用于泥浆脉冲遥测的振荡剪切阀及其操作的制作方法

用于泥浆脉冲遥测的振荡剪切阀及其操作
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年12月18日提交的美国申请序列号62/949,731的更早提交日期的权益，该美国申请的全部公开内容以引用方式并入本文。


背景技术：
技术领域
3.本公开涉及钻井流体遥测系统，并且更具体地涉及包含用于调节在井筒内的钻柱中循环的钻井流体的压力的振荡剪切阀的遥测系统。
4.相关技术的描述
5.钻井流体遥测系统(通常称为泥浆脉冲系统)特别适于在地下操作(例如，油井钻井操作)期间对从钻孔底部到地球表面的信息进行遥测(传输)。遥测的信息通常包括但不限于压力、温度、方向和井筒偏差的参数。其他参数包括测井数据，诸如各种地层的电阻率、声波密度、孔隙度、感应、自势和压力梯度。此类信息可能对钻井操作的效率至关重要。
6.遥测操作使用泥浆脉冲阀在流体(即，钻井泥浆)内产生压力脉冲。泥浆脉冲阀必须在极高井下静态压力、高温、高流速和各种侵蚀流类型下操作。在这些条件下，泥浆脉冲阀必须能够产生大约100psi至300psi的压力脉冲。
7.可使用不同类型的阀系统生成井下压力脉冲以执行遥测。打开和关闭从钻柱内部到井筒环空的旁路的阀产生负压脉冲，例如参见美国专利号4,953,595。置于循环泥浆流中的使用受控限制的阀通常被称为正脉冲系统，例如参见美国专利号3,958,217。这些专利的全部内容以引用方式并入本文。
8.希望增加泥浆脉冲数据传输率以适应需要传输到地面的大量测量的井下数据。可用泥浆脉冲阀的一个主要缺点是数据传输率低。利用可用阀类型增加数据率导致不可接受的大功率消耗、不可接受的脉冲失真，或者可能由于侵蚀、冲洗和磨料磨损而在物理上不切实际。由于低激活/操作速度，几乎所有现有泥浆脉冲阀都仅能够产生离散脉冲。为了有效地使用载波向地面发送频移(fsk)或相移(psk)编码信号，必须提高致动速度并对其进行全面控制。
9.美国专利号4,351,037中示出负脉冲阀的示例。本文档的全部内容以引用方式并入本文。本技术包括井下阀用于将循环流体的一部分从钻柱内部排放到管柱与钻孔壁之间的环形空间。钻井流体沿钻柱内部向下循环，通过钻头流出，并沿环形空间向上到达地面。通过暂时将流体流的一部分从侧端口排出，产生瞬时压降并且在地面可检测到瞬时压降以提供井下排放的指示。井下仪器被布置成在发生井下检测事件时产生信号或机械动作以形成上述排放。所公开的井下阀部分地由具有入口和出口以及阀杆的阀座限定，该阀杆可在与钻柱的线性路径中移动到阀座的入口端和移动远离阀座的入口端。
10.如本领域技术人员将理解的，所有负脉冲阀都需要在阀下方(即，井下)具有一定高压差，以在阀打开时产生足够的压降。由于这种高压差，负脉冲阀通常易于清洗。一般来
讲，不希望将钻头上方的流旁路进入环空。因此，必须确保阀能够完全关闭旁路。每次致动时，阀都会撞击阀座。由于这种冲击，负脉冲阀比正脉冲阀更容易发生机械磨损和磨料磨损。
11.与负脉冲阀相比，正脉冲阀可能但不需要完全关闭流动路径进行操作。正提升型阀不易磨损阀座。作用在正提升型阀上的主要力是液压力，因为阀逆着流动流打开或关闭。为了减少致动功率，一些正提升型阀采用液压驱动，如美国专利号3,958,217中所述。本文档的全部内容以引用方式并入本文。在此类配置中，主阀由先导阀间接操作。低功率消耗先导阀关闭流量限制，这激活主阀以产生压降。这种阀的功率消耗非常小。此阀的缺点是被动操作主阀。在高致动速率下，被动主阀不能遵循主动操作的先导阀。因此，井下产生的脉冲信号将变得高度失真，在地面几乎无法检测到。
12.替代配置包括旋转盘阀，该旋转盘阀被配置成打开和关闭垂直于流动流的流动通道。作用在此类阀上的液压力小于提升型阀。然而，随着致动速度的增加，动态惯性力是主要的功率消耗力。例如，美国专利号3,764,968描述了被配置成传输频移键(fsk)或相移键(psk)编码信号的旋转阀。本文档的全部内容以引用方式并入本文。阀使用旋转盘和具有多个对应狭槽的非旋转定子。转子由电动马达连续驱动。根据马达速度，当转子间歇性地中断流体流时，会在流动中产生一定频率的压力脉冲。需要改变马达速度来改变压力脉冲频率，以允许fsk或psk类型信号。转子每转有几个脉冲，对应于转子和定子中的狭槽数。为了改变相位或频率，转子需要增加或减小速度。这可能需要转子旋转来克服旋转惯性并实现新的相位或频率，从而需要若干脉冲循环来进行转变。对于这种连续旋转的装置，信号的振幅编码本质上是不可能的。为了改变频率或相位，必须克服与马达相关联的大惯性矩，这需要大量的功率。当以一定速度连续旋转时，可使用涡轮或者可包括齿轮来减少系统的功率消耗。另一方面，当信号编码从一种速度切换到另一种速度时，这两种选项都会显著增加系统的惯性和功率消耗。
13.上述示例说明了应用快速作用阀产生压力脉冲时存在的一些关键考虑因素。在钻孔操作中使用这些系统的其他考虑因素包括存在于移动钻柱中的极端冲击力，诸如动态(振动)能量。其结果是系统的操作部件过度磨损、疲劳和故障。在钻柱环境中遇到的特殊困难，包括需要长效系统来防止过早故障和更换部件，需要坚固可靠的阀系统。


技术实现要素：

14.本文提供了用于在钻井流体中产生脉冲的系统和方法。该方法包括以振荡方式驱动转子相对于脉冲器组件的定子的旋转，其中该脉冲器组件包括沿着钻柱布置的工具壳体，并且该定子和该转子布置在该工具壳体内，其中该定子包括至少一个定子流动通道以允许钻井流体流过其中，并且该转子包括至少一个阻挡元件，该阻挡元件被配置成选择性地阻挡流体流过该至少一个定子流动通道。驱动的振荡方式包括：将该至少一个阻挡元件从中间位置旋转到第一阻塞角位置，使得发生该至少一个阻挡元件对该至少一个定子流动通道的第一选择性阻挡，其中该中间位置由该至少一个阻挡元件对通过该至少一个定子流动通道的流动的最小程度的阻挡限定；以及将该至少一个阻挡元件从该第一阻塞角位置旋转到与第一阻塞角位置的中间位置相对的第二阻塞角位置，使得发生该至少一个阻挡元件对该至少一个定子流动通道的第二选择性阻挡。当钻井流体流过该钻柱以在该钻井流体中
产生压力脉冲时，该至少一个阻挡元件的旋转选择性地阻挡该至少一个定子流动通道。此外，该振荡方式是该至少一个阻挡元件在该第一阻塞角位置与该第二阻塞角位置之间的振荡，使得在该至少一个定子流动通道的两个阻挡状态之间存在单个振荡。
15.本文所述的旋转脉冲器组件和系统被配置成沿着钻井流体流过的钻柱定位。该旋转脉冲器包括壳体，该壳体被配置成沿着该钻柱支撑。定子由该壳体支撑，该定子具有从该定子的上游端部延伸到下游端部的至少一个定子流动通道。转子邻近该定子定位，该转子包括至少一个阻挡元件，该转子可旋转以利用该至少一个阻挡元件选择性地阻挡该至少一个定子流动通道。马达联接到该转子，其中该马达组件可操作为使该转子相对于该定子旋转。控制器被配置成驱动该马达并相对于该定子旋转该转子，其中该控制器被配置成以振荡方式驱动该转子的旋转。该振荡方式包括：当阻挡元件从中间位置旋转到第一阻塞角位置时，发生该至少一个阻挡元件对该至少一个定子流动通道的第一选择性阻挡，其中该中间位置由该阻挡元件对通过该至少一个定子流动通道的流动的最小程度的阻挡限定；以及当该阻挡元件从该第一阻塞角位置旋转到第二阻塞角位置时，发生该至少一个阻挡元件对该至少一个定子流动通道的第二选择性阻挡，其中该第二阻塞角位置与该第一阻塞角位置的中间位置相对。当钻井流体流过该钻柱以在该钻井流体中产生压力脉冲时，该阻挡元件的旋转选择性地阻挡该至少一个定子流动通道。此外，该振荡方式是该至少一个阻挡元件在该第一阻塞角位置与该第二阻塞角位置之间的振荡，使得在该至少一个定子流动通道的两个阻挡状态之间存在单个振荡。
16.除非另有明确说明，前述特征和元素可以各种组合进行组合而不具有排他性。根据以下描述和附图，这些特征和元素及其操作将变得更加明显。然而，应当理解，以下描述和附图旨在本质上是例示性和解释性的，而非限制性的。
附图说明
17.在本说明书结束时的权利要求书中特别指出并明确要求保护被视为本发明的主题。通过以下结合附图的具体实施方式，本发明的前述和其他特征和优点将变得显而易见，在附图中：
18.图1是显示可结合本公开的实施方案的参与钻井操作的钻机1的示意图；
19.图2a是可结合本公开的实施方案的脉冲器组件的示意图；
20.图2b是图2a的脉冲器组件的定子的示意图；
21.图2c是图2a的脉冲器组件的转子的示意图；
22.图3是根据本公开的一个实施方案的脉冲器组件的操作图像序列；
23.图4是根据本公开的一个实施方案的脉冲器组件的示意图；
24.图5a是根据本公开的一个实施方案的脉冲器组件的操作图像序列，其示出从打开位置到第一关闭位置的转变；
25.图5b是图5a的脉冲器组件的操作序列，示出了从第一关闭位置返回到打开位置的转变；
26.图5c是图5a的脉冲器组件的操作序列，示出了从打开位置到第二关闭位置的转变；
27.图6a是根据本公开的一个实施方案的作为操作时间的函数的角位置的曲线图；
28.图6b是根据本公开的一个实施方案的作为操作时间的函数的压力的曲线图；
29.图6c是根据本公开的一个实施方案的在操作期间驱动转子的电动马达的功率消耗的曲线图；
30.图6d是根据本公开的一个实施方案在操作期间由马达汲取的电流的曲线图；
31.图7是作为脉冲器组件的角位置的函数的压力的曲线图；
32.图8a是作为替代配置脉冲器组件的时间的函数的压力的曲线图；
33.图8b是作为替代配置脉冲器组件的时间的函数的压力的曲线图；
34.图9是根据本公开的一个实施方案的脉冲器组件的示意图；
35.图10是示出基于不同脉冲器配置的不同压力曲线的压力的曲线图；
36.图11a是根据本公开的一个实施方案的脉冲器组件的转子的示意图；
37.图11b是沿着图11a所示的线b-b观察的图11a的转子的阻挡元件的侧正视图；
38.图11c是沿着图11a所示的线c-c观察的图11a的转子的阻挡元件的横截面图；
39.图12a是根据本公开的一个实施方案的脉冲器组件的示意图，其以起始取向显示，示出了从打开位置到第一关闭位置的转变；
