一種石油鉆井用磁傳動(dòng)隔離式泥漿壓力波快速數(shù)據(jù)傳輸裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油定向井鉆探、地質(zhì)勘探、地下鹽業(yè)、煤田等地下資源鉆探技術(shù)領(lǐng) 域。 技術(shù)背景
[0002] 隨著現(xiàn)代化石油定向井鉆探技術(shù)的發(fā)展，井下測(cè)量數(shù)據(jù)的信息量不斷增加，從單 一的（MWD)采集的方位角、井斜角、工具面、重力和、磁場(chǎng)和、電池電壓、溫度定向信息，發(fā)展 到目前（LWD)在此基礎(chǔ)上增加了自然伽瑪、電阻率、聲波測(cè)量、中子、密度、井下壓力等測(cè)井 信息。
[0003] 隨鉆通信就是將地下鉆頭附近多個(gè)傳感器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼后傳輸?shù)降孛?的過程，泥漿壓力波通信是無線隨鉆通信方式其中的一種，基本原理是利用編碼控制管柱 內(nèi)泥漿壓力的變化并傳輸?shù)降孛娴倪^程，在地面立管上的壓力傳感器接收到壓力波，轉(zhuǎn)變 成電信號(hào)后，經(jīng)過放大、整形、譯碼等一系列處理，還原出井底傳感器所采集到的數(shù)據(jù)，再傳 輸?shù)剿俱@顯示儀，便于司鉆及時(shí)控制鉆進(jìn)軌跡和進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
[0004] 傳統(tǒng)的正、負(fù)脈沖產(chǎn)生器是采用了電磁閥門的原理，將傳感器的編碼脈沖驅(qū)動(dòng)電 磁鐵（小蘑菇頭）進(jìn)行機(jī)械式開關(guān)動(dòng)作，并巧妙地利用了地面泥漿泵注入到管柱內(nèi)泥漿的 壓力驅(qū)動(dòng)大閥門（大蘑菇頭）進(jìn)行閥門式開關(guān)動(dòng)作，迫使管住內(nèi)的泥漿壓力隨編碼脈沖的 改變而改變。由于該裝置是機(jī)械式閥門開關(guān)動(dòng)作進(jìn)行編碼，傳輸速率非常慢，耗電多，需要 經(jīng)常保養(yǎng)。
[0005] 近年來，國內(nèi)以650脈沖器為代表的泥漿脈沖器利用渦輪和磁傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)液壓裝 置，使驅(qū)動(dòng)功率大為減小，可靠性有所提高。使用了泥漿發(fā)電機(jī)供電，節(jié)約了電池。同時(shí)對(duì) 編碼方式進(jìn)行了改進(jìn)，傳輸速率也有所提高，但是仍然不能滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?br>[0006] 隨著泥漿通信技術(shù)的不斷發(fā)展，國外出現(xiàn)了多種連續(xù)波泥漿信號(hào)發(fā)生器，采用了 定子盤與轉(zhuǎn)子盤流道截面積的改變的方式，迫使管柱內(nèi)壓力波成線性變化，達(dá)到實(shí)現(xiàn)正弦 波調(diào)制快速傳輸數(shù)據(jù)的目的，基本滿足快速通信的要求。但是存在軸承隔離問題，由于抗壓 筒外有40MPa左右的泥漿壓力，使得抗壓筒內(nèi)外的隔離難度大，密封軸承阻力大，磨損大， 壽命短的嚴(yán)重問題。
[0007] 目前公開的泥漿壓力波快速傳輸裝置存有共性的問題：1、數(shù)據(jù)傳輸速率慢，正、負(fù) 脈沖器傳輸一組完整的數(shù)據(jù)大約需要4-5分鐘的時(shí)間，無法滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅` 碼率高，很多情況下需要打印波形進(jìn)行人工比對(duì)，大大影響了工作效率；2、存在密封軸承， 抗泥漿壓力能力差；3、軸承在泥漿中直接摩擦壽命短，維護(hù)工作量大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了解決上述不足，本發(fā)明抗壓筒內(nèi)部動(dòng)力源與抗壓筒外部編碼盤之間動(dòng)力傳輸 部分全部采用了磁傳動(dòng)，使抗壓筒內(nèi)、外全部隔離?？箟和餐獠康男D(zhuǎn)部分采用了磁支撐懸 浮軸承。采用了雙電機(jī)分別通過磁傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)編碼盤，實(shí)現(xiàn)了無縫隙連續(xù)波2DPSK壓力 波編碼調(diào)制快速數(shù)據(jù)傳輸，與其傳統(tǒng)的泥漿壓力波脈沖器相比，傳輸速率高出10倍以上， 具有壽命長(zhǎng)、傳輸速率快，誤碼率低，適應(yīng)井下高壓力、高溫度、抗震動(dòng)之特點(diǎn)。本發(fā)明的目 的就是為現(xiàn)場(chǎng)提供一種石油鉆井用磁傳動(dòng)隔離式泥漿壓力波快速數(shù)據(jù)傳輸裝置.
