專利名稱：井下遙控信號及其接收機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石油和地質(zhì)鉆井中用以控制、變換井下工具工況的遙控信號及該信號的接收機(jī)構(gòu)。
目前鉆井技術(shù)已由鉆直井發(fā)展到鉆定向井，叢式井，水平井或有更復(fù)雜要求的特殊井，這就需要在鉆柱下部多次更換某些特殊井下工具，如可變彎接頭，單螺桿鉆具，變向器，扶正器，取芯器及其它的工具。為了裝或拆這些井下工具就需起下鉆，這是一個很費(fèi)時，很繁瑣的操作過程。更有甚者如鉆井取芯時，操作過程要分步驟進(jìn)行，井下工況要變換但又不允許中間起鉆。這樣就需要由地面發(fā)出可靠的控制信號，通過井下的特殊接收機(jī)構(gòu)使井下工具的工況發(fā)生變化，以滿足工程技術(shù)的要求。
目前能見到的解決此問題的技術(shù)主要有三類;
(一)投球法;該方法是在方鉆桿上方開窗加蓋，使用時將蓋打開，投入一鋼球。鋼球落到鉆柱下部的接收機(jī)構(gòu)上，堵住一個活塞的中心孔，這時開泥漿泵，活塞就受到很大的推力向下運(yùn)動，作為井下工具工況變換的動力?；蛘吒晟埔恍?，在地面的泥漿管路上裝一投球機(jī)構(gòu)，在不停泵的情況下向管路中投入一鋼球。在美國專利4，286，676中描述了這種方法的應(yīng)用和其接收機(jī)構(gòu)。在法國專利1，252，703中描述了利用投入一錐棒的方法，應(yīng)屬于同一類。該方法的主要不足之處是(1)操作過程比較麻煩。(2)變換工況之后要把球釋放掉，并且還要有裝置把球接住、收留。很明顯，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計不能投很多的球，因此就限制了井下工況的多次變換。(3)該方法的使用范圍有局限性，如鉆桿濾清器，單螺桿鉆具，渦輪鉆具等不允許鋼球通過，這就限制了投球法的應(yīng)用。
(二)電信號法;若采用“有線的”電信號法，則一定要有一電纜，傳輸特定的電信號來控制井下工具的工況變換。電纜置于鉆桿之外要被井壁磨壞;放在鉆桿之內(nèi)接鉆桿時很難處理;若采用“無線的”電信號法，則由于井下的壓力和溫度構(gòu)成的環(huán)境極為復(fù)雜，無線電信號很難確定捕捉和有效地利用。因此該方法尚不能提出可行的具體方案，還只停留在探索階段。關(guān)于“有線的”電信號法，在美國專利4，286，676中多次提到，但對其所存在的電纜如何引到地面的困難并沒有具體的解決辦法。
(三)泥漿流量法;該方法是用大于正常工作的泥漿流量推動一有節(jié)流孔的活塞作為信號。其缺點(diǎn)是(1)增大流量可由加快柴油機(jī)轉(zhuǎn)速或更換缸套得到，但前者增加不多與正常流量區(qū)分不清，而后者操作過分麻煩。(2)常有較大的物體部分地堵了節(jié)流孔的現(xiàn)象發(fā)生，這就引起了誤動作。(3)整個泥漿通道任何一處受堵(如鉆頭水眼受堵)，泵壓必定上升，受堵部分一被憋開，泥漿排量就突然增大而出現(xiàn)誤動作。(4)當(dāng)鉆柱內(nèi)有空氣被壓縮，特別又同時上下活動鉆柱，流經(jīng)接收機(jī)構(gòu)的泥漿流量變化很大，很可能造成誤動作。(5)信號接收機(jī)構(gòu)在整個鉆井過程中都處于盲目的“等候”狀態(tài)，因此它不能保障捕捉的信號就是人為發(fā)出的有用的信號。法國專利2，575，393敘述了這種方法的多種結(jié)構(gòu)。
