连续波钻井液脉冲发生器结构设计探讨（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）#技术讨论!连续波钻井液脉冲发生器结构设计探讨3王智明1,2菅志军2李相方3贺麦红2许朝辉2(11吉林大学机械学院21中海油田服务股份技术中心31中国石油大学・北京摘要石油钻井过程中随钻测量的参数越来越多,为把这些参数快速有效地传至地面,研制一套高速率钻井液脉冲遥传系统势在必行。解释了钻井液脉冲发生器连续波发生机理,介绍了连续波钻井液脉冲发生器及发电机短节的基本组成、设计方案、基本结构、工作原理以及信号的编码与解码方式等。对研制连续波钻井液脉冲发生器具有一定的指导作用。关键词随钻测井工具连续波钻井液脉冲发生器编码与解码结构设计引言钻井液脉冲发生器是LWD、MWD(量、测井技术,率一般为015~3]。近年来国内已经成功研制了钻井液正脉冲发生器,考虑到随钻测井包括定向参数(方位、倾角、工具面角、伽马、电阻率、中子密度、中子孔隙度等多个参数,而且资料显示,国外已经研制出了随钻声波测井、随钻地震测井、随钻核磁共振测井及随钻地层测试等井下仪器[2],随钻测量的参数越来越多,显然正脉冲发生器的传输速率已难以满足要求。由于井下信息量越来越大,对传输速率的要求也越来越高,为把井下数据快速有效地传输到地面,满足生产作业对多个参数实时获取的要求,研制高速率的钻井液脉冲井下信息遥传系统势在必行。连续波钻井液脉冲发生器比正脉冲发生器传输速率高得多,可以达到6~12b/s,是一项较有前途的技术。笔者将对脉冲发生器的原理及结构进行介绍,对连续波钻井液脉冲发生器的研制具有一定的指导作用。脉冲发生机理连续波钻井液脉冲发生器汽笛部分由定子和转子组成,转子上部安装与转子叶片数量相等的定子,如图1码,,使钻柱内钻,形成连续正弦压力波,由井下传感器的测量数据经编码后,通过调制系统加载信号,在地面检测压力波形的变化,经过译码,计算得到测量数据,通过终端显示[3]。连续波脉冲技术的优点是数据传输速度快;缺点是信号相对较弱,受噪声干扰影响相对较大,对信号处理系统要求较高[4]。图1连续波脉冲发生器机理脉冲发生器结构及工作原理11连续波钻井液脉冲发生器技术指标参考国外连续波钻井液脉冲发生器的技术现状,确定了连续波钻井液脉冲发生器的技术指标。其主要技术指标如下:耐压130MPa,温度150℃,信号传输井深0~4000m,数据传输速率≥6b/s,排量19~55L/s,试验井试验工作时间—65—石油机械CHINAPETROLEUMMACHINERY2007年第35卷第12期3基金项目:中海油田服务股份项目“高速率泥浆脉冲遥传系统研究”(YFJ0504。150h;脉冲发生器钻铤外径175mm,钻铤内径130mm,脉冲发生器保护筒外径96mm,扶正器外径130mm。21连续波钻井液脉冲发生器结构及工作原理钻井液脉冲发生器主要由发电机、压力补偿机构、电子模块、直流电动机及控制编码系统、齿轮减速机构、钻井液汽笛转子和定子等组件组成。井下探管编码后的测量数据通过调制系统加载到电动机;转子在电动机驱动作用下旋转;转子的上部安装与转子相等叶片数量的定子;转子与定子相对位置的变化产生连续的正弦压力波;设置在地面的压力传感器检测钻井液压力波形的变化,并通过译码得到井下数据。发电机短节如图2所示,由钻柱来的高速钻井液流经导轮组件叶轮调整流动方向,使得钻井液对涡轮有良好的驱动效果,涡轮在钻井液的驱动下产生高速旋转运动,带动涡轮轴经变速箱增速后,带动发电机转子旋转。在发电机旋转轴外部安装发电机线圈绕组,线圈切割磁力线而产生交流电。图2涡轮发电机短节导轮与转子结构示意图1—钻铤;2—涡轮隔套;3—密封圈;4—导轮组件;5—螺钉;6—锁紧螺母;7—涡轮轴;8—涡轮钻井液汽笛短节如图3所示。直流电动机转子轴经减速器减速后驱动钻井液汽笛的转子做给定频率的旋转运动。由于汽笛转子相对于汽笛定子做周期性的旋转运动,而转子和定子设计有相同尺寸的叶片,转子和定子的不同位置的重叠和开启在钻井液中形成周期性的正弦波压力脉冲信号。图3钻井液汽笛短节1—密封压盖;2—上接筒;3—导流套;4—钻铤;5—定子;6—定子压盖;7—定子轴;8—转子电子模块短节用来支撑容纳电子模块,把交流电经电源模块的整流及电源管理形成稳定电流输出,供脉冲发生器驱动电动机和井下其它电子器件使用。其中145~235V的直流电驱动脉冲发生器直流电动机工作,用以带动转子转动。为了平衡钻井液的压力,每个短节都配以压力补偿器。为了使发电机达到额定功率,需要增速机构,同时为了使汽笛转子的速度达到要求,需要减速机构来降低电动机输出的速度。在设计过程中,要考虑