[0009] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種石油鉆井用磁傳動(dòng)隔離式泥漿壓力波快速數(shù)據(jù)傳輸 裝置：包括管柱、加速環(huán)、支撐A、支撐B、發(fā)電機(jī)渦輪磁極、發(fā)電機(jī)定子、編碼盤A驅(qū)動(dòng)電機(jī)、 導(dǎo)流環(huán)、編碼盤A、編碼盤B、下固定環(huán)、編碼盤B驅(qū)動(dòng)電機(jī)、抗壓筒，編碼盤A內(nèi)孔裝有編碼 盤A磁傳動(dòng)外磁鐵套裝在抗壓筒中間部位，編碼盤A驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在抗壓筒的中上部，傳動(dòng) 軸上部裝有編碼盤A磁傳動(dòng)內(nèi)磁鐵，并與編碼盤A磁傳動(dòng)外磁鐵相耦合，編碼盤B安裝在編 碼盤A的下部，內(nèi)孔裝有編碼盤B傳動(dòng)外磁鐵并套裝在抗壓筒中下部，驅(qū)動(dòng)電機(jī)B安裝在下 固定環(huán)的下面抗壓筒內(nèi)，電機(jī)傳動(dòng)軸上部安裝有編碼盤B磁傳動(dòng)內(nèi)磁鐵與編碼盤B外磁鐵 相耦合。
[0010] 發(fā)電機(jī)渦輪磁鐵安裝在發(fā)電機(jī)渦輪中心孔內(nèi)，并套裝在抗壓筒上部與發(fā)電機(jī)增速 環(huán)和支撐B之間，發(fā)電機(jī)定子為線圈，安裝在抗壓筒內(nèi)，并與渦輪磁鐵相耦合。
[0011] 發(fā)電機(jī)增速環(huán)的下部導(dǎo)流環(huán)上部、分別安裝有支撐A、支撐B、支撐A、支撐B，均為 磁支撐軸承，并套裝在抗壓筒上。
[0012] 發(fā)電機(jī)增速環(huán)為圓盤狀，套裝在抗壓筒外上部，并與管柱內(nèi)壁固定，圍繞圓盤周圍 加工有斜通孔。
[0013] 導(dǎo)流環(huán)為圓柱狀，套裝在抗壓筒外圓，支撐A下部，導(dǎo)流環(huán)外圓與管柱內(nèi)壁固定， 圍繞圓柱周圍加工有直通孔。
[0014] 下固定環(huán)為圓柱狀，套裝在抗壓筒外圓，驅(qū)動(dòng)電機(jī)B下邊，外圍與管柱固定，圍繞 圓柱周圍加工有直通孔。
[0015] 由于本發(fā)明動(dòng)力傳輸部分全部采用了磁傳輸，使抗壓筒內(nèi)外全部隔離，改掉了抗 壓筒內(nèi)電機(jī)與抗壓筒外編碼盤之間的高壓軸承，減小了摩擦系數(shù)，抗壓筒外部的旋轉(zhuǎn)部分 均采用了軸向磁支撐軸承，大大增加了軸承的使用壽命。采用了雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式帶動(dòng)兩個(gè) 編碼盤，實(shí)現(xiàn)了無縫隙連續(xù)波2DPSK編碼調(diào)制，提高了數(shù)據(jù)通信的速率，使傳輸速率達(dá)到了 20比特以上，比傳統(tǒng)的泥漿脈沖器傳輸速率提高了 10倍以上。
[0016] 說明書附圖
[0017] 圖1 :一種石油鉆井用磁傳動(dòng)隔離式泥漿壓力波快速數(shù)據(jù)傳輸裝置整體結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0018]
【附圖說明】1、管柱2、加速環(huán)3、支撐A 4、支撐B 5、發(fā)電機(jī)渦輪磁極6、發(fā)電機(jī)定 子7、編碼盤A驅(qū)動(dòng)電機(jī)8、導(dǎo)流環(huán)9、編碼盤A磁外磁鐵10、編碼盤A內(nèi)磁鐵A 11、編碼盤 A 12、編碼盤B 13、編碼盤B外磁鐵14、編碼盤B內(nèi)磁鐵B 15、下固定環(huán)16、編碼盤B驅(qū)動(dòng) 電機(jī)B 17抗壓筒
【具體實(shí)施方式】
