[发明专利]一种高速泥浆脉冲发生器

说明书

技术领域

本发明属于石油钻井工程领域，涉及一种泥浆压力脉冲发生装置，具体是一种高速泥浆脉冲发生器。

背景技术

在石油钻井作业中，随着随钻测量、随钻测井、地质导向、旋转导向技术的应用越来越普及，需要将井下测量装置采集到的地质数据和井下装置的状态数据等信息实时的传送到地面，使地面工程师及时的掌控来自井下的数据与信息，从而高效高质量的完成钻井作业。目前从井下向地面传输这些数据与信息的装置主要是泥浆脉冲发生器。

基于钻井作业施工的特点，无法采用有线电缆连接地面与井下之间的仪器及设备，通常都使用泥浆脉冲发生器，利用钻井过程中必须使用的高压、高速、高流量的钻井泥浆为传输媒介，用泥浆脉冲发生器对钻井泥浆进行节流控制，在钻井管柱中产生人为的压力脉冲，通过这些压力脉冲在井下与地面之间传递数据与信息。

业内使用的泥浆脉冲发生器主要有泥浆正脉冲发生器、泥浆负脉冲发生器和连续波泥浆脉冲发生器。目前国内主要采用的是泥浆正脉冲发生器，但该类产品多为国外淘汰技术而来，存在可靠性不高、高温新能差、传输速率低、脉冲信号弱等问题，迫切需要采用新技术的产品替代和更新。另一方面，随着国内钻井工程领域已经由采用随钻测量技术的定向井工艺，向采用地质导向技术或随钻测井技术的水平井工艺过度，并且国内已经开展效率更高的，技术更先进的旋转导向技术及随钻成像测井研究和试验，对地面与井下之间的数据传输速度和质量有着越来高的要求和需求。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种结构合理、可靠性高，传输速度高，实效性强的高速泥浆脉冲发生器。

其技术方案是：该高速泥浆脉冲发生器由1个流筒，1个节流环，1个上部安装盘，1个下部安装盘，1个泥浆过滤器，1个活塞仓上部接头，1个活塞仓，1个始力弹簧，1个活塞，1个活塞连杆，1个活动阀，1个控制阀，1个驱动轴，1个贯通轴，1个驱动器，1个驱动器仓等组成。

节流环安装在流筒内，用于节流。流筒上部安装有上部安装盘，流筒下部安装有下部安装盘，用于安装其它装置，上部安装盘和下部安装盘上有开孔，用于通过泥浆。

泥浆过滤器、活塞仓上部接头、活塞仓、上部安装盘依次连接，位于流筒上部；始力弹簧，活塞位于活塞仓内，始力弹簧位于活塞上部，为活塞提供初始力矩；活塞、活塞连杆、活动阀依次连接，活动阀位于流筒内，临近节流环，在节流环上部，是过流面积调节装置；下部安装盘、驱动器仓依次连接，位于流筒下部，驱动器位于驱动器仓内。 

贯通轴贯穿流筒，是高压泥浆和低压泥浆的进出通道，也是活塞运动的内轴；贯通轴从上向下依次开有加压孔、泄压孔和限位孔，加压孔和泄压孔位于活塞上部区域，限位孔平时被活塞遮蔽，是活塞向下运动的限位孔。控制阀、驱动轴、驱动器依次连接，控制阀和驱动轴位于贯通轴内。驱动器驱动控制阀滑动或转动，开闭贯通轴上的加压孔和泄压孔，与始力弹簧配合，对活塞进行加压和减压操作，推拉活塞移动以及限位。

整个装置被安装在钻挺内，使泥浆从流筒中流过。节流环把管柱内的泥浆分成上下两部分，由于流过流筒的泥浆被节流环节流，在泥浆流过节流环时，节流环上下两部分会形成上高下底的压力差。活动阀在流筒内，临近节流环，当活动阀移动时，与节流环相对位置就会发生变化，从而改变过流面积，产生压力变化。

泥浆过滤器位于流筒的上端，其目的是引入高压泥浆，过滤杂质，改善控制阀的工作环境。上端的高压泥浆通过泥浆过滤器上开的缝隙进入其内部，通过活塞仓上部短节与贯通轴内孔联通；驱动器仓在流筒的下端，下端的低压泥浆通过驱动器仓上的开孔，与贯通轴内孔联通；控制阀和驱动轴在贯通轴内，控制阀把贯通轴内的泥浆隔离为高压和低压两个区域。活塞把活塞仓分成上、下两部分，上部安装有始力弹簧，通过加压孔或泄压孔，经控制阀与贯通轴内孔联通；活塞下部区域有开孔，与节流环上部的高压泥浆区域联通。

工作时，当移动控制阀关闭贯通轴上的泄压孔，打开加压孔时，上部的高压泥浆经过加压孔与活塞上部区域联通，活塞上下两端的泥浆压力平衡，活塞在始力弹簧的作用下向下运动，同时带动活塞连杆推动活动阀向下运动，活动阀与节流环接近，过流面变小，压差增大。当活塞向下移动到打开贯通轴上的限位孔位置时，下部的低压泥浆开始通过限位孔与活塞上部区域联通，活塞上部压力减小，活塞在泥浆压力和始力弹簧的平衡作用下停止移动，此时节流环两端压差最大。