40.图12b示出了图12a的脉冲器组件的操作取向系列，示出了从第一关闭位置返回并穿过打开位置的转变；
41.图12c示出了图12a的脉冲器组件的操作取向系列，示出了从低阻挡位置到第二关闭位置的转变；
42.图12d示出了图12a的脉冲器组件的操作取向系列；
43.图13a是作为脉冲器组件的角位置的函数的扭矩的曲线图；以及
44.图13b是结合本公开的一个实施方案的作为脉冲器组件的角位置的函数的扭矩的曲线图。
具体实施方式
45.本文呈现的所公开设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述以参照附图举例而非限制的方式呈现。
46.图1是显示参与钻井操作的钻机100的示意图。钻井流体102(也称为钻井泥浆)由泵104循环，通过钻柱106的内孔，向下通过井底钻具组合(bha)108，通过钻头110，然后通过钻柱106与钻孔壁114之间的环空112返回地面。bha 108可包括多个传感器模块116、118、120中的任一传感器模块。如本领域技术人员将理解的，传感器模块116、118、120可包括地层评估传感器、方向传感器、探头、检测器等。此类传感器和模块在本领域中是众所周知的并且不再进一步描述。bha 108还包含脉冲器组件122。脉冲器组件122被配置成在钻井流体102的泥浆流中引起压力波动。压力波动或脉冲通过钻柱106中的钻井流体102和/或环空112中的钻井流体108传播到地面，并由脉冲传感器124和相关联控制单元126在地面检测。如本领域技术人员将理解的，控制单元126可为通用或专用计算机或其他处理单元。脉冲传感器124连接到流线128，并且可为压力换能器或流量换能器，如本领域技术人员将理解的。bha 108包括或限定纵向轴线。
47.现在转向图2a至图2c，示出了脉冲器组件200的示意图。图2a是脉冲器组件200的局部横截面示意图，图2b是脉冲器组件200的定子202的示意图，并且图2c是脉冲器组件200
的转子204的示意图。脉冲器组件200可安装或以其他方式用于井下系统中，诸如关于图1所示和描述的。在该实施方案中，脉冲器组件200被布置为振荡剪切阀组件，该振荡剪切阀组件被配置用于泥浆脉冲遥测。如图所示，脉冲器组件200布置在工具壳体206的内孔中。在一些实施方案中，工具壳体206可为井底钻具组合中的钻孔钻铤(例如，如图1所示)。在其他实施方案中，工具壳体206可为适于装配到钻铤孔中的单独壳体。在不脱离本公开的范围的情况下，各种其他配置是可能的。工具壳体包括或限定纵向轴线h。纵向轴线h可平行于定子202的纵向轴线s和/或与该纵向轴线对准。在操作中，例如，在钻井时，钻井流体208将流过定子202和转子204，并且穿过脉冲器壳体210与工具壳体206的内径或表面之间的环空。脉冲器壳体210包括或限定纵向轴线(未示出)。脉冲器壳体210的纵向轴线可平行于工具壳体206的纵向轴线h。钻井流体208在本文可称为钻井泥浆、钻孔流体和/或泥浆。钻井流体可沿平行于壳体或bha的纵向轴线的方向流动。
48.图2a和图2b中所示的定子202相对于工具壳体206和脉冲器壳体210固定。定子202可限定或包括多个纵向定子流动通道212。定子202包括或限定上游侧213和下游侧215。图2a和2c中所示的转子204为盘形，具有带凹口叶片214(转子叶片)，其限定转子流动通道216，该转子流动通道的大小和形状与定子202中的定子流动通道212类似(尽管在轴向上没有那么长，如图2a所示)。转子204包括或限定上游侧203和下游侧205。尽管示为流动通道(由转子叶片限定)，但在一些实施方案中，可分别在定子和转子中形成孔或开孔。转子流动通道216被配置成使得转子流动通道216将在转子的某些角位置与定子流动通道212对准，以限定直的或基本上直的(即，轴向)流动路径。转子204紧邻定子202定位并且被配置成旋转地振荡或被旋转地驱动。转子204相对于定子202的角位移(旋转)将改变由流动通道212、216限定的轴向流动路径的有效流动区域，并因此在循环的泥浆柱中产生压力波动。在替代实施方案中，转子可并非盘形，但可包括在下游侧上的延伸部。
49.为了实现一个压力循环，有必要通过改变转子叶片214相对于定子流动通道212的角度定位来打开和关闭轴向流动路径。这可通过转子204围绕转子轴轴线r的振荡移动来完成。转子叶片214沿第一方向旋转，直到流动区域完全或部分受到限制。这种部分或完全限制(或阻塞)将在流体中形成或产生压力增加。然后，转子叶片214沿相反方向旋转以再次打开流动路径。随着流动路径打开，压力将减小。产生压力脉冲所需的角位移取决于转子202和定子204的设计。脉冲器组件200的流动路径设计得越窄，形成压力波动所需的角位移量就越减少。通常期望角位移量相对较小(并因此可能更期望相对窄的流动通道212、216)。然而，狭窄的流动通道可能具有被流体流中的碎屑或外来颗粒阻塞的缺点，因此必须在用于低位移的狭窄流动通道和用于允许碎屑通过的较大流动通道之间进行折衷。
50.加速转子204所需的功率与当围绕转子轴轴线r旋转地振荡时转子的角位移成比例。角位移越小，加速或减速转子204所需的致动功率越低。作为示例，由于转子204和定子202(定子流动通道212)上的八个流动通道(转子流动通道216)并且总流动通道的横截面最大化，使用大约22.5
°
的角位移来产生压降。具有这种相对低的角位移角可确保相对低的致动能量，即使在高脉冲频率下也是如此。在一些配置中，可能不必完全阻塞流体通过流动路径的流动来产生压力脉冲。因此，转子204的不同阻塞量或角旋转可用于产生不同的脉冲振幅。
51.如图2a所示，转子204附接或可操作地联接到转子轴218。因此，转子轴218的旋转
可引起转子204的旋转。转子轴218穿过密封件220并穿过一个或多个轴承222装配。轴承222被配置成将转子轴218相对于脉冲器壳体210固定在径向和轴向位置。转子轴218可操作地连接到马达224，其中转子轴218被配置成由马达224旋转地驱动。马达224可为例如电动马达，诸如可逆无刷dc马达、伺服马达或步进马达。马达224可被配置成诸如通过电子模块226中的电路系统进行电子控制。电子模块226可实现转子204的精确操作，诸如在两个旋转方向上(例如，顺时针和逆时针)的振荡移动中。转子204位置的精确控制提供了由通过脉冲器组件200的流体流(例如，钻井泥浆)产生的压力脉冲的特定成形。电子模块226可包括可编程处理器，该可编程处理器可被预编程为利用多个编码方案中的任一编码方案来传输数据，该多个编码方案包括但不限于幅移键控(ask)、频移键控(fsk)或相移键控(psk)或这些技术的组合。
52.在一些实施方案中，工具壳体206可包括一个或多个压力传感器(未示出)，该一个或多个压力传感器安装在脉冲器组件200上方和下方的位置。此类压力传感器可配置有暴露于钻柱孔中的流体的感测表面。压力传感器可由电子模块226供电，并且可被配置成接收地面传输的压力脉冲。电子模块226中的处理器和/或电路系统可被编程为基于所接收的地面传输的压力脉冲来改变数据编码参数。编码参数可包括编码方案的类型、基线脉冲振幅、基线频率、转子的角位移、转子在中间位置的角位置或影响数据编码的其他参数。在替代实施方案中，bha 108可包括由泥浆流驱动的涡轮。在此类实施方案中，涡轮可用于通过测量涡轮转速波动来接收地面传输的脉冲。
53.脉冲器壳体210可填充有适当的润滑剂228以润滑轴承222并利用钻井泥浆208的井下压力来对脉冲器壳体210的内部进行压力补偿。轴承222是本领域已知的典型抗摩擦轴承并且不再进一步描述。在一些实施方案中，并且如图所示，密封件220可被配置为柔性波纹管密封件，该柔性波纹管密封件直接连接到转子轴218和脉冲器壳体210。因此，密封件220可密封(例如，气密地)填充有润滑剂228(例如，油)的脉冲器壳体210。如由马达224驱动的转子轴218的角移动或旋转导致密封件220的柔性材料扭转，从而适应角运动，同时保持润滑剂228在脉冲器壳体210内的密封。在一些实施方案中，密封件220的柔性波纹管材料可为弹性体材料、纤维增强弹性体材料或本领域技术人员将理解的其他合适的材料。根据密封件220的材料、部件的布置等，可能需要保持转子轴218的角旋转相对较小，使得密封件220的材料不会因扭转运动而受到过度应力。在其他配置中，密封件220可为弹性体旋转轴密封件或机械面密封件，如本领域技术人员将理解的。也就是说，密封件220可采用各种配置和布置，以提供脉冲器组件200的密封的、填充润滑剂的内部结构，而不脱离本公开的范围。
54.在一些实施方案中，马达224可配置有双端马达轴或中空马达轴。在一些此类实施方案中，马达轴的一个端附接到脉冲器组件200的转子204的转子轴218，并且马达轴的另一端部附接到扭转弹簧230。扭转弹簧230可锚定到端帽232。在此类实施方案中，扭转弹簧230、转子轴218和转子204被配置为机械弹簧-质量系统。扭转弹簧230被设计成使得弹簧质量系统的固有频率处于或接近脉冲器组件200的期望振荡脉冲频率。用于设计共振扭转弹簧质量系统的方法在机械领域中是众所周知的，并且在此不再描述。共振系统的优点在于，一旦系统处于共振，马达224只需提供功率来克服外力和系统阻尼，而旋转惯性力由共振系统平衡。在替代实施方案中，扭转弹簧可附接到转子轴。
55.本公开的实施方案涉及旋转脉冲器组件(即，脉冲器)和用于操作此类组件的方法。脉冲器组件包括壳体、由壳体支撑的定子、与定子相邻的转子以及联接到转子的马达组件，诸如上文关于图2a至图2c所示和所述。电子模块被配置成控制马达组件的运动或操作，并因此控制转子的旋转。转子的运动或旋转可为振荡。也就是说，转子可沿第一旋转方向d1并沿第二(相反)旋转方向d2驱动，在这种驱动之间方向改变。在一些实施方案中，可相对于中心位置执行特定旋转角度，使得当从中心或中间位置开始时，转子可沿第一方向上驱动预定义旋转角度，并且当到达此类角度时，旋转方向可反转并因此沿第二方向旋转。随着转子沿第二旋转方向d2旋转，转子可穿过中心或中间位置并继续旋转行进到相同预定义旋转角度(但与第一旋转方向d1相反)。术语相反是指转子的相反旋转方向或通过沿相反的旋转方向旋转转子可从中间位置到达的转子的角位置。也就是说，从转子的角位置旋转到相对角位置包括经过中间位置。
