一種振蕩剪切式泥漿脈沖發(fā)生器及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種振蕩剪切式泥漿脈沖發(fā)生器及控制方法，打撈頭置于泥漿上游，電氣組件置于泥漿下游，打撈頭與定子懸掛筒連接，轉(zhuǎn)閥定子與轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子均安裝在定子懸掛筒內(nèi)部；轉(zhuǎn)閥定子由導流定子壓蓋壓緊在定子懸掛筒中，轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子通過驅(qū)動軸驅(qū)動；在抗壓筒內(nèi)部分別安裝有壓力平衡密封模塊、電機、轉(zhuǎn)角檢測模塊及驅(qū)動軸，壓力平衡密封模塊位于抗壓筒中部，安裝在驅(qū)動軸與抗壓筒之間；驅(qū)動軸通過軸承組件固定到抗壓筒中，驅(qū)動軸一端與轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子連接，一端與電機輸出軸連接；轉(zhuǎn)角檢測模塊安裝在電機另一側(cè)的輸出軸上；且電機通過電氣組件供電；轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子葉片、導流葉片與輪轂構成，轉(zhuǎn)子葉片和導流葉均安裝在輪轂上，導流葉片位于轉(zhuǎn)子葉片的下游。
【專利說明】一種振蕩剪切式泥漿脈沖發(fā)生器及控制方法
[0001]

【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及一種振蕩剪切式泥漿脈沖發(fā)生器及控制方法，適用于隨鉆測量、隨鉆測井的井下數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)，具有控制簡單、水力轉(zhuǎn)矩小、省電的優(yōu)點。

【背景技術】
[0003]實時傳輸近鉆頭井下信息是提高鉆井安全性、可靠性、最大化節(jié)省鉆井成本的關鍵因素。近30多年來，井下信息實時檢測技術發(fā)展較為迅速，而井下數(shù)據(jù)傳輸技術卻發(fā)展緩慢，阻礙了隨鉆測量、測井技術的發(fā)展，其主要表現(xiàn)為信息傳輸速率低、傳輸距離短等。
[0004]井下數(shù)據(jù)傳輸方法主要包括有線電纜法、鉆井液脈沖法、聲波法、電磁波法及光纖法，每種方法均有其適用范圍及局限性，其中泥漿脈沖法應用最為廣泛、魯棒性更好，目前在深井中的應用很難被取代。泥漿脈沖方式主要包括正脈沖、負脈沖、連續(xù)波，其中正脈沖、負脈沖傳輸速率低，屬于低頻脈沖信號，技術比較成熟，但隨著井下信息量越來越大，對數(shù)據(jù)傳輸速率的要求也越來越高，正\負脈沖信號發(fā)生器已經(jīng)不能滿足實際的需求。而連續(xù)波傳輸速率高，屬于高頻脈沖信號，其相關理論技術基礎較薄弱。泥漿脈沖高速數(shù)據(jù)傳輸技術主要被斯倫貝謝、哈里伯頓和貝克休斯三大公司所壟斷，而且發(fā)展很迅速。
[0005]由于國外的技術封鎖以及國內(nèi)起步晚等原因，國內(nèi)尚未推出高速率泥漿脈沖發(fā)生器的產(chǎn)品，對泥漿脈沖高速數(shù)據(jù)傳輸技術的研究還處于理論基礎研究探索的初級階段，如泥漿脈沖發(fā)生器設備、泥漿脈沖在泥漿信道中的傳輸特性、連續(xù)波信號檢測等關鍵技術方面還沒有取得實質(zhì)性的進展，嚴重制約了我國泥漿脈沖高速數(shù)據(jù)傳輸技術的發(fā)展，嚴重阻礙了該項先進技術在我國石油勘探開發(fā)領域的應用范圍和應用規(guī)模。