至今為止，已有技術(shù)中，還沒有找到不用人為設(shè)置另外信號源的可靠方法。而本發(fā)明的方法與已有技術(shù)最根本的不同之處，就在于根本不需要設(shè)置另外的信號源，便可向井下發(fā)送可靠的信號。多數(shù)可控井下工具在工況變化之后，并不能及時反饋回任何信息說明工況確實已經(jīng)變化了，對于這種情況本發(fā)明就更顯得特別適用。后面舉出的扶正器的實施例就是這樣。本發(fā)明發(fā)送信號的方法是利用鉆井設(shè)備本身存在的力學(xué)特性而得到的。這種信號來源于鉆井系統(tǒng)正常操作中發(fā)生的“反壓差”和“慣性力”等力學(xué)現(xiàn)象，把這些“現(xiàn)象”當(dāng)成一種“信號”，并通過特意設(shè)置的接收機(jī)構(gòu)，對該信號進(jìn)行準(zhǔn)確地捕捉和有效地利用。更具體地說，形成所需要的信號是在鉆井操作時，在某個常規(guī)動作下，通過鉆桿這個傳輸介質(zhì)，而自然地傳遞一種固定的速度波，使它得以有效地利用，這就是本發(fā)明的目的之一。
本發(fā)明的目的之二是根據(jù)上述發(fā)送信號的方法而提供三種不同的操作方式和與之對應(yīng)的接收機(jī)構(gòu)，通過這些機(jī)構(gòu)來達(dá)到控制井下工具工況的變換。
為了進(jìn)一步闡述本發(fā)明的目的，需要簡單地解釋一下“反壓差”和“慣性力”在井下的勢態(tài)。
(一)反壓差的存在及其特性
泥漿循環(huán)時，上游壓力恒大于下游壓力(忽略高度頭因素)，在同一深度比較，鉆柱內(nèi)部壓力恒大于外部壓力。規(guī)定這樣方向的壓差為“正壓差”則相反方向的壓差稱為“反壓差”。鉆具在正常鉆進(jìn)或循環(huán)泥漿時井內(nèi)永遠(yuǎn)只發(fā)生正壓差，而“反壓差”只是在起、下鉆或停止泥漿循環(huán)，上下活動鉆具的過程中發(fā)生。反壓差有兩個主要的特征，一個是數(shù)值很大且與鉆柱長度成正比，另一個是瞬間達(dá)到很大的數(shù)值且持續(xù)時間很短，即為脈沖性的。
(二)鉆柱上相連物體的“慣性力”的存在及其特性假設(shè)在鉆柱上有一長度較小的物體，其橫向尺寸及質(zhì)量不一定很小，以摩擦力或并非十分堅固的辦法固定在鉆柱上。當(dāng)鉆柱懸點(diǎn)運(yùn)動時，鉆柱各截面由上向下依次發(fā)生速度的突變。如果以鉆柱為參考系，當(dāng)與小物體相鄰的鉆柱突然發(fā)生速度時，小物體相對鉆柱來說立即有了突發(fā)的相對速度。由于相對速度的突發(fā)性，在力學(xué)中可以認(rèn)為慣性力無窮大。小物體立即有了相對動能，因此小物體不可避免地要產(chǎn)生相對位移。
這兩種特性的力學(xué)現(xiàn)象，常常對井下鉆具造成一定的損壞。在已有技術(shù)中，盡管對其物理本質(zhì)可能沒有本發(fā)明涉及得如此深刻，但對這種損壞必須采用不同于地面設(shè)備的措施才能避免的客觀現(xiàn)實卻已認(rèn)識到了。然而，還沒有任何一種技術(shù)設(shè)想把它變成一種有用的東西。本發(fā)明的技術(shù)核心正是把這種綜合的物理現(xiàn)象變成一種可以利用的信號。即只要簡單地上下活動鉆柱，就會在鉆柱中產(chǎn)生速度波，速度波傳到鉆桿下端，就會轉(zhuǎn)變成可利用的“反壓差”和“慣性力”這兩種新的信號。它們可以合并同時利用，也可以單獨(dú)利用。根據(jù)這種信號而設(shè)計出不同的操作方式和與之對應(yīng)的井下接收機(jī)構(gòu)來準(zhǔn)確地捕捉這一信號，并將此信號轉(zhuǎn)化成特定的動作。從而達(dá)到控制井下工具的工況的變換，即實現(xiàn)了本發(fā)明的目的一和目的二。