56.转子204可包括一个或多个阻挡元件214，诸如图2a至图2c所示和所述的叶片。阻挡元件的尺寸和形状可被设定成至少部分地(并且可能完全)阻塞流体流过定子的流动通道212、导管或开孔，该定子与转子相邻布置(例如，如图2a至图2c所示)。图2b和图2c分别提供了从井上角度看的定子202和转子204的横截面图。当转子被马达旋转时，一个或多个阻挡元件214和一个或多个转子流动通道216与转子一起旋转。在默认或静止状态(当马达关闭时)，如定子202和转子204相对于彼此的取向所指示，转子可被布置成使得流动路径打开，并且阻挡元件不阻塞，或最小程度地阻塞定子的流动通道。然而，转子被配置成以旋转方式被驱动，使得阻挡元件可阻塞或以其他方式限制流体流过定子的流动通道(即，通过阻塞定子流动通道)。
57.由于流动路径在静止(或马达关闭状态)时打开或至少部分地打开(例如，最小阻挡位置)，因此转子可从中间(打开)位置旋转到最大阻挡位置(即，关闭或部分关闭)，由此一个或多个阻挡元件阻挡流体流过定子的一个或多个相应流动路径。作为一个示例，当转子旋转预定义第一阻塞角α1时(如图3所示)，转子可沿第一旋转方向d1旋转，以阻挡流动通道。转子将在第一阻塞角α1停止旋转移动(角速度ω
min1
＝0)，然后沿第二旋转方向d2反转，由此减少阻挡，直到在中间位置α0达到最小阻挡(如图3所示)。旋转将从中间位置α0沿相同方向(即，第二旋转方向d2)继续，并以转子的最大旋转速度ω
max
经过或越过中间位置，并以第二阻塞角α2旋转到第二最大阻挡位置(如图3所示)。再次，转子将以第二阻塞角α2停止旋转移动(ω
min
＝0)，然后反转旋转方向(即，进入第一旋转方向d1)，再次减少阻挡，直到在中间位置α0达到最小阻挡。
58.旋转将从中间位置α0沿相同方向(即，第一旋转方向d1)继续，并以转子的最大旋转速度ω
max
经过或越过中间位置α0，并以第一阻塞角α1旋转回到第一最大阻挡位置。从旋转方向以最大旋转速度ω
max
反转(d1到d2)越过中间位置α0的第一阻塞角位置α1到旋转方向再次以最大旋转速度ω
max
反转(d2到d1)回并越过中间位置α0到第一阻塞角位置α1的第二阻塞角α2的转子循环表示转子的一个旋转振荡循环。马达关闭时在中间位置α0与特定定子流动通道对准的转子流动通道在转子的一个旋转振荡循环期间在中间位置α0与特定定子流动通道对准两次。在一个旋转振荡循环期间的两次对准期间，旋转速度最大，即沿旋转方向d2的ω
max
和沿旋转方向d1的ω
max
。在此类配置和操作中，中间位置α0可表示0
°
的角度或由0
°
的角度限定。从具有最小旋转速度的第一关闭位置越过具有最大旋转速度的打开位置到第二关
闭位置并返回越过打开位置到第一关闭位置的特定转子循环是新的，并且与本文所述的现有技术系统相比，相对于由旋转脉冲器产生的脉冲形式，提供了显著优势。
59.例如，转向图3，示出了根据本公开的一个实施方案的脉冲器组件300的一部分的操作的示意图系列。脉冲器组件300包括定子302和可相对于定子302旋转的转子304。转子304的旋转移动可由马达驱动，如上所述。定子304包括定子流动通道306并且转子304包括转子流动通道308，并且当转子流动通道308与定子流动通道306对准时，限定穿过脉冲器组件300的流动路径。转子304还包括至少一个阻挡元件310，该至少一个阻挡元件可旋转以阻塞或以其他方式阻挡流体流过定子流动通道306。
60.图3中的示意图系列示出了转子304相对于定子302的振荡运动，以及具体地随着阻挡元件310(例如，转子的无流动通道的部分)相对于定子流动通道306移动，由该阻挡元件提供的阻塞或阻挡。图3示出了取向系列(a)-(l)，其示出转子304相对于定子302的取向。在图3的取向(a)，转子304处于静止状态(例如，驱动马达关闭)，并且转子流动通道308与定子流动通道306对准，并且阻挡元件310不阻塞或以其他方式阻挡通过由对准的流动通道306、308限定的流动路径的流动，或者对通过由对准的流动通道限定的流动路径的流动的阻挡最小。阻挡元件310的尺寸和形状被配置成当阻挡元件310移动以与定子流动通道306对准时，确保充分阻塞(部分或完整)定子流动通道306。下述取向系列(a)-(l)将相对于首先在取向(b)-(d)逆时针旋转(例如，第一旋转方向d1)，然后在取向(e)-(j)顺时针旋转(例如，第二旋转方向d2)，并且在取向(k)-(l)(例如，中间位置)，以逆时针旋转结束回到起始取向。应当理解，关于以上描述，逆时针和顺时针方向是相对于转子上的井下透视图定义的。术语下游和井下是指脉冲器组件的钻头侧的位置。术语上游和井上是指脉冲器组件的地面侧的位置。
61.在取向(a)，转子304示为处于底角位置α0。当脉冲器组件300处于静止和/或马达关闭时，底角位置α0是相对于参考取向0
°
的默认角度。在一些配置中，如下所述，转子304可偏置到底角位置α0，使得当马达关闭时，无论转子304的位置如何，转子304都将由于偏置力而返回到底角位置α0。此类偏置可通过扭矩弹簧(例如，扭转弹簧)或其他类似的偏置元件来实现，该偏置元件被配置成当未向其施加旋转力时将转子304返回到底角位置α0。随着转子围绕底角位置α0(中间位置)进行振荡旋转，扭转弹簧的弹簧载荷在底角位置α0为零。在中间位置，扭转弹簧未张紧(例如，弹簧被释放)。应提及的是，密封件220的扭转也可能有助于朝向底角位置α0的偏压力。在替代实施方案中，电动马达(例如，电动制动器)或另一电机构或机械机构可使转子在底角位置偏置。
62.在取向(b)，转子304相对于定子302沿逆时针方向(例如，第一旋转方向d1)旋转，使得阻挡元件310的一部分将阻塞或以其他方式阻挡定子流动通道306的一部分。如图所示，在取向(b)，定子流动通道306与转子流动通道308之间的对准量或重叠量小于转子304处于底角α0时的量。因此，由转子流动通道308和定子流动通道306限定的流动路径的阻挡量将增加，从而增加流体的压力。
63.在取向(c)，转子304相对于定子302沿逆时针方向(例如，第一旋转方向d1)进一步旋转，使得阻挡元件310的阻塞或阻挡定子流动通道306的部分增加。如图所示，在取向(c)，定子流动通道306与转子流动通道308之间的对准量或重叠量小于转子304处于取向(b)时的量。因此，由转子流动通道308和定子流动通道306限定的流动路径的阻挡量将进一步增
加，由此使流体的压力甚至比在取向(b)增加更多。
64.在取向(d)，转子304相对于定子302沿逆时针方向进一步旋转，使得阻挡元件310完全阻塞或阻挡定子流动通道306。如图所示，在取向(d)，转子流动通道308不与定子流动通道306的任何直部分重叠，并因此压力增加值高于取向(b)和取向(c)。由于转子304和定子302的相邻面之间(定子下游侧和转子上游侧之间)存在轴向间隙或距离，流被迫围绕转子304的外径流动或流过转子流动通道、轴向间隙并最终穿过转子流动通道308。在取向(d)，转子304已旋转到单个阻挡振荡的完整范围，并因此在第一阻塞角位置α1结束。当转子304已旋转到第一阻塞角位置α1时，旋转方向(例如，第一旋转方向d1)将改变(反转)为顺时针旋转，并因此在第一阻塞角位置α1，转子304的旋转速度将达到零并反转方向(例如，第二旋转方向d2)。在取向(d)和第一阻塞角位置α1，偏置构件(例如，扭转弹簧)提供朝向转子304的底角位置α0的最大排斥力f1(第一偏置力)。转子304和定子302的相邻面之间的间隙可为几毫米宽至几厘米宽。典型间隙可在2mm宽至6mm宽之间。
65.取向(e)-(j)示出转子304相对于定子302的顺时针旋转。如图所示，由转子流动通道308和定子流动通道306的重叠限定的流动路径随着转子304的旋转而增加量。在取向(g)，转子304穿过底角α0，并且然后沿顺时针方向(例如，第二旋转方向d2)继续经过底角α0。在取向(j)，转子304在振荡的顺时针方向上完全旋转，使得实现第二最大阻挡。在取向(j)，转子304已旋转到单个阻塞振荡的完整范围，并且在第二阻塞角位置α2结束。当转子304已旋转到第二阻塞角位置α2时，旋转方向(例如，第二旋转方向d2)将改变为逆时针旋转(例如，第一旋转方向d1)，并因此在第二阻塞角位置α2，转子304的旋转速度将达到零并反转方向。如图所示，在取向(j)，转子流动通道308不与定子流动通道306的任何直部分重叠，并因此在第二阻塞角位置α2，实现最大压力增加。在取向(j)和阻塞角位置α2，偏置构件(例如，扭转弹簧)提供朝向底角位置α0的最大排斥力f2(第二偏置力)，其中排斥力f2至少具有与第一偏置力f1相反方向的分量。偏置力f1和f2作用在转子304上以支持旋转回到底角位置α0。偏置力f1和f2可为切向力并沿相反切向方向作用，其中切向涉及转子的圆周。第二阻塞角α2的值可等于第一阻塞角α1的值。
66.在图3中，取向(k)-(l)示出转子304返回到底角α0，使得定子流动通道306和转子流动通道308对准，并且流动路径完全打开。在取向(l)，转子再次到达起始位置(a)。如果期望另一脉冲，则转子304可继续逆时针旋转，如取向(b)-(d)所示，或者甚至取向(b)-(j)或取向(b)-(l)的完整振荡。对于压力脉冲系列，重复通过取向(d)至(j)的操作序列以及取向(j)至(d)的相应逆时针序列。此类连续振荡系列可产生连续压力脉冲系列。如本公开中使用的术语“完全打开”是指相对于定子的转子取向，其对应于最大流体流量和/或对应于给定定子转子组合中的流动路径的最小阻挡。转子流动通道在垂直于工具壳体206(图2a)的纵向轴线和钻井流体208(图2a)的流动方向中的至少一者的横截面中可更小。
