一种电机式泥浆脉冲发生器

1、一种电机式泥浆脉冲发生器摘要本实用新型公布一种电机式泥浆脉冲发生器，由动力及传动装置、压力平衡 模块和下部组件组成。动力及传动装置由驱动器模块、电机总成、弹性联轴器、 滚珠丝杠、弹簧和传动轴组成；压力平衡模块由压力平衡膜及相应杆件组成；下 部组件由活塞、弹簧和抗压筒组成。滚珠丝杠将电机的转动转变为直线运动，主 轴带动先导阀动作，泥浆通过相应通道进入下部组件，推动活塞运动，活塞杆前 端的阀头堵住限流环，导致钻铤内泥浆压力升高，从而产生正脉冲泥浆压力信号。 本实用新型结构简单，工作可靠，节约电量，适用于无线随钻测量系统，解决随 钻测量仪器故障率高及耗电量大的问题。权利要求书1 一种电机式泥浆脉冲发

2、生器，由动力及传动装置、压力平衡模块和下部组 件组成，其特征为：动力及传动装置在顶部，压力平衡模块在中间，下部组件在 底部；动力及传动装置由驱动器模块(16)、电机总成(14)、弹性联轴器(13)、滚珠 丝杠(12)、弹簧(11)和传动轴(10)组成；压力平衡模块由压力平衡膜(9)及相应杆 件(8)、(10)组成；下部组件由活塞(3)、弹簧(4)和抗压筒(5)组成。2根据权利要求1所述的一种电机式泥浆脉冲发生器，其特征为：电机总成 (14)输出轴在通过柔性联轴器后，滚珠丝杠(12)将旋转运动转变为直线运动，且 滚珠丝杠完全浸没于液压油中。3根据权利要求1所述的一种电机式泥浆脉冲发生器，其特征为

3、：压力平衡 模块平衡抗压筒(7)、(8)、(15)内外的压力，泥浆通过抗压筒(8)设置在外壁的孔 隙作用在压力平衡膜(9)外部，压力平衡膜(9)内部注满液压油。4根据权利要求1所述的一种电机式泥浆脉冲发生器，其特征为：下部组件 中的弹簧(4)在自然状态下处于压缩状态，活塞(3)为中空杆件，连接两端的空腔。5根据权利要求1所述的一种电机式泥浆脉冲发生器，其特征为：通过更换 主阀头(2 )和限流环(1)来调节泥浆脉冲压力幅值的大小。一种电机式泥浆脉冲发生器技术领域本发明属于石油钻井工程领域，特别涉及一种用于无线随钻测量的电机式泥 浆脉冲发生器。背景技术石油钻井过程中，尤其是水平井、大位移井和分支井

4、等复杂结构井的钻井过 程中，井场人员需要实时了解的各种井下参数是由随钻测量(MWD)、随钻测井 (LWD)系统完成的。石油钻井成本昂贵，对井下仪器的可靠性及节能要求较高。两个显而易见的 问题是：井底异常复杂的工作状况以及零件繁杂的脉冲器结构，使保证随钻测量 仪器的高可靠性成为奢望；井底数据传输量不可避免的日益增多，只能通过更为 节能的措施，才能减少起下钻更换电池的次数。目前，随钻测量的信息传输方法主要有四种：有线电缆法、泥浆脉冲法、声 波法和电磁波法，每种方式都有其局限性和适用范围，其中以泥浆脉冲法应用最 为广泛、可靠。泥浆脉冲法又分为负脉冲、正脉冲和连续波三种传输方式，目前 应用最广泛的正脉

5、冲传输方式。泥浆脉冲的传输方式决定了脉冲器的结构形式，其中，带先导控制的液压驱 动往复式信号发生器是泥浆正脉冲传输方式最普遍的形式。传统的结构形式由液 压控制回路驱动主节流阀往复运动来产生压力脉冲信号，液压控制回路的介质可 以是钻井液也可以是液压油。先导阀动作多是由电磁铁来完成的，耗电量大，且 故障率高。泥浆脉冲发生器为大多数MWD与LWD仪器的重中之重，提升泥浆脉冲器 的性能，使其做到结构简单、维护方便、节能耐用，是仪器发展的必然趋势。发明内容本发明的目的是提供一种电机式泥浆脉冲发生器，用于无线随钻测量系统中 产生脉冲信号。当系统需要产生脉冲信号时，脉冲发生器在随钻测量系统控制模 块的控制下