圖1是利用反壓差作為信號的原理圖。
圖2是利用慣性力作為信號的原理圖。
圖3是直接利用信號法的接收機(jī)構(gòu)示意圖。
圖4是限時捕捉信號法的接收機(jī)構(gòu)示意圖。
圖5A是捕捉無信號法的接收機(jī)構(gòu)示意圖。
圖5B是圖5A的接收機(jī)構(gòu)第一次開泵，受控件在上位示意圖。
圖5C是圖5A的接收機(jī)構(gòu)第二次開泵(停泵過程中沒有上下活動過鉆柱)，受控件在下位示意圖。
圖5D是圖5A的K-K剖視圖。
圖6是井下可控扶正器結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明上下活動鉆柱就會向井下發(fā)送反壓差和慣性力信號的原理。
眾所周知，鉆柱是一個很長的管柱，是一個彈性體。由于長度很大，它不僅彎曲剛度極小而且拉伸剛度也是很小的。泥漿也是可以發(fā)生體積變形的彈性體。前述的特性力學(xué)現(xiàn)象都是由于鉆柱和泥漿的彈性而產(chǎn)生的。設(shè)t＝0時，大鉤對管柱懸掛的力發(fā)生突然變化(例如在靜止時突然松開剎車，就把懸掛力突然變?yōu)榱?，管柱不是整體產(chǎn)生加速度，而是應(yīng)力波和速度波以聲在鋼中的速度C(5100米/秒)由井口向下傳播。設(shè)靜止時管柱的拉應(yīng)力為σ，突然釋放剎車，相當(dāng)于在懸點(diǎn)突加σ壓應(yīng)力。應(yīng)力波傳到鉆柱的某截面之前該截面靜止不動，當(dāng)應(yīng)力波傳播到該截面時它立即發(fā)生質(zhì)點(diǎn)速度v(質(zhì)點(diǎn)速度也就是速度，這里冠以“質(zhì)點(diǎn)”是為了明確與彈性波速度相區(qū)分，下同)。
v＝σC/E (1)其中E為鋼的彈性模量，σ為突加的壓應(yīng)力或應(yīng)力變化量。
突加常壓力作用下，在任意時間t可將管柱分為兩段，上段長Ct，各截面具有相同的質(zhì)點(diǎn)速度v，下段則因應(yīng)力波尚未傳到仍然靜止。如果管柱不是浸在泥漿中而是處于真空中，當(dāng)應(yīng)力波傳播到底面時經(jīng)過自由端的反射，底面將突發(fā)2v的速度。底面的運(yùn)動不是自由落體那樣的等加速運(yùn)動。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是底面的速度是突發(fā)的，由0無中間過程地突增到2v。這在剛體力學(xué)中是不可能的，但在彈性體力學(xué)中是完全正常的。管柱浸在泥漿中，當(dāng)應(yīng)力波傳播到管柱底面時將有一部分向上反射，一部分傳播給泥漿。底面突發(fā)kv的速度。k與泥漿的物理性能和管柱的直徑尺寸有關(guān)。以實際參數(shù)進(jìn)行計算，k＝1.4～1.7。底面突發(fā)的質(zhì)點(diǎn)速度造成管柱外泥漿受壓縮，而管柱內(nèi)泥漿受拉伸，這就使管柱內(nèi)外產(chǎn)生反壓差。反壓差的數(shù)值相當(dāng)大，設(shè)管柱長為1000米，反壓差的數(shù)值達(dá)到10MPa，且與管柱長度成正比。由于反壓差是在波傳播到底面的瞬時發(fā)生的，所以即使是開口管柱只要開口不很大，對反壓差的數(shù)值就沒有重要影響。上述反壓差是由于懸點(diǎn)突加壓應(yīng)力造成的，如果懸點(diǎn)突加拉應(yīng)力則造成脈沖性的正壓差，稱為運(yùn)動正壓差。
