PUL泥浆脉冲发生器

由流量公式， 得出
。 按钻井液体积流量范围和密
度范围， 则主阀流通面积变化比为
， 这么
大的比值， 要使脉冲器适用宽流量范围， 更换不同通径的限流环是简单 易行的办法。 因此， 泥浆脉冲器采用只更换不同通径的限流环的方式来 分段满足技术要求提到的钻井液流量及密度指标。
４．３ 高温措施 高温环境主要从结构方面影响 PUL- 04 的工作可靠性。 结构方面 包括材料热涨冷缩产生的位移吸收和散热措施、 配合面材料的热膨胀系 数匹配等。 5 结论 对不同限流环直径的脉冲器在不同钻井液密度、 粘度和钻井深度 条件下计算得到如下结论： 1） 钻井液粘度和钻井深度是影响性能指标 中压力损失和脉冲幅度的关键； 适当减小钻井液粘度和钻井深度 （ 或降 低压损和脉冲幅度要求） 将有利于获得合适的限流环以使其满足性能指 标所要求的钻井液密度和流量范围。 2） 对于不同限流环， 随着密度增 大上升时间变化不大、 压力损失和脉冲幅度明显增大； 随着粘度增大上 升时间变化不大且脉冲幅度明显减小、 限流环直径小于 55m m 时压力 损失略有增大、 限流环直径大于 55m m 时压力损失在小流量时略有增 大、 大流量时明显减小； 随着流量增大上升时间明显减小、 压力损失和 脉冲幅度明显增大。 故为满足性能指标仅需考虑密度为最大和最小值 时， 粘度最大的情况下适用的流量范围即可。 3） 为了使脉冲器的设计 能够在多数使用条件下满足性能指标要求， 适当降低钻井深度和钻井液 粘度是非常有效的。 根据实际应用情况， 降低钻井深度不符合实际， 故 合理降低钻井液粘度将使不同限流环直径下流量的适用范围满足性能指 标要求。 此外， 若能降低压损或脉冲幅度要求则更有利于获得合适的限 流环及其适用的流量范围。 作者简介： 陈会娜， 女， 工学学位， 现从事机械设计及自动化行 业； 周皓， 男， 工学学位， 现从事机械设计及自动化行业。
[参考文献］
［１］ 成大先主编．机械设计手册，第 ４ 卷．化学工业出版社，１９９３． ［２］ Ｌ 普朗特等著．流体力学概论．科学出版社，１９８１． ［３］ 吴翔等主编．定向钻进原理与应用．中国地质大学出版社，２００６． ［４］ 江帆等编著．Ｆｌｕｅｎｔ 高级应用与实例分析．清华大学出版社，２００８．
4 方案说明 ４．１ 组成和原理 该脉冲器用于上悬挂式无线随钻系统， 安装在整个系统的最上端， 下端接大功率发电机。 脉冲器由主阀组件和控制阀组件两部分组成， 主 阀组件是钻井液脉冲信号的发生装置， 通过主阀头的上下运动来改变限 流环处钻井液的流道面积从而使限流环上方产生需要的钻井液压力脉 冲； 控制阀组件通过电磁阀来控制控制阀的开合进而控制主阀的动作。 PUL- 04 泥浆脉冲器主要由主阀组件、 伺服阀组件、 电磁阀组件组 成。 主阀组件包括过滤器、 主阀杆、 限流环、 钟形阀、 主阀定心环； 伺服 阀组件包括 （ 控制） 阀锥形阀头、 控制阀杆、 波纹管； 电磁阀组件包括电 磁阀筒、 电磁阀铁芯、 衔铁、 （ 同轴） 电连接器、 线圈。 主阀组件是仪器 脉冲信号的执行机构， 电磁阀组件主要作用是从定向探管获得电脉冲指令。 ４．２ 参数范围估算和分析
１３６器
陈会娜 周 皓 （ 北京航天三发高科技有限公司， 北京市 １０００７４）
［摘 要］ 重点论述泥浆脉冲发生器的方式、 原理和组成、 主要设计参数确定等关键技术及其解决措施。 ［关键词］ 脉冲器； 技术指标； 方案说明
