一種低剩磁的井下脈沖發(fā)生器控制閥的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型創(chuàng)造涉及石油勘探和鉆采技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種低剩磁的井下脈沖發(fā)生器控制閥，該控制閥在推桿和堵頭之間設(shè)置回力彈簧，當(dāng)電磁驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)推桿推動(dòng)堵頭封堵閥口時(shí)，彈簧會(huì)被壓縮，此時(shí)彈簧力小于電磁驅(qū)動(dòng)裝置施加在推桿上的推力，大于泥漿壓力對(duì)堵頭的推力，它一端推著堵頭抵住閥口處泥漿壓力，另一端對(duì)推桿施加著反向推力，當(dāng)要打開(kāi)閥口而撤掉電磁驅(qū)動(dòng)裝置的控制信號(hào)電流時(shí)，雖然推桿對(duì)彈簧還因剩磁而存在部分推力，但是該剩磁推力大幅小于彈簧的反作用力，推桿就能夠快速回退而擺脫剩磁推力，繼而在泥漿壓力推動(dòng)下堵頭和推桿完全復(fù)位，從而使得控制閥能夠有效的進(jìn)行高頻響應(yīng)。
【專利說(shuō)明】
一種低剩磁的井下脈沖發(fā)生器控制閥
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明創(chuàng)造涉及石油勘探和鉆采技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種低剩磁的井下脈沖發(fā)生器控制閥。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油勘探、鉆采過(guò)程中，鉆井設(shè)備是必不可少的工具。鉆井設(shè)備的核心在于鉆頭，因此需要隨時(shí)監(jiān)測(cè)鉆頭的鉆探情況。然而，隨著鉆探的深入，鉆頭會(huì)深入地層中，在地面的工作人員難以直接觀察鉆頭的情況，因此，需要在鉆頭處設(shè)置多種監(jiān)測(cè)裝置，例如方向傳感器和溫度傳感器等，并將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過(guò)通信鏈路傳遞到地面，由地面的工作人員進(jìn)行接收分析。
[0003]由于井下環(huán)境十分惡略，檢測(cè)裝置難以通過(guò)一般的通信線路與地面進(jìn)行通信，也難以通過(guò)常規(guī)的無(wú)線方式與地面進(jìn)行通信。目前，地面與井下通信的方式一般是采用一個(gè)脈沖發(fā)生器來(lái)控制通過(guò)泥漿輸送管道來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其原理是在泥漿流道中設(shè)置脈沖發(fā)生器，脈沖發(fā)生器按照一定規(guī)律來(lái)打通/阻斷(實(shí)際應(yīng)用中并非完成阻斷，通常是縮小流道的孔徑)泥漿流道，從而使泥漿流道產(chǎn)生有規(guī)律的脈沖，地面工作人員在地面檢測(cè)并解碼這些脈沖以獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)。
[0004]具體的，脈沖發(fā)生器一般包括主閥和控制閥，主閥內(nèi)設(shè)置滑閥和設(shè)置于滑閥外處的限流閥，主閥的尾端連接有控制閥，泥漿一部分經(jīng)過(guò)滑閥內(nèi)腔流至控制閥，并經(jīng)過(guò)控制閥的泄流孔中流出，另一部分通過(guò)滑閥與限流閥之間的空隙，當(dāng)控制閥的閥口關(guān)閉時(shí)，滑閥內(nèi)腔的泥漿無(wú)法流出，內(nèi)腔壓力升高，從而推動(dòng)滑閥滑動(dòng)，縮小滑閥與限流閥之間的間隙，整個(gè)泥漿通道的孔徑縮小，從而泥漿整體壓力升高，產(chǎn)生一個(gè)脈沖。因此，只要控制閥根據(jù)檢測(cè)裝置的信號(hào)有序的通斷控制閥的閥口，整個(gè)泥漿通道就可以產(chǎn)生一個(gè)有規(guī)律的脈沖。
[0005]然而實(shí)踐中，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的機(jī)械波總是難以與檢測(cè)裝置發(fā)生的電磁波嚴(yán)格一致，特別是在高頻的條件下。