最大反壓差是發(fā)生在提升管柱的最后。在等速提升管柱時，大鉤加給管柱的拉應(yīng)力為σ。它與操作關(guān)系不大。停止時，由于石油鉆機(jī)的構(gòu)造，其操作過程必定是先脫開滾筒的離合器再用剎車。因此在剎車之前有極小一段時間懸點(diǎn)的應(yīng)力為零。這是最大的應(yīng)力突變，應(yīng)力由σ突變到0相當(dāng)于突加一個壓縮應(yīng)力σ。反壓差就是由壓縮應(yīng)力波及與之共存的質(zhì)點(diǎn)速度波向下傳播所造成的。由此可知;向下傳播的應(yīng)力波、突發(fā)的質(zhì)點(diǎn)速度、突發(fā)的底面速度、反壓差、以及下面解釋的慣性力，均與操作者的習(xí)慣、技巧等關(guān)系不大。
鉆井工程中遇到了兩個特殊力學(xué)因素，它們是一，懸掛著的幾千米長的彈性管柱，二，每次提升鉆柱的最后都發(fā)生幾十噸甚至上百噸的力的突變，這是在其它工業(yè)領(lǐng)域中所不會遇到的。
同理，以管柱為參考系，將管柱看成彈性體或看成剛體兩種觀點(diǎn)來討論固定在管柱上的另一物體因慣性力而造成的相對運(yùn)動其結(jié)果絕然不同。在突加力作用下彈性波的特點(diǎn)是當(dāng)波前未達(dá)到某一截面時，該截面的質(zhì)點(diǎn)速度為零，而波前一旦達(dá)到該截面，它就立即發(fā)生(1)式所確定的質(zhì)點(diǎn)速度v。因此當(dāng)波前一旦到達(dá)物體所在的管柱截面處，該處管柱發(fā)生突發(fā)的質(zhì)點(diǎn)速度而物體的速度仍然為零。以管柱為參考系可以認(rèn)為物體突然有了相對動能T＝mv2/2，即使物體與管柱有極大的摩擦力也不可避免地發(fā)生相對位移。
圖1是利用反壓差作為信號的原理圖。在鉆柱11的下部水平放置的活塞12，A端受環(huán)形空間的壓力，B端受鉆柱內(nèi)壓力?？刂沏@柱的運(yùn)動就可以控制正、反壓差，同時也就控制了活塞12在缸內(nèi)的左右位置。
圖2是利用慣性力作為信號的原理圖。在鉆柱21內(nèi)壁的密閉缸中，活塞22由彈簧23支承。圖示為重力和彈簧力的平衡位置。當(dāng)速度波沿鉆柱傳遞到活塞22所在的截面時，即使活塞受著極大的阻力，它也會向上或向下改變在缸內(nèi)的位置。
從以上原理可以看出，只要在鉆井操作中停止泥漿循環(huán)上下活動鉆柱或不活動鉆柱就可以決定井下的反壓差和與管柱連接的物體的慣性力。也就是說反壓差與慣性力信號是在停止泥漿循環(huán)時上下活動鉆柱而發(fā)出的。正常鉆井過程中經(jīng)常上下活動鉆柱。不論是否需要，因上下活動鉆柱而向井下不時地發(fā)出信號，因此就產(chǎn)生一個信號“捕捉”的問題，用以區(qū)分哪個信號是需要的，哪個信號是不需要的，這就是本發(fā)明的方法。本發(fā)明最主要的技術(shù)特征是針對井下工況變化的需要，采取不同的操作方法，并裝有與之對應(yīng)的井下接收機(jī)構(gòu)。根據(jù)不同的操作方式，可將信號接收機(jī)構(gòu)分為三類第一類直接利用信號法及其接收機(jī)構(gòu)。其操作方式是，只要人為地上下活動鉆柱，信號就發(fā)生，井下接收機(jī)構(gòu)就執(zhí)行特定的動作。這種接收機(jī)構(gòu)可以用于控制照相法中測斜儀的電源開關(guān)。圖3是這種方法應(yīng)用的一個實施例。目前單點(diǎn)測斜儀是由定時器控制開燈時間的。采用該方法后，可以改為由人在地面控制開燈。