[0006]很多專家學者研究了連續(xù)波泥漿脈沖發(fā)生器，其結構主要有兩種。一種如美國專利US 5740126描述的渦輪汽笛脈沖發(fā)生器，渦輪汽笛脈沖發(fā)生器包括一個渦輪導流板，它位于轉(zhuǎn)子的上游，轉(zhuǎn)子又位于定子的上游。鉆井泥漿流經(jīng)渦輪導流板帶動轉(zhuǎn)子連續(xù)不停的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子和定子類似，至少包括一個葉片和一個閥口，通過周期性改變轉(zhuǎn)子與定子之間的縫隙大小，阻礙泥漿流通，產(chǎn)生周期性壓力波信號。另一種如美國APS公司的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器，其轉(zhuǎn)子相對于定子來回擺動，從而產(chǎn)生壓力脈沖信號。但是這些結構的泥漿脈沖發(fā)生器在井下工作時受到的水力轉(zhuǎn)矩較大，如需高速傳輸數(shù)據(jù)，則需要大功率電機及大容量電源，由于井下電源容量有限，所以不利于脈沖發(fā)生器在井下的應用，如果采用井下渦輪發(fā)電機供電，將會大大增加服務成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種振蕩剪切式泥漿脈沖發(fā)生器及控制方法，通過在轉(zhuǎn)子葉片處采用增加導流葉，可以大大降低轉(zhuǎn)子的扭矩，減小脈沖器驅(qū)動電機的功率、降低供電電源的功率及容量，同時能夠減小電機控制的難度及降低井下能源的需求，適用于隨鉆測量、隨鉆測井的井下數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)，具有控制簡單、水力轉(zhuǎn)矩小、省電的優(yōu)點。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
一種振蕩剪切式泥漿脈沖發(fā)生器，包括轉(zhuǎn)閥定子、轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子、定子懸掛筒、抗壓筒、驅(qū)動軸、壓力平衡密封模塊、電機、轉(zhuǎn)角檢測模塊、打撈頭和電氣組件，打撈頭置于泥漿上游，電氣組件置于泥漿下游，打撈頭與定子懸掛筒連接，轉(zhuǎn)閥定子與轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子均安裝在定子懸掛筒內(nèi)部；轉(zhuǎn)閥定子由導流定子壓蓋壓緊在定子懸掛筒中，轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子通過驅(qū)動軸驅(qū)動；在抗壓筒內(nèi)部分別安裝有壓力平衡密封模塊、電機、轉(zhuǎn)角檢測模塊及驅(qū)動軸，所述壓力平衡密封模塊位于抗壓筒中部，安裝在驅(qū)動軸與抗壓筒之間；所述驅(qū)動軸通過軸承組件固定到抗壓筒中，驅(qū)動軸一端與轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子連接，一端與電機輸出軸連接；轉(zhuǎn)角檢測模塊安裝在電機另一側(cè)的輸出軸上；且電機通過電氣組件供電；所述轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子葉片、導流葉片與輪轂構成，轉(zhuǎn)子葉片和導流葉均安裝在輪轂上，導流葉片位于轉(zhuǎn)子葉片的下游；用于減小轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動的過程中所承受的水力轉(zhuǎn)矩。所述減小扭矩的轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子結構不僅僅局限于增加導流葉，轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)一定角度并暫停一段時間后，返回至初始位置，產(chǎn)生一定強度和形狀的泥漿脈沖。
[0009]所述的導流葉片沿輪轂的軸向面均勻設置一圈，每個導流葉片的過流面呈流線型，并與轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子閥口面相切，以減小渦流現(xiàn)象，導流葉片切向方向與輪轂軸向方向之間的夾角小于15°，導流葉片旋向與轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子的初始轉(zhuǎn)動方向一致，每個轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子至少設置兩個導流葉片，每個轉(zhuǎn)子葉片處最多設置一個導流葉片。
