專利名稱：一種鉆井井下參數(shù)振動(dòng)波傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于石油鉆井過程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的井下參數(shù)信息傳輸裝置，屬 石油鉆井工程隨鉆測(cè)試技術(shù)類。
背景技術(shù)：
在石油鉆井施工過程中，為了 了解正在鉆進(jìn)的施工井的井眼軌跡或地層參 數(shù)，需要對(duì)施工井進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，將所需的測(cè)量參數(shù)及時(shí)迅速地傳遞到地面。 目前，現(xiàn)場(chǎng)通常采用的施工井井下參數(shù)測(cè)試方法是1)停鉆、停泵后，卸開鉆 具，通過測(cè)斜絞車在鉆桿中下入測(cè)斜儀器進(jìn)行井斜和方位測(cè)量；2)在鉆具中， 接上隨鉆測(cè)量的泥漿脈沖傳感裝置MWD系統(tǒng)進(jìn)行井斜、方位或地層參數(shù)測(cè)量。 上述方法中，第一種方法需要停泵、停鉆，每次測(cè)量要幾個(gè)小時(shí)，費(fèi)工耗時(shí)， 由于停泵時(shí)間較長(zhǎng)，常常會(huì)造成鉆具卡鉆事故，且只能測(cè)量當(dāng)前井深的參數(shù)， 實(shí)時(shí)性差；第二種方法雖施工方便，但大多為進(jìn)口設(shè)備，設(shè)備費(fèi)用高，維護(hù)費(fèi) 用昂貴，并需要配備專門的施工隊(duì)伍， 一般只用在水平井上，不能大范圍推廣， 使其應(yīng)用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能在井下長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作且不需要補(bǔ)充電能并 可為鉆井過程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)傳輸井下參數(shù)信息的鉆井井下參數(shù)振動(dòng)波傳輸裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下。此種傳輸裝置由上接頭、動(dòng)子套筒、動(dòng)子磁鐵組、 密封圈、上軸承、下軸承、定位短絲、底座、金屬導(dǎo)線護(hù)套、定子線圈、定子 軸、渦輪葉片、定子鐵芯、密封材料、控制器、電磁振蕩器、參數(shù)傳感器、內(nèi) 筒、外筒和地面接收裝置組成，外筒上端以螺紋連接有上接頭，外筒內(nèi)上部設(shè) 有動(dòng)子套筒，動(dòng)子套筒內(nèi)側(cè)設(shè)有動(dòng)子磁鐵組、定子線圈、定子鐵芯和定子軸， 定子線圈鑲嵌在定子鐵芯中，定子鐵芯通過花鍵固定在定子軸上，定子軸上下 方分別設(shè)有上軸承和下軸承；動(dòng)子套筒外壁設(shè)有渦輪葉片，下端內(nèi)圓面的密封 槽內(nèi)設(shè)有密封圈，通過定位短絲將其壓緊；定子軸下部固定在底座上，金屬導(dǎo) 線護(hù)套上端固定在定子軸底部，下端穿過密封材料與控制器相連接；外筒內(nèi)下部設(shè)有內(nèi)筒，內(nèi)外筒之間由上至下依次設(shè)有密封材料、控制器、電磁振蕩器和 參數(shù)傳感器，并用導(dǎo)線依次相連接。
鉆井施工時(shí)，將該裝置組裝在井下鉆柱上，上下端分別與鉆桿和鉆鋌相連 接，鉆井過程中，鉆桿內(nèi)的泥漿流體沖擊動(dòng)子套筒壁上的葉片旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)動(dòng)子 磁鐵組沿著定子線圈組和鐵芯轉(zhuǎn)動(dòng)，在線圈組內(nèi)產(chǎn)生瞬時(shí)電流，通過三相全橋 整流電路將三組交變的交流電整流成直流電，將參數(shù)傳感器接收的模擬或脈沖 信號(hào)經(jīng)過釆集及數(shù)字編碼，以與數(shù)字編碼相對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)電磁振蕩器帶 動(dòng)鉆桿振動(dòng)，通過振動(dòng)鉆桿將井下信息傳到設(shè)置在井口鉆具上的接收裝置。由 于兩塊電磁振蕩器的相位呈相反設(shè)置，二者相對(duì)安裝，因而產(chǎn)生的振動(dòng)波波形 增強(qiáng)，振動(dòng)功率提高。井內(nèi)鉆柱將振動(dòng)波傳到設(shè)置在井口鉆具的聲波接收裝置， 進(jìn)行信號(hào)濾波、放大及解調(diào)，還原成對(duì)應(yīng)的參數(shù)數(shù)值，這樣即可及時(shí)獲得井下 參數(shù)資料，并對(duì)鉆進(jìn)過程加以相應(yīng)控制或調(diào)整。該裝置由于通過即時(shí)發(fā)電驅(qū)動(dòng)， 因而不需附加任何電源，且使用壽命長(zhǎng)。本發(fā)明能夠傳輸井下井斜、方位、壓 力、地層參數(shù)等各種參數(shù)信息，為鉆井井下參數(shù)信息的傳輸提供一個(gè)新的途徑。
