一種剪切閥泥漿脈沖器的動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本文公布了一種剪切閥泥漿脈沖器的動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),包括膠筒結(jié)構(gòu),膠筒結(jié)構(gòu)設(shè)置在定子的空腔結(jié)構(gòu)與輸出軸之間構(gòu)成的環(huán)腔中,膠筒結(jié)構(gòu)的一端設(shè)為套裝于輸出軸外側(cè),膠筒結(jié)構(gòu)的另一端設(shè)為套裝于脈沖器殼體外側(cè);定子設(shè)為套裝于電機(jī)的輸出軸外側(cè),轉(zhuǎn)子設(shè)為連接于電機(jī)的輸出軸末端;定子內(nèi)設(shè)有空腔結(jié)構(gòu),空腔結(jié)構(gòu)靠近轉(zhuǎn)子的腔體部分與輸出軸之間構(gòu)成的環(huán)腔安裝膠筒結(jié)構(gòu),空腔結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子的腔體部分與輸出軸之間的環(huán)腔安裝脈沖器殼體;本申請(qǐng)涉及但不限于石油勘探設(shè)備,應(yīng)用本申請(qǐng)能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)選的動(dòng)密封機(jī)構(gòu)設(shè)置,能夠有效提高動(dòng)密封部件的使用壽命;同時(shí),也能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)選的壓力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)設(shè)置,能夠有效優(yōu)化儀器內(nèi)部短節(jié)的走線工藝。
【專利說(shuō)明】
一種剪切閥泥漿脈沖器的動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請(qǐng)涉及但不限于石油勘探設(shè)備,尤其是一種剪切閥泥漿脈沖器的動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨鉆測(cè)量(Measurement While Drilling:MWD)系統(tǒng)可以測(cè)量井斜、井斜方位、井下轉(zhuǎn)矩、鉆頭承重、自然伽馬、電阻率等參數(shù)。隨著石油工程的發(fā)展,20世紀(jì)80年代,在原來(lái)隨鉆測(cè)量系統(tǒng)MWD的基礎(chǔ)上增加了若干用于地層評(píng)價(jià)的參數(shù)傳感器,如補(bǔ)償雙側(cè)向電阻率、自然伽馬、方位中子密度、聲波、補(bǔ)償中子密度等;由這些儀器組成的系統(tǒng)常被稱為隨鉆測(cè)井系統(tǒng)(Logging While Drilling:LWD) JWD和LWD是完成大角度及水平井鉆井,實(shí)時(shí)井場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、解釋、現(xiàn)場(chǎng)決策以及指導(dǎo)完成地質(zhì)導(dǎo)向鉆井的關(guān)鍵技術(shù),其綜合了錄井、測(cè)井、鉆井和油藏描述等多種學(xué)科技術(shù),可簡(jiǎn)化鉆井作業(yè)程序,節(jié)約成本,提高鉆井精度,調(diào)整鉆井設(shè)計(jì)和提高采收率。隨鉆測(cè)井儀器已經(jīng)成為鉆井作業(yè)的必要組成部分。
[0003]井下信息的傳輸方式有泥漿脈沖、電磁波、聲波、鉆桿柱及振動(dòng)等幾種方式。井下信息傳輸?shù)妮d體、傳輸工具、傳輸速率及其在地面的信號(hào)接收、信號(hào)處理及解碼是關(guān)鍵技術(shù)。井下信息傳輸方式是MWD的重要組成部分。迄今為止,泥漿脈沖傳輸技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛,泥漿脈沖傳輸又分為正脈沖、負(fù)脈沖和連續(xù)波脈沖技術(shù)。泥漿脈沖發(fā)生器是泥漿脈沖傳輸技術(shù)中的一種井下信息傳遞工具。泥漿正脈沖傳輸信號(hào)是目前MffD中使用最普遍,最穩(wěn)定可靠的一種方法。正脈沖一般由針閥實(shí)現(xiàn),但其傳輸速率較低,單位時(shí)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小,制約了井下儀器的掛接數(shù)量。近年來(lái),閥片式泥漿脈沖器因既可以實(shí)現(xiàn)正脈沖,又可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)波脈沖兩種脈沖信號(hào),被越來(lái)越多地關(guān)注,當(dāng)閥片式脈沖器發(fā)連續(xù)波信號(hào)時(shí),由于其載波頻率高,能夠使用調(diào)頻、調(diào)相、以及調(diào)頻調(diào)相結(jié)合等多種調(diào)制方式,井下壓力信號(hào)特征明顯,傳輸速率高。
[0004]隨鉆測(cè)井儀器一般采用模塊化設(shè)計(jì),每個(gè)短節(jié)具有獨(dú)立功能,剪切閥泥漿脈沖器也是一個(gè)獨(dú)立的短節(jié),閥片在井下通過(guò)剪切鉆柱內(nèi)的流體,利用流體的水錘效應(yīng),使泥漿產(chǎn)生壓力脈動(dòng)。另外,因?yàn)殂@井工程對(duì)井下數(shù)據(jù)上傳速率的要求越來(lái)越高,為了使脈沖器傳輸速率較高,需要有較高的基頻,基頻高才能夠?yàn)楦嗟恼{(diào)制方式實(shí)現(xiàn)提供保障。這樣剪切閥脈沖器就需高頻截?cái)嗔黧w,以提升載波頻率。
[0005]為了滿足數(shù)據(jù)傳輸速度及鉆井工程需要,儀器適應(yīng)井下高溫、高壓的工況,剪切閥脈沖器從結(jié)構(gòu)上要充分考慮以下幾個(gè)方面。