[0010]在抗壓筒的上游安裝有旋轉(zhuǎn)密封，旋轉(zhuǎn)密封安裝在驅(qū)動軸與抗壓筒之間。
[0011]所述的打撈頭與導流定子壓蓋通過螺紋連接，導流定子壓蓋與定子懸掛筒通過螺紋連接；轉(zhuǎn)閥定子與定子懸掛筒之間安裝有墊片，通過改變墊片的不同厚度，可以改變定轉(zhuǎn)子之間的軸向間隙，使該裝置可以適應不同的井深需求。
[0012]所述的壓力平衡密封模塊包括活塞內(nèi)導向套、主平衡活塞、電機密封活塞、活塞外導向套，主平衡活塞靠近軸承安裝在活塞內(nèi)導向套上，活塞內(nèi)導向套固定在活塞外導向筒內(nèi)，主平衡活塞將活塞外導向筒分為上游與下游兩個空間，在主平衡活塞上游活塞外導向筒上開有注油孔，下游活塞外導向筒上開有泥漿流通孔，用于平衡活塞外導向筒內(nèi)外的壓力，電機密封活塞將電機獨立隔離，并由活塞導向套限制其軸向移動，起到二次密封的作用。
[0013]所述的電機通過高壓堵頭模塊與電氣組件相連，所述高壓堵頭模塊包括高壓堵頭、聞壓堵頭支撐、外聞壓堵頭座、內(nèi)聞壓堵頭座、外轉(zhuǎn)換接頭、內(nèi)轉(zhuǎn)換接頭，內(nèi)轉(zhuǎn)換接頭與抗壓筒采用螺紋聯(lián)接，高壓堵頭支撐由兩半片套筒組成，安裝于內(nèi)轉(zhuǎn)換接頭上；高壓堵頭一端安裝于高壓堵頭支撐上，另一端安裝于內(nèi)高壓堵頭座上，然后安裝于抗壓筒內(nèi)；內(nèi)高壓堵頭座通過螺釘與外高壓堵頭座聯(lián)接。
[0014]所述驅(qū)動軸是由傳動軸、動力軸與聯(lián)軸器組成，聯(lián)軸器用于傳動軸與動力軸之間的連接。
[0015]所述軸承組件包括軸端支撐軸承、推力軸承、扶正支撐軸承、中間支撐軸承與軸承，軸端支撐軸承安裝在旋轉(zhuǎn)密封內(nèi)部，推力軸承靠近旋轉(zhuǎn)密封安裝，扶正支撐軸承安裝在推力軸承的下游，并采用鎖緊螺母鎖定，用于扶正傳動軸，所述中間支撐軸承安裝在傳動軸下游，并用擋圈限制軸向移動，所述軸承安裝在軸承座中，并用軸承端蓋軸向壓緊，用于支撐驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)。
[0016]所述裝置的控制方法，如下:
鉆井泥漿從轉(zhuǎn)閥定子上游向轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子方向流動，初始位置時，轉(zhuǎn)閥定子與轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子之間的流通面積最大，然后采用電氣組件驅(qū)動電機，通過驅(qū)動軸、聯(lián)軸器、傳動軸帶動轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子加速運動，經(jīng)過tl時間后至最大轉(zhuǎn)速，然后開始勻速轉(zhuǎn)動，經(jīng)過時間t2后開始減速運動，再經(jīng)過時間t3后停止在極限位置；等待時間t4后，開始反方向加速運動，經(jīng)時間t5后到達最大轉(zhuǎn)速，然后開始勻速運動，經(jīng)時間t6后開始減速運動，并經(jīng)過時間t7后到達初始位置停止。
[0017]在轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的過程中，轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子相對于轉(zhuǎn)閥定子之間的通流面積不斷變化，從而產(chǎn)生泥漿壓力脈沖，如此周期性往復擺動，能夠產(chǎn)生周期性泥漿脈沖壓力，通過控制初始位置到一定角度的各時間寬度，產(chǎn)生不同頻率或相位變化的泥漿脈沖信號，用于傳輸測量短節(jié)檢測的井下數(shù)據(jù)；
在轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子關閉過程中，轉(zhuǎn)子葉片承受一定水力轉(zhuǎn)矩，而導流葉提供一個相反方向的水力轉(zhuǎn)矩，補償了部分電機輸出軸的扭矩；旋轉(zhuǎn)密封、主平衡活塞、活塞外導向筒、電機密封支撐、高壓堵頭、高壓堵頭外支撐、內(nèi)轉(zhuǎn)換接頭、電機防護筒、軸承座組成了油腔，該腔體內(nèi)充滿了液壓油；泥漿壓力通過活塞外導向筒上泥漿流通孔作用在主平衡活塞上，使活塞外導向筒內(nèi)的壓力與泥漿壓力保持平衡；當泥漿壓力增加，活塞外導向筒內(nèi)壓力小于泥漿壓力，主平衡活塞向上游微量移動，活塞外導向筒內(nèi)少量的液壓油從旋轉(zhuǎn)密封上部擠出，從而阻止了泥漿進入油腔；當泥漿壓力減小，油腔內(nèi)的壓力大于泥漿壓力，油腔內(nèi)少量的液壓油從旋轉(zhuǎn)密封擠出，阻止了泥漿進入油腔，這時主平衡活塞會向下游小幅移動。
[0018]上述的上游和下游用來描述鉆井液流動的方向，上游是指鉆井液從一個地方流向另一個地方時，鉆井液首先經(jīng)過的位置；下游是指鉆井液后流過的位置；上面的上部、下部是用來確認井筒中相對位置的高低，現(xiàn)以井底作為基準，井底以上的部分即為井底的上游。
[0019]本發(fā)明所述的振蕩剪切式泥漿脈沖發(fā)生器具有的有益效果是:
1.本發(fā)明的轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子與電機直聯(lián)，且兩側(cè)均有限位，只需控制其轉(zhuǎn)到一定角度即可，其控制間單；
2.因本發(fā)明的轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子部分增加了降低扭矩的結構，能夠減小轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子所受水力轉(zhuǎn)矩，從而降低了井下系統(tǒng)能源供應需求及井下電機的設計難度；
3.調(diào)節(jié)定、轉(zhuǎn)子之間墊片厚度，能夠產(chǎn)生不同幅度的壓力信號，可以使該裝置適應不同的井深要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的主剖視圖；
圖2為本發(fā)明的抗壓筒主視圖；
圖3為本發(fā)明的壓力平衡密封模塊主視圖；
圖4為本發(fā)明的驅(qū)動軸主視圖；
圖5為本發(fā)明的軸承組件安裝圖；
圖6為本發(fā)明的高壓堵頭模塊主視圖；
圖7為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子等軸測圖； 圖8為電機帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的角度(中間曲線)隨時間(下面的曲線)變化的關系圖，及該脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的壓力脈沖ΛΡ QUOTE曲線(上部曲線)。
[0021]其中:1為抗壓筒，2為壓力平衡密封模塊，3為驅(qū)動軸，4為軸承組件，5為高壓堵頭模塊，6為密封端蓋，7為電氣安裝筒，8為外轉(zhuǎn)換接頭，8'為內(nèi)轉(zhuǎn)換接頭，9為高壓堵頭外支撐，10為電機防護筒，11為軸承座，12為電機密封支撐,13為活塞外導向筒,14為軸承支撐座，15為活塞導向套，16為電機密封活塞，17為擋圈，18為中間支撐軸承，19為活塞內(nèi)導向套，20為主平衡活塞，21為傳動軸，22為聯(lián)軸器，23為動力軸，24為軸端支撐軸承，25為推力軸承，26為扶正支撐軸承，27為鎖緊螺母，29為外高壓堵頭座，29'為內(nèi)高壓堵頭座，30為高壓堵頭，31為高壓堵頭支撐，32為轉(zhuǎn)角檢測模塊，33為電機，34為電機安裝板，35為軸承端蓋，36為旋轉(zhuǎn)密封，37為定子懸掛筒，38為轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子，39為墊片，40為轉(zhuǎn)閥定子，41為導流定子壓蓋，42為打撈頭，43為轉(zhuǎn)子葉片，44為導流葉片，45為輪轂，46為泥漿流通孔，47為注油孔，48為電氣組件。