67.因此，如关于图3所描述，脉冲器组件300被配置成在打开位置静止，并且在操作期间在两个关闭位置之间振荡。此外，在操作期间，由于打开位置位于两个关闭位置之间，因为当假设转子304的正弦移动时，随着转子流动通道308在一个转子循环期间沿旋转方向d1和d2经过定子流动通道306两次时，转子304的阻挡元件310将以最大旋转速度 /-ω
max
行进。另外，转子304的阻挡元件310将在旋转移动范围内(即，第一阻塞角α1和第二阻塞角α2、第一反转点和第二反转点)达到零旋转速度ω
min1/
ω
min2
，并且因此在旋转方向从d1变为d2或
d2变为d1时，定子流动通道306将在脉冲器组件300的最大振荡配置(α1,α2)处被阻塞(即，最大阻挡)。
68.有利地，与现有振荡配置相比，当假设转子304的正弦移动时，本文描述的实施方案的脉冲器组件具有高得多的速度或通过打开位置的转变。旋转移动的正弦输入，其在两个关闭位置具有低速区(即，最大阻挡、最小旋转速度)，通过移动循环中间的速度处于最大值(即，最小阻挡、最大旋转速度)。在所述设置的中间位置，阻挡最小或为零(即，通过由定子和转子流动通道限定的流动路径的打开通道)。由于压力积聚朝向关闭位置超比例地上升而在打开位置附近欠比例地上升，因此通过打开状态的较快转变和通过关闭状态的较慢转变会随时间产生更正弦的压力特征。此类正弦压力信号对地面处的压力脉冲解码有益，因此本配置提供了更有效的系统。
69.另外，如上所述，底角α0是当脉冲器组件静止和/或马达关闭时的默认角度。也就是说，在断电状态下(即，电力关闭)，转子流动通道与定子流动通道自动对准(即，打开状态)。打开状态的这种默认可使用扭转弹簧来实现，诸如在名称为“泥浆脉冲遥测用振荡剪切阀(oscillating shear valve for mud pulse telemetry)”的美国专利号6,626,253中示出和描述的，其全部内容以引用方式并入本文。
70.在一些实施方案中，扭转弹簧可附接到马达和脉冲器壳体。扭转弹簧被设计成使得扭转弹簧和旋转质量(即，转子、转子轴、密封件等)的组合在脉冲器组件的期望操作频率附近产生扭转共振弹簧质量系统。因此，脉冲器组件可在中间位置具有中性力矩自由状态。因此，当马达断电或关闭时，可保持打开位置。打开的位置(而不是像美国专利号6,626,253中那样的中途阻挡位置)的优点是在断电状态下产生较低的流量限制(例如，较低的压降)，并且在断电状态下对堵塞或意外阻塞的敏感性较低。与现有系统相比，转子循环(包含以最大旋转速度通过打开位置)导致来自中间位置的振荡(α1,α2)是振荡角的两倍，并且最大振荡速度 /-ω
max
是振荡速度的一半。
71.现在转向图4，示出了根据本公开的一个实施方案的脉冲器组件400的示意图。脉冲器组件400可与上述类似地操作，具有打开的默认或断电位置，以及两个关闭位置之间的驱动振荡。脉冲器组件400包括工具壳体402，钻井泥浆404可通过该工具壳体。在工具壳体402内布置的是定子406和相对于定子406布置的转子408。在该例示性实施方案中，定子406限定多个定子流动通道410，并且转子408包括相等数量的转子流动通道412。如上所述，当转子流动通道412与定子流动通道410对准时，可限定流动路径，使得钻井泥浆404可流过脉冲器组件400。在操作中，转子408可由马达414可旋转地驱动以具有一个或多个阻挡元件416，该一个或多个阻挡元件将阻塞(部分地或完全地)定子流动通道410以阻挡钻井泥浆404流过脉冲器组件400。
72.脉冲器组件400包括转子轴418，该转子轴将马达414可操作地连接到转子408。如本领域技术人员将理解的，马达414可为无刷马达。转子轴418通过一个或多个轴承422可旋转地安装在轴承壳体420内。润滑剂424可容纳在轴承壳体420内，以润滑转子轴418并使该转子轴能够在由马达414驱动时进行旋转移动。如上所述，润滑剂424可通过密封件426密封地容纳在轴承壳体420内。密封件426被配置成将润滑剂保持在轴承壳体420内并防止钻井泥浆404进入轴承壳体420。密封件426被配置成即使在转子轴418相对于密封件426旋转期间也确保这种密封。另外，示出了扭转弹簧428，该扭转弹簧可操作地连接到转子轴418，以
确保当马达414关闭时(即，当定子流动通道410与转子流动通道412对准时限定的流动路径的打开位置)转子轴418(和附接的转子408)将返回到特定和预定义位置。
73.根据一些实施方案，可操作脉冲器组件以执行转子408相对于定子406的正弦或基本上正弦振荡。此外，根据一些实施方案，脉冲器组件400可用于各种不同调制方案。例如，但不限于，处理器或其他控制器可被配置成驱动脉冲器组件的操作以利用多个编码方案中的任一编码方案来传输数据，该多个编码方案包括但不限于幅移键控(ask)、频移键控(fsk)、脉冲位置调制(ppm)、正交相移键控(qpsk)或相移键控(psk)或这些技术的组合。此外，在一些实施方案中，可通过脉冲器组件的受控操作来控制或调整生成的信号的振幅。例如，可使用不同量的阻塞或角旋转来产生不同的脉冲振幅。也就是说，在一些实施方案中，可控制和调整最大旋转角度α1、α2(关闭状态)以使得能够产生不同振幅的压力脉冲。可由可操作地连接到脉冲器组件的马达的控制器控制特定调制技术、振荡模式、振幅等。控制器可被配置成接收来自地面的下行链路，该下行链路具有用于特定类型操作的指令，诸如振幅、信号强度、调制方案、振荡模式、最大角度、振荡频率等。此类下行链路可用于改变脉冲器组件的特定操作参数。
74.根据本公开的实施方案(例如，如图3所示)，阻挡元件的最小数量为一，其可旋转以选择性地阻挡流体流过脉冲器组件的流动路径。阻挡元件的数量可部分地基于期望旋转角范围α1、α2以用于阻挡。例如，在一个非限制性实施方案中，相对较高数量的阻挡元件可能导致较小的振荡角度α1、α2。此外，阻挡元件相对于定子流动通道的开口的相对角尺寸可被配置用于期望的操作。例如，在本文所示的各种图示中，阻挡元件可与被阻挡元件选择性地阻挡的相应定子流动通道的开口具有大致相同的尺寸和形状。然而，在其他实施方案中，阻挡元件可大于或小于定子流动通道的开口。也就是说，在一些非限制性实施方案中，阻挡元件的角弧或范围(角尺寸)可大于定子流动通道的相应开口的角弧或范围。以相同的方式，阻挡元件的径向尺寸可小于或大于定子流动通道的径向尺寸，术语“径向”是指垂直于转子轴轴线的方向。
75.在一些实施方案中，本公开的脉冲器组件可包括各种附加部件。例如，脉冲器组件可包括控制器、处理器、传感器、反馈元件等，它们可以可操作地连接到脉冲器组件的控制器和/或与脉冲器的控制器通信。此类电子元件和部件可用于操作本文所述的脉冲器组件。例如，一个或多个压力传感器可安装在脉冲器组件上方和下方的位置，以监测脉冲器组件上游和下游的压力。此类压力传感器可配置有暴露于钻柱孔中的流体的感测表面。压力传感器可由电子模块供电，如上所述，并且可被配置成接收地面传输的压力脉冲。此类电子模块中的处理器和/或电路系统可被编程为基于所接收的地面传输的脉冲改变数据编码参数。编码参数可包括编码方案的类型、基线脉冲振幅、基线频率、最大角度或影响数据编码的其他参数。
76.安装在脉冲器组件上方的压力传感器可用于测量流动路径的打开位置与关闭位置之间的压力差。随着流体流量的变化(流速变化)，打开位置与关闭位置之间的压力差可改变，这可能影响地面上的压力脉冲解码。这是由于所接收的压力信号的振幅随压力差的变化而变化。例如，脉冲器组件上方的钻柱的内孔中的流体柱中的期望压力在打开位置可为50巴并且在流动路径的关闭位置可为20巴。这种配置提供30巴的压力差。如果在井下操作期间泵送通过钻柱内孔的流体的流速发生变化，则压力差可能会发生变化。基于由脉冲
器组件上方的压力传感器测量的压力差的变化，脉冲器组件的控制器可改变脉冲器组件参数，诸如要调整的基频或最大角度，以再次实现30巴的压力差。脉冲器组件下方的压力传感器允许测量脉冲器组件上方和下方的压力差。
77.现在转向图5a至图5c，示出了根据本公开的一个实施方案的脉冲器组件500的操作示意图系列。脉冲器组件500包括定子502和可相对于定子502旋转的转子504。流体流501在图5a至图5b中从左到右。因此，流体流501沿从地面朝向脉冲器组件500的方向流入脉冲器组件500(如流体流501的箭头所示)。流体流501将通过由定子流动通道506限定的一个或多个流动路径512流入定子502并流向转子504。在一些实施方案中，转子504定位在定子502的下游(例如，如图5a至图5c所示)。然而，在其他实施方案中，转子可布置在定子的上游，或者转子可布置在两个定子之间。转子504的旋转移动可由马达驱动，如上所述。定子502包括多个定子流动通道506，并且转子504包括在阻挡元件510之间限定的多个转子流动通道508。当转子流动通道508与定子流动通道506对准时，限定通过脉冲器组件500的流动路径512。当阻挡元件510与定子流动通道506对准时，通过流动路径512的流体流受到阻挡(完全或部分地)。即使流动路径512被完全阻挡，在阻挡元件510周围也仍保留次级流动路径，从而使流动能够绕过转子，但与较少阻挡相比处于更高的压力。
78.图5a至图5c示出了转子504相对于定子502旋转的取向序列，以示出在转子504的振荡期间阻挡元件510相对于定子流动通道506的取向。图5a示出了第一打开到关闭序列(取向(a)-(d))的序列，其中在取向(a)处示出第一打开取向，并且在取向(d)示出了第一关闭取向。图5b示出了从第一关闭取向(d)到第二打开取向(g)的转变的序列。图5c示出了从第二打开取向(g)到第二关闭取向(k)的转变序列。图5a至图5c是随着特定阻挡元件514相对于第一定子流动通道516和第二定子流动通道518旋转，参照该特定阻挡元件进行的。
