一种下行通讯装置的制作方法

1.本实用新型属于石油、天然气勘探开发领域，具体涉及一种下行通讯装置，尤其是用于向井下智能工具或仪器下传指令的下行通讯装置。


背景技术：

2.在水平井、定向井、复杂结构井等钻井过程中，随钻测量、随钻测井等工具应用广泛，旋转导向、垂直钻井工具的应用也在逐步的增多。除气体钻井外，常规钻井使用泥浆将钻屑从井底输送到地面，井下随钻测量，随钻测井及旋转导向等工具，使用泥浆压力脉冲作为信号上传的媒介。随着钻井复杂程度的不断提高，地面与井下智能工具或仪器之间的通讯需求也越发重要。
3.目前，在钻井过程中，广泛利用泥浆作为媒介以通过泄流改变下送排量从地面将数据下传至井下智能工具或仪器的方式。现有技术中有在压力管汇上安装泄流装置，其通过内部控制阀以预先编码的方式对泥浆进行泄流实现下行通讯。然而，由于立管压力大，经过控制阀后的泥浆会对下传装置内部冲蚀严重，导致下传装置损坏，大大缩短其寿命，尤其是在泥浆比重大、深井和超深井中，需要更换多个下传装置，才能完成向井下智能工具或仪器的下传任务。这大大增加了钻井作业时间，严重降低了作业效率，增加了作业成本。