【具體實施方式】
[0022]如圖1-7所示，本發(fā)明包括導流定子壓蓋41，調(diào)整墊片39，轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子38，旋轉(zhuǎn)密封36，軸端支撐軸承24，推力軸承25，扶正支撐軸承26，鎖緊螺母27，主平衡活塞20，中間支撐軸承18，電機密封活塞16，聯(lián)軸器22，活塞導向套15，電機密封支撐12，擋圈17，活塞內(nèi)導向套19，活塞外導向筒13，軸承支撐座14，傳動軸21，定子懸掛筒37，轉(zhuǎn)閥定子40，打撈頭42，動力軸23，電機安裝板34，電機33，轉(zhuǎn)角檢測模塊32，高壓堵頭支撐31，內(nèi)高壓堵頭座29'，高壓堵頭30，外高壓堵頭座29，電氣組件48，密封端蓋6，電氣安裝筒7，外轉(zhuǎn)換接頭8，高壓堵頭外支撐9，內(nèi)轉(zhuǎn)換接頭8'，電機防護筒10，軸承座11，軸承28，軸承端蓋35。
[0023]打撈頭42置于泥漿上游，電氣組件48置于泥漿下游，打撈頭22與導流定子壓蓋41通過螺紋連接，導流定子壓蓋41與定子懸掛筒37通過螺紋連接，轉(zhuǎn)閥定子40與轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子38均安裝在定子懸掛筒37內(nèi)部，轉(zhuǎn)閥定子40由導流定子壓蓋41壓緊在定子懸掛筒20中，轉(zhuǎn)閥定子40與定子懸掛筒37之間安裝有調(diào)整墊片39，轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子38與傳動軸21通過軸向螺紋連接，并通過鍵傳遞扭矩，推力軸承25安裝在傳動軸21的軸肩上，并一同安裝至軸承支撐座14中，旋轉(zhuǎn)密封36通過軸端支撐軸承24與傳動軸21連接，并一同安裝至軸承支撐座14中，扶正支撐軸承26安裝在軸承支撐座14的另一端，并采用鎖緊螺母27壓緊，活塞外導向筒13與軸承支撐座14直連，主平衡活塞20安裝到活塞內(nèi)導向套19后，壓入活塞外導向筒13中，中間支撐軸承18安裝在活塞內(nèi)導向套19中，并用擋圈17限制中間支撐軸承18的軸向移動，電機密封支撐12將活塞內(nèi)導向套19壓緊在活塞外導向筒13中，電機密封活塞16安裝在活塞導向套15上，并一同安裝到電機密封支撐12中，電機密封支撐12的另一端與軸承座11連接，傳動軸21與驅(qū)動軸23通過聯(lián)軸器12連接，驅(qū)動軸23另一端與電機33的輸出軸連接，在驅(qū)動軸23上安裝有兩個軸承39，并通過軸承端蓋40安裝在軸承座11中，軸承端蓋40與軸承座11通過螺紋連接，電機安裝板34安裝在軸承座11中，電機33安裝在電機安裝板34上，轉(zhuǎn)角檢測模塊32安裝在電機33另一側(cè)的輸出軸上，電機防護筒10—側(cè)與軸承座11連接，另一側(cè)與內(nèi)轉(zhuǎn)換接頭8'連接，電氣線通過內(nèi)轉(zhuǎn)換接頭8'引出，通過高壓堵頭30連接到外轉(zhuǎn)換接頭8上，內(nèi)轉(zhuǎn)換接頭8,與電機防護筒10連接，內(nèi)高壓堵頭座29/與高壓堵頭支撐31將高壓堵頭30固定，安裝在高壓堵頭外支撐9中，高壓堵頭外支撐9與內(nèi)轉(zhuǎn)換接頭8'連接，外高壓堵頭座30安裝于高壓堵頭外支撐9中，外轉(zhuǎn)換接頭8與高壓堵頭外支撐9連接，并將外高壓堵頭座30壓緊，電氣組件48安裝在電氣安裝筒7中，電氣安裝筒7與外轉(zhuǎn)換接頭8連接，電氣安裝筒7另一端與密封端蓋6連接。
[0024]如圖2所示，所述抗壓筒I由電機防護筒10、軸承座11、電機密封支撐12、活塞外導向筒13與軸承支撐座14組成，相互之間采用螺紋連接，在螺紋連接處由高壓密封，所述的13中有泥漿流通孔46、注油孔47，通過泥漿流通孔46，井下壓力可以傳遞到主平衡活塞20上，實現(xiàn)油壓密封，注油孔47用于向抗壓桶內(nèi)灌注液壓油，可以采用單向閥結構。
