[发明专利]一种井下脉冲发生器控制阀

说明书

技术领域

本发明创造涉及石油勘探和钻采技术领域，特别涉及一种井下脉冲发生器控制阀。

背景技术

在石油勘探、钻采过程中，钻井设备是必不可少的工具。钻井设备的核心在于钻头，因此需要随时监测钻头的钻探情况。然而，随着钻探的深入，钻头会深入地层中，在地面的工作人员难以直接观察钻头的情况，因此，需要在钻头处设置多种监测装置，例如方向传感器和温度传感器等，并将检测到的数据通过通信链路传递到地面，由地面的工作人员进行接收分析。

由于井下环境十分恶略，检测装置难以通过一般的通信线路与地面进行通信，也难以通过常规的无线方式与地面进行通信。目前，地面与井下通信的方式一般是采用一个脉冲发生器来控制通过泥浆输送管道来实现的，其原理是在泥浆流道中设置脉冲发生器，脉冲发生器按照一定规律来打通/阻断（实际应用中并非完成阻断，通常是缩小流道的孔径）泥浆流道，从而使泥浆流道产生有规律的脉冲，地面工作人员在地面检测并解码这些脉冲以获得检测数据。

具体的，脉冲发生器一般包括主阀和控制阀，主阀内设置滑阀和设置于滑阀外处的限流阀，主阀的尾端连接有控制阀，泥浆一部分经过滑阀内腔流至控制阀，并经过控制阀的泄流孔中流出，另一部分通过滑阀与限流阀之间的空隙，当控制阀的阀口关闭时，滑阀内腔的泥浆无法流出，内腔压力升高，从而推动滑阀滑动，缩小滑阀与限流阀之间的间隙，整个泥浆通道的孔径缩小，从而泥浆整体压力升高，产生一个脉冲。因此，只要控制阀根据检测装置的信号有序的通断控制阀的阀口，整个泥浆通道就可以产生一个有规律的脉冲。

然而实践中，脉冲发生器产生的机械波总是难以与检测装置发生的电磁波严格一致，特别是在高频的条件下。申请人经过研究发现，其中一个重要原因就是控制阀的剩磁问题。在控制阀中，通常需要一个电磁驱动装置（通常是线圈），电磁驱动装置根据检测装置发来的电信号，在需要封堵阀口时产生一个磁场，从而推动控制阀内的推杆，推杆再推动堵头封堵阀口，在需要解除对阀口的封堵时则取消磁场，阀口外的泥浆压力会推动堵头和推杆复位。然而实际上，在撤去电磁驱动装置的电信号后，导磁物质仍然会剩余有剩磁，磁场难以快速的完全消失，因此对推杆仍然会有一定的推力，该推力会在推杆复位过程中抵消一部分泥浆的压力的起始阶段抵消泥浆的压力，从而导致复位缓慢。而在复位缓慢的情况下，则难以快速的进行高频响应。

发明内容

本发明创造的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种能够减少电磁驱动装置的剩磁对推杆的复位影响，从而使得控制阀能够有效的进行高频响应。

发明思路：发明人发现，在高频情况下，为了快速、有效的封堵阀口，在封堵阀口的过程中，优选的电磁驱动装置施加在推杆上的应当较大幅度的大于泥浆的压力，也正是由于封堵过程中需要施加较大的推动力，因此撤销电流后剩磁产生的推力仍然较大。这也说明，在封堵阶段，电磁驱动装置提供的能量是过剩的，因此如果能够将该过剩的能量在封堵阶段暂时的存储起来，并在解除封堵的时候用于抵消剩磁带来的推力，则能够有效的减少电磁驱动装置的剩磁对推杆和堵头的复位影响，提高推杆和堵头的复位速度。

本发明创造的目的通过以下技术方案实现：

提供了一种井下脉冲发生器控制阀，包括阀口、泄流孔、堵头、推杆和电磁驱动装置，所述阀口与所述泄流孔连通，所述电磁驱动装置根据接收到的控制信号驱动所述推杆朝向所述阀口运动，以使所述堵头封堵/打开所述阀口，还包括回力弹簧，回力弹簧一端与推杆连接，另一端与堵头连接，所述推杆使所述回力弹簧形变进而驱动所述堵头封堵所述阀口，所述堵头封锁所述阀口时，所述回力弹簧对推杆和堵头的作用力大于流质对阀口堵头的压力。

其中，所述堵头开设有内腔，所述推杆朝向阀口的一端插设于所述内腔中。

其中，所述堵头的内腔腔壁或者外侧壁开设有凹槽，所述推杆前端设置有限位销轴，所述限位销轴插设于所述凹槽中，沿推杆往复运动方向所述凹槽的宽度大于所述限位销轴的宽度，从而使得推杆往复运动时所述限位销轴能够在凹槽中往复运动。

其中，所述堵头远离阀口的一端设置有第一阶台，所述推杆设置有第二阶台，所述回力弹簧一端固定于第一阶台，另一端固定于第二阶台。

其中，所述电磁驱动装置包括电磁线圈、导磁座和设置于导磁座中的活动衔铁，所述电磁线圈根据电控制信号产生驱动磁场，所述驱动磁场经控制阀的外壳传递至所述导磁座从而驱动活动衔铁朝向阀口运动，活动衔铁连接所述推杆。

其中，所述控制阀外壳的矫顽力Hc≤35A/m，最大导磁率μm≥0.012H/m，磁场强度为300A/m时磁感应强度B300≥1.1T。