2驅(qū)動所述驅(qū)動閥門I上下運動，再利用泥漿的力量使驅(qū)動閥門I產(chǎn)生同步的上下運動，這樣就改變了驅(qū)動閥門I與限動座3之間的泥漿流通截面積。在驅(qū)動閥門I遠(yuǎn)離所示限動座3時，泥漿可以較順利地從限流座通過；在所述驅(qū)動閥門I接近所述限動座3時，泥漿流通截面積減小，從而在鉆桿內(nèi)產(chǎn)生了一個正的泥漿壓力脈沖。所述驅(qū)動桿的脈沖信號控制著驅(qū)動閥門I遠(yuǎn)離或者接近所述限動座3的位移與時間，從而控制了脈沖的寬度和間隔。
[0041]所述驅(qū)動閥門I的數(shù)量可以是2個、3個或者4個乃至更多，其數(shù)量的選擇根據(jù)不同的地質(zhì)環(huán)境、不同的勘探設(shè)備的精準(zhǔn)度要求而自行選擇。其中每一個所述的驅(qū)動閥門I對應(yīng)著獨立的控制命令。多個驅(qū)動閥門I的設(shè)置，使得檢測到的隨鉆數(shù)據(jù)信號的種類更多，而不是單一的只有“O”和“I”或者只有“O”和“-1”這兩種狀態(tài)。下表為驅(qū)動閥門的數(shù)量與隨鉆數(shù)據(jù)信號的種類的對應(yīng)關(guān)系。
[0042]
閩門數(shù)量 |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |9~
信號種類 |2 |3 |4 |5 \& \7 |8 \9 |l0~
[0043]結(jié)合上表和圖5，我們可以看到當(dāng)存在一個驅(qū)動閥門I時，所述的隨鉆數(shù)據(jù)信號的種類為2個，即“O”和“ I” ;當(dāng)存在兩個驅(qū)動閥門I時，所述的隨鉆數(shù)據(jù)信號的種類為3個，SP“0”、“1”和“2”。圖5為當(dāng)有四個驅(qū)動閥門I時所對應(yīng)的隨鉆數(shù)據(jù)信號的一種可能的波形圖。照此類推，所述驅(qū)動閥門I的數(shù)量越多，獲得的隨鉆數(shù)據(jù)信號的種類也就越多，不僅可以有效的保證了整體的傳輸速度，也使得檢測的精度有了一定的保證。
[0044]同時可以結(jié)合如QPSK (正交相移鍵控)，QAM (正交幅度調(diào)制)，OFDM (正交頻分復(fù)用)等多種調(diào)制方式，顯著提高數(shù)據(jù)傳輸速率。由于所述QPSK，QAM, OFDM等多種調(diào)制方式均為現(xiàn)有技術(shù)中常用的技術(shù)手段，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，此處不在詳述。
[0045]對于絕大多數(shù)的地質(zhì)環(huán)境和現(xiàn)有的勘探設(shè)備對精度的要求，一般來說驅(qū)動閥門I的數(shù)量設(shè)置在十以內(nèi)的偶數(shù)就可以滿足現(xiàn)有需求。本發(fā)明所述驅(qū)動閥門I數(shù)量優(yōu)選為4個。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，所述的驅(qū)動閥門I優(yōu)選的數(shù)量旨在為了本領(lǐng)域技術(shù)人員可以充分實施本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明，其他顯而易見的數(shù)量變化亦在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0046]優(yōu)選地所述驅(qū)動閥門I可以多個合并使用，減少所述泥漿通道4的數(shù)量。即當(dāng)設(shè)置驅(qū)動閥門I的數(shù)量為多個，而實際使用時不需要這么高的精度時，可以選擇兩個或者多個驅(qū)動閥門I的合并使用。如當(dāng)所述驅(qū)動閥門I的數(shù)量為8個，但是實際使用時并不需要如此高的精度時，可以將其相連的兩個所述驅(qū)動閥門I合并使用，起到了同四個所述驅(qū)動閥門I的效果。即將多個閥門I看做一個整體獲得數(shù)據(jù)，使用更加靈活。根據(jù)實際需要可以控制驅(qū)動閥門I工作的數(shù)量，在鉆井較淺的情況下可以適當(dāng)減少驅(qū)動閥門的數(shù)量或者合并使用驅(qū)動閥門，在鉆井較深的情況下可以適當(dāng)增加驅(qū)動閥門的數(shù)量，具有很大的靈活性。
[0047]所述驅(qū)動閥門I內(nèi)置的傳感器為壓力及距離傳感器。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，所述傳感器包括但不限于壓力及距離傳感器，其他因為檢測的需求而進(jìn)行簡單的傳感器增加或者替換亦在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0048]下面結(jié)合圖4和圖6對所述驅(qū)動閥門I受泥漿作用面積大于或者小于所述限動座3受泥漿作用面積以及所述限動座3限制所述驅(qū)動閥門I向上或者向下移動的區(qū)域大小的情況進(jìn)行說明。
[0049]所述驅(qū)動閥門I受泥漿作用面積與所述限動座3受泥漿作用面積之間的關(guān)系設(shè)定需要結(jié)合實際情況進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)需要檢測的數(shù)據(jù)范圍較寬，一般來說需要所述驅(qū)動閥門I受泥漿作用面積大一些，反之則是所述驅(qū)動閥門I受泥漿作用面積小一些。圖4是所述驅(qū)動閥門I受泥漿作用面積大于所述限動座3受泥漿作用面積，圖6則是所述驅(qū)動閥門I受泥漿作用面積小于所述限動座3受泥漿作用面積。驅(qū)動閥門I與限動座3之間的泥漿流通截面積決定著信號的強(qiáng)弱，可以通過選擇驅(qū)動閥門I的外徑和限動座3的內(nèi)徑尺寸來控制信號強(qiáng)弱，不僅能夠保證各種隨鉆數(shù)據(jù)信號傳遞的速度，還可以使之適用于不同井眼、不同排量、不同井深的工作環(huán)境，極大地提升了對各種環(huán)境的適應(yīng)能力。