79.取向(a)示出打开位置，其中转子流动通道508与定子流动通道506对准，并且因此流动路径512处于最大流动开口处。在该取向，阻挡元件514不阻挡通过任何流动路径512的流动，并且与定子502的一部分对准。然而，随着过程从取向(a)转变到取向(b)转变到取向(c)，转子504相对于定子502旋转，使得阻挡元件514将开始阻塞第一定子流动通道516或与该第一定子流动通道重叠。应当理解，其他阻挡元件510将阻挡通过其他定子流动通道506(包括第二定子流动通道518)的流动，然而，本描述将随着阻挡元件514阻挡通过第一定子流动通道516和第二定子流动通道518的流动，仅针对该阻挡元件进行。因此，阻挡元件514将限制或阻塞通过流动路径512的流动，该流动路径穿过第一定子流动通道516。在取向(d)，阻挡元件514与第一定子流动通道516对准(最大角位置)，并且因此通过第一定子流动通道516的流动路径512被最大程度地阻挡(例如，基本上阻塞)，因此在转子504上游的流中产生高压(第一最大阻塞)。在取向(d)，转子504的旋转速度为零。
80.转到图5b所示的序列，转子504的旋转方向反转，并且转子504相对于定子502的取向反转。如图所示，阻挡元件514从取向(e)转变到取向(g)，并因此从最大阻塞(取向(d))转变回取向(g)的最大打开位置。
81.转子504的旋转运动将继续超出中心取向(取向(g))，并且阻挡元件514将行进超出打开位置到第二(相反)最大角位置(在零速度和最大阻塞下)。也就是说，阻挡元件514将继续振荡以阻挡通过第二定子流动通道518的流动(取向(h)至(k))，如图5c所示。因此，本公开的实施方案的旋转方面是从开始时的打开位置(取向(a))到第一关闭位置(取向(d))，
反转旋转方向，通过打开位置(取向(g))，并到与第一关闭位置(取向(k))相反的第二关闭位置的转变，并且然后以振荡方式重复。因此，假设正弦移动，在操作期间(打开位置)在取向(a)和(g)将出现最大旋转速度，并且在最大关闭位置(取向(d)和(k))将出现最小旋转速度(即零)。转子振荡的反转点将出现在最大关闭位置。
82.如上所述，如本公开的实施方案所提供的，当使用阻挡元件的关闭到关闭移动时，可建议转子的正弦驱动以节省能量。在此类控制下，如所讨论的，最小旋转速度处于关闭状态的极端，并且最大旋转速度处于完全打开状态的极端。根据本公开的实施方案的振荡的循环模式因此处于关闭状态与关闭状态之间的短打开状态之间，其中中性力矩自由状态位于中间(打开)位置。这允许使用可操作地连接到转子轴和附接的转子的扭转弹簧(例如，弹簧428)。扭转弹簧使转子在马达关闭时返回到特定和预定义位置或取向。也就是说，当马达被停用或关闭时，转子将返回到相对于定子的位置或取向，该位置或取向具有通过脉冲器组件的最大打开流动路径。另外，此类配置允许使用扭转共振弹簧-质量系统，该系统可在脉冲器组件的期望操作频率附近或以期望操作频率操作。
83.现在转向图6a至图6d，示出了根据本公开的一个实施方案的表示脉冲器组件的振荡操作的示意性曲线图。图6a中示出的曲线图600表示转子相对于脉冲器组件的定子的角位置。图6b中示出的曲线图602表示脉冲器组件内或脉冲器组件上方的钻井泥浆的压力曲线图。图6c中示出的曲线图604表示驱动转子的电动马达的功率消耗。图6d中示出的曲线图606是由马达汲取的电流的示意性曲线图。
84.在图6a中，当转子的位置处于最小角位置(α0)(中间位置)时，通过脉冲器组件的流动路径将完全打开，并且在最大角位置α1和α2，通过脉冲器组件的流动路径可能会被覆盖或以其他方式阻塞相应定子流动通道的阻挡元件部分或全部阻塞，如上所示和所述。
85.在曲线图600、602中，时间t0表示转子处于中间位置的位置。这可以是转子的静止位置，诸如驱动马达关闭的功率状态关闭，或者它可以是转子循环期间的中间位置。如曲线图600、602中所示，时间t0等于0.125s。转子将朝向关闭到关闭序列的第一关闭位置旋转到第一旋转方向。在时间0.25s(标记为时间t1)，转子的角位置处于第一最大关闭位置(例如，第一阻塞角α1，如上所述)，并且阻挡元件将阻塞定子流动通道，以阻止或最大程度地限制流过脉冲器组件的流动路径的流动。在一个非限制性示例中，转子的第一旋转方向可为顺时针的，并且阻挡元件将关闭流动路径。在时间t1，压力处于最大值，如图6b所示(第一脉冲)。在时间t1，这个位置和压力是关闭到关闭脉冲序列的开始。在该示例中，致动频率可为2hz致动。也就是说，在时间t1，脉冲器组件处于最大关闭位置，并且转子的旋转处于零角速度(反转点)，因此在时间t1产生第一高压状态。也就是说，转子循环期间的压力在时间t1处于最大值。
86.从时间t1开始，转子将在时间t2(时间0.375s)反转方向并沿逆时针方向行进通过打开位置或状态(中间位置)。在时间t2，转子将以最大旋转速度旋转，并且在转子循环期间压力将再次处于最低值。然而，在时间t3(时间0.5s)，转子将继续沿第二个旋转方向逆时针旋转至转子α1的第二最大角位置，与转子相对于中间位置的第一最大角位置相反。从时间t1(关闭)到时间t3(关闭)的这种旋转是转子的半个周期。在时间t3，转子处于第二反转点和第二最大关闭位置。第二反转点类似于第一反转点，具有零角速度并产生第二高压状态(第二脉冲)。然后，转子将反转方向(变回顺时针旋转)并通过中心(位置0或中间位置，例如，如时
间t0所示)并再次到达第一极端反转位置。因此，在时间t4(时间0.625s)，脉冲器组件打开并实现低压，但处于转子的最高/最大旋转速度。转子将在时间t5(时间0.75s)回到最大关闭位置，并再次达到零旋转速度以反转方向并结束一个关闭到关闭循环。
87.图6c是驱动转子的电动马达的功率消耗的示意性曲线图。当转子处于第一最大关闭位置和第二最大关闭位置并且压力处于最大值时，功率消耗在时间t1和t3处于最大值。在时间t2和t4，当转子处于中间位置且压力处于最小值时，功率消耗处于最小值。图6d是由马达汲取的电流的示意性曲线图。当转子通过中间位置并且压力处于最小值时，电流在时间t2和t4为零。当转子处于第一最大关闭位置和第二最大关闭位置时，电流在时间t1和t3处于最大值。随着转子(和马达)的旋转方向改变为相反的旋转方向，电流极性在第一(t1)和第二(t3)最大关闭位置之间变化。
88.图7是示出脉冲器组件上方的泥浆柱中的角位置与压力之间的关系的示意性曲线图700。在曲线图700的左侧，转子处于允许流体流的角位置(打开位置或接近打开位置)。随着角度的增加(沿着x轴)，转子的至少一个阻挡元件越来越多地关闭或阻挡流体通道，从而导致泥浆柱中的压力增加。如图所示，关系为非线性的。由于这种非线性关系，现有系统产生的压力曲线具有相对较高的波峰因子。波峰因子是波形的参数，其表示峰值与有效值的比值。换句话说，波峰因子指示波形的峰的极端程度。现有系统的相对较高的波峰因子(和极端峰)降低了有效信号传输强度。
89.本公开的实施方案可通过创建压力曲线，将能量集中在基频(载波频率)上来优化压力脉冲，该压力曲线仅含有少数高次谐波，在传输的信号中具有相对较低的振幅。因此，可实现有效信号强度的最大化。如在压力曲线(例如，图6b)中可以看出，正弦压力曲线由正弦移动输入(例如，在转子处)产生。也就是说，脉冲器组件的马达可使用正弦移动输入来驱动，以驱动转子的振荡。应注意，因为在一个机械循环(一个转子循环)中产生了两个压力循环的事实，脉冲压力的频率是机械频率的两倍。此外，可通过本公开的实施方案实现产生信号的最小机械输入功率(例如，扭转弹簧、无齿轮、较低角速度下的较大旋转角)。这对于高载波频率(压力波动)可能是有用的，诸如高于例如10hz(5hz机械转子振荡频率)。这种最小化可通过由马达进行的正弦驱动驱动转子的振荡移动来实现。因此，根据一些非限制性实施方案，选择正弦输入用于转子相对于定子的振荡驱动。
90.在现有配置中，诸如以引用方式并入本文的美国专利号7,280,432中所示和所述，使用角位置和时间之间的正弦关系来最小化机械能需求会导致不太理想的压力曲线图。例如，如图8a所示，曲线图800表示类似于图6b所示的压力曲线图，但具有美国专利号7,280,432中描述的操作。曲线图800的压力序列偏离单一频率正弦图案，因此产生较弱的压力传输信号(信号功率在更高的频率含量、高次谐波中发生损失)。还应注意，对于与图6a至图6b中所使用相同的脉冲致动频率(和峰值压力)，现有系统的位置频率是根据本公开的系统的两倍，但振幅为一半。各种现有系统已尝试通过使用独特的阀几何形状来解决这一缺点(例如，美国专利号4,847,815)，但此类系统还存在其他缺点，诸如扭矩与关闭角的关系不利、打开位置的横截面减小等。其他解决方案可结合有定子与转子之间的轴向偏移。
91.另外，一些现有配置使用打开到打开振荡进行操作(与目前的关闭到关闭振荡相反)。图8b示出了打开到打开操作的压力曲线图802，其具有非常大的波峰因子，压力峰(尖峰)明显。随着叶片或其他阻挡元件以最高速度(在两个打开位置之间)通过定子流动通道，
出现尖峰。也就是说，关闭状态的周期很短，而打开状态是振荡改变方向的地方。这导致图8b所示的压力曲线图802。
92.尽管这种打开到打开操作会产生类似的压降，但传输信号强度会因此显著降低。当使用正弦角定位与时间的关系以及压力与关闭角的相同关系时观察到这一点，如上文关于图7所解释的。图8b所示的压力陡峰可通过关闭位置的高角速度移动来解释，而不是在循环反转(转子循环)期间在打开位置的相对长时间暴露。由于非线性压力与关闭角关系(图7)，脉冲压力的时间周期非常短，并导致尖峰状脉冲。如所指出的，与本公开的实施方案的压力信号相比(图6b，图602)，曲线图802中的波峰因子高得多。此外，打开到打开操作可能导致信号衰减和失真、信号强度降低等。
93.此类打开到打开系统可能适用于在相当低的频率下进行基带传输，优选地在关闭阀状态下进行静止定位，从而在高压下形成平台。因此，打开到打开序列必须在中间位置停止，通常，对于正弦驱动输入的情况，最高速度将是在该位置。因此，在偏离正弦输入以及偏离正弦压力脉冲生成的情况下，该系统将不太适合由本公开的实施方案启用的高速泥浆脉冲遥测系统。例如，现有打开到打开系统通常适用于高达2hz的操作，而本文所述的关闭到关闭操作可实现高达50hz的操作。