[0025]如圖7所示，所述轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子3由轉(zhuǎn)子葉片41、凸臺42與導流葉43構成，導流葉43位于轉(zhuǎn)子葉片41的下游，用于減小轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子3在轉(zhuǎn)動的過程中所承受的水力轉(zhuǎn)矩，述減小扭矩的轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子3結構不僅僅局限于增加導流葉43。
[0026]如圖8所示，轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子3在旋轉(zhuǎn)一定角度并暫停一段時間后，返回至初始位置，產(chǎn)生一定強度和形狀的泥漿脈沖。
[0027]本發(fā)明的工作過程如下:
本發(fā)明需與測量短節(jié)、電機控制系統(tǒng)等配合使用，當本發(fā)明在工作狀態(tài)時，鉆井泥漿從轉(zhuǎn)閥定子40上游向轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子38方向流動，初始位置時，轉(zhuǎn)閥定子40與轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子38之間的流通面積最大，然后采用電氣組件48驅(qū)動電機33，通過驅(qū)動軸23、聯(lián)軸器12、傳動軸21帶動轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子加速運動，經(jīng)過tl時間后至最大轉(zhuǎn)速，然后開始勻速轉(zhuǎn)動，經(jīng)過時間t2后開始減速運動，再經(jīng)過時間t3后停止在極限位置；等待時間t4后，開始反方向加速運動，經(jīng)時間t5后到達最大轉(zhuǎn)速，然后開始勻速運動，經(jīng)時間t6后開始減速運動，并經(jīng)過時間t7后到達初始位置停止。在轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子38轉(zhuǎn)動的過程中，轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子38相對于轉(zhuǎn)閥定子40之間的通流面積不斷變化，從而產(chǎn)生泥漿壓力脈沖，如此周期性往復擺動，能夠產(chǎn)生周期性泥漿脈沖壓力八通過控制初始位置到一定角度的各時間寬度，可以產(chǎn)生不同頻率或相位變化的泥漿脈沖信號，用于傳輸測量短節(jié)檢測的井下數(shù)據(jù)。在轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子38關閉過程中，轉(zhuǎn)子葉片43承受一定水力轉(zhuǎn)矩，而導流葉44提供一個相反方向的水力轉(zhuǎn)矩，補償了部分電機33輸出軸的扭矩。旋轉(zhuǎn)密封36、主平衡活塞20、活塞外導向筒13、電機密封支撐12、高壓堵頭30、高壓堵頭外支撐9、內(nèi)轉(zhuǎn)換接頭8'、電機防護筒10、軸承座11組成了油腔，該腔體內(nèi)充滿了液壓油。泥漿壓力通過活塞外導向筒13上泥漿流通孔46作用在主平衡活塞9上，使活塞外導向筒13內(nèi)的壓力與泥漿壓力保持平衡。當泥漿壓力增加，活塞外導向筒13內(nèi)壓力小于泥漿壓力，主平衡活塞9向上游微量移動，活塞外導向筒13內(nèi)少量的液壓油從旋轉(zhuǎn)密封36上部擠出，從而阻止了泥漿進入油腔；當泥漿壓力減小，油腔內(nèi)的壓力大于泥漿壓力，油腔內(nèi)少量的液壓油從旋轉(zhuǎn)密封36擠出，也阻止了泥漿進入油腔，這時主平衡活塞9會向下游小幅移動。如果有微量泥漿泄漏至油腔中，電機密封活塞16可以再次起到密封作用，阻止其損害電機33，保證電機33的正常工作。
【權利要求】