[0006]動(dòng)密封:剪切閥脈沖器的轉(zhuǎn)子(閥片)工作時(shí)進(jìn)行往復(fù)擺動(dòng),從動(dòng)力端輸出軸到轉(zhuǎn)子的傳動(dòng)系中,轉(zhuǎn)子直接接觸泥漿,而電機(jī)輸出軸要有可靠的密封。結(jié)構(gòu)上要使用動(dòng)密封。然而,現(xiàn)有技術(shù)中,對(duì)于泥漿脈沖器而言,電機(jī)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)脈沖器轉(zhuǎn)子剪切流體,電機(jī)從原理結(jié)構(gòu)上需要密封,而轉(zhuǎn)子需要直接接觸流體,從調(diào)制方式來(lái)看,無(wú)論是調(diào)幅、調(diào)頻、還是調(diào)相,就傳動(dòng)系而言,需要電機(jī)轉(zhuǎn)子把轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)軌跡準(zhǔn)確地傳遞脈沖器轉(zhuǎn)子上。為了避免泥漿進(jìn)入電機(jī),需要設(shè)計(jì)動(dòng)密封進(jìn)行隔離,動(dòng)密封常采用為:正壓接觸式動(dòng)密封;非接觸的磁力耦合密封。
[0007]上述密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在有如下缺點(diǎn):盡管上述密封結(jié)構(gòu)能保證機(jī)械密封可靠,防止泥漿滲漏到電氣系統(tǒng)引起短路,使電氣連接可靠,保證儀器短節(jié)之間通訊良好;但是,在實(shí)際使用過(guò)程中,仍存在有如下缺點(diǎn):隨鉆儀器常用的有非接觸式磁力耦合機(jī)構(gòu),以及接觸式高精度摩擦副動(dòng)密封結(jié)構(gòu)。磁力耦合機(jī)構(gòu)在使用時(shí),如果外部載荷過(guò)大,內(nèi)外轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生相位差。實(shí)際使用時(shí),限制了調(diào)制方式的使用,無(wú)論是調(diào)制,調(diào)相還是調(diào)幅,都難以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)。壓接觸式動(dòng)密封一是摩擦副需要配對(duì)研磨,二是摩擦副需要有一套動(dòng)態(tài)補(bǔ)償壓緊機(jī)構(gòu),三是摩擦副需要持續(xù)進(jìn)行潤(rùn)滑或自潤(rùn)滑。
[0008]相應(yīng)地,動(dòng)密封結(jié)構(gòu),一般采用硬質(zhì)合金,或者自潤(rùn)滑的合金,進(jìn)行配對(duì)研磨。一般內(nèi)腔壓力要略高于環(huán)境壓力,才能確保外部流體不能進(jìn)入內(nèi)部結(jié)構(gòu)中。由于機(jī)械密封,在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中,容易失效。具體的,動(dòng)密封關(guān)鍵部件需要有較高的加工精度,需要有一套機(jī)構(gòu)來(lái)保證摩擦副有合適的預(yù)緊力。使結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。磁力耦合器屬于非接觸式動(dòng)密封,內(nèi)外磁鋼獨(dú)立封閉,具有較好的密封性能,但是磁力耦合器在工作時(shí),內(nèi)外運(yùn)行有相位差。當(dāng)外部阻力大時(shí),可能會(huì)發(fā)生丟轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。
[0009]壓力補(bǔ)償:剪切閥脈沖器需要承受泥漿柱靜壓力,泥漿栗栗出壓力,以及儀器下放或提起時(shí)的壓力波動(dòng)等的影響,設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮壓力補(bǔ)償。隨鉆測(cè)井儀器短節(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)工藝,涉及機(jī)械密封,電氣連接等,尤其是對(duì)于作動(dòng)零部件,設(shè)計(jì)動(dòng)密封以及壓力補(bǔ)償,由于儀器直徑較小,考慮到鉆進(jìn)過(guò)程中隨鉆儀器受液力影響,需要有可靠的壓力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。由于井下存在著靜壓和動(dòng)壓,尤其是動(dòng)壓的沖擊作用。儀器瞬間受到的壓力較大。此外,由于井下高溫的環(huán)境。儀器內(nèi)部隨鉆測(cè)井系統(tǒng)中的每個(gè)功能短節(jié),根據(jù)電子艙的位置常常使用壓力補(bǔ)償短節(jié),其壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)內(nèi)部壓力高。
[0010]現(xiàn)有的壓力補(bǔ)償機(jī)構(gòu),通常為一個(gè)活塞式缸體短節(jié);缸體內(nèi)灌注液壓油,外部液力波動(dòng)傳遞到活塞處。為保證外部泥漿不經(jīng)過(guò)動(dòng)密封進(jìn)入儀器內(nèi)部,需要儀器內(nèi)部有一個(gè)高壓油腔形成正壓,儀器工作時(shí),油液經(jīng)動(dòng)密封處向外泄露?;钊倪\(yùn)動(dòng)來(lái)平衡外部壓力;其存在有壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)復(fù)雜,儀器零部件多,維護(hù)保養(yǎng)不方便等缺點(diǎn);同時(shí)油腔內(nèi)部的油液向外泄露,這樣的壓力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)工作時(shí)間短。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]本申請(qǐng)解決的技術(shù)問題是提供一種剪切閥泥漿脈沖器的動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),能夠有效克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷,能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)選的動(dòng)密封機(jī)構(gòu)設(shè)置,能夠有效提高動(dòng)密封部件的使用壽命;同時(shí),也能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)選的壓力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)設(shè)置,能夠有效優(yōu)化儀器內(nèi)部短節(jié)的走線工藝。