94.本发明的脉冲器组件及其操作可克服这些缺点，同时还可以提高信号传输的效率(例如，正弦操作和压力传输)。也就是说，通过采用关闭到关闭振荡操作，可实现具有相对低波峰因子的正弦压力脉冲。低波峰因子以及平滑正弦波(比较图6b和图8)提供了有效的压力信号，以便在表面生成并因此提取。
95.如上所述，并且如图4所示，可在本公开的脉冲器组件内实现弹簧(例如，扭转弹簧428)。弹簧可以是具有偏置力的扭力弹簧，该偏置力确保在马达关闭时，转子不会阻塞定子流动通道，因此流动路径将保持在默认或基本(中间)位置。弹簧(例如，图4中所示的扭转弹簧428)可被配置成确保转子与定子对准，并因此打开通过脉冲器组件的最大流动路径。如本领域技术人员将理解的，扭转弹簧可用于减小惯性扭矩和流体扭矩。然而，本公开的实施方案提供的优点是当马达关闭或断电时脉冲器组件的打开状态(打开的流动路径)。在一些实施方案中，弹簧可附接到转子轴并且可为扭力杆(如图4所示)。然而，其他设计可采用螺旋弹簧、磁体弹簧等。
96.如上所述，并且如图4所示，可在本公开的脉冲器组件内实现密封件(例如，密封件426)。(一个或多个)密封件可为柔性波纹管的形式并提供密封和压力补偿，特别是针对轴承壳体内的流体润滑剂和轴承壳体外部的钻井泥浆。
97.再次参考图4，轴承壳体420填充有适当的润滑剂424，以润滑轴承422并利用钻井泥浆404的井下压力来对轴承壳体420的内腔进行压力补偿。在一些实施方案中，轴承422可为本领域已知的典型耐磨轴承，并且不再进一步描述。在一些实施方案中，密封件426是直接联接到转子轴418和轴承壳体420的柔性波纹管密封件。密封件426可将润滑剂气密地密封在轴承壳体420内。在此类配置中，转子轴418的角移动(即，振荡旋转)导致波纹管密封件426的柔性材料扭转。这种扭转可在保持密封的同时适应角运动。如本领域技术人员将理解的，柔性波纹管材料可以是弹性体材料、纤维增强弹性体材料或其他合适的材料。在一些配置中，可能需要保持相对小的角旋转，以使波纹管材料不会因扭转运动而受到过大应力(因此可使用相对较大数量的叶片/阻挡元件)。在一些实施方案中，如本领域已知的，密封件可
由弹性体旋转轴密封件、机械面密封件、流体屏障密封件或其他类似密封配置形成。在一些实施方案中，密封件可使用气密密封组件(包括但不限于磁性离合器装置)来实现，该气密密封组件使得能够借助于磁性扭矩传递来通过屏障传递运动。
98.现在转向图9，示出了根据本公开的一个实施方案的脉冲器组件900的示意图。脉冲器组件900可与上述类似地操作，具有打开的默认或断电位置，以及两个关闭位置之间的驱动振荡。脉冲器组件900包括工具壳体902，钻井泥浆可通过该工具壳体。在工具壳体902内布置的是定子904和相对于定子904布置的转子906。在该例示性实施方案中，定子904限定多个定子流动通道，并且转子包括限定在阻挡元件之间的相同数量的转子流动通道。如上所述，当转子流动通道与定子流动通道对准时，可限定流动路径，使得钻井泥浆可流过脉冲器组件900。在操作中，转子906可由马达可旋转地驱动以具有一个或多个阻挡元件，该一个或多个阻挡元件将阻塞(部分地或完全地)定子流动通道，以降低或防止钻井泥浆流过脉冲器组件900。
99.转子轴908被配置成由马达驱动并且可操作地连接到转子906。转子轴至少部分地容纳在轴承壳体910内，该轴承壳体含有一个或多个轴承，该一个或多个轴承可支撑转子轴908。轴承壳体910填充有润滑剂以帮助转子轴908在轴承壳体910内旋转。密封件912布置在轴承壳体910与转子轴908之间。密封件912可以是波纹管密封件，其固定地附接到轴承壳体910并与转子轴908的表面密封地接合。密封件912可由弹性体或其他柔性材料制成，该弹性体或其他柔性材料允许转子轴908相对于密封件912旋转，同时保持它们之间的密封接触。与现有波纹管密封件相比，密封件912可提供双旋转角。
100.现在转向图10，示出了比较不同振荡系统的示意性压力曲线图1000。在压力曲线图1000中示出的振荡系统采用类似的正弦驱动输入(诸如图6a中所显示)并考虑压力与角度的关系(如图7中所显示)。压力曲线图1000包括如压力曲线1002所示的关闭到关闭振荡系统(本文公开)、如压力曲线1004所示的半振荡系统(现有技术)以及如压力曲线1006所示的打开到打开振荡系统(现有技术)。
101.关闭到关闭压力曲线1002最接近干净的正弦压力曲线。因此，仅需几个振幅相对低的高次谐波就可在地面重建信号。此压力曲线1002的频率含量将保持低，其中大部分能量处于基频，并因此不会受到带宽限制的影响。此外，波峰因子非常接近正弦函数的波峰因子。因此，信号传输将接近最佳。由于几个高次谐波中的较小能量(理想情况下没有)导致由脉冲器组件产生的大多数(理想情况下所有)压力能量(液压能量)集中在压力信号的承载频率(基频)中。对于现有系统，压力曲线偏离正弦形状，能量将被捕获在高次谐波中。由于较高频率的压力波在通过泥浆柱行进到地面时受到更多阻尼，因此能量损失，从而导致在地面上和在较低解码质量下检测压力信号更加困难。
102.相比之下，由压力曲线1004示出的半振荡系统具有并非干净正弦脉动的压力信号(由于延长的低压周期，峰更尖，峰之间的间隔更长)。因此，与重建压力曲线1002所需的谐波相比，地面上的重建需要使用额外的高次谐波。谐波将比在压力曲线1002下降得更慢。较高频率的频率内容不再可以忽略不计。也就是说，整体能量含量不仅仅集中在基频上。为了从压力曲线1004重建信号，高次谐波需要一些带宽。这导致压力曲线1004的波峰因子高于干净的正弦信号(例如，压力曲线1002)的波峰因子。
103.打开到打开振荡操作的压力曲线1006并不接近正弦形状。与其他压力曲线1002、
1004相比，该压力曲线1006的波峰因子为高。为了从压力曲线1006重建信号，需要具有高振幅的显著高次谐波。用于重建的带宽是显著的，高次谐波含量主导信号。此外，会导致宽频率范围内的噪声，从而导致信号传输质量差。
104.现在转向图11a至图11c，示出了根据本公开的一个实施方案的将与脉冲器组件一起使用的转子1100的示意图。转子1100被配置成能够降低脉冲压力产生的整体功率需求。在操作中，液压扭矩(流体扭矩)由流动流体(钻井泥浆)产生。液压扭矩曲线可达到高扭矩值，尤其是在高流速、高流体密度下和朝向关闭位置(即，阻挡元件阻塞流动路径)时。此外，即使在相关部件的位置变化很小的情况下，流体扭矩也会随着扭矩值的高变化而出现不稳定的行为。这种不稳定扭矩(例如，如图13a所示的疾驰不稳定性)可能导致接近关闭位置。
105.为了解决这种不稳定性，转子1100被配置成使得在接近关闭位置时实现更稳定的打开扭矩。转子1100包括围绕毂1104分布并从毂1104延伸的多个阻塞元件1102。毂1104可被配置成可操作地连接到脉冲器组件的转子轴，以实现转子1100的驱动旋转。相邻阻挡元件1102之间限定了钻井泥浆可通过的转子流动通道1106。如上所述，阻挡元件1102的尺寸和形状被设定成选择性地阻塞或阻挡流体流过定子流动通道。
106.阻挡元件1102配置有倒角侧壁1108或边缘。侧壁是指转子的限定转子流动通道的侧。倒角侧壁1108的角度设定成使得转子流动通道1106的上游侧1103具有比转子流动通道1106的下游侧1105更大的横截面。也就是说，转子流动通道1106沿通过转子流动通道1106的流动方向具有变窄的几何形状。倒角侧壁1108提供面向上游的倒角或表面(即，面向流动的流体)以偏离流体流的方向并产生打开扭矩。当转子1100接近关闭位置(即，阻挡元件1102与定子流动通道对准或基本上覆盖定子流动通道)时，这特别有用。在通过定子和转子的流动路径的打开位置，阻挡元件1102不阻塞定子流动通道，并因此对转子1100没有影响(即，倒角侧壁1108不暴露于流动的流体)。然而，随着转子1100朝向关闭位置旋转，倒角开口扭矩效应将增加。倒角侧壁1108的尺寸、角度和其他几何形状可导致建立期望的扭矩曲线。在一些实施方案中，倒角可包括斜面、圆角或沟槽。
107.图11b示出了转子1100的阻塞元件1102的侧视图，诸如沿着图11a中的视图b-b所示。图11c示出了转子1100的阻塞元件1102的横截面图，诸如沿着图11a中的视图c-c所示。如图11b所示，流动方向fd在页面上向右，因此阻塞元件1102具有位于阻挡元件1102的上游端的上游面1110。从上游面1110开始，阻塞元件1102具有倒角深度dc。倒角深度dc是倒角侧壁1108从上游面1110沿流动方向fd的长度或深度。此外，如图11c所示，倒角侧壁1108具有倒角角度β。也就是说，倒角侧壁1108沿流动方向fd以倒角角度β成角度。根据一些非限制性实施方案，倒角角度β可介于约5
°
与约45
°
之间，并且倒角深度dc介于约2mm与约10mm之间。根据本公开的一些示例性实施方案，这些仅仅是阻挡元件及其倒角侧壁的示例性尺寸，并且不旨在进行限制。
108.现在转向图12a至图12d，示出了根据本公开的一个实施方案的脉冲器组件1200的操作的示意图。脉冲器组件1200包括定子1202和转子1204，类似于上文所示和所述。转子1204包括多个阻挡元件1206，其中每个阻挡元件1206具有倒角侧壁1208(例如，如图11a至图11c所示和所述)。在图12a至图12d中，流动方向1210在页面上向右，使得转子1204布置在定子1202的下游。因此，如图所示，倒角侧壁1208面向上游并且可直接受到流体流的冲击和作用。
