一种直线电机驱动的连续波正脉冲发生器制造技术

本发明专利技术提供一种直线电机驱动的连续波正脉冲发生器包括钻铤短节、节流阀座、蘑菇头、直线电机、电池组、主控电路板、驱动电路板及其他辅助设备。本发明专利技术所述的脉冲器利用直线电机的往复快速运动直接驱动蘑菇头，可以实现高速的、连续波的正脉冲，消除了常规正脉冲发生器的诸多机械故障；直线电机的最大速度可以达到5m/s，为高速数据传输提供了可能。本发明专利技术利用正脉冲发生器能够产生高压差的泥浆脉冲、机械强度高等特点和连续波脉冲器传输速度快的优点，解决现有连续波脉冲发生器水力正压脉冲值过小、地面检测困难、脉冲速率低、水力脉冲压力对机械部件损伤等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种直线电机驱动的连续波正脉冲发生器
专利技术属于石油钻井工程
，特别是涉及井下数据向地面高速传输的装置中的一种直线电机驱动的连续波正脉冲发生器。
技术介绍
：随着世界上各主要油气田相继进入开发后期，油气藏开发的难度逐年增加，钻遇地层日益复杂，对钻井、测井和录井过程的自动化、智能化技术的要求越来越高。为了及时准确获得钻井资料，进一步了解地层的含油气情况，及时获取地层的各种资料，实现所谓的随钻测量与随钻测井（MWD/LWD）。MWD/LWD的最终目的是准确利用测得的钻井参数和地层参数及时调整钻头轨迹，使之沿目的层方向钻进。由于随钻测井获得的地层参数是刚钻开的地层参数，它最接近地层的原始状态，用于对复杂地层的含油、气评价比一般电缆测井更加准确可靠。此外，MWD/LWD除测量电阻率、声速、中子孔隙度、密度等常规测井和某些成像测井以外，还可以测量钻压、扭矩、转速、环空压力等钻井参数，实现钻井过程的安全与高效。MWD/LWD的关键技术是井下信号向地面系统的实时传输，目前的信号传输方式分为有线与无线两种，有线传输包括：电缆传输、特种钻杆传输及光纤传输等，无线传输包括：泥浆脉冲、电磁波、声波等。泥浆脉冲可用于深井以及较低的开发成本，使得泥浆脉冲成为目前广泛采用的传输方式。泥浆脉冲器是将被测参数转变成泥浆压力脉冲，随泥浆循环传送到地面。泥浆脉冲发生器作为随钻测量的核心部分，按其工作原理可分为：正脉冲、负脉冲以及连续波脉冲发生器。负脉冲由于对井壁破坏严重，下井仪器的结构复杂，组装、操作和维修不便，现已很少使用。泥浆正脉冲发生器使用普遍，但是传输速率较低，随着技术的发展，已不能满足大数据量传输的需要。连续波泥浆脉冲发生器的优点是传输速度快，是目前重点发展的技术之一。带有先导控制的液压驱动往复式信号发生器是泥浆正脉冲传输最实用、最普遍的方式，尤其是以钻井液为介质的往复节流式信号发生器应用最多。目前普遍采用的方法是被测参数经数字化编码后，变成高“1”、低“0”电信号，由它控制泥浆脉冲发生器的蘑菇头，当编码为“1”时，蘑菇头上移，使流经锥形口的泥浆阻力增加，产生附加压力。当编码为“0”时，蘑菇头向下回到原位，压力降至正常。这是正脉冲传输系统，这类系统的问题是传输数据的速率较低，仅几个比特每秒，很难适应现在井下多参数随钻信息的传送。连续波泥浆脉冲传输系统是在井下钻挺上用轴向旋转阀开闭的原理产生泥浆的压力波动，地面检测被调制的泥浆压力信号进行解码而获得井下数据，其优点是数据传输快信息量大，可达几十比特每秒的速率，现有问题是泥浆信号的压力波动值太小了，井深及泥浆恶劣都会淹没泥浆压力脉冲信号。现有的连续波正脉冲发生器存在着诸多问题，如：针孔连接方式在井下振动环境下引起的电气虚连接，平衡油囊被腐蚀或漏油而导致压力不足不能平衡井下压力，井斜过大或者下钻速度过快造成仪器脱键而导致无信号的问题，仪器不可打捞，出现卡钻时仪器报废等。现有连续波泥浆脉冲发生器信号相对较弱，受噪声干扰影响相对较大，对信号处理系统要求较高。国内外相关技术背景与发展历程分析：20世纪50年代，由美国人专利技术了泥浆脉冲的传输方法，使泥浆脉冲技术在钻井工程中开始应用。60年代贝克休斯公司研制的钻井液压力脉冲系统成功地应用于钻井过程，随后陆续制定了随钻测量的性能与可靠性标准。1973年贝克休斯公司研制出了无线随钻测斜仪，1979年斯伦贝谢公司研制出钻井液压力传输系统。1983年WilsonC.利用风洞模拟测试了脉冲发生器的动力场特性，利用有限元分析软件仿真了脉冲发生器的基础数据与变化特性，得到了连续泥浆脉冲器可靠理论数据。1986年斯伦贝谢公司为他的PressurePulseGenerator申请了专利。1994年WilsonC.又为哈里伯顿公司申请了TurboSirenSignalGenerator的专利。