本發(fā)明涉及一種用于模擬井下連續(xù)波信號的發(fā)生和檢測的實驗裝置，特別涉及一種連續(xù)波脈沖發(fā)生器風洞模擬實驗裝置。

背景技術(shù)：

目前，在石油鉆井行業(yè)的隨鉆測量領(lǐng)域，鉆井液連續(xù)壓力波信息傳輸方式代表著無線隨鉆測量技術(shù)的發(fā)展方向。該傳輸方式最早是在1977年提出的，目前，Schlumberger、Baker Hughes、Halliburton和APS等公司擁有相關(guān)產(chǎn)品或技術(shù)，其技術(shù)相對已經(jīng)成熟。連續(xù)波鉆井液高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)研究能夠突破隨鉆測控技術(shù)發(fā)展的瓶頸，推動隨鉆測井及地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)更好地為石油勘探開發(fā)服務(wù)，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟和社會效益。

目前，國內(nèi)開發(fā)的無線隨鉆測量系統(tǒng)大多是以正脈沖泥漿壓力波傳輸?shù)模瑢B續(xù)波信號的發(fā)生和傳輸階段的理論研究以及MWD設(shè)備的研制還處于起初階段。對連續(xù)波泥漿脈沖發(fā)生器的研究，幾乎還是空白。連續(xù)波泥漿脈沖發(fā)生器研制有兩個關(guān)鍵的地方，一個是轉(zhuǎn)子和定子轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)的確定，另一個是連續(xù)波信號處理。而對于以上兩個關(guān)鍵點如果僅僅通過數(shù)值模擬來分析的話，由于井下儀器工作環(huán)境比較復(fù)雜，很難真實地模擬連續(xù)波儀器井下工作的實際狀況，因此有必要開展連續(xù)波脈沖發(fā)生器實驗裝置的設(shè)計和研發(fā)。通過該裝置可以開展以下方面的研究：1）研究信號波形隨閥口形狀、轉(zhuǎn)定子軸向間隙、信號頻率的變化規(guī)律；2）研究水力轉(zhuǎn)閥隨閥口形狀、轉(zhuǎn)子厚度、轉(zhuǎn)子葉片傾角、轉(zhuǎn)子閥瓣個數(shù)、流量、信號頻率的變化規(guī)律；3）研究連續(xù)波信號在管路中的反射、疊加現(xiàn)象。對工作在井下的信號發(fā)生器設(shè)計與控制，由于其所處的特殊工況環(huán)境，進行井下實驗成本高、周期長，且受多種因素制約。根據(jù)動力相似理論，空氣動力與鉆井液具有相似的雷諾系數(shù)，可以利用空氣動力模擬鉆井液流動，基于此理念可以采用風洞實驗裝置可模擬復(fù)雜的井下作業(yè)環(huán)境。中國專利（ZL201120235402.1）公布了一種連續(xù)波信號發(fā)生器風洞模擬實驗裝置，該裝置在一定程度上可以模擬井下信號發(fā)生器的設(shè)計與控制過程，但是也存在一定的問題，無法模擬鉆頭處反射，而鉆頭處反射信號對連續(xù)波信號影響較大，因此，設(shè)計了一種用于連續(xù)波脈沖發(fā)生器的可以模擬鉆頭反射的風洞實驗裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種更加方便、快捷、廉價地模擬井下連續(xù)波發(fā)生器工作狀態(tài)的連續(xù)波脈沖發(fā)生器風洞實驗裝置。

一種連續(xù)波脈沖發(fā)生器風洞實驗裝置，包括鼓風機1、信號發(fā)生器轉(zhuǎn)閥6、傳動軸8、電機10、實驗段外殼體12和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，鼓風機1的出風管與實驗段外殼體12密封連接構(gòu)成貫通風道，信號發(fā)生器轉(zhuǎn)閥6、傳動軸8和電機10設(shè)在實驗段外殼體12內(nèi)，信號發(fā)生器轉(zhuǎn)閥6包括與實驗段外殼體12連接的定子和與電機10傳動軸8連接的轉(zhuǎn)子,其中：在鼓風機1的出風管上連接旁通管和旁通閥2、空氣流量計3,在信號發(fā)生器轉(zhuǎn)閥6的進風端的實驗段外殼體12內(nèi)設(shè)置壓力傳感器陣列5,在信號發(fā)生器轉(zhuǎn)閥6的進/出風端的實驗段外殼體12內(nèi)設(shè)置壓差傳感器7,在傳動軸8上設(shè)置扭矩傳感器9, 空氣流量計3、壓力傳感器陣列5、壓差傳感器7、扭矩傳感器9通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與上位機連接；在實驗段外殼體12出風端還密封連接有連接模擬鉆頭11，模擬鉆頭11上分布若干與風道貫通的水眼，在模擬鉆頭11外設(shè)置U型阻風罩13，U型阻風罩13封閉端與模擬鉆頭11工作面端相對。

上述方案進一步包括：

設(shè)在實驗段外殼體12內(nèi)的信號發(fā)生器轉(zhuǎn)閥6定子與轉(zhuǎn)子間距為可調(diào)節(jié)設(shè)置。可調(diào)節(jié)設(shè)置方式包括：定子與實驗段外殼體12固定連接，轉(zhuǎn)子通過固定銷與傳動軸滑動鎖定配合；或者定子與實驗段外殼體12通過固定銷滑動鎖定配合，轉(zhuǎn)子與傳動軸固定連接。