[0012]為解決上述技術(shù)問題,本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N剪切閥泥漿脈沖器的動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),
[0013]包括膠筒結(jié)構(gòu),所述膠筒結(jié)構(gòu)設(shè)置在定子的空腔結(jié)構(gòu)與輸出軸之間構(gòu)成的環(huán)腔中,所述膠筒結(jié)構(gòu)的一端設(shè)為套裝于輸出軸外側(cè),所述膠筒結(jié)構(gòu)的另一端設(shè)為套裝于脈沖器殼體外側(cè);
[0014]其中,定子設(shè)為套裝于電機(jī)的輸出軸外側(cè),轉(zhuǎn)子設(shè)為連接于電機(jī)的輸出軸末端;定子內(nèi)設(shè)有空腔結(jié)構(gòu),空腔結(jié)構(gòu)靠近轉(zhuǎn)子的腔體部分與輸出軸之間構(gòu)成的環(huán)腔設(shè)為安裝膠筒結(jié)構(gòu),空腔結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子的腔體部分與輸出軸之間的環(huán)腔設(shè)為安裝脈沖器殼體。
[0015]上述動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),還可具有如下特點(diǎn),所述膠筒包括第一筒體和第二筒體;
[0016]所述第一筒體的筒徑大于第二筒體的筒徑;所述第一筒體的首端設(shè)為連接套設(shè)在脈沖器外殼外側(cè),第一筒體的末端設(shè)為通過(guò)向內(nèi)彎折的過(guò)渡筒節(jié)連接第二筒體的首端;
[0017]所述第二筒體的首端設(shè)為伸入到第一筒體的腔體中,所述第二筒體的末端延伸至第一筒體外側(cè)并設(shè)為連接套設(shè)在輸出軸外側(cè)。
[0018]上述動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),還可具有如下特點(diǎn),
[0019]所述第一筒體的首端外側(cè)套設(shè)有第一鎖緊環(huán),第一鎖緊環(huán)嵌入在空腔結(jié)構(gòu)與脈沖器殼體之間的環(huán)腔中;所述第一筒體的首端還設(shè)置有壓緊于第一鎖緊環(huán)內(nèi)側(cè)的密封結(jié)構(gòu)。
[0020]上述動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),還可具有如下特點(diǎn),
[0021]所述第一鎖緊環(huán)在遠(yuǎn)離第一筒體的一側(cè)設(shè)置有套設(shè)在脈沖器殼體外側(cè)的第一隔套。
[0022]上述動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),還可具有如下特點(diǎn),
[0023]所述第二筒體的末端外側(cè)套設(shè)有第二鎖緊環(huán),所述第二鎖緊環(huán)嵌設(shè)在空腔結(jié)構(gòu)與第二筒體末端之間的環(huán)腔中;所述第二筒體的末端還設(shè)置有壓緊于第二鎖緊環(huán)內(nèi)側(cè)的密封結(jié)構(gòu)。
[0024]上述動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),還可具有如下特點(diǎn),
[0025]所述第二鎖緊環(huán)在遠(yuǎn)離第二筒體的一側(cè)設(shè)置有套設(shè)在輸出軸外側(cè)的第二隔套。
[0026]上述動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),還可具有如下特點(diǎn),
[0027]所述轉(zhuǎn)子設(shè)置為剪切閥,所述剪切閥與所述第二隔套之間設(shè)有套設(shè)在輸出軸外側(cè)的轉(zhuǎn)子間隙調(diào)節(jié)環(huán)。
[0028]上述動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),還可具有如下特點(diǎn),
[0029]所述剪切閥與輸出軸末端之間通過(guò)剪切閥壓蓋以及貫穿壓蓋并擰緊到輸出軸末端上的鎖緊螺母連接。
[0030]上述動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),還可具有如下特點(diǎn),
[0031]所述輸出軸沿軸線方向設(shè)置有通孔,所述通孔設(shè)為脈沖器的抽真空以及注油通道,所述通孔的端口設(shè)有密封堵塞,所述膠筒結(jié)構(gòu)與輸出軸之間的環(huán)腔與通孔連通。
[0032]本申請(qǐng)上述技術(shù)方案具有如下有益效果:
[0033]具體操作中,井下產(chǎn)生壓力信號(hào)的裝置為泥漿脈沖器,本發(fā)明作為泥漿脈沖器的重要組成部分;在鉆進(jìn)過(guò)程中,可通過(guò)井下測(cè)量傳感器測(cè)得工程參數(shù)及地層參數(shù),這些測(cè)得的模擬信號(hào),通過(guò)數(shù)據(jù)編碼器,可轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào);進(jìn)而,數(shù)字信號(hào)可經(jīng)過(guò)控制電路調(diào)制,調(diào)制后的控制信號(hào)將傳遞給驅(qū)動(dòng)電路,電機(jī)將按著控制電路給定的控制信號(hào)進(jìn)行運(yùn)動(dòng),并帶動(dòng)泥漿脈沖器轉(zhuǎn)子剪切流體,產(chǎn)生壓力脈沖信號(hào);這些脈沖壓力信號(hào),經(jīng)過(guò)鉆桿傳輸?shù)降孛媪⒐苌?,?shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)地面立管上壓力傳感器進(jìn)行壓力信號(hào)采集,通過(guò)解調(diào)系統(tǒng)對(duì)井下的壓力信號(hào)進(jìn)行解析,傳輸上來(lái)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為井下工程參數(shù)和地層參數(shù)。
[0034]本申請(qǐng)上述技術(shù)方案能夠使脈沖器內(nèi)部壓力與鉆柱內(nèi)壓力平衡,裝入鉆鋌后,機(jī)械連接可靠,密封有效,儀器能夠可靠地工作;動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償裝置可靠,操作及維修簡(jiǎn)單,能夠適應(yīng)鉆井作業(yè)時(shí)的高溫,高壓,振動(dòng)環(huán)境,在井場(chǎng)等環(huán)境能進(jìn)行拆卸、裝配等操作;動(dòng)密封結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)高溫、高壓環(huán)境,該種動(dòng)密封能夠隔離脈沖器工作機(jī)構(gòu)環(huán)境里的泥漿對(duì)傳動(dòng)系的侵入,保證傳動(dòng)系動(dòng)力穩(wěn)定、可靠地輸出;壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)適應(yīng)高溫、高壓環(huán)境,該種動(dòng)密封同時(shí)還有兼有壓力補(bǔ)償?shù)墓δ埽瑝毫ρa(bǔ)償功能使剪切閥泥漿脈沖器在井下能夠承受壓力;具體可能夠承受HOMPa或者更高的壓力;內(nèi)部浸油電動(dòng)機(jī)的循環(huán)油路能夠適應(yīng)高溫、高壓環(huán)境,能在使用抽真空油栗進(jìn)行抽真空注油時(shí),內(nèi)部無(wú)死角,不貯存空氣,同時(shí)當(dāng)井下壓力波動(dòng)時(shí),內(nèi)部油液能快速流通,實(shí)現(xiàn)壓力補(bǔ)償。
[0035]本申請(qǐng)的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述,并且,部分地從說(shuō)明書中變得顯而易見,或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例而了解。本申請(qǐng)的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說(shuō)明】
[0036]附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的進(jìn)一步理解,并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分,與本申請(qǐng)的實(shí)施例一起用于解釋本申請(qǐng)的技術(shù)方案,并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的限制。
[0037]圖1為本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖;
[0038]圖2為本發(fā)明實(shí)施例立體結(jié)構(gòu)示意圖;
[0039]圖3為本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)用于鉆進(jìn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0040]圖4為本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)用于鉆進(jìn)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)圖。
[0041 ]圖示標(biāo)號(hào):第一隔套I,第一鎖緊環(huán)2,定子3,膠筒結(jié)構(gòu)4;第二鎖緊環(huán)5,第二隔套6,轉(zhuǎn)子間隙調(diào)節(jié)環(huán)7,剪切閥8,鎖緊螺母9,剪切閥壓蓋10,密封堵塞11,第一密封圈12,通孔13,軸承隔套14,輸出軸15,軸承16,脈沖器殼體17,第二密封圈18,第一筒體的首端19,第二筒體的末端20,泥漿池101,泥漿栗102,數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)103,井架104,大鉤105,鉆桿106,轉(zhuǎn)盤107,環(huán)空流道108,濾網(wǎng)109,下行泥漿通道110,脈沖信號(hào)111,無(wú)磁鉆鋌112,泥漿脈沖器113,鉆頭114,渦輪電動(dòng)機(jī)115,上行泥漿通道116,回流泥漿通道117。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下文中將結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是,在不沖突的情況下,本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。