當(dāng)鉆柱突然釋放(或上提過程中突然停止)時造成鉆柱外壓力突然升高△P;鉆柱內(nèi)應(yīng)力突然下降△P′。｜△P｜＝｜△P′｜。前面所說的反壓差＝｜△P｜+｜△P′｜。本機(jī)構(gòu)中只利用△P′。圖3中56是開關(guān)的觸點(diǎn)，測斜儀外殼55作為開關(guān)的另一觸點(diǎn)，當(dāng)觸點(diǎn)56與外殼55接觸時電路接通，平時它們是分開的?；钊?1與其上方的空氣包53有孔相通?；钊?1被彈簧59所推停留在右端。活塞缸的兩端均有孔與鉆柱內(nèi)泥漿相通，其中左端B孔很大，右端A孔很小。當(dāng)測斜儀在鉆柱內(nèi)下放時，環(huán)境應(yīng)力緩緩增高，泥漿通過濾網(wǎng)52過濾后經(jīng)小孔A緩緩流入空氣包53將空氣壓縮。下到測斜點(diǎn)后測斜儀靜止。為了發(fā)出信號將鉆柱突然下降或上提很小距離后突停，鉆柱內(nèi)的壓力會突然發(fā)生一個負(fù)脈沖，空氣包內(nèi)的泥漿要由A孔排出，但由于A孔很小來不及排出，因而泥漿同時將活塞51向左推動，從而推動觸點(diǎn)56使電路接通。圖中54為導(dǎo)線，58為橡膠密封板，腔室57中要充滿油以防環(huán)境壓力增大時其中空氣被壓縮，橡膠密封板向左變形而使電路接通。
鉆柱多次運(yùn)動可以產(chǎn)生多次負(fù)脈沖。為了避免將燈泡多次開亮應(yīng)在電路上適當(dāng)安排，使它開亮一次之后就不能再開亮了。電路作另行的安排也可以作為多點(diǎn)測斜儀的光源控制開關(guān)，多次將燈開亮。
第二類;限時捕捉信號法及其接收機(jī)構(gòu)。操作方式是活動鉆柱發(fā)出信號之后的一段規(guī)定時間內(nèi)開泵，接收機(jī)構(gòu)可以捕捉到此信號，過了這段時間再開泵則這個信號作廢。圖4是這種方法應(yīng)用的一個實施例。這是一個按要求將預(yù)藏的鋼球拋出的裝置。以外殼61上下端的螺紋連接于鉆柱的下部，當(dāng)發(fā)生反壓差時泥漿由外殼61的孔61a處推開單向閥的鋼球62按箭頭的方向流入鉆柱并將鋼球63托起至63′。這時滑套64的位置較高，外殼61上的孔61b與滑套上的孔64a錯開，鋼球不可能進(jìn)入滑套64。反壓差作用之后單向閥62關(guān)閉。鋼球63與孔61b的直徑相差不多，故鋼球下落很慢，需經(jīng)過規(guī)定的時間t才能下落至孔61c的高度。這時孔61c是被滑套64堵住的。若在t時間之前開泥漿泵，泥漿流經(jīng)孔64b產(chǎn)生壓力降，滑套64被推下使孔61b和孔64a對正。同時泥漿由64c孔流入至環(huán)形槽64d，這時環(huán)形槽64d與孔61c相通，故泥漿由孔61c流入孔61b，向上流入孔64a。這一股泥漿把鋼球推入孔64b，完成將鋼球拋入鉆柱的動作。若在t時間之后，鋼球已落到孔61c之下才開泥漿泵，由孔64c→環(huán)形槽64d→孔61c→孔64a→孔64b的這股泥漿同樣地流動，但對鋼球63則毫無作用，不完成將鋼球拋入鉆柱的動作。
停泵時由彈簧65使滑套64向上復(fù)位。
導(dǎo)向鍵66的作用是使滑套64在上下滑動時孔61b和孔64a在圓周方向始終對正。
滑套64上下滑動時彈簧65所在的環(huán)形腔的容積發(fā)生變化而形成滑套64的阻尼，除了開泵之外，鉆柱運(yùn)動造成的正壓差不能使滑套64下移到底。