【申請(qǐng)人】經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，其中一個(gè)重要原因就是控制閥的剩磁問(wèn)題。在控制閥中，通常需要一個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)裝置(通常是線圈)，電磁驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)檢測(cè)裝置發(fā)來(lái)的電信號(hào)，在需要封堵閥口時(shí)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，從而推動(dòng)控制閥內(nèi)的推桿，推桿再推動(dòng)堵頭封堵閥口，在需要解除對(duì)閥口的封堵時(shí)則取消磁場(chǎng)，閥口外的泥漿壓力會(huì)推動(dòng)堵頭和推桿復(fù)位。然而實(shí)際上，在撤去電磁驅(qū)動(dòng)裝置的電信號(hào)后，導(dǎo)磁物質(zhì)仍然會(huì)剩余有剩磁，磁場(chǎng)難以快速的完全消失，因此對(duì)推桿仍然會(huì)有一定的推力，該推力會(huì)在推桿復(fù)位過(guò)程中抵消一部分泥漿的壓力的起始階段抵消泥漿的壓力，從而導(dǎo)致復(fù)位緩慢。而在復(fù)位緩慢的情況下，則難以快速的進(jìn)行高頻響應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明創(chuàng)造的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種能夠減少電磁驅(qū)動(dòng)裝置的剩磁，從而使得控制閥能夠有效的進(jìn)行高頻響應(yīng)。
[0007]發(fā)明思路:發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在目前的控制閥中，電磁驅(qū)動(dòng)裝置的銜鐵會(huì)抵緊控制閥外殼，活動(dòng)銜鐵也會(huì)經(jīng)導(dǎo)磁座抵緊控制閥外殼，銜鐵、控制閥外殼、導(dǎo)磁座和活動(dòng)銜鐵構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)，電磁驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生磁場(chǎng)在該閉環(huán)中傳遞，也就是說(shuō)，該磁通路是需要經(jīng)過(guò)控制閥的外殼，而控制閥在選用外殼時(shí)，通常優(yōu)先考慮的是硬度性能，確?？刂崎y表面能夠耐受泥漿沖蝕而不被破壞。但是，自然界中，硬度性能好的材料一般其導(dǎo)磁性能比較差，因此，殼體也就成為電磁驅(qū)動(dòng)裝置的剩磁的關(guān)鍵。但是，目前本領(lǐng)域的技術(shù)人員減少剩磁的方法通常是基于對(duì)電磁驅(qū)動(dòng)裝置中的線圈、導(dǎo)磁座等，沒(méi)有充分意識(shí)到殼體才是產(chǎn)生剩磁的關(guān)鍵。
[0008]本發(fā)明創(chuàng)造的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]提供了一種低剩磁的井下脈沖發(fā)生器控制閥，包括閥口、泄流孔、堵頭、推桿和電磁驅(qū)動(dòng)裝置，所述閥口與所述泄流孔連通，所述電磁驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)接收到的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述推桿朝向閥口運(yùn)動(dòng)，以使所述推桿帶動(dòng)所述堵頭封堵所述閥口，所述電磁驅(qū)動(dòng)裝置包括電磁線圈、導(dǎo)磁座和設(shè)置于導(dǎo)磁座中的活動(dòng)銜鐵，所述電磁線圈根據(jù)電控制信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)，所述驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)經(jīng)控制閥的外殼傳遞至所述導(dǎo)磁座從而驅(qū)動(dòng)活動(dòng)銜鐵朝向閥口運(yùn)動(dòng)，活動(dòng)銜鐵連接所述推桿，所述控制閥外殼的矯頑力He < 35A/m，最大導(dǎo)磁率μηι2 0.012H/m，磁場(chǎng)強(qiáng)度為300A/m時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度Β300 > 1-1T0
[0010]其中，所述控制閥外殼噴涂有硬質(zhì)合金層。
[0011]其中，所述硬質(zhì)合金層的硬度大于等于1200HV0.3。
[0012]其中，所述硬質(zhì)涂層與控制閥外殼的結(jié)合強(qiáng)度大于等于120Mpa。
[0013]其中，所述硬質(zhì)涂層的厚度小于等于0.2_。
[0014]其中，還包括回力彈簧，回力彈簧一端與推桿連接，另一端與堵頭連接，所述推桿使所述回力彈簧形變進(jìn)而驅(qū)動(dòng)所述堵頭封堵所述閥口，所述堵頭封鎖所述閥口時(shí)，所述回力彈簧對(duì)推桿和堵頭的作用力大于流質(zhì)對(duì)閥口堵頭的壓力。