[0043]本發(fā)明通過(guò)綜合考慮動(dòng)密封、壓力補(bǔ)償、電機(jī)浸油、電機(jī)內(nèi)部流道、膠筒結(jié)構(gòu)保護(hù)等多方面,提出了本技術(shù)方案;其中,動(dòng)密封,剪切閥脈沖器的轉(zhuǎn)子(閥片)工作時(shí)進(jìn)行往復(fù)擺動(dòng),從動(dòng)力端輸出軸到轉(zhuǎn)子的傳動(dòng)系中,轉(zhuǎn)子直接接觸泥漿,而電機(jī)輸出軸要有可靠的密封。結(jié)構(gòu)上要使用動(dòng)密封。壓力補(bǔ)償,剪切閥脈沖器需要承受泥漿柱靜壓力,泥漿栗栗出壓力,以及儀器下放或提起時(shí)的壓力波動(dòng)等的影響,設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮壓力補(bǔ)償。電機(jī)浸油,井下電機(jī)一般浸在油液中工作,儀器在井下要受高溫影響溫升較大,需要進(jìn)行壓力補(bǔ)償。電機(jī)內(nèi)部流道,電機(jī)浸在油液中使用,組裝時(shí)需要使用抽真空注油機(jī)進(jìn)行抽真空注油,為了保證油液能注滿電機(jī),在工程上需要對(duì)電機(jī)流道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。膠筒在結(jié)構(gòu)上的保護(hù),對(duì)于剪切閥脈沖器,由于其受力復(fù)雜,運(yùn)動(dòng)件多,流體對(duì)脈沖器的沖蝕和破壞作用大,要在結(jié)構(gòu)上膠筒不直接受流體沖刷。
[0044]結(jié)合圖1、圖2所不,
[0045]本發(fā)明提供了一種剪切閥泥漿脈沖器的動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),以及相應(yīng)的剪切閥泥漿脈沖器;
[0046]上述剪切閥泥漿脈沖器的動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),可以包括膠筒結(jié)構(gòu)4,膠筒結(jié)構(gòu)4設(shè)置在定子3的空腔結(jié)構(gòu)與輸出軸15之間構(gòu)成的環(huán)腔中,膠筒結(jié)構(gòu)4的一端設(shè)為套裝于輸出軸15外側(cè),膠筒結(jié)構(gòu)4的另一端設(shè)為套裝于脈沖器殼體17外側(cè);其中,定子3設(shè)為套裝于電機(jī)的輸出軸15外側(cè),轉(zhuǎn)子設(shè)為連接于電機(jī)的輸出軸15末端;定子3內(nèi)設(shè)有空腔結(jié)構(gòu),空腔結(jié)構(gòu)靠近轉(zhuǎn)子的腔體部分與輸出軸之間構(gòu)成的環(huán)腔設(shè)為安裝膠筒結(jié)構(gòu)4,空腔結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子的腔體部分與輸出軸之間的環(huán)腔設(shè)為安裝脈沖器殼體17。
[0047]上述剪切閥泥漿脈沖器,可以包括定子3和轉(zhuǎn)子,定子3設(shè)置為套裝在電機(jī)的輸出軸15外側(cè),轉(zhuǎn)子設(shè)置在連接電機(jī)的輸出軸15末端;定子3內(nèi)設(shè)有空腔結(jié)構(gòu),空腔結(jié)構(gòu)靠近轉(zhuǎn)子的腔體部分與輸出軸15之間構(gòu)成的環(huán)腔設(shè)有膠筒結(jié)構(gòu)4,空腔結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子的腔體部分與輸出軸15之間的環(huán)腔設(shè)有脈沖器殼體17;脈沖器殼體17與輸出軸15之間設(shè)有軸承16,膠筒結(jié)構(gòu)4的一端套設(shè)在輸出軸15外側(cè),另一端套設(shè)在脈沖器殼體17外側(cè)。
[0048]具體操作中,可通過(guò)上述膠筒結(jié)構(gòu)4實(shí)現(xiàn)較好的動(dòng)密封效果;同時(shí),膠筒位于泥漿脈沖器的定子3內(nèi)部,來(lái)流不能直接沖刷膠筒,能夠有效保證膠筒的使用壽命。其中,軸承16的一側(cè)還設(shè)有軸承隔套14。
[0049]優(yōu)選地,為了優(yōu)化膠筒結(jié)構(gòu)4的壓力補(bǔ)償范圍;本發(fā)明具體操作中,上述膠筒可以包括第一筒體和第二筒體,第一筒體的筒徑大于第二筒體的筒徑;第一筒體的首端19設(shè)為連接套設(shè)在脈沖器外殼外側(cè),第一筒體的末端設(shè)為通過(guò)向內(nèi)彎折的過(guò)渡筒節(jié)連接第二筒體的首端;第二筒體的首端設(shè)為伸入到第一筒體的腔體中,第二筒體的末端20延伸至第一筒體外側(cè)并設(shè)為連接套設(shè)在輸出軸15外側(cè)。其中,脈沖器外殼的側(cè)面設(shè)有密封槽以及嵌入其中的第一密封圈12。
[0050]優(yōu)選地,為了優(yōu)化膠筒結(jié)構(gòu)4的連接穩(wěn)定性;本發(fā)明具體操作中,第一筒體的首端19外側(cè)套設(shè)有第一鎖緊環(huán)2,第一鎖緊環(huán)2嵌入在空腔結(jié)構(gòu)與脈沖器殼體17之間的環(huán)腔中;其中,第一筒體的首端19還設(shè)置有壓緊于第一鎖緊環(huán)2內(nèi)側(cè)的密封結(jié)構(gòu),以能夠隔離儀器內(nèi)部油液和外部泥漿。第一鎖緊環(huán)2在遠(yuǎn)離第一筒體的一側(cè)設(shè)置有套設(shè)在脈沖器殼體17外側(cè)的第一隔套I。
[0051]相應(yīng)的,第二筒體的末端20外側(cè)套設(shè)有第二鎖緊環(huán)5,第二鎖緊環(huán)5嵌設(shè)在空腔結(jié)構(gòu)與第二筒體末端之間的環(huán)腔中;其中,第二筒體的末端還設(shè)置有壓緊于第二鎖緊環(huán)內(nèi)側(cè)的密封結(jié)構(gòu),以能夠有效隔離儀器內(nèi)部油液和外部泥漿。第二鎖緊環(huán)5在遠(yuǎn)離第二筒體的一側(cè)設(shè)置有套設(shè)在輸出軸15外側(cè)的第二隔套6。
[0052]優(yōu)選地,為了優(yōu)化設(shè)置電機(jī)內(nèi)部浸油結(jié)構(gòu),內(nèi)部的油液可用來(lái)做動(dòng)密封的隔離介質(zhì),以及壓力補(bǔ)償?shù)膬?nèi)部介質(zhì);本發(fā)明具體操作中,輸出軸15沿軸線方向設(shè)置有通孔13,通孔13設(shè)為脈沖器的抽真空以及注油通道,通孔13的端口設(shè)有密封堵塞11,膠筒結(jié)構(gòu)4與輸出軸15之間的環(huán)腔與通孔13連通;上述優(yōu)化設(shè)置能夠保證傳動(dòng)系更短,壓力補(bǔ)償更為方便。其中,密封堵塞11的側(cè)面設(shè)置有密封槽以及嵌入其中的第二密封圈18。