第三類;捕捉“無信號”法及其接收機(jī)構(gòu)。該方法的接收機(jī)構(gòu)接收的是停泵與下次開泵之間發(fā)出的信號。其操作方式為兩種形式。在停泵與下次開泵之間這段時間內(nèi)，一種形式為活動鉆柱，發(fā)出信號，可使接收機(jī)構(gòu)的受控件處于上位位置;另一種形式為不活動鉆柱，不發(fā)出信號，再次開泵則接收機(jī)構(gòu)的受控件處于下位位置。在正常鉆井過程中總會不時地上下活動鉆柱，但是在停泵與下次開泵的時間間隔內(nèi)有意地上下活動鉆柱或者不活動鉆柱，完全可由人掌握。甚至這次停泵完全是為了得到受控件處于下位位置。把停泵之后不上下活動鉆柱作為一種信號的處理方式而改變接收機(jī)構(gòu)的受控件的位置，這樣作實際上是捕捉一個“無信號”。該操作方法是本發(fā)明最重要的一種操作方法其具體實施方式
將在下面詳細(xì)敘述。
圖5A是這種信號接收機(jī)構(gòu)的示意圖。它的外殼301上下端的螺紋連接于鉆柱的下部。由地面發(fā)出信號來控制接收機(jī)構(gòu)受控件311在上或在下的兩種位置。受控件311兩處與O形圈302配合的柱面直徑相等。上止動塊305和下止動塊310分別有壓簧306和拉簧321(見圖5D)使它們靠向中心。當(dāng)未開泥漿泵而有反壓差作用時(慣性力也同時作用)受控件311上移至頂位如圖5A，上彈簧303被壓縮，上止動塊305一半在外殼301的槽內(nèi)一半在控制套304的槽內(nèi)，下止動塊310則完全在控制套304的槽內(nèi)。堵蓋313和彈簧314是為了將通道部分堵住以增加向上推力而設(shè)的，它們不是必需的。第一次開泥漿泵，泥漿流經(jīng)中心孔而造成正壓差推動受控件311向下，起初控制套304不能動。受控件311下移時通過螺釘316壓縮彈簧317，另一方面，其上錐槽面通過上推柱309和下推柱315把上、下止動塊同時向外推，當(dāng)上止動塊305被完全推入外殼301的槽中而解鎖時，控制套304就可以下移了。這時下止動塊310已經(jīng)處于一半在外殼301的槽內(nèi)，一半在控制套304的槽內(nèi)的鎖住狀態(tài)。所以控制套304下移一距離后因下止動塊301而受阻，如圖5B的情況，受控件311在上位。這時受控件311壓在控制套304上，彈簧317是被壓縮的。停泥漿泵后無壓差作用，起初彈簧317使受控件311上移而控制套不動，當(dāng)受控件311向上碰到了控制套304時下止動塊310因拉簧321的作用移向中心而解鎖。結(jié)果上、下止動塊均不起作用，上彈簧303可將它們向下推如圖5C。如果推下的距離較小，只要停在頂位之下即可。此后的操作有兩種選擇，如果上下活動鉆柱，則恢復(fù)如圖5A，開泵則受控件在上位;如果不活動鉆柱再次開泵則為圖5C，受控件311在下位。總之，根據(jù)操作方法司鉆可以控制受控件311在上位或是在下位。
上面所述的工作循環(huán)可以簡單表示如下。
工作循環(huán)中每個動作都是可靠的。值得注意的是O形圈302的磨擦力的不穩(wěn)定性，應(yīng)按其可能出現(xiàn)的最大值來設(shè)計上彈簧303、彈簧317和受控件311的中心孔的直徑。如果O形圈303的摩擦力大，就需要加大兩種彈簧的彈力和減小中心孔直徑。后者要消耗一部分泥漿動力。
在兩O形圈之間的腔室內(nèi)注滿潤滑油使運(yùn)動副不與含砂的泥漿接觸。
在具體的設(shè)計圖紙上還有兩個實際問題需要注意。