技术实现要素：

4.针对如上所述的技术问题，本实用新型旨在提出一种下行通讯装置，该下行通讯装置能够对通入的高压泥浆进行减压而得到低压泥浆，从而能够有效降低高压泥浆对下行通讯装置的内部冲蚀，非常有利于延长下行通讯装置的使用寿命。
5.为此，根据本实用新型提供了一种下行通讯装置，包括：底座；安装在所述底座上的手动控制阀，所述手动控制阀用于连接泥浆进口管线，通过所述手动控制阀能够控制泥浆进口流量；与所述手动控制阀的出口端连通的气动控制阀；与所述气动控制阀的出口端连通的降压控制系统，所述降压控制系统的出口端用于连接泥浆出口管线；与所述气动控制阀连接的气动控制器，所述气动控制器能够接收和传递指令，并向所述气动控制阀提供气源动力，从而控制所述气动控制阀开启或关闭；以及控制箱，所述控制箱与所述气动控制器通信连接；其中，所述降压控制系统构造成能够对泥浆形成多级减压，高压泥浆依次通过所述手动控制阀、所述气动控制阀和降压控制系统，并在降压控制系统的作用下经过多级减压而形成低压泥浆，所述低压泥浆通过所述泥浆出口管线排出。
6.在一个实施例中，所述降压控制系统包括：中空节流管，所述中空节流管的第一端与所述气动控制阀连通；多个轴向均匀间隔开设置在所述中空节流管中的喷嘴；连接在所述中空节流管的第二端的转换套筒，所述转换套筒连接有出口管件，所述降压控制系统通过所述出口管件与所述泥浆出口管线连通；其中，来自所述气动控制阀的高压泥浆依次经过多个所述喷嘴进行减压，从而形成低压泥浆，所述低压泥浆通过所述出口管件排入所述泥浆出口管线。
7.在一个实施例中，所述喷嘴的直径d与流过所述下行通讯装置的流量大小q之间的关系满足公式d＝n
0.25
(a0/π)2，a0＝[ρq2/(2p1c
d2
)]
1/2
，
[0008]
其中，n为喷嘴的数量，a0为所述降压控制系统的等效节流孔的面积，ρ为泥浆密度，q为流过所述下行通讯装置的流量，p1为进入所述下行通讯装置前的泥浆压力，c
d
为流量系数。
[0009]
在一个实施例中，在相邻的所述喷嘴之间分别设置套筒，所述套筒用于对所述喷嘴进行轴向限位。
[0010]
在一个实施例中，所述中空节流管包括第一管体和与所述第一管体固定连接的第二管体，所述第一管体与所述气动控制阀连接，所述第二管体与所述转换套筒连接。
[0011]
在一个实施例中，所述第一管体通过入口管件与所述气动控制阀连通。
[0012]
在一个实施例中，在所述中空节流管的内部同心布置有喷嘴支撑管，多个所述喷嘴轴向均匀间隔开布置在所述喷嘴支撑管中。
[0013]
在一个实施例中，所述转换套筒的内部设有腔体，且所述转换套筒设有分别与所述腔体连通的第一连接接口和第二连接接口，所述第一连接接口与所述第二连接接口的延伸方向设置成垂直，所述第一连接接口与所述中空节流管连接，所述第二连接接口与所述出口管件连接。
[0014]
在一个实施例中，所述喷嘴支撑管包括第一本体和与所述第一本体连接的第二本体，所述第一本体同心布置在所述中空节流管内，所述第二本体穿过所述第一连接接口而安装在所述腔体中，在所述第二本体的侧壁上设有多个与所述腔体连通的通孔，从而使所述喷嘴支撑管与所述出口管件导通。
[0015]
在一个实施例中，所述第二本体的外径设置成大于所述第一本体的外径，从而在所述喷嘴支撑管的外表面形成有台阶，并且在所述喷嘴支撑管的处于所述通孔的轴向内侧的内壁上设有台肩，所述中空节流管的第二端端面与所述台阶的端面抵靠接触，靠近所述喷嘴支撑管第二端的所述喷嘴的第二端面与所述台肩的端面抵靠接触。
[0016]
与现有技术相比，本技术的优点之处在于：
[0017]
根据本实用新型的下行通讯装置能够对通入的高压泥浆进行减压而得到低压泥浆，从而有效降低高压泥浆对下行通讯装置的内部冲蚀，非常有利于延长下行通讯装置的使用寿命，并且能够有效保证向井下智能工具或仪器传递信号指令的效率和信号准确性，非常有利于增强对井下智能工具或仪器的控制，从而提高井下智能工具或仪器的工作效率。降压控制系统的降压参数能够根据实际使用过程中所需的流量大小来调整喷嘴直径以及数量，从而提高降压控制系统的降压效率，这能够进一步提高下行通讯装置的信号传递性能。此外，下行通讯装置结构简单，安装方便，操作简单便捷。
附图说明
[0018]
下面将参照附图对本实用新型进行说明。
[0019]
图1显示了根据本实用新型的下行通讯装置的结构。
[0020]
图2是图1所示下行通讯装置中的降压控制系统剖视图。
[0021]
图3显示了图2所示降压控制系统中的喷嘴支撑管的结构。
[0022]
在本技术中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本实用新型的原理，并且未
按实际比例绘制。
具体实施方式
[0023]
下面通过附图来对本实用新型进行介绍。
[0024]
图1显示了根据本实用新型的下行通讯装置100的结构。如图1所示，下行通讯装置100包括底座10和固定安装在底座10上的手动控制阀20、气动控制阀30、降压控制系统40和气动控制器50。下行通讯装置100用于向井下智能工具或仪器传递信号指令。下行通讯装置100能够对通入的高压泥浆进行减压而得到低压泥浆，从而有效降低高压泥浆对下行通讯装置100的内部冲蚀，非常有利于延长下行通讯装置100的使用寿命。
[0025]
根据本实用新型，下行通讯装置100还包括控制箱(未示出)，控制箱与气动控制器50通信连接，用于发送指令以控制下行通讯装置100运行。
[0026]
在一个实施例中，手动控制阀20、气动控制阀30、降压控制系统40和气动控制器50分别通过卡件80固定安装在底座10上。卡件80设有不同规格尺寸，手动控制阀20、气动控制阀30、降压控制系统40和气动控制器50分别才能用相应规格的卡件80进行固定安装。卡件80拆装方便，稳定可靠。
[0027]
根据本实用新型，手动控制阀20用于连接泥浆进口管线，以向下行通讯装置100中通入高压泥浆。在作业过程中，通过控制手动控制阀20的开口面积能够控制泥浆进口流量。此外，在下行通讯装置100不工作的情况下，可以关闭控制手动控制阀20以关闭泥浆通道，从而能够使下行通讯装置100避免泥浆冲刷，对下行通讯装置100起到保护作用。
[0028]
如图1所示，气动控制阀30与手动控制阀20连通。气动控制阀30的进口端和出口端设置成垂直分布，气动控制阀30的进口端与手动控制阀20的出口端连通。气动控制器50与气动控制阀30连接，并且气动控制器50与气泵连接，气动控制器50能够接收控制箱发送的指令，并通过气泵向气动控制阀30提供气源动力，从而控制气动控制阀50开启或关闭。