[0015]其中，所述堵頭開(kāi)設(shè)有內(nèi)腔，所述推桿朝向閥口的一端插設(shè)于所述內(nèi)腔中。
[0016]其中，所述堵頭的內(nèi)腔腔壁或者外側(cè)壁開(kāi)設(shè)有凹槽，所述推桿前端設(shè)置有限位銷軸，所述限位銷軸插設(shè)于所述凹槽中，沿推桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向所述凹槽的寬度大于所述限位銷軸的的寬度，從而使得推桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)所述限位銷軸能夠在凹槽中往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0017]其中，所述堵頭遠(yuǎn)離閥口的一端設(shè)置有第一階臺(tái)，所述推桿設(shè)置有第二階臺(tái)，所述回力彈簧一端固定于第一階臺(tái)，另一端固定于第二階臺(tái)。
[0018]本發(fā)明創(chuàng)造的有益效果:本發(fā)明創(chuàng)造在選用控制器外殼時(shí)，優(yōu)先考慮了材料的導(dǎo)磁能力，特別的，要求外殼的導(dǎo)磁性能達(dá)到矯頑力He < 35A/m，最大導(dǎo)磁率μηι2 0.012H/m，磁場(chǎng)強(qiáng)度為300A/m時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度B300 > 1.1T的要求，由于矯頑力比較小，因此在電磁驅(qū)動(dòng)裝置斷電后，外殼也能夠快速的消磁，大幅的減少剩磁，從而使得控制閥能夠有效的進(jìn)行高頻響應(yīng)，另一方面，由于導(dǎo)磁率比較大，因此，電磁驅(qū)動(dòng)裝置僅僅需要通以較小的電流就能夠令電池銜鐵獲得足夠的磁場(chǎng)力，這一方面降低了電池驅(qū)動(dòng)裝置的能耗，并且電池驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度也比較小，因此傳遞至控制器外殼上的磁場(chǎng)強(qiáng)度也比較小，固也能大幅的減少剩磁。
【附圖說(shuō)明】
[0019]利用附圖對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造作進(jìn)一步說(shuō)明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的任何限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。
[0020]圖1為本發(fā)明創(chuàng)造一種低剩磁的井下脈沖發(fā)生器控制閥的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]在圖1中包括有:
[0022]I——閥口、2——泄流孔、3——堵頭、31——內(nèi)腔、32——凹槽、33——第一階臺(tái)、4一一推桿、41一一限位銷軸、42—一第二階臺(tái)、5—一回力彈簧、6—一電磁線圈、7—一外殼、8 導(dǎo)磁座、9 活動(dòng)銜鐵。
【具體實(shí)施方式】
[0023]結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造作進(jìn)一步描述。
[0024]本發(fā)明創(chuàng)造一種低剩磁的井下脈沖發(fā)生器控制閥的【具體實(shí)施方式】，如圖1所示，包括:閥口 1、泄流孔2、堵頭3、推桿4和電磁驅(qū)動(dòng)裝置，所述閥口 I與所述泄流孔2連通，所述電磁驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)接收到的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)控制所述推桿4和堵頭3朝向閥口運(yùn)動(dòng)。
[0025]所述堵頭3開(kāi)設(shè)有內(nèi)腔31，所述推桿4朝向閥口I的一端插設(shè)于所述內(nèi)腔31中，所述推桿4帶動(dòng)所述堵頭3封堵所述閥口 I，堵頭3的內(nèi)腔31腔壁開(kāi)設(shè)有凹槽32，所述推桿4前端設(shè)置有限位銷軸41，所述限位銷軸41插設(shè)于所述凹槽32中，沿推桿4往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向所述凹槽32的寬度大于所述限位銷軸41的的寬度，從而使得推桿4往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)所述限位銷軸41能夠在凹槽32中往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0026]還包括回力彈簧5，堵頭3遠(yuǎn)離閥口I的一端設(shè)置有第一階臺(tái)33，推桿4設(shè)置有第二階臺(tái)42，所述回力彈簧5—端固定于第一階臺(tái)33，另一端固定于第二階臺(tái)42。