(1)當(dāng)在圖5A情況時由于鉆柱的運(yùn)動顯然還可能遇到運(yùn)動正壓差，必須避免運(yùn)動正壓差起了第一次開泵的作用，而真正開泵時受控件311不在上位而在下位。這是很容易作到的，因為運(yùn)動正壓差和開泵正壓差有明顯的區(qū)別。運(yùn)動正壓差的持續(xù)時間很短而開泵的正壓差隨開泵時間持續(xù)，它總是很長的。受控件311凸臺以下的油腔Q在受控件311向下運(yùn)動的過程中容積要變小，密封圈318的作用是使Q腔內(nèi)的油向上漏得較慢而構(gòu)成受控件311的阻尼，運(yùn)動正壓差只能將受控件311推下一很小距離，不起作用，而循環(huán)正壓差卻可緩緩將它推下。為了向上運(yùn)動自由，密封圈318只起單方向密封作用。
(2)兩O形圈302之間的腔室在裝配時注潤滑油很難保證絕對注滿不留空氣。為此設(shè)置潤滑油的補(bǔ)償器312，它的內(nèi)外配合面都有O形圈(302和319)。如果油腔內(nèi)存有少量空氣，當(dāng)環(huán)境壓力增大時補(bǔ)償器向上移動一小距離，以達(dá)到油腔內(nèi)外壓力平衡。由此會引起受控件311的下位提高少許。
圖6是由圖5所示的信號接收機(jī)構(gòu)控制的井下可控扶正器的一種實施例。司鉆可由地面控制它在井下工作或者不工作。該扶正器的上端與圖5所示的信號接收機(jī)構(gòu)相連，然后整體裝在鉆柱的下部。扶正塊404是可以沿徑向移動的。在圖5中我們已經(jīng)可以控制受控件311的上位和下位。當(dāng)受控件311在上位時，泥漿由活塞402的中心孔流過，阻力很小，因彈簧405的推力活塞402不下降，扶正塊404所組成的外圓較小不起扶正作用;當(dāng)受控件311在下位時，將活塞402的中心孔幾乎被堵死，泥漿向下推動活塞402的力很大，把活塞402推下，通過推柱403將扶正塊404徑向頂出，它們所組成的外圓為工作尺寸，起扶正作用。
由控制信號接收機(jī)構(gòu)的上位和下位可以進(jìn)而控制多種井下可控工具的工況改變。
在此進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)的是活動鉆柱并不限定方向，向上、向下、上下亂動均可。因為任何動作都會發(fā)生懸點(diǎn)應(yīng)力突減的過程而造成反壓差和向上的慣性力。
本發(fā)明所提出的信號、井下遙控的方法及信號接收裝置有如下優(yōu)點(diǎn)1，無需增加任何設(shè)備作為信號源。
2，對于正常鉆井操作，不加任何限制。
3，在接收信號時，對第一類接收機(jī)構(gòu)沒有任何要求，對第二類接收機(jī)構(gòu)僅需掌握開泵的時間，對第三類接收機(jī)構(gòu)僅需掌握停泵期間是否上下活動鉆柱，為了不活動鉆柱可以對泵進(jìn)行開-停-開操作就達(dá)到目的了。
4，圖5所示的信號接收機(jī)構(gòu)工作可靠，重要的摩擦副均在油中工作，不與泥漿接觸。
5，由于信號可靠，井下可控工具的工況是否已經(jīng)按要求變換無須信息返回。
6，第二、三類信號接收機(jī)構(gòu)的信號可以重復(fù)發(fā)出并不改變信號的意義。例如圖5所示的第三類，捕捉“無信號”法接收機(jī)構(gòu)，為了使受控件311處于上位，多次重復(fù)上下活動鉆柱與上下活動一次的結(jié)果相同;為了使受控件311處于下位，進(jìn)行一次開-停-開操作或進(jìn)行多次的結(jié)果相同。
權(quán)利要求