[0053]具體操作中,上述層疊結(jié)構(gòu)設(shè)置的膠筒結(jié)構(gòu)4,能夠有效增大膠筒結(jié)構(gòu)4的壓力補(bǔ)償;如圖1所示,膠筒兩端大小不同,大端為第一筒體的首端19,小端為第二筒體的首端,膠筒分別通過(guò)膠筒大端第一鎖緊環(huán)2,以及膠筒小端第二鎖緊環(huán)5鎖緊,與脈沖器合體形成密封腔,泥漿脈沖器的定子3內(nèi)部有空間,容納膠筒;工作時(shí),泥漿流自左向右,泥漿不直接沖刷膠筒,脈沖器殼體17與膠筒,形成密封腔,內(nèi)部注油,輸出軸15上鉆有通孔13,通過(guò)密封堵塞11與外部連接,密封堵塞11處的通道是泥漿脈沖器113抽真空注油。當(dāng)鉆進(jìn)時(shí),遇有井下高溫,油液膨脹會(huì)推動(dòng)膠筒漲大,泥漿脈沖器的定子3的空間設(shè)置為足夠容納膨大的體積;當(dāng)遇有高壓時(shí),膠筒有維持局部壓力平衡的作用,并能補(bǔ)償脈沖器薄壁壓力;當(dāng)輸出軸15往復(fù)擺動(dòng)時(shí),膠筒有動(dòng)密封的作用。
[0054]優(yōu)選地,為了優(yōu)化轉(zhuǎn)子的輸出軸15之間的連接結(jié)構(gòu);本發(fā)明具體操作中,轉(zhuǎn)子設(shè)置為剪切閥8,剪切閥8與第二隔套6之間可以設(shè)有套設(shè)在輸出軸15外側(cè)的轉(zhuǎn)子間隙調(diào)節(jié)環(huán)7;剪切閥8與輸出軸15末端之間通過(guò)剪切閥壓蓋10以及貫穿壓蓋10并擰緊到輸出軸15末端上的鎖緊螺母9連接。
[0055]結(jié)合圖1、圖3、圖4所示,
[0056]本發(fā)明實(shí)施例可應(yīng)用于鉆進(jìn)系統(tǒng),其包括前述的剪切閥泥漿脈沖器113、鉆桿106、無(wú)磁鉆鋌112、鉆頭114以及控制電路;鉆桿106的頂端設(shè)為泥漿注入端,鉆桿106的底端依次連接有無(wú)磁鉆鋌112、電動(dòng)機(jī)、泥漿脈沖器113和鉆頭114,鉆桿106的中空腔體設(shè)為下行泥漿通道110,鉆桿106的外側(cè)環(huán)空流道108設(shè)為上行泥漿通道116且上方連通有回流泥漿通道117;控制電路,設(shè)置為接收井下傳感器發(fā)出的檢測(cè)參數(shù),并調(diào)制生成相應(yīng)控制信號(hào)給電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路,以及設(shè)置為通過(guò)鉆桿106頂端處的壓力傳感器103檢測(cè)脈沖器發(fā)出的脈沖壓力信號(hào),并解調(diào)生成相應(yīng)的目標(biāo)參數(shù);其中,電動(dòng)機(jī)優(yōu)選為渦輪電動(dòng)機(jī)115。
[0057]具體操作中,鉆桿106的泥漿注入端通過(guò)泥漿栗102連接有泥漿池101,上述鉆桿106通過(guò)大鉤105吊掛在井架104上,同時(shí),鉆桿106的外側(cè)還設(shè)置有轉(zhuǎn)盤107,鉆桿106的內(nèi)部設(shè)有濾網(wǎng)109;在鉆進(jìn)過(guò)程中,井下測(cè)量傳感器測(cè)得鉆井相關(guān)信息(工程參數(shù)及地層參數(shù)),這些測(cè)得的模擬信號(hào),通過(guò)數(shù)據(jù)編碼器,轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào);控制電路根據(jù)其調(diào)制方法相應(yīng)執(zhí)行數(shù)字信號(hào)的調(diào)制操作,調(diào)制后控制信號(hào)將傳遞給驅(qū)動(dòng)電路,驅(qū)動(dòng)電路從供電短節(jié)(渦輪電動(dòng)機(jī)或電池組,一般為渦輪電動(dòng)機(jī),渦輪本體和穩(wěn)壓整流)取電驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)運(yùn)動(dòng),同時(shí)轉(zhuǎn)子位置反饋至控制電路中;渦輪電動(dòng)機(jī)供電時(shí)要經(jīng)過(guò)通訊電路,通訊電路可根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)脈沖器的其他功能,電機(jī)按著控制電路給定的控制信號(hào)進(jìn)行運(yùn)動(dòng);電動(dòng)機(jī)與轉(zhuǎn)子之間連接有扭軸,其帶動(dòng)泥漿脈沖器的轉(zhuǎn)子擺動(dòng),脈沖器的定轉(zhuǎn)子剪切流體,產(chǎn)生脈沖信號(hào)111;這些脈沖壓力信號(hào),經(jīng)過(guò)鉆桿傳輸?shù)降孛媪⒐苌弦詫?shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)解調(diào);具體為,地面解調(diào)軟件系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的壓力傳感器對(duì)地面立管上壓力傳感器進(jìn)行壓力信號(hào)采集,進(jìn)而通過(guò)解調(diào)系統(tǒng)對(duì)井下的壓力信號(hào)進(jìn)行解析,傳輸上來(lái)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為井下工程參數(shù)和地層參數(shù)。
[0058]其中,泥漿脈沖器利用定轉(zhuǎn)子剪切流體,脈沖器轉(zhuǎn)子一般由電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制,轉(zhuǎn)子直接接觸流體;本申請(qǐng)上述脈沖器可適應(yīng)井下高溫、高壓環(huán)境,并且具有合理的泥漿流動(dòng)通道;另外,電機(jī)、電子器件、材料、結(jié)構(gòu)等均可適應(yīng)外部溫度變化,同時(shí)也能夠保證外殼的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)滿足環(huán)境壓力要求。