[0029]
根据本实用新型，降压控制系统40与气动控制阀30的出口端连通。降压控制系统40的出口端用于连接泥浆出口管线。高压泥浆能够通过降压控制系统40进行减压而形成低压泥浆，并通过泥浆出口管线排出。
[0030]
图2显示了降压控制系统40的结构。如图2所示，降压控制系统40包括中空节流管41、多个设置在中空节流管41的内部的喷嘴42和转换套筒43。中空节流管41的第一端(图2中的左端)与气动控制阀30的出口端连通，中空节流管41的第二端(图2中的右端)与转换套筒43连接。转换套筒43还连接有出口管件70，降压控制系统40通过出口管件70与泥浆出口管线连通。
[0031]
如图2所示，中空节流管41包括第一管体411和第二管体412。第一管体411的第二端的内壁设有负锥形连接扣，第二管体412的两端均构造成正锥形连接扣，第一管体411第二端的负锥形连接扣与第二本体412第一端的正锥形连接扣适配安装而形成固定连接，从而形成中空节流管41。第一管体411的第一端通过入口管件60与气动控制阀30的出口端固定连接。为了保证第一管体411和第二管体412之间的密封性能，在第一管体411与第二管体412的连接面之间设有密封件。
[0032]
根据本实用新型，在中空节流管41的内部同心布置有喷嘴支撑管44。如图2和图3所示，喷嘴支撑管44包括第一本体441和与第一本体441连接的第二本体442。第一本体441
同心布置在中空节流管41内。多个喷嘴42轴向均匀间隔开布置在第一本体441中。第二本体442的外径设置成大于第一本体441的外径，从而在第一本体441连接的第二本体442连接处的外壁区域形成台阶445。台阶445的端面与中空节流管41的第二端端面抵靠接触，从而能够对中空节流管41形成轴向限位。
[0033]
如图2和图3所示，在第二本体442的内壁上设有台肩443。优选地，台肩443设置在第一本体441与第二本体442的连接处的内壁区域。最靠近喷嘴支撑管44的第二端的喷嘴42的第二端面(图2中的右端)与台肩441的端面抵靠接触，从而形成轴向限位。在相邻的喷嘴42之间分别设有套筒45，从而将多个喷嘴42轴向均匀间隔开设置在喷嘴支撑管44的内部，并形成轴向限位。在图2所示实施例中，降压控制系统40设有3个喷嘴42，在相邻的喷嘴42之间分别设置套筒45，并且在最靠近喷嘴支撑管44的第一端的喷嘴42的轴向外侧也设有套筒45。由此，使得多个喷嘴42轴向均匀间隔开分布在喷嘴支撑管44中，且在套筒45的作用下形成轴向限位，从而形成多级减压结构。来自气动控制阀30的高压泥浆依次经过多个喷嘴42进行减压，通过多级减压后而形成低压泥浆。
[0034]
根据本实用新型，喷嘴42的直径d和喷嘴42的数量n根据需要流过下行通讯装置100的流量大小q来确定。喷嘴42的直径d例如可以为8mm或10mm，喷嘴42的数量n例如可选1或2或3。具体地，喷嘴42的直径d与流过下行通讯装置100的流量大小q之间的关系满足公式d＝n
0.25
(a0/π)2，a0＝[ρq2/(2p1c
d2
)]
1/2
，其中，n为喷嘴的数量，a0为降压控制系统40的等效节流孔的面积，ρ为泥浆密度，q为流过下行通讯装置100的流量，p1为进入下行通讯装置前的泥浆压力(即通入的高压泥浆的压力)，c
d
为流量系数。
[0035]
如图2所示，转换套筒43的内部设有腔体431，且转换套筒43设有第一连接接口432和第二连接接口433，第一连接接口432和第二连接接口433分别与腔体431连通。第一连接接口432与第二连接接口433的延伸方向设置成垂直。在一个实施例中，第一连接接口432与第二连接接口433分别设有内螺纹。第二管体412的第二端通过正锥形连接扣与第一连接接口432的内螺纹适配连接，从而使中空节流管41与转换套筒43固定连接。出口管件70的第一端设置有外螺纹，出口管件70通过外螺纹与第二连接接口433的内螺纹适配连接，从而使出口管件70转换套筒43固定连接。为了保证转换套筒43的密封性能，在中空节流管41与第一连接接口432的连接面之间，以及出口管件70与第二连接接口433的连接面之间分别设有密封件。
[0036]
在本实施例中，在喷嘴支撑管44的第二本体442的内壁上设有多个通孔444。多个通孔444周向均匀分布在第二本体442的同一轴向位置处，且与腔体431连通，从而使喷嘴支撑管44与出口管件70导通。
[0037]
在一个实施例中，出口管件70设置成与手动控制阀20处于降压控制系统40的同一侧，并且出口管件70与手动控制阀20平行，从而使泥浆进口管线与泥浆出口管线的连接口延伸方向平行。这非常便于泥浆进口管线和泥浆出口管线连接安装以及泥浆的注入和排出。
[0038]
下面简述根据本实用新型的下行通讯装置100的工作过程。打开手动控制阀20通过泥浆进口管线注入高压泥浆，通过手动控制阀20控制高压泥浆的注入流量。根据实际工作需求你，通过控制箱向气动控制器50发送指令，从而控制气动控制阀30打开。之后，高压泥浆经过入口管件60进入降压控制系统40，并依次经过多个喷嘴42，从而在喷嘴42的作用
下降压形成低压泥浆。最后，经降压控制系统40减压后形成的低压泥浆经过出口管件70排入泥浆出口管线。由此，下行通讯装置100完成对高压泥浆的减压而得到低压泥浆，进而向井下智能工具或仪器传递信号指令。完成降压后，可以关闭手动控制阀20以表面高压泥浆对下行通讯装置100的内部冲蚀。
[0039]
根据本实用新型的下行通讯装置100能够对通入的高压泥浆进行减压而得到低压泥浆，从而有效降低高压泥浆对下行通讯装置100的内部冲蚀，非常有利于延长下行通讯装置100的使用寿命，并且能够有效保证向井下智能工具或仪器传递信号指令的效率和信号准确性，非常有利于增强对井下智能工具或仪器的控制，从而提高井下智能工具或仪器的工作效率。降压控制系统40的降压参数能够根据实际使用过程中所需的流量大小来调整喷嘴42直径以及数量，从而提高降压控制系统40的降压效率，这能够进一步提高下行通讯装置100的信号传递性能。此外，下行通讯装置100结构简单，安装方便，操作简单便捷。
[0040]
最后应说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施方案而已，并不构成对本实用新型的任何限制。尽管参照前述实施方案对本实用新型进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。