[0050]圖4所示的所述限動座限制所述驅(qū)動閥門I向上移動的區(qū)域大小。由于驅(qū)動閥門I的端面寬度小于兩個所示限動座3之間的寬度，所以當(dāng)所述驅(qū)動閥門I在所述驅(qū)動桿2的作用下，向上移動時，最多只能到達(dá)所述限動座3的位置。圖6則是對圖4進(jìn)行的一種變形，所述限動座3限制所述驅(qū)動閥門I向下移動的區(qū)域大小。兩者的驅(qū)動閥門I的形狀均采用梯形結(jié)構(gòu)，只是一種優(yōu)選的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，本發(fā)明并未對所述的驅(qū)動閥門I的形狀進(jìn)行限定，其他顯而易見的形狀變化均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0051]所述驅(qū)動桿2上設(shè)有用于檢測所述驅(qū)動桿2推進(jìn)尺寸的位移檢測器。所述位移檢測器對所述驅(qū)動桿2進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到所述驅(qū)動桿2推進(jìn)尺寸不到位時，控制所述驅(qū)動桿2加大推力，使其能準(zhǔn)確到位，確保其每個動作的位移能夠準(zhǔn)確到位。所述位移檢測器采用電阻測量方式或者采用電磁位置觸發(fā)測量方式。包括但不限于這兩種測量方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，其他顯而易見的測量方式亦在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0052]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種井下泥漿脈沖信號的產(chǎn)生裝置，其特征在于:包括外殼及設(shè)置在所述外殼內(nèi)部的脈沖發(fā)生器，其中所述脈沖發(fā)生器包括 多個驅(qū)動閥門，每一所述驅(qū)動閥門內(nèi)置傳感器，將檢測到的泥漿壓力號和閥門的運動距離信號傳遞給控制系統(tǒng)； 驅(qū)動桿，與所述驅(qū)動閥門一一連接，控制所述驅(qū)動閥門的上下移動； 限動座，設(shè)置在所述驅(qū)動閥門外側(cè)，與所述驅(qū)動閥門大小、形狀相匹配，通過兩個所述限動座限制所述驅(qū)動閥門移動的區(qū)域大小； 多個泥漿通道，通過所述驅(qū)動閥門與所述限動座的貼合程度控制所述泥漿通道的開啟與關(guān)閉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下泥漿脈沖信號的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述驅(qū)動閥門數(shù)量為4個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下泥漿脈沖信號的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述驅(qū)動閥門可以多個合并使用，減少所述泥漿通道的數(shù)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的井下泥漿脈沖信號的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述傳感器為壓力及距離傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的井下泥漿脈沖信號的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述驅(qū)動閥門受泥漿作用面積大于所述限動座受泥漿作用面積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的井下泥漿脈沖信號的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述驅(qū)動閥門受泥漿作用面積小于所述限動座受泥漿作用面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的井下泥漿脈沖信號的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述限動座限制所述驅(qū)動閥門向上移動的區(qū)域大小。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的井下泥漿脈沖信號的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述限動座限制所述驅(qū)動閥門向下移動的區(qū)域大小。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的井下泥漿脈沖信號的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述驅(qū)動桿上設(shè)有用于檢測所述驅(qū)動桿推進(jìn)尺寸的位移檢測器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一所述的井下泥漿脈沖信號的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述位移檢測器采用電阻測量方式或者采用電磁位置觸發(fā)測量方式。
【文檔編號】E21B47/18GK103670380SQ201310697658
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】劉策, 李敬, 吳素明, 王華平, 梁任岳, 任威 申請人:貝茲維儀器(蘇州)有限公司