6、产生泥浆正脉冲信号。为达到上述目的，本发明提供的电机式泥浆脉冲发生器采用以下技术方案： 由动力及传动装置、压力平衡模块和下部组件组成。动力及传动装置由驱动器模 块、电机总成、弹性联轴器、滚珠丝杠、弹簧和传动轴组成；压力平衡模块由压 力平衡膜及相应杆件组成；下部组件由活塞、弹簧和抗压筒组成。滚珠丝杠将电 机的转动转变为直线运动，主轴带动先导阀动作，泥浆通过相应通道进入下部组 件，推动活塞运动，活塞杆前端的阀头堵住限流环，导致钻铤内泥浆压力升高， 从而产生正脉冲泥浆压力信号。本实用新型结构简单，工作可靠，节约电量，适 用于无线随钻测量系统，解决随钻测量仪器故障率高及耗电量大的问题。电机和减速箱主轴

7、先经过柔性联轴器，然后与先导阀主轴用滚珠丝杠连接在 一起，滚珠丝杠完全浸没于液压油中。电机和减速箱、柔性联轴器、先导阀主轴亦浸没于液压油中，且与滚珠丝杠 的油腔是联通的。更换主阀头和限流环可以调节正脉冲压力幅值的大小。本实用新型具有的有益效果是：电机式泥浆脉冲发生器，电机带动传动旋转， 滚珠丝杠将旋转运动转变为直线运动。滚珠丝杠传动效率高，再加其完全浸没于 液压油中，机械磨损更小，在其合理的使用寿命下，可以实现免维护。平衡活塞 的设置，不仅可以起到隔离泥浆的密封作用，亦可以将泥浆的压力导入到抗压筒 内部，是内外压力平衡，内外压基本保持一致，在抗压筒为了给电机及其他零件 留置足够大的空间，壁厚较

8、小的前提下，极大的提升了抗压筒的抗压能力。先导 阀后的弹簧在电机提升先导阀时，处于压缩状态，储存了部分能量，在电机顶起 先导阀时，弹簧又将储存的能量释放，保证了先导阀关闭的可靠性。因此本实用 新型具有结构简单，工作可靠，节约电量，适用于无线随钻测量系统，解决随钻 测量仪器故障率高及耗电量大的问题。附图说明图1为一种电机式浆脉冲发生器结构图。具体实施方式结合附图对本发明作进一步说明。如图1所示，一种电机式泥浆脉冲发生器，由动力及传动装置、压力平衡模 块和下部组件组成，其特征为：动力及传动装置在顶部，压力平衡模块在中间， 下部组件在底部；动力及传动装置由驱动器模块(16)、电机总成(14)、弹性联

9、轴 器(13)、滚珠丝杠(12)、弹簧(11)和传动轴(10)组成；压力平衡模块由压力平衡膜 (9)及相应杆件(8)、(10)组成；下部组件由活塞(3)、弹簧(4)和抗压筒(5)组成。抗 压筒(8)开有泥浆进入的孔隙。整个系统在井下工作时，安装于无磁钻铤中，抗 压筒(5)底部有弧形键槽，可以限制脉冲器沿轴向的运动。限流环(1)定位于无磁 钻铤中，其与抗压筒(5)的相对位置是固定的。如图1所示，仪器在井底正常工作时，因抗压筒(5)周围的截面空间要大于 限流环(1)与主阀头(2)的界面空间，抗压筒(5)处的泥浆压力要低于主阀头(2)底部 的压力，活塞(3)在压差的作用下往上移动，压缩弹簧(4),下

10、部组件空腔内的泥 浆通过活塞(3)中空流出，待弹簧(4)压缩到一定程度后，主阀头(2)提离限流环(1)， 活塞(3)处于平衡状态。驱动模块(16)控制电机总成(14)工作，滚珠丝杠(12)将电 机总成(14)的转动转变为直线运动，传动轴(10)带动先导阀(6)动作，泥浆通过抗 压筒(7)的孔隙进入下部组件的空腔，并由活塞(3)的中空，流入主阀头底部， 活塞(3)两端压力平衡，活塞(3)在弹簧(4 )弹力的作用下向下运动，主阀头(2)堵住 限流环(1)，活塞(3)又达到一种平衡状态，主阀头(2)与限流环(1)之间的截面空间 要小于抗压筒(5 )周围的截面空间，导致钻铤内泥浆压力升高。保持一定时间后， 驱动模块(16)控制电机总成(14)反向工作，滚珠丝杠(12)将电机总成(14 )的转动转 变为直线运动，传动轴(10)带动先导阀(6)动作，堵住下部组件空腔，主阀头(2) 提离限流环(1)，完成一个循环，从而产生正脉冲泥浆压力信号。弹簧(11)具有储能作用，在电机总成(14)工作，先导阀(6)打开下部组件空腔 时，弹簧(11)处于压缩状态，储存了部分能量，在电机总成(14)反向工作，先导 阀(6)堵住下部组件空腔时，弹簧又将储存