1.一種振蕩剪切式泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于:包括轉(zhuǎn)閥定子、轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子、定子懸掛筒、抗壓筒、打撈頭和電氣組件，所述打撈頭置于泥漿上游，電氣組件置于泥漿下游，打撈頭與定子懸掛筒連接，轉(zhuǎn)閥定子與轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子均安裝在定子懸掛筒內(nèi)部；轉(zhuǎn)閥定子由導流定子壓蓋壓緊在定子懸掛筒中，轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子通過驅(qū)動軸驅(qū)動；在抗壓筒內(nèi)部分別安裝有壓力平衡密封模塊、電機、轉(zhuǎn)角檢測模塊及驅(qū)動軸，所述壓力平衡密封模塊位于抗壓筒中部，安裝在驅(qū)動軸與抗壓筒之間；所述驅(qū)動軸通過軸承組件固定到抗壓筒中，驅(qū)動軸一端與轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子連接，一端與電機輸出軸連接；轉(zhuǎn)角檢測模塊安裝在電機另一側(cè)的輸出軸上；且電機通過電氣組件供電；所述轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子葉片、導流葉片與輪轂構成，轉(zhuǎn)子葉片和導流葉均安裝在輪轂上，導流葉片位于轉(zhuǎn)子葉片的下游。
2.如權利要求1所述的振蕩剪切式泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于:在抗壓筒的上游安裝有旋轉(zhuǎn)密封，旋轉(zhuǎn)密封安裝在驅(qū)動軸與抗壓筒之間。
3.如權利要求1所述的振蕩剪切式泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于:所述的導流葉片沿輪轂的軸向面均勻設置一圈，每個導流葉片的過流面呈流線型，并與轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子閥口面相切，導流葉片切向方向與輪轂軸向方向之間的夾角小于15°，導流葉片旋向與轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子的初始轉(zhuǎn)動方向一致，每個轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子至少設置兩個導流葉片，每個轉(zhuǎn)子葉片處最多設置一個導流葉片。
4.如權利要求1所述的振蕩剪切式泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于:所述的打撈頭與導流定子壓蓋通過螺紋連接，導流定子壓蓋與定子懸掛筒通過螺紋連接；轉(zhuǎn)閥定子與定子懸掛筒之間安裝有墊片，通過改變墊片的不同厚度，改變定轉(zhuǎn)子之間的軸向間隙。
5.如權利要求1所述的振蕩剪切式泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于:所述的壓力平衡密封模塊包括活塞內(nèi)導向套、主平衡活塞、電機密封活塞、活塞外導向套，主平衡活塞靠近軸承安裝在活塞內(nèi)導向套上，活塞內(nèi)導向套固定在活塞外導向筒內(nèi)，主平衡活塞將活塞外導向筒分為上游與下游兩個空間，在主平衡活塞上游活塞外導向筒上開有注油孔，下游活塞外導向筒上開有泥漿流通孔，用于平衡活塞外導向筒內(nèi)外的壓力，電機密封活塞將電機獨立隔離，并由活塞導向套限制其軸向移動，起到二次密封的作用。
6.如權利要求1所述的振蕩剪切式泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于:所述的電機通過高壓堵頭模塊與電氣組件相連，所述高壓堵頭模塊包括高壓堵頭、高壓堵頭支撐、外高壓堵頭座、內(nèi)聞壓堵頭座、外轉(zhuǎn)換接頭、內(nèi)轉(zhuǎn)換接頭，內(nèi)轉(zhuǎn)換接頭與抗壓筒米用螺紋聯(lián)接，聞壓堵頭支撐由兩半片套筒組成，安裝于內(nèi)轉(zhuǎn)換接頭上；高壓堵頭一端安裝于高壓堵頭支撐上，另一端安裝于內(nèi)高壓堵頭座上，然后安裝于抗壓筒內(nèi)；內(nèi)高壓堵頭座通過螺釘與外高壓堵頭座聯(lián)接。