[0027]當(dāng)電磁驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)推桿4朝向閥口I移動(dòng)時(shí)，推桿4推動(dòng)回力彈簧5，進(jìn)而推動(dòng)堵頭3朝向閥口 I移動(dòng)，當(dāng)堵頭3抵住閥口 I時(shí)，此時(shí)由于作用于推桿4的推力大于泥漿對(duì)堵頭3的壓力，并且限位銷軸41能夠在凹槽32中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此此時(shí)推桿4會(huì)繼續(xù)前移，使得回力彈簧5壓縮;當(dāng)電磁驅(qū)動(dòng)裝置的電流撤去，電磁驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)推桿4的推力會(huì)快速下降，此時(shí)雖然還會(huì)因?yàn)槭４哦鴮?duì)推桿4存在一定的推力，但是該推力必然大幅小于回力彈簧5對(duì)推桿4的推力，推桿4能夠快速回退，直到限位銷軸41接觸到凹槽32的內(nèi)壁為止，因?yàn)檫@時(shí)已經(jīng)擺脫了剩磁，堵頭3和推桿4就可以繼續(xù)在泥漿壓力推動(dòng)下迅速完全復(fù)位了。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)不再完全依賴于泥漿對(duì)堵頭3的壓力來(lái)促使推桿4復(fù)位，并且的，電磁驅(qū)動(dòng)裝置以大幅大于泥漿壓力的推力來(lái)驅(qū)動(dòng)推桿4和堵頭3，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)閥口 I的快速封堵，解除對(duì)閥口 I封堵時(shí)彈簧對(duì)推桿4的作用力也大于泥漿壓力，能夠大幅的降低剩磁的影響，從而快速對(duì)閥口 I解除封堵，控制閥完成封堵一一解除封堵這一動(dòng)作周期所需的時(shí)間大幅縮小，響應(yīng)速度得到有效提高，因此該控制閥能夠更加有效的響應(yīng)高頻信號(hào)。
[0029]本實(shí)施例中，所述電磁驅(qū)動(dòng)裝置包括電磁線圈6、導(dǎo)磁座8和設(shè)置于導(dǎo)磁座8中的活動(dòng)銜鐵9，所述電磁線圈6根據(jù)電控制信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)，所述驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)經(jīng)控制閥的外殼7傳遞至所述導(dǎo)磁座8從而驅(qū)動(dòng)活動(dòng)銜鐵9朝向閥口 I運(yùn)動(dòng)，活動(dòng)銜鐵9連接所述推桿4，所述控制閥外殼7的矯頑力He < 35A/m，最大導(dǎo)磁率μπι2 0.012H/m，磁場(chǎng)強(qiáng)度為300A/m時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度B300 2 1.1T。由于控制閥外殼7屬于電磁驅(qū)動(dòng)裝置中重要的導(dǎo)磁器件，因此控制閥外殼7的性能會(huì)嚴(yán)重影響剩磁的情況，從而影響控制閥的響應(yīng)速度。然而，目前在考慮電磁閥的外殼7的用料時(shí)，一般是只考慮其硬度需求，而不會(huì)考慮其導(dǎo)磁率，本申請(qǐng)由于意識(shí)到剩磁對(duì)控制閥響應(yīng)能力的影響，因此優(yōu)選符合上述指標(biāo)的的材料作為控制閥外殼7的材料。另一方面，由于導(dǎo)磁率比較大，因此，電磁驅(qū)動(dòng)裝置僅僅需要通以較小的電流就能夠令電池銜鐵獲得足夠的磁場(chǎng)力，這一方面降低了電池驅(qū)動(dòng)裝置的能耗，畢竟井下探測(cè)領(lǐng)域，井下用電是十分困難的，減少功耗能夠有效的提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，并且電池驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度也比較小，因此傳遞至控制器外殼上的磁場(chǎng)強(qiáng)度也比較小，固也能大幅的減少剩磁。
[0030]特別的，控制閥外殼7噴涂有硬質(zhì)合金層。所述硬質(zhì)合金層的硬度大于等于1200HV0.3。所述硬質(zhì)涂層與控制閥外殼7的結(jié)合強(qiáng)度大于等于120Mpa。所述硬質(zhì)涂層的厚度小于等于0.2_。當(dāng)選擇導(dǎo)磁率較佳的材料來(lái)作為外殼7時(shí)，不可避免的，控制閥的外殼7的硬度則會(huì)有所下降，這會(huì)導(dǎo)致控制閥外表面容易遭受泥漿沖蝕而被破壞，因此，在控制閥外殼7的外表面噴涂硬質(zhì)合金層，從而確保控制閥表面能夠耐受泥漿沖蝕而不被破壞。