相关的专利主要有：美国斯伦贝谢公司的专利技术专利“用于随钻测量工具中的正弦压力波发生器（Sinusoidalpressurepulsegeneratorformeasurementwhiledrillingtool）”和“用于井下数据向地面传输的方法与系统（Methodandsystemforwellborecommunication）”公开了一种基于连续旋转阀的连续波泥浆脉冲信号发生器；美国贝克休斯公司的专利技术专利“用于泥浆脉冲数据远传的振荡剪切阀（Oscillatingshearvalveformudpulsetelemetry）”和“用于泥浆脉冲数据远传的井下脉冲信号发生器（Downlinkpulserformudpulsetelemetry）”，公布了一种用于基于剪切振荡原理工作的连续波泥浆脉冲发生器。两种连续波脉冲器的不同之处仅仅在于脉冲器转子的运动形式以及后续的脉冲调制与解码方式，但是尚未查到利用已有的正脉冲发生器结构形式实现连续波脉冲器的专利。国内尚无连续波泥浆脉冲器产品，国内研究人员对连续波泥浆脉冲器的脉冲产生的机理、脉冲器的基本结构等进行了研究，并且参考国外连续钻井液脉冲发生器的技术现状，确定了连续波钻井液脉冲发生器的技术指标与可能的实现方式，陆续申请了部分专利。如：西安斯坦仪器股份有限公司的专利技术专利“井下连续波泥浆脉冲发生器（申请号：201210575409.7）”，其结构形式与控制方法几乎与斯伦贝谢公司的专利一样；斯伦贝谢金地伟业油田技术（山东）有限公司的专利技术专利“连续波泥浆脉冲发生器（申请号：201110452486.9）、旋转阀式泥浆脉冲发生器（申请号：201120194307.1）”，该专利实际上就是斯伦贝谢公司专利的中国版；中石油渤海钻探公司的专利技术专利“一种基于三角形阀体的连续波发生器转阀（申请号：201310755292.5）”，对连续波脉冲器的阀体结构进行了改进，使其输出信号更符合正弦波的形式，以减小泥浆脉冲信号的传输衰减。上述专利基本上都以斯伦贝谢公司的专利为蓝本而进行改进，这些改进包括：脉冲器的阀体设计、密封以及传动等机械结构部分，没有检索到关于脉冲器控制方式、供电方式等方面的专利。以上专利的共同之处在于：①脉冲器转子均由电机驱动，转子的工作方式分为连续旋转与剪切振荡两种形式；②电机的电源来自井下涡轮发电机与井下电池组，工作时间与工作条件受限；③脉冲器的工作原理基本相同，都是通过周期性地改变钻井液的流通面积来实现的。目前尚未检索到与本专利技术专利内容相关的信息。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题,提供一种为井下数据向地面系统高速传输可靠的直线电机驱动的连续波正脉冲发生器。为实现此目的，本专利技术提供一种直线电机驱动的连续波正脉冲发生器，包括钻铤短节1，在钻铤短节1内从上而下依次包括节流阀座3、蘑菇头6、直线电机转子15、直线电机定子8、驱动电路板9、主控电路板10、电池组12和抗压筒17；其中,抗压筒17通过抗压筒扶正器18连接到钻铤内壁上，直线电机转子15的部分、直线电机定子8、驱动板9、主控板10从上而下依次固定在抗压筒17内部；蘑菇头6位于节流阀座3和抗压筒17之间的空间内，蘑菇头6与直线电机转子15构成滑动配合，并通过固定在直线电机转子15上的上限位点4和下限位点5限位配合，蘑菇头6和节流阀座3之间构成间隙配合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直线电机驱动的连续波正脉冲发生器，包括钻铤短节（1），其特征在于：在钻铤短节（1）内从上而下依次包括节流阀座（3）、蘑菇头（6）、直线电机转子（15）、直线电机定子（8）、驱动电路板（9）、主控电路板（10）、电池组（12）和抗压筒（17）；其中,抗压筒（17）通过抗压筒扶正器（18）连接到钻铤内壁上，直线电机转子（15）的部分、直线电机定子（8）、驱动板（9）、主控板（10）从上而下依次固定在抗压筒（17）内部；蘑菇头（6）位于节流阀座（3）和抗压筒（17）之间的空间内，蘑菇头（6）与直线电机转子（15）构成滑动配合，并通过固定在直线电机转子（15）上的上限位点（4）和下限位点（5）限位配合，蘑菇头（6）和节流阀座（3）之间构成间隙配合。

【技术特征摘要】
1.一种直线电机驱动的连续波正脉冲发生器，包括钻铤短节（1），其特征在于：在钻铤短节（1）内从上而下依次包括节流阀座（3）、蘑菇头（6）、直线电机转子（15）、直线电机定子（8）、驱动电路板（9）、主控电路板（10）、电池组（12）和抗压筒（17）；其中,抗压筒（17）通过抗压筒扶正器（18）连接到钻铤内壁上，直线电机转子（15）的部分、直线电机定子（8）、驱动板（9）、主控板（10）从上而下依次固定在抗压筒（17）内部；蘑菇头（6）位于节流阀座（3）和抗压筒（17）之间的空间内，蘑菇头（6）与直线电机转子（15）构成滑动配合，并通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨锦舟，李闪，耿艳峰，刘庆龙，马海，华陈权，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化胜利石油工程有限公司，中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11