1 脉冲器方式 石油钻井中目前使用的泥浆脉冲发生器主要采用下列三种方式之一： 1） 正脉冲方式。 脉冲发生器中有一个可调的节流阀， 由控制阀进 行调节操纵， 井下探管中的仪器根据传感器采集的数据经编码变换生成 电信号对控制阀进行开启与关闭， 当阀动作时， 通过钻柱的钻井液流中 形成瞬间压缩， 引起立管内的压力增加。 为了将数据传到地面， 多次操 纵节流阀的开度， 产生一系列脉冲。 正脉冲方式的脉冲器因传输率高， 在井下参数测量 （ 特别是 LWD） 中获得广泛应用。 2） 负脉冲方式。 脉 冲发生器由阀门组成， 当阀门打开时， 使一小部分钻井液从钻杆内流向 环形空间， 因此， 快速开闭这个阀就会引起立管中的压力下降， 这可由 压力传感器检测出来。 为了形成压力负脉冲的信息通道， 必须在管内和 管外空间建立初始压力降。 压力降消耗在水力喷射钻头的工作过程中和 MWD 系统的钻具组合中。 在钻杆壁上有一个连接钻柱管内外空间的阀 门， 当阀门打开很短时间 （ 0.25～1.0s） 时会产生脉冲。 脉冲的下降值 取决于钻井泵高压管线中的压力降。 负脉冲方式的脉冲器在早期的 MWD 中应用较广， 但因负脉冲 MWD 的传输速率低， 不能满足测量 更多参数的需要， 所以逐步被正脉冲方式取代。 3） 连续波方式。 不同 于前两种系统， 在这种系统中不产生明显的脉冲。 发生器是一个旋转的 阀， 该阀由一对与钻井液流成直角的有槽的圆盘组成。 其中一个是固定 的， 另一个是由马达驱动的， 马达以一定速度转动， 产生一个规则的连 续压力变化， 这实际上是个驻波。 这个波作为载体将数据传送到地面。 当要传送信息时， 降低或提高马达的速度以便使载波的相发生变化 （ 即 反向） ， 发出信号的相位由向调节器发出反馈信号的传感器控制， 由此 载波被调制成可以表示所需的数据。 在发送信息的过程中， 阀门以固定 的频率回转， 产生与高精度时间传感器同步的信号。 地面设备压力传感 器采集到的信号在地表接收装置中经过滤波、 放大， 恢复同步脉冲的次 序并确定所采集信号的相位。 相位位移被相敏元件及其积分电路识别出 来。 在接收装置上分离出同步的字， 循环同步传送的字被译码。 这是个 比较复杂的通信系统， 比前两种钻井液脉冲方法能提供更高的数据传送 速度， 然而， 它的井下和地面装备都很复杂， 技术难度大， 限制了它的 广泛使用。 综合上述三种方式各自的优缺点， PUL- 04 泥浆脉冲发生器 采用正脉冲方式。 2 PUL-04 泥浆脉冲发生器主要技术参数 1） 钻井液脉冲幅值： ≥100ps i； 2） 启动电压范围 V： 36V±4V； 3） 纹波峰 - 峰值△Vpp： ≤0.2V； 4） 最大启动功耗： ≤30W； 5） 蘑菇 头动作频率： ≥2Hz； 6） 外壳体耐酸碱要求： PH=7～12 无可见锈蚀； 7） 钻井液脉冲信号上升沿时间： ≤100m s； 8） 仪器压耗： ≤2MPa； 9） 钻井液泵出口压力； 0 Mpa～35 Mpa； 10） 钻井液流量： 8 L/s～63 L/s； 11） 钻井深度范围： 0m～5000m； 12） 外形尺寸要求： 脉冲器 长度≤1000m m， 脉冲器直径≤φ105m m； 13） 脉冲器总重量： ≤ 40kg； 14） 脉冲器承压： ≤120Mpa。 3 工作环境 ３．１ 工作介质物性参数 1） 钻 井 液 粘 度 ： 1cp ～50cp； 2） 钻 井 液 密 度 ： 0.95kg/m 3～ 2.1kg/m 3。 ３．２ 工作环境温度和压力 1） 工作环境温度： - 20℃～150℃； 2） 工作环境压力最大值： 140MPa。