[0059]本發(fā)明上述技術(shù)方案能夠使脈沖器內(nèi)部壓力與鉆柱內(nèi)壓力平衡,裝入鉆鋌后,機(jī)械連接可靠,密封有效,儀器能夠可靠地工作;動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償裝置可靠,操作及維修簡(jiǎn)單,能夠適應(yīng)鉆井作業(yè)時(shí)的高溫,高壓,振動(dòng)環(huán)境,在井場(chǎng)等環(huán)境能進(jìn)行拆卸、裝配等操作;動(dòng)密封結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)高溫、高壓環(huán)境,該種動(dòng)密封能夠隔離脈沖器工作機(jī)構(gòu)環(huán)境里的泥漿對(duì)傳動(dòng)系的侵入,保證傳動(dòng)系動(dòng)力穩(wěn)定、可靠地輸出;壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)適應(yīng)高溫、高壓環(huán)境,該種動(dòng)密封同時(shí)還有兼有壓力補(bǔ)償?shù)墓δ埽瑝毫ρa(bǔ)償功能使剪切閥泥漿脈沖器在井下能夠承受壓力,具體能夠承受140MPa或者更高的壓力;內(nèi)部浸油電動(dòng)機(jī)的循環(huán)油路能夠適應(yīng)高溫、高壓環(huán)境,能在使用抽真空油栗進(jìn)行抽真空注油時(shí),內(nèi)部無(wú)死角,不貯存空氣,同時(shí)當(dāng)井下壓力波動(dòng)時(shí),內(nèi)部油液能快速流通,實(shí)現(xiàn)壓力補(bǔ)償。
[0060]本發(fā)明提供的上述鉆進(jìn)系統(tǒng)在鉆進(jìn)過(guò)程中,可通過(guò)井下測(cè)量傳感器測(cè)得工程參數(shù)及地層參數(shù),并將所測(cè)模擬信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)編碼器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào);進(jìn)而,將數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)控制電路調(diào)制后傳遞給驅(qū)動(dòng)電路,電機(jī)將按著控制電路給定的控制信號(hào)進(jìn)行運(yùn)動(dòng),并帶動(dòng)泥漿脈沖器轉(zhuǎn)子剪切流體以產(chǎn)生壓力脈沖信號(hào);最終,這些脈沖壓力信號(hào)可經(jīng)過(guò)鉆桿傳輸?shù)降孛媪⒐苌希瑪?shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)壓力傳感器采集上述壓力信號(hào),并通過(guò)解調(diào)系統(tǒng)對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行解析,以轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的井下工程參數(shù)和地層參數(shù)。
[0061]本發(fā)明提供的上述剪切閥泥漿脈沖器在具體操作中,可利用一定長(zhǎng)度的膠筒可實(shí)現(xiàn)非連續(xù)旋轉(zhuǎn)軸的動(dòng)密封;膠筒兩端直徑不同,稱為大端(第一筒體的首端)和小端(第二筒體的末端),大小端處可采用類似O型密封圈壓緊的方式進(jìn)行緊固密封,其壓縮量可以參照PAKER的密封尺寸;利用具有一定長(zhǎng)度且中間設(shè)有疊層的膠筒來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力補(bǔ)償;脈沖器中傳動(dòng)系的動(dòng)力裝置電機(jī),其內(nèi)部充滿液壓油,設(shè)為動(dòng)密封和壓力補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償腔;電機(jī)內(nèi)部設(shè)計(jì)液壓油流道,可方便快速實(shí)現(xiàn)壓力補(bǔ)償,同時(shí)確保電機(jī)內(nèi)部無(wú)死角,液壓油充滿電機(jī)本體內(nèi)部;膠筒位于泥漿脈沖器定子內(nèi)部,來(lái)流不能直接沖刷膠筒。
[0062]相比于現(xiàn)有技術(shù)方案中的摩擦副動(dòng)密封,本申請(qǐng)?zhí)峁┑纳鲜龇桨冈O(shè)為非連續(xù)旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封,具有零件少,工作可靠,使用安裝方便,便于檢修等特點(diǎn);本方案所采用的壓力補(bǔ)償裝置,不需要單獨(dú)的活塞短節(jié)等裝置,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,膠筒便于安裝、檢修;使用內(nèi)部帶有液壓油油路的浸油電動(dòng)機(jī),可以作為動(dòng)密封的油腔;本方案中的儀器整體可承壓HOMPa或者更高的壓力,耐溫150°C以上;并使用兩次流道轉(zhuǎn)換,流道由中空流道-環(huán)空流道-中空流道;使安裝變得簡(jiǎn)單、可靠;上述儀器能耐高壓,儀器的設(shè)計(jì)能在深井和超深井中使用,要求承壓HOMPa以上,因此密封結(jié)構(gòu)可承受大于140MPa以上的壓力;從靜密封和動(dòng)密封兩個(gè)方面來(lái)講,本發(fā)明具有壓力自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪芰?,密封結(jié)構(gòu)對(duì)微小壓力變形能夠自動(dòng)補(bǔ)償;本發(fā)明中的密封膠筒設(shè)有足夠的空間,能夠防止因液壓油體積膨脹,而造成膠囊表面與外壁摩擦;其中,高壓密封結(jié)構(gòu)和所選擇的密封材料,能夠可靠地在高溫環(huán)境下工作,密封件浸潤(rùn)在油液中工作,能承受150°C的高溫,并且在達(dá)到最高溫度時(shí),其密封不會(huì)馬上失效;密封結(jié)構(gòu),能抗沖擊振動(dòng),密封結(jié)構(gòu)有一定的減振緩沖設(shè)計(jì),鉆井液的成分復(fù)雜,對(duì)密封結(jié)構(gòu)的橡膠材料有抗腐蝕,抗硫化氫的要求;本發(fā)明中的密封結(jié)構(gòu)有較高的可靠性和壽命,可提高鉆井作業(yè)效率,降低維護(hù)成本;密封結(jié)構(gòu)滿足結(jié)構(gòu)合理,安裝拆卸檢修方便快捷,加工制造簡(jiǎn)單,密封緊湊,所用元件少,質(zhì)量輕,占用空間少等特點(diǎn)。