[0031]最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案，而非對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造作了詳細(xì)地說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明創(chuàng)造技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低剩磁的井下脈沖發(fā)生器控制閥，包括閥口、泄流孔、堵頭、推桿和電磁驅(qū)動(dòng)裝置，所述閥口與所述泄流孔連通，所述電磁驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)接收到的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述推桿朝向閥口運(yùn)動(dòng)，以使所述推桿帶動(dòng)所述堵頭封堵所述閥口，所述電磁驅(qū)動(dòng)裝置包括電磁線圈、導(dǎo)磁座和設(shè)置于導(dǎo)磁座中的活動(dòng)銜鐵，所述電磁線圈根據(jù)電控制信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)，所述驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)經(jīng)控制閥的外殼傳遞至所述導(dǎo)磁座從而驅(qū)動(dòng)活動(dòng)銜鐵朝向閥口運(yùn)動(dòng)，活動(dòng)銜鐵連接所述推桿，其特征在于:所述控制閥外殼的矯頑力He < 35A/m，最大導(dǎo)磁率μ??^ 0.012H/m，磁場(chǎng)強(qiáng)度為300A/m時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度Β300 > 1-1T02.如權(quán)利要求1所述的一種低剩磁的井下脈沖發(fā)生器控制閥，其特征在于:所述控制閥外殼噴涂有硬質(zhì)合金層。3.如權(quán)利要求2所述的一種低剩磁的井下脈沖發(fā)生器控制閥，其特征在于:所述硬質(zhì)合金層的硬度大于等于1200HV0.3。4.如權(quán)利要求2所述的一種低剩磁的井下脈沖發(fā)生器控制閥，其特征在于:所述硬質(zhì)涂層與控制閥外殼的結(jié)合強(qiáng)度大于等于120Mpa。5.如權(quán)利要求2所述的一種低剩磁的井下脈沖發(fā)生器控制閥，其特征在于:所述硬質(zhì)涂層的厚度小于等于0.2mm。6.如權(quán)利要求1所述的一種低剩磁的井下脈沖發(fā)生器控制閥，其特征在于:還包括回力彈簧，回力彈簧一端與推桿連接，另一端與堵頭連接，所述推桿使所述回力彈簧形變進(jìn)而驅(qū)動(dòng)所述堵頭封堵所述閥口，所述堵頭封鎖所述閥口時(shí)，所述回力彈簧對(duì)推桿和堵頭的作用力大于流質(zhì)對(duì)閥口堵頭的壓力。7.如權(quán)利要求1所述的一種低剩磁的井下脈沖發(fā)生器控制閥，其特征在于:所述堵頭開(kāi)設(shè)有內(nèi)腔，所述推桿朝向閥口的一端插設(shè)于所述內(nèi)腔中。8.如權(quán)利要求1所述的一種低剩磁的井下脈沖發(fā)生器控制閥，其特征在于:所述堵頭的內(nèi)腔腔壁或者外側(cè)壁開(kāi)設(shè)有凹槽，所述推桿前端設(shè)置有限位銷軸，所述限位銷軸插設(shè)于所述凹槽中，沿推桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向所述凹槽的寬度大于所述限位銷軸的的寬度，從而使得推桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)所述限位銷軸能夠在凹槽中往復(fù)運(yùn)動(dòng)。9.如權(quán)利要求1所述的一種低剩磁的井下脈沖發(fā)生器控制閥，其特征在于:所述堵頭遠(yuǎn)離閥口的一端設(shè)置有第一階臺(tái)，所述推桿設(shè)置有第二階臺(tái)，所述回力彈簧一端固定于第一階臺(tái)，另一端固定于第二階臺(tái)。
【文檔編號(hào)】F16K31/06GK205534264SQ201620243186
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年3月28日
【發(fā)明人】代春生, 劉敏, 吳磊, 謝小軍, 莫志鋒, 杜軍偉
【申請(qǐng)人】廣東普洛測(cè)控科技有限公司