109.图12a示出了处于起始状态(取向(a))的脉冲器组件1200，其中阻挡元件1206不阻塞或以其他方式阻挡通过定子流动通道1212、1214的流动。图12b示出了取向(b)至(d)序列，其示出随着阻挡元件1206旋转以阻挡通过第一定子流动通道1212的流动，该阻挡元件的转变或部分振荡。也就是说，取向(b)至(d)示出了脉冲器组件1200的打开到关闭(第一关闭)状态。随着阻挡元件1206的旋转，倒角侧壁将暴露于流体流，并且这种流体流将在地面上施加与旋转方向相反的法向力(即，打开扭矩)(即，沿阻挡元件1206移回第一定子流动通道1212的打开状态的方向)。取向(d)表示随着阻挡元件1206阻挡通过第一定子流动通道1212的流动，该阻挡元件的最大旋转范围。在取向(d)，转子1204的旋转速度为零，并且发生旋转方向变化，如上所述。
110.图12c示出了取向(e)至(g)，其表示阻挡元件1206的旋转方向的变化，这部分由于转子旋转的变化并且由流体流逆着倒角侧壁1208施加的力(打开扭矩)辅助。图12c的取向(f)示出了在第一定子流动通道1212的打开状态下返回的阻挡元件1206，其中通过其中的流动没有受到阻挡。由于这是在脉冲器组件1200的振荡期间，因此阻挡元件1206以最大旋转速度旋转通过该位置。取向(g)示出阻挡元件1206继续沿取向(e)至(g)的序列的旋转方向行进，使得阻挡元件1206行进到阻挡第二定子流动通道1214的位置。第二关闭状态由图12d所示的取向(h)至(j)的序列示出，其中取向(j)表示脉冲器组件1200的第二关闭状态。在该位置，转子的旋转速度为零，并且流体流将在倒角侧壁1208处在阻挡元件1206上施加力(打开扭矩)，使得阻挡元件1206将反转方向并朝向取向(a)或(f)中所示的打开状态返回。
111.如上详述并且如图12a至图12d所示，阻挡元件可大于定子流动通道的开口。也就是说，在一些非限制性实施方案中，阻挡元件的角弧或范围可大于相应定子流动通道的相应开口的角弧或范围。对于如图12b至图12d所示的操作循环，较大角转子弧支持倒角侧壁1208的功能。尽管转子阻挡元件1206的两侧可具有倒角侧壁，但转子的关闭侧上的倒角侧壁提供朝向阻挡位置增加的打开扭矩。在此类操作期间，另一倒角侧壁隐藏在定子阻挡元件后面，因此产生的液压扭矩显著减少或不产生。在一些实施方案中，如果阻挡元件的圆周(弧)宽度与定子流动通道开口弧类似，则阻挡元件倒角侧壁两者将在完全阻挡(或接近完全阻挡)位置有效。因此，在一些此类配置中，当两个倒角侧壁同时暴露时，打开扭矩可能被有效抵消或可能不稳定(即，两个倒角侧壁的效应可能导致中性扭矩，当两侧同时平等暴露时，中性扭矩会被抵消)。例如，在某些情况下并且在某些流速和流体速度下，可能会出现如图13a所示的流体扭矩不稳定性。因此，与替代配置相比，弧宽比定子流动通道的开口更大的阻挡元件可提供显著优势。在一个实施方案中，在脉冲器组件的关闭状态下，关闭侧上的倒角侧壁可隐藏在定子阻挡元件后面。也就是说，倒角侧壁可完全消失在定子阻挡元件后面。在另一实施方案中，在脉冲器组件的关闭状态中，关闭侧上的倒角侧壁可保持至少部分有效。也就是说，倒角侧壁在脉冲器组件的关闭状态可至少部分地暴露。
112.在一些实施方案中，倒角可从转子的上游面延伸到转子的下游面。在其他实施方案中，倒角可仅在转子的上游面与下游面之间的侧壁的一部分上延伸。因此，倒角可在上游面开始，但不延伸到下游面，或者倒角可在距上游面一定距离处开始并在距下游面一定距离处结束。不延伸到下游面的倒角会导致更高的机械稳定性，并且可防止材料侵蚀，因为倒角不会在下游面的小边缘处结束。
113.液压扭矩可能受到与流体流和脉冲器组件的元件的布置相关的各种因素和元件的影响。例如，但不限于，与脉冲器组件相关的一些因素可包括：转子和/或阻挡元件的旋转位置、定子与转子之间的轴向间隙距离、阻挡元件(或转子边缘)的外径与工具壳体的内部之间的径向间隙、阻挡元件宽度、倒角设计和尺寸、阻挡元件背面(下游)几何形状、任何增强结构、转子毂直径、转子流动通道的数量(以及通过脉冲组件的流动路径)、脉冲器组件的外径以及阻挡元件的有效杆臂。此外，与穿过脉冲器组件的流体相关的一些示例性因素可包括但不限于跨转子的压降、钻井泥浆的流速和流体密度。
114.转到图13a至图13b，示意性曲线图示出了图13a的曲线图1300中具有直侧壁(即，无倒角)的转子与图13b的曲线图1302中具有倒角侧壁的转子之间的差异。曲线图1300示出了由于无此类倒角侧壁的转子的角位置的增加(即，朝向关闭位置)而造成的扭矩的不稳定性。相比之下，曲线图1302示出了由于结合到转子中的倒角侧壁而引起的相对平滑的扭矩曲线(例如，如图11a至图11c和图12中所示)。
115.实施方案1：一种用于在钻井流体中产生脉冲的方法，该方法包括：以振荡方式驱动转子相对于脉冲器组件的定子的旋转，其中该脉冲器组件包括沿着钻柱布置的工具壳体，并且该定子和该转子布置在该工具壳体内，其中该定子包括至少一个定子流动通道以允许钻井流体流过其中，并且该转子包括至少一个转子流动通道以允许钻井流体流过其中，并且包括至少一个阻挡元件，该至少一个阻挡元件被配置成选择性地阻挡流体流过该至少一个定子流动通道，其中该振荡方式包括：将该至少一个阻挡元件从中间位置旋转到第一阻塞角位置，使得发生该至少一个阻挡元件对该至少一个定子流动通道的第一选择性阻挡，其中该中间位置由通过该至少一个定子流动通道的流动的该至少一个阻挡元件的最小程度的阻挡限定；以及将该至少一个阻挡元件从该第一阻塞角位置旋转到第二阻塞角位置，使得发生该至少一个阻挡元件对该至少一个定子流动通道的第二选择性阻挡，其中当钻井流体流过该钻柱以在该钻井流体中产生压力脉冲时，该至少一个阻挡元件的旋转选择性地阻挡该至少一个定子流动通道，并且其中该振荡方式是该至少一个阻挡元件在该第一阻塞角位置与该第二阻塞角位置之间的振荡，使得在该第一阻塞角位置和该第二阻塞角位置处，该转子的旋转方向改变。
116.实施方案2：根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中该至少一个阻挡元件从该第一阻塞角位置到该第二阻塞角位置的该旋转包括穿过该中间位置。
117.实施方案3：根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中在该中间位置处达到该转子的最大旋转速度。
118.实施方案4：根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中在该第一阻塞角位置和该第二阻塞角位置处达到该转子的最小旋转速度。
119.实施方案5：根据前述实施方案中任一项所述的方法，该方法还包括偏置该转子以将该至少一个阻挡元件大致保持在该中间位置，使得该至少一个定子流动通道打开以供该钻井流体通过。
120.实施方案6：根据前述实施方案中任一项所述的方法，该方法还包括驱动该转子的旋转以克服偏置元件的偏置力，从而将该至少一个阻挡元件朝向该第一阻塞角位置和该第二阻塞角位置中的至少一者驱动。
121.实施方案7：根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中该至少一个阻挡元件包
括倒角侧壁。
122.实施方案8：根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中该倒角侧壁从该至少一个阻挡元件的上游面延伸到倒角深度。
123.实施方案9：根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中该倒角深度介于约2mm与约10mm之间。
124.实施方案10：根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中该倒角侧壁以倒角角度从该至少一个阻挡元件的上游面延伸。
125.实施方案11：根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中该倒角角度介于约5
°
与约45
°
之间。
126.实施方案12：根据前述实施方案中任一项所述的方法，该方法还包括使用幅移键控(ask)、频移键控(fsk)、脉冲位置调制(ppm)、正交相移键控(qpsk)和相移键控(psk)中的至少一者来从该脉冲器组件传输井下信息。
127.实施方案13：根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中该压力脉冲具有正弦压力曲线。
128.实施方案14：根据前述实施方案中任一项所述的方法，该方法还包括调整该第一阻塞角位置的第一阻塞角和该第二阻塞角位置的第二阻塞角中的至少一者以调整该压力脉冲的振幅。
129.实施方案15：根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中该脉冲器组件包括单个定子流动通道和单个阻挡元件。
130.实施方案16：根据前述实施方案中任一项所述的方法，该方法还包括接收下行链路，该下行链路包括用于驱动该转子的旋转的操作指令。
131.实施方案17：根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中该转子布置在该定子下游。
132.实施方案18：根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中该振荡方式由可逆无刷dc马达、伺服马达或步进马达中的一者驱动。
133.实施方案19：根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中该脉冲器组件包括四个定子流动通道和四个转子流动通道。
134.实施方案20：一种旋转脉冲器，该旋转脉冲器被配置成沿着钻井流体流过的钻柱定位，该旋转脉冲器包括：壳体，该壳体被配置成沿着该钻柱支撑；定子，该定子由该壳体支撑，该定子具有从该定子的上游端部延伸到下游端部的至少一个定子流动通道；转子，该转子邻近该定子定位，该转子包括至少一个阻挡元件，该转子可旋转以利用该至少一个阻挡元件选择性地阻挡该至少一个定子流动通道；马达，该马达联接到该转子，其中该马达组件可操作为使该转子相对于该定子旋转；和控制器，该控制器被配置成驱动该马达并相对于该定子旋转该转子，其中该控制器被配置成以振荡方式驱动该转子的旋转，使得：当该阻挡元件从中间位置旋转到第一阻塞角位置时，发生该至少一个阻挡元件对该至少一个定子流动通道的第一选择性阻挡，其中该中间位置由该阻挡元件对通过该至少一个定子流动通道的流动的最小程度的阻挡限定；当该阻挡元件从该第一阻塞角位置旋转到第二阻塞角位置时，发生该至少一个阻挡元件对该至少一个定子流动通道的第二选择性阻挡，其中当钻井流体流过该钻柱以在该钻井流体中产生压力脉冲时，该阻挡元件的旋转选择性地阻挡该至