7.如權利要求1所述的振蕩剪切式泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于:所述驅(qū)動軸是由傳動軸、動力軸與聯(lián)軸器組成，聯(lián)軸器用于傳動軸與動力軸之間的連接。
8.如權利要求2所述的振蕩剪切式泥漿脈沖發(fā)生器，其特征在于:所述軸承組件包括軸端支撐軸承、推力軸承、扶正支撐軸承、中間支撐軸承與軸承，軸端支撐軸承安裝在旋轉(zhuǎn)密封內(nèi)部，推力軸承靠近旋轉(zhuǎn)密封安裝，扶正支撐軸承安裝在推力軸承的下游，并采用鎖緊螺母鎖定，用于扶正傳動軸，所述中間支撐軸承安裝在傳動軸下游，并用擋圈限制軸向移動，所述軸承安裝在軸承座中，并用軸承端蓋軸向壓緊，用于支撐驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)。
9.如權利要求1-8任一所述裝置的控制方法，其特征在于，如下: 鉆井泥漿從轉(zhuǎn)閥定子上游向轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子方向流動，初始位置時，轉(zhuǎn)閥定子與轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子之間的流通面積最大，然后采用電氣組件驅(qū)動電機，通過驅(qū)動軸、聯(lián)軸器、傳動軸帶動轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子加速運動，經(jīng)過tl時間后至最大轉(zhuǎn)速，然后開始勻速轉(zhuǎn)動，經(jīng)過時間t2后開始減速運動，再經(jīng)過時間t3后停止在極限位置；等待時間t4后，開始反方向加速運動，經(jīng)時間t5后到達最大轉(zhuǎn)速，然后開始勻速運動，經(jīng)時間t6后開始減速運動，并經(jīng)過時間t7后到達初始位置停止。
10.如權利要求9所述裝置的控制方法，其特征在于，如下: 在轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的過程中，轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子相對于轉(zhuǎn)閥定子之間的通流面積不斷變化，從而產(chǎn)生泥漿壓力脈沖，如此周期性往復擺動，能夠產(chǎn)生周期性泥漿脈沖壓力，通過控制初始位置到一定角度的各時間寬度，產(chǎn)生不同頻率或相位變化的泥漿脈沖信號，用于傳輸測量短節(jié)檢測的井下數(shù)據(jù)； 在轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子關閉過程中，轉(zhuǎn)子葉片承受一定水力轉(zhuǎn)矩，而導流葉提供一個相反方向的水力轉(zhuǎn)矩，補償了部分電機輸出軸的扭矩；旋轉(zhuǎn)密封、主平衡活塞、活塞外導向筒、電機密封支撐、高壓堵頭、高壓堵頭外支撐、內(nèi)轉(zhuǎn)換接頭、電機防護筒、軸承座組成了油腔，該腔體內(nèi)充滿了液壓油；泥漿壓力通過活塞外導向筒上泥漿流通孔作用在主平衡活塞上，使活塞外導向筒內(nèi)的壓力與泥漿壓力保持平衡；當泥漿壓力增加，活塞外導向筒內(nèi)壓力小于泥漿壓力，主平衡活塞向上游微量移動，活塞外導向筒內(nèi)少量的液壓油從旋轉(zhuǎn)密封上部擠出，從而阻止了泥漿進入油腔；當泥漿壓力減小，油腔內(nèi)的壓力大于泥漿壓力，油腔內(nèi)少量的液壓油從旋轉(zhuǎn)密封擠出，阻止了泥漿進入油腔，這時主平衡活塞會向下游小幅移動。
【文檔編號】E21B47/18GK104481518SQ201410612319
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權日:2014年11月3日
【發(fā)明者】張銳, 王瑞和, 武加鋒, 王興 申請人:中國石油大學(華東)