本發(fā)明構(gòu)思新穎，設(shè)計(jì)合理，工作可靠。它利用鉆柱內(nèi)的流體旋轉(zhuǎn)發(fā)電， 用瞬時(shí)產(chǎn)生的電能驅(qū)動(dòng)大功率電磁振蕩器使鉆桿振動(dòng)，傳輸參數(shù)信息，能長(zhǎng)時(shí) 間在井下工作。利用該裝置可以方便、及時(shí)、準(zhǔn)確地獲得鉆井井下參數(shù)信息， 達(dá)到實(shí)時(shí)測(cè)量鉆進(jìn)井眼軌跡控制和地層參數(shù)的目的。


圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖，其中標(biāo)號(hào)"20"為井壁或套管。
圖2為A — A剖面視圖
圖3為本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施加以說明。如圖1所示，本發(fā)明由上接頭l、動(dòng)子套筒2、上軸承3、定子線圈4、定 子鐵芯5 、動(dòng)子磁鐵6 、定子軸7 、渦輪葉片8、下軸承9 、密封圈1 0 、定位 短絲11、底座12、金屬導(dǎo)線護(hù)套13、密封材料14、控制器15、電磁振蕩器16、 參數(shù)傳感器17、內(nèi)筒18、外筒19、地面接收裝置21 (圖中未畫出)組成，其 結(jié)構(gòu)、組裝關(guān)系如下外筒19上端以螺紋連接有上接頭1 ，外筒l 9內(nèi)上部設(shè) 有動(dòng)子套筒2，動(dòng)子套筒2內(nèi)側(cè)設(shè)有動(dòng)子磁鐵組6、定子線圈4、定子鐵芯5和 定子軸7，定子線圈4鑲嵌在定子鐵芯5中，定子鐵芯5通過花鍵固定在定子 軸7上，定子軸7上下方分別設(shè)有上軸承3和下軸承9，動(dòng)子套筒2外壁設(shè)有渦 輪葉片8，動(dòng)子套筒2下端內(nèi)圓面的密封槽內(nèi)設(shè)有密封圈10，通過定位短絲11 將密封圈10壓緊；定子軸7下部固定在底座12上，金屬導(dǎo)線護(hù)套13上端固定 在定子軸7的底部，下端穿過密封材料14與控制器1 5相連，外筒1 9內(nèi)下部 設(shè)有內(nèi)筒18，內(nèi)外筒之間由上至下依次設(shè)有密封材料14、控制器15、電磁振 蕩器16和參數(shù)傳感器1 7，并用導(dǎo)線依次相連接，內(nèi)筒18下端以螺紋與外筒1 9相連接。
其中，動(dòng)子套筒2為一上端呈圓錐形的金屬筒體，其外壁設(shè)有渦輪葉片8， 內(nèi)側(cè)的動(dòng)子磁鐵組6通過螺栓和鉚釘與筒體固定。 上軸承2為深溝滾珠軸承，采用金屬軸承。 定子鐵芯5為冷軋沖壓的硅鋼片。 下軸承9為推力軸承，可采用金屬軸承或陶瓷軸承。 定位短絲11為一外側(cè)加工有陽(yáng)螺紋的鋼環(huán)。 底座12為一帶有多孔的金屬絲堵。 金屬導(dǎo)線護(hù)套13為金屬管。
動(dòng)子磁鐵組6可選用鐵氧體、磁鋼、釹鐵硼、釤鈷之一加工，其上設(shè)有固定 用螺孔。
定子線圈4由多個(gè)漆包線線圈嵌入定子鐵芯5槽中，分三組連接，每組相位
按l 2 0度依次排列。
控制器1 5由單片機(jī)及三相全橋整流電路和壓頻控制電路組成。 電磁振蕩器16相對(duì)設(shè)置在內(nèi)筒18和外筒19之間，每組電磁振蕩器分別
由繞有線圈的磁鐵組成，兩塊電磁振蕩器的相位呈相反設(shè)置。電磁振蕩器也可
以采用壓電陶瓷等其它類型振蕩器。 '參數(shù)傳感器17可以是溫度、壓力、井斜、方位、自然伽馬和電阻率等參數(shù) 傳感器。
內(nèi)筒]8為不銹鋼材料制作的圓筒體，其下端設(shè)有與外筒連接用的陽(yáng)螺紋。 外筒19為不銹鋼管，其上下端分別設(shè)有與鉆桿、鉆鋌連接用的陰螺紋和陽(yáng)
螺紋，其下部凸出，用于設(shè)置密封材料14、控制器15、電磁振蕩器16和參數(shù) 傳感器17，并設(shè)有與內(nèi)筒18連接用的陰螺紋。