少一个定子流动通道，并且其中该振荡方式是该至少一个阻挡元件在该第一阻塞角位置与该第二阻塞角位置之间的振荡，使得在该第一阻塞角位置和该第二阻塞角位置处，该转子的旋转方向改变。
135.实施方案21：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，其中在该中间位置处达到该转子的最大旋转速度。
136.实施方案22：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，其中在该第一阻塞角位置和该第二阻塞角位置处达到该转子的最小旋转速度。
137.实施方案23：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，该旋转脉冲器还包括偏置元件，该偏置元件被配置成将该至少一个阻挡元件大致保持在该中间位置，使得该至少一个定子流动通道打开以供该钻井流体通过。
138.实施方案24：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，其中该马达被配置成克服偏置元件的偏置力，从而将该至少一个阻挡元件朝向该第一阻塞角位置和该第二阻塞角位置中的至少一者驱动。
139.实施方案25：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，其中该偏置元件为扭力杆。
140.实施方案26：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，其中该至少一个阻挡元件包括倒角侧壁。
141.实施方案27：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，其中该倒角侧壁从该至少一个阻挡元件的上游面延伸到倒角深度。
142.实施方案28：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，其中该倒角深度介于约2mm与约10mm之间。
143.实施方案29：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，其中该倒角侧壁以倒角角度从该至少一个阻挡元件的上游面延伸。
144.实施方案30：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，其中该倒角角度介于约5
°
与约45
°
之间。
145.实施方案31：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，该旋转脉冲器还包括转子轴，该转子轴将该马达可操作地连接到该转子。
146.实施方案32：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，该旋转脉冲器还包括轴承壳体，其中该转子轴延伸穿过该轴承壳体。
147.实施方案33：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，该旋转脉冲器还包括一个或多个密封件，该一个或多个密封件固定地连接到该轴承壳体并与该转子轴密封接触。
148.实施方案34：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，其中该控制器被配置成采用幅移键控(ask)、频移键控(fsk)、脉冲位置调制(ppm)、正交相移键控(qpsk)和相移键控(psk)中的至少一者。
149.实施方案35：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，其中该压力脉冲具有正弦压力曲线。
150.实施方案36：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，其中该控制器被配置成调整该第一阻塞角位置的第一阻塞角和该第二阻塞角位置的第二阻塞角中的至少一
者以调整该压力脉冲的振幅。
151.实施方案37：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，其中该定子包括单个定子流动通道，并且该转子包括单个阻挡元件。
152.实施方案38：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，其中该控制器被配置成接收下行链路，该下行链路包括用于驱动该转子的旋转的操作指令。
153.实施方案39：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，其中该转子布置在该定子下游。
154.实施方案40：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，其中该马达为可逆无刷dc马达、伺服马达或步进马达中的一者。
155.实施方案41：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，该旋转脉冲器还包括至少一个压力传感器，该至少一个压力传感器被布置成监测该压力脉冲的压力。
156.实施方案42：根据前述实施方案中任一项所述的旋转脉冲器，该旋转脉冲器包括四个定子流动通道和四个转子流动通道。
157.实施方案43：根据前述实施方案中任一项该的旋转脉冲器，其中反转振荡点位于该第一阻塞角位置和该第二阻塞角位置中的每一者处。
158.本文所述的系统和方法提供各种优点。例如，与现有技术系统和方法相比，本文提供的实施方案通过泥浆脉冲遥测实现了改进的且更有效的数据传输。例如，可生成更明确且更容易重构的信号。与生成较高波峰因子信号的先前配置相比，关闭到关闭操作提供了干净的正弦信号。此外，阻挡元件上的倒角侧壁可提供更平稳的操作，使扭矩不稳定性最小化，特别是当脉冲器组件为关闭到关闭状态时。
159.为了支持本文的教导内容，可使用各种分析部件，包括数字系统和/或模拟系统。例如，如本文所提供的和/或与本文所述的实施方案一起使用的控制器、计算机处理系统和/或地质导向系统可包括数字系统和/或模拟系统。这些系统可具有诸如处理器、存储介质、存储器、输入、输出、通信链路(例如，有线、无线、光学或其他)、用户界面、软件程序、信号处理器(例如，数字或模拟)的部件以及其他此类部件(诸如电阻器、电容器、电感器等)，用于以本领域熟知的若干方式中的任一种来提供对本文所公开的装置和方法的操作和分析。可以认为，这些教导内容可以但不必结合存储在非暂态计算机可读介质上的计算机可执行指令集来实现，该非暂态计算机可读介质包括存储器(例如，rom、ram)、光学介质(例如，cd-rom)或磁性介质(例如，磁盘、硬盘驱动器)或任何其他类型的介质，这些计算机可执行指令在被执行时，致使计算机实现本文所述的方法和/或过程。除了本公开中所描述的功能之外，这些指令还可提供系统设计者、所有者、用户或其他此类人员认为相关的装备操作、控制、数据收集、分析和其他功能。处理后的数据(诸如已实现的方法的结果)可作为信号经由处理器输出接口发射到信号接收设备。信号接收设备可以是用于将结果呈现给用户的显示监视器或打印机。另选地或除此之外，信号接收设备可为存储器或存储介质。应当理解，将结果存储在存储器或存储介质中可将存储器或存储介质从先前状态(即，不包含结果)转换到新状态(即，包含结果)。此外，在一些实施方案中，如果结果超过阈值，则可从处理器向用户界面发射警报信号。
160.此外，可包括各种其他部件，并要求它们提供本文教导内容的各方面。例如，可包括传感器、发射器、接收器、收发器、天线、控制器、光学单元、电单元和/或机电单元以支持
本文所讨论的各个方面或支持本公开以外的其他功能。
161.实施方案的元素已由冠词“一个”或“一种”引入。冠词旨在表明存在有一个或多个这些元素。术语“包括”和“具有”旨在是包括性的，使得可以有除已列出的元素以外的额外的元素。连词“或”当与至少两个术语的列举一起使用时旨在意为任意术语或者术语的组合。术语“配置”涉及装置的一个或多个结构限制，该装置需要该结构限制来执行该装置被配置的功能或操作。术语“第一”和“第二”不表示特定顺序，而是用于区分不同的元件。
162.在不脱离本公开的范围的情况下，可对本文所述的步骤(或操作)进行许多变化。例如，可以不同的顺序执行步骤，或者可添加、删除或修改步骤。所有这些变化都被认为是本公开的一部分。
163.应当认识到，各种部件或技术可提供某些必要的或有益的功能或特征。因此，支持所附权利要求及其变型形式可能需要的这些功能和特征被认为是作为本文的教导内容的一部分和本公开的一部分而固有地包括在内。
164.虽然已参考各种实施方案描述了本文所述的实施方案，但应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可做出各种改变并且可用等同物代替其元件。另外，在不脱离本公开的范围的情况下，将进行许多修改以使特定的仪器、情形或材料适应本公开的教导内容。因此，预期的是，本公开不限于作为设想用于实现所描述的特征的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本公开将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施方案。
165.因此，本公开的实施方案不应被视为由前述描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。