[0019] 現(xiàn)結(jié)合說明書附圖1對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，一種石油鉆井用磁傳動(dòng)隔離式泥 漿壓力波快速數(shù)據(jù)傳輸裝置，包括管柱1.加速環(huán)2.支撐A 3.支撐B 4.發(fā)電機(jī)渦輪磁極 5.發(fā)電機(jī)定子6.編碼盤A驅(qū)動(dòng)電機(jī)7.導(dǎo)流環(huán)8.編碼盤A磁外磁鐵9.編碼盤A內(nèi)磁鐵 10.編碼盤A 11.編碼盤B 12.編碼盤B外磁鐵13.編碼盤B內(nèi)磁鐵14.下固定環(huán)15.編 碼盤B驅(qū)動(dòng)電機(jī)16抗壓筒17,編碼盤All內(nèi)孔裝有編碼盤A磁傳動(dòng)外磁鐵9套裝在抗壓 筒17中間部位，編碼盤A驅(qū)動(dòng)電機(jī)7安裝在抗壓筒17的中上部，傳動(dòng)軸上部裝有編碼盤A 磁傳動(dòng)內(nèi)磁鐵10,并與編碼盤A磁傳動(dòng)外磁鐵9相耦合，編碼盤B12安裝在編碼盤Al 1的下 部，內(nèi)孔裝有編碼盤B傳動(dòng)外磁鐵13并套裝在抗壓筒17中下部，驅(qū)動(dòng)電機(jī)BlO安裝在下固 定環(huán)15的下面抗壓筒17內(nèi)，電機(jī)傳動(dòng)軸上部安裝有編碼盤B磁傳動(dòng)內(nèi)磁鐵14前與編碼盤 B外磁鐵13相親合。
[0020] 發(fā)電機(jī)渦輪磁鐵5安裝在發(fā)電機(jī)渦輪中心孔內(nèi)，并套裝在抗壓筒17上部與發(fā)電機(jī) 增速環(huán)和支撐B之間，發(fā)電機(jī)定子為線圈，安裝在抗壓筒17內(nèi)，并與渦輪磁鐵5相耦合。
[0021] 發(fā)電機(jī)增速環(huán)2的下部導(dǎo)流環(huán)8上部、分別安裝有支撐A3、支撐M、支撐A3、支撐 B4,均為磁支撐軸承，并套裝在抗壓筒17上。
[0022] 發(fā)電機(jī)增速環(huán)2為圓盤狀，套裝在抗壓筒17外上部，并與管柱1內(nèi)壁固定，圍繞圓 盤周圍加工有斜通孔。
[0023] 導(dǎo)流環(huán)8為圓柱狀，套裝在抗壓筒17外圓，支撐A3下部，導(dǎo)流環(huán)8外圓與管柱1 內(nèi)壁固定，圍繞圓柱周圍加工有直通孔。
[0024] 下固定環(huán)15為圓柱狀，套裝在抗壓筒17外圓，驅(qū)動(dòng)電機(jī)BlO下邊，外圍與管柱1 固定，圍繞圓柱周圍加工有直通孔。
[0025] 本發(fā)明的原理是井下探管傳感器的數(shù)據(jù)經(jīng)過運(yùn)算處理，進(jìn)行編碼后驅(qū)動(dòng)編碼盤作 旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，迫使泥漿使流道的截面積發(fā)生變化，壓力波隨管柱內(nèi)的壓力變化而變化。井柱內(nèi) 的泥漿壓力受到兩個(gè)編碼盤孔重合時(shí)的大小決定的。Q為流過閥孔的流量m 2/s，Cd為閥流 系數(shù)，一般為Cd= 0.6-0. 8 {23}，P為液體密度kg/m2, Λ p為閥口的前后壓差MPa, A為閥口 截面積
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種石油鉆井用磁傳動(dòng)隔離式泥漿壓力波快速數(shù)據(jù)傳輸裝置，包括管柱（1)、加速 環(huán)（2)、支撐A (3)、支撐B(4)、發(fā)電機(jī)渦輪磁極（15)、發(fā)電機(jī)定子（6)、編碼盤A驅(qū)動(dòng)電機(jī) (7) 、導(dǎo)流環(huán)（8)、編碼盤A (11)、編碼盤B(12 )、下固定環(huán)（15)、編碼盤B驅(qū)動(dòng)電機(jī)（16)、抗壓筒（17)，其特征是：編碼盤A(11)內(nèi)孔 裝有編碼盤A磁傳動(dòng)外磁鐵（9)套裝在抗壓筒（17)中間部位，編碼盤A驅(qū)動(dòng)電機(jī)（7)安裝 在抗壓筒（17)的中上部，傳動(dòng)軸上部裝有編碼盤A磁傳動(dòng)內(nèi)磁鐵（10)，并與編碼盤A磁傳 動(dòng)外磁鐵（9)相耦合，編碼盤B (12)安裝在編碼盤A(11)的下部，內(nèi)孔裝有編碼盤B傳動(dòng) 外磁鐵（13)并套裝在抗壓筒（17)中下部，驅(qū)動(dòng)電機(jī)B (10)安裝在下固定環(huán)（15)的下面抗 壓筒（17)內(nèi)，電機(jī)傳動(dòng)軸上部安裝有編碼盤B磁傳動(dòng)內(nèi)磁鐵（14)與編碼盤B外磁鐵（13) 相耦合。