1.一種利用鉆井中的正常操作而向井下發(fā)送和利用信號的方法，這種方法指的是在停止泥漿循環(huán)時上下活動鉆柱，將鉆柱作為傳輸介質(zhì)，傳遞一種固定的速度波，這種速度波在井下使泥漿產(chǎn)生反壓差，使與鉆柱相連的物體產(chǎn)生慣性力，本發(fā)明的特征是不設(shè)置外加的信號源，利用這種反壓差和慣性力作為向井下發(fā)送的信號，發(fā)送信號有三種操作方式，與之對應(yīng)有三種接收機(jī)構(gòu)。它們包括a，直接利用信號法和接收機(jī)構(gòu)；b，限時捕捉信號法和接收機(jī)構(gòu)；c，在停泵和下次開泵之間，捕捉“無信號”法和接收機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在鉆柱的底部裝有直接利用信號法的接收機(jī)構(gòu)，其操作過程是只要上下活動鉆柱信號就發(fā)生，接收機(jī)構(gòu)就執(zhí)行特定的動作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在鉆柱的底部裝有限時捕捉信號的接收機(jī)構(gòu)，其操作過程是只要上下活動鉆柱，發(fā)出信號之后的一段時間內(nèi)開泵，接收機(jī)構(gòu)就捕捉此信號，執(zhí)行特定的動作，過了這段時間再開泵，此信號的作用消失。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在鉆柱的底部裝有捕捉“無信號”發(fā)送法的接收機(jī)構(gòu)，其操作過程是在停泵和下次開泵之間這段時間內(nèi)，上下活動鉆柱發(fā)出信號，接收機(jī)構(gòu)的受控件處于一個指定位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在鉆柱的底部裝有捕捉“無信號”法的接收機(jī)構(gòu)，操作過程是在停泵和下次開泵之間這段時間內(nèi)，不活動鉆柱，不發(fā)出信號，再次開泵，則接收機(jī)構(gòu)的受控件處于另一個指定位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4和5所述的方法的接收機(jī)構(gòu)，其特征在于該接收機(jī)構(gòu)的受控件是一個可以在殼體內(nèi)移動的桿狀體，受控件的運(yùn)動通過兩種止動塊受控制套的控制，兩種止動塊均受彈簧的作用，受控件在接受信號作用時有儲存能量的彈簧，控制套也受彈簧的作用，除受控件的端部外，接收機(jī)構(gòu)均在油中工作，隔離油和泥漿的兩個O形圈的直徑相等。
全文摘要
一種利用鉆井中的正常操作而向井下發(fā)送和利用信號的方法。這種方法指的是在停止泥漿循環(huán)時上下活動鉆柱，將鉆柱作為傳輸介質(zhì)，傳遞一種固定的速度波。這種速度波在井下使泥漿產(chǎn)生反壓差、使與鉆柱相連的物體產(chǎn)生慣性力。本發(fā)明利用這種反壓差和慣性力作為向井下發(fā)送的信號，并根據(jù)不同的操作方式和與之對應(yīng)的接收機(jī)構(gòu)對該信號進(jìn)行捕捉和利用，從而達(dá)到準(zhǔn)確、方便地控制和變換井下工具工況的目的。
文檔編號E21B47/12GK1053655SQ90100178
公開日1991年8月7日 申請日期1990年1月17日 優(yōu)先權(quán)日1990年1月17日
發(fā)明者謝竹莊 申請人:石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院機(jī)械研究所