地面接收裝置21采用聲波接收傳感器，其安裝在井口鉆具上，接收井下振 動(dòng)聲波信號(hào)，通過單片機(jī)控制對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、放大、濾波，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化 成數(shù)值信號(hào)，并由儀器或計(jì)算機(jī)接收處理。
圖3所示結(jié)構(gòu)與圖l所示結(jié)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)相似，不同之處在與渦輪葉片設(shè) 置在動(dòng)子套筒的內(nèi)壁，上下軸承和密封圈在動(dòng)子套筒的外側(cè)。
權(quán)利要求
1. 一種鉆井井下參數(shù)振動(dòng)波傳輸裝置，由上接頭(1)、動(dòng)子套筒(2)、上軸承(3)、定子線圈(4)、定子鐵芯(5)、動(dòng)子磁鐵(6)、定子軸(7)、渦輪葉片(8)、下軸承(9)、密封圈(10)、定位短絲(11)、底座(12)、金屬導(dǎo)線護(hù)套(13)、密封材料(14)、控制器(15)、電磁振蕩器(16)、參數(shù)傳感器(17)、內(nèi)筒(18)、外筒(19)、地面接收裝置(21)組成，其特征在于外筒(19)上端以螺紋連接有上接頭(1)，外筒(19)內(nèi)上部設(shè)有動(dòng)子套筒(2)，動(dòng)子套筒(2)內(nèi)側(cè)設(shè)有動(dòng)子磁鐵組(6)、定子線圈(4)、定子鐵芯(5)和定子軸(7)，定子線圈(4)鑲嵌在定子鐵芯(5)中，定子鐵芯(5)通過花鍵固定在定子軸(7)上，定子軸(7)上下方分別設(shè)有上軸承(3)和下軸承(9)，動(dòng)子套筒(2)外壁設(shè)有渦輪葉片(8)，動(dòng)子套筒(2)下端內(nèi)圓面的密封槽內(nèi)設(shè)有密封圈(10)，通過定位短絲(11)將密封圈(10)壓緊；定子軸(7)下部固定在底座(12)上，金屬導(dǎo)線護(hù)套(13)上端固定在定子軸(7)的底部，下端穿過密封材料(14)與控制器(15)相連，外筒(19)內(nèi)下部設(shè)有內(nèi)筒(18)，內(nèi)外筒之間由上至下依次設(shè)有密封材料(14)、控制器(15)、電磁振蕩器(16)和參數(shù)傳感器(17)，并用導(dǎo)線依次相連接，內(nèi)筒(18)下端以螺紋與外筒(19)相連接。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的鉆井井下參數(shù)振動(dòng)波傳輸裝置，其特征在于所述 的電磁振蕩器(1 6)相對(duì)設(shè)置在內(nèi)筒(1 8)和外筒(1 9)之間，每組電磁振蕩器分別 由繞有線圈的磁鐵組成，兩塊電磁振蕩器的相位呈相反設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鉆井井下參數(shù)振動(dòng)傳輸裝置，由上接頭、動(dòng)子套筒、上軸承、定子線圈、定子鐵芯、動(dòng)子磁鐵、定子軸、渦輪葉片、下軸承、密封圈、定位短絲、底座、金屬導(dǎo)線護(hù)套、密封材料、控制器、電磁振蕩器、參數(shù)傳感器、內(nèi)筒、外筒、地面接收裝置組成，外筒上端連接有上接頭，外筒內(nèi)上部設(shè)有動(dòng)子套筒，動(dòng)子套筒內(nèi)側(cè)設(shè)有動(dòng)子磁鐵組、定子線圈、定子鐵芯和定子軸，套筒外壁設(shè)有渦輪葉片；該裝置利用鉆桿內(nèi)流體旋轉(zhuǎn)動(dòng)作發(fā)電，用瞬時(shí)產(chǎn)生的電能驅(qū)動(dòng)電磁振蕩器使鉆桿振動(dòng)，向地面?zhèn)鬏攨?shù)信息，能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)用于鉆井施工作業(yè)。利用該裝置可以方便、及時(shí)、準(zhǔn)確地獲得鉆井井下參數(shù)信息，達(dá)到實(shí)時(shí)測(cè)量鉆進(jìn)井井眼軌跡和地層的目的。
文檔編號(hào)E21B47/12GK101302929SQ200810098430
公開日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日
發(fā)明者張洪新 申請(qǐng)人:張洪新