2. -種石油鉆井用磁傳動(dòng)隔離式泥漿壓力波快速數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征是：發(fā)電機(jī)渦 輪磁鐵（5 )安裝在發(fā)電機(jī)渦輪中心孔內(nèi)，并套裝在抗壓筒（17上部與發(fā)電機(jī)增速環(huán)和支撐B 之間，發(fā)電機(jī)定子（6)安裝在抗壓筒（17)內(nèi)，并與渦輪磁鐵（5)相耦合。
3. -種石油鉆井用磁傳動(dòng)隔離式泥漿壓力波快速數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征是：發(fā)電機(jī)增 速環(huán)（2)的下部導(dǎo)流環(huán)（8)上部、分別安裝有支撐A (3)、支撐B (4)、支撐A (3)、支撐B (4)，均為磁支撐軸承，并套裝在抗壓筒（17)上。
4. 一種石油鉆井用磁傳動(dòng)隔離式泥漿壓力波快速數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征為：發(fā)電機(jī)增 速環(huán)（2)為圓盤狀，套裝在抗壓筒（17)外上部，并與管柱（1)內(nèi)壁固定，圍繞圓盤周圍加工 有斜通孔。
5. -種石油鉆井用磁傳動(dòng)隔離式泥漿壓力波快速數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征為：導(dǎo)流環(huán) (8) 為圓柱狀，套裝在抗壓筒（17)外圓，支撐A (3)下部，導(dǎo)流環(huán)（8)外圓與管柱（1)內(nèi)壁 固定，圍繞圓柱周圍加工有直通孔。
6. -種石油鉆井用磁傳動(dòng)隔離式泥漿壓力波快速數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征為：下固定環(huán) (15)為圓柱狀，套裝在抗壓筒（17)外圓，驅(qū)動(dòng)電機(jī)B (10)下邊，外圍與管柱（1)固定，圍繞 圓柱周圍加工有直通孔。
【專利摘要】一種石油鉆井用磁傳動(dòng)隔離式泥漿壓力波快速數(shù)據(jù)傳輸裝置，利用兩個(gè)帶有半圓孔的旋轉(zhuǎn)編碼盤通過改變截面積大小的方法而改變鉆柱內(nèi)的泥漿壓力，將井下多個(gè)傳感器所采集到的數(shù)據(jù)，編碼調(diào)制后快速傳輸?shù)降孛妫ㄕ{(diào)制編碼盤、編碼盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)、磁動(dòng)力傳輸，磁支撐軸承，抗壓筒、泥漿渦輪發(fā)電機(jī)其抗壓筒內(nèi)部動(dòng)力源與抗壓筒外部編碼盤之間動(dòng)力傳輸全部采用了磁傳動(dòng)，使抗壓筒內(nèi)、外隔離，抗壓筒外部的旋轉(zhuǎn)部分采用了磁支撐懸浮軸承，雙電機(jī)分別通過磁傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)編碼盤，實(shí)現(xiàn)了無縫隙連續(xù)波2DPSK壓力波編碼調(diào)制快速數(shù)據(jù)傳輸，與傳統(tǒng)的泥漿壓力波脈沖器相比，傳輸速率高，壽命長(zhǎng)、傳輸速率快，誤碼率低，適應(yīng)井下高壓、高溫、高震動(dòng)之特點(diǎn)。
【IPC分類】E21B47-18
【公開號(hào)】CN104612670
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510079807
【發(fā)明人】朱懷軍, 李光泉, 吳天乾, 王自民, 邢樹村
【申請(qǐng)人】東營(yíng)市天庚石油技術(shù)有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年2月13日