[0063]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白,雖然本發(fā)明實(shí)施例所揭露的實(shí)施方式如上,但所述的內(nèi)容僅為便于理解本發(fā)明實(shí)施例而采用的實(shí)施方式,并非用以限定本發(fā)明實(shí)施例。任何本發(fā)明實(shí)施例所屬領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明實(shí)施例所揭露的精神和范圍的前提下,可以在實(shí)施的形式及細(xì)節(jié)上進(jìn)行任何的修改與變化,但本發(fā)明實(shí)施例的專利保護(hù)范圍,仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種剪切閥泥漿脈沖器的動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),其特征在于, 包括膠筒結(jié)構(gòu),所述膠筒結(jié)構(gòu)設(shè)置在定子的空腔結(jié)構(gòu)與輸出軸之間構(gòu)成的環(huán)腔中,所述膠筒結(jié)構(gòu)的一端設(shè)為套裝于輸出軸外側(cè),所述膠筒結(jié)構(gòu)的另一端設(shè)為套裝于脈沖器殼體外側(cè); 其中,定子設(shè)為套裝于電機(jī)的輸出軸外側(cè),轉(zhuǎn)子設(shè)為連接于電機(jī)的輸出軸末端;定子內(nèi)設(shè)有空腔結(jié)構(gòu),空腔結(jié)構(gòu)靠近轉(zhuǎn)子的腔體部分與輸出軸之間構(gòu)成的環(huán)腔設(shè)為安裝膠筒結(jié)構(gòu),空腔結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子的腔體部分與輸出軸之間的環(huán)腔設(shè)為安裝脈沖器殼體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),其特征在于,所述膠筒包括第一筒體和第二筒體; 所述第一筒體的筒徑大于第二筒體的筒徑;所述第一筒體的首端設(shè)為連接套設(shè)在脈沖器外殼外側(cè),第一筒體的末端設(shè)為通過(guò)向內(nèi)彎折的過(guò)渡筒節(jié)連接第二筒體的首端; 所述第二筒體的首端設(shè)為伸入到第一筒體的腔體中,所述第二筒體的末端延伸至第一筒體外側(cè)并設(shè)為連接套設(shè)在輸出軸外側(cè)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),其特征在于, 所述第一筒體的首端外側(cè)套設(shè)有第一鎖緊環(huán),第一鎖緊環(huán)嵌入在空腔結(jié)構(gòu)與脈沖器殼體之間的環(huán)腔中;所述第一筒體的首端還設(shè)置有壓緊于第一鎖緊環(huán)內(nèi)側(cè)的密封結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),其特征在于, 所述第一鎖緊環(huán)在遠(yuǎn)離第一筒體的一側(cè)設(shè)置有套設(shè)在脈沖器殼體外側(cè)的第一隔套。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),其特征在于, 所述第二筒體的末端外側(cè)套設(shè)有第二鎖緊環(huán),所述第二鎖緊環(huán)嵌設(shè)在空腔結(jié)構(gòu)與第二筒體末端之間的環(huán)腔中;所述第二筒體的末端還設(shè)置有壓緊于第二鎖緊環(huán)內(nèi)側(cè)的密封結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),其特征在于, 所述第二鎖緊環(huán)在遠(yuǎn)離第二筒體的一側(cè)設(shè)置有套設(shè)在輸出軸外側(cè)的第二隔套。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),其特征在于, 所述轉(zhuǎn)子設(shè)置為剪切閥,所述剪切閥與所述第二隔套之間設(shè)有套設(shè)在輸出軸外側(cè)的轉(zhuǎn)子間隙調(diào)節(jié)環(huán)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),其特征在于, 所述剪切閥與輸出軸末端之間通過(guò)剪切閥壓蓋以及貫穿壓蓋并擰緊到輸出軸末端上的鎖緊螺母連接。9.根據(jù)權(quán)利要求1中任一所述的動(dòng)密封及壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),其特征在于, 所述輸出軸沿軸線方向設(shè)置有通孔,所述通孔設(shè)為脈沖器的抽真空以及注油通道,所述通孔的端口設(shè)有密封堵塞,所述膠筒結(jié)構(gòu)與輸出軸之間的環(huán)腔與通孔連通。
【文檔編號(hào)】E21B47/20GK106014396SQ201610581144
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月21日
【發(fā)明人】王智明, 陸慶超, 張崢, 張爽, 姜天杰
【申請(qǐng)人】中國(guó)海洋石油總公司, 中海油田服務(wù)股份有限公司