鼓風機1與實驗段外殼體12以及實驗段外殼體12與模擬鉆頭11均通過法蘭連接構(gòu)成直通風道。

本實驗裝置在基于動力相似的基礎(chǔ)上更加方便、快捷、廉價地模擬井下連續(xù)波發(fā)生器工作狀態(tài)，所需動力小，系統(tǒng)壓力低，拆裝方便，以空氣為介質(zhì)不需要建立完全封閉的環(huán)路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該實驗裝置不僅能夠模擬井下信號發(fā)生器的設(shè)計與控制過程，研究信號波形隨閥口形狀、轉(zhuǎn)定子軸向間隙、信號頻率的變化規(guī)律，研究水力轉(zhuǎn)閥隨閥口形狀、轉(zhuǎn)子厚度、轉(zhuǎn)子葉片傾角、轉(zhuǎn)子閥瓣個數(shù)、流量、信號頻率的變化規(guī)律，還能夠模擬井下鉆頭反射，研究連續(xù)波信號在管路中的反射、疊加現(xiàn)象。該裝置為連續(xù)波脈沖發(fā)生器的研制提供強有力的技術(shù)保障。

附圖說明：

圖1為連續(xù)波脈沖發(fā)生器風洞實驗裝置結(jié)構(gòu)示意簡圖。

1、鼓風機， 2、旁通閥，3、空氣流量計，4、法蘭，5、壓力傳感器陣列，6、信號發(fā)生器轉(zhuǎn)閥，7、壓差傳感器，8、傳動軸，9、扭矩傳感器，10、電機，11、模擬鉆頭，12、實驗段外殼體，13、U型阻風罩。

具體實施方式：

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

如圖1所示，本發(fā)明提出的一種連續(xù)波脈沖發(fā)生器風洞實驗裝置包括：鼓風機1、旁通閥2、空氣流量計3、法蘭4、壓力傳感器陣列5、信號發(fā)生器轉(zhuǎn)閥6、壓差傳感器7、傳動裝置8、扭矩傳感器9、電機10、模擬鉆頭11、實驗段外殼體12、U型阻風罩13。空氣流量計3、壓力傳感器陣列5、壓差傳感器7、扭矩傳感器9測量的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與上位機連接。根據(jù)設(shè)計的流量要求，鼓風機1產(chǎn)生的風量在經(jīng)過旁通閥2時，可以通過調(diào)節(jié)旁通閥2的開關(guān)，同時監(jiān)測空氣流量計3數(shù)值以達到設(shè)計的流量范圍。

在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的過程中，轉(zhuǎn)閥口從最大流通面積變化到最小流通面積，然后再從最小流通面積變化到最大流通面積。當轉(zhuǎn)閥流通面積增大時，氣體流動暢通，壓力減?。划斄魍娣e減小時，氣體流動受阻，壓力增大。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中，轉(zhuǎn)子與定子之間切割流體，產(chǎn)生不同的壓力差，從而產(chǎn)生了壓力波動信號。所以，按一定規(guī)律控制電機的旋轉(zhuǎn)速度，就會產(chǎn)生一定規(guī)律的壓力波動信號。

上述的信號發(fā)生器轉(zhuǎn)閥6包括轉(zhuǎn)子和定子，它與壓力傳感器陣列5、壓差傳感器7、傳動軸8、扭矩傳感器9、電機10及實驗段外殼體12構(gòu)成了信號發(fā)生實驗段。根據(jù)實驗需要，壓力傳感器陣列5可由2個或更多個壓力傳感器組成，通過壓力傳感器陣列5獲取多個實時壓力數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)融合方法對多個壓力檢測數(shù)據(jù)進行綜合分析，可以有效去除連續(xù)波信號中的反射干擾；壓差傳感器7的兩端分布在信號發(fā)生器轉(zhuǎn)閥6的左右兩側(cè)，通過監(jiān)測壓差傳感器數(shù)值，可以分析信號經(jīng)過信號發(fā)生器轉(zhuǎn)閥6壓力變化情況；扭矩傳感器9用于監(jiān)測電機8不同的工作模式下以及不同的信號發(fā)生器轉(zhuǎn)閥6組合產(chǎn)生的扭矩；信號發(fā)生器的定子通過螺絲固定在實驗段外殼體上12，轉(zhuǎn)子由固定裝置固定以保證轉(zhuǎn)子不能前后移動，同時固定裝置上帶有刻度標尺，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子和定子之間的距離；電機10通過傳動軸8帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，電機10與電機驅(qū)動器及旋轉(zhuǎn)變壓器相連，電機驅(qū)動器又與上位機相連，通過上位機可以控制電機按照一定的模式進行工作。

通過信號發(fā)生實驗段，可以開展以下研究：1信號波形隨閥口形狀、轉(zhuǎn)定子軸向間隙、信號頻率的變化規(guī)律；2水力轉(zhuǎn)閥隨閥口形狀、轉(zhuǎn)子厚度、轉(zhuǎn)子葉片傾角、轉(zhuǎn)子閥瓣個數(shù)、流量、信號頻率的變化規(guī)律。

上述的模擬鉆頭11上分布若干水眼，從信號發(fā)生實驗段流出的風通過模擬鉆頭11的水眼繼續(xù)向右傳播，右側(cè)為封閉段，與一個比實驗段外殼體12直徑更大的U型阻風罩13相連。通過增加模擬鉆頭11及U型阻風罩13，使得從信號發(fā)生實驗段產(chǎn)生的波動經(jīng)過鉆頭處會有一部分反射，這可以有效模擬井下鉆井液壓力波遇鉆頭反射的狀況，反射回來的波會與信號發(fā)生實驗段產(chǎn)生的波形成疊加，這對于我們研究連續(xù)波信號在管路中的反射、疊加現(xiàn)象有著重要的作用。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。