发明内容

本发明的目的是提供一种用于定向井大位移钻井的井下信号接收及发射装置。

为了探索解决背景技术中所述的钻井工程中井眼轨迹控制及信息测量传输的相关问题，降低钻井成本，提高钻井效率，本发明提供了井下信号接收及发射装置。本发明的井下信号接收及发射装置工作时，接收部分的接收天线接收下端仪器传输的信号。电子仓存放的电路板将信号进行滤波降噪、调制编码等操作，并控制电机驱动转动套筒进而使芯轴带动转子有规律的转动。转子叶片数量与定子空隙数量相同，且定子空隙形状尺寸与转子叶片形状相同，可有效阻挡泥浆通过。旋转时转子的过流断面与定子的过流断面相对位置不断变化，过流面积不断变化，产生连续波脉冲。通过井下信号接收及发射装置产生的泥浆脉冲信号，实时获得井下工程信息及地质信息，提高钻进效率。

本发明的技术方案是：一种井下信号接收及发射装置，其特征在于：所述的井下信号接收及发射装置坐落于外套筒，外套筒两端分别与上部钻具和下部钻具通过可拆卸螺纹连接；所述的井下信号接收及发射装置包括接收部分、控制装置、机械总成和发射机构。

所述接收部分包括连接密封头的连接套，保证仪器竖直工作的扶正器，接收下端仪器信号的接收天线，限制接收天线运动的天线套和天线套盖，承载接收天线的天线轴，以及为整个装置供电的电池仓、电池外壳、导线b和插座；将扶正器、天线套、连接套装在天线轴上，天线轴前端装有密封头，天线端盖分布在天线套两侧，将天线插入天线套及天线端盖空隙中。在电池仓后端安装插座，将电池仓及插座一起装入电池外壳中，安装在天线轴后端，电池外壳与控制外壳配合。所述接收部分能够接收下端仪器传输的信号并为整个装置供电。

所述控制装置包括插头、导线a、存放电路板的电子仓,以及电机、控制外壳和驱动件；电子仓通过螺栓连接与电机固定，插头通过导线a与电子仓相连，驱动件前端柱体与转动套筒后槽配合，将驱动件、电机、电子仓、插头装入控制外壳，再将控制外壳安装到减速外壳后端。所述控制装置对接收信号进行处理，控制电机转动，驱动机械总成；

所述机械总成包括与外磁体配合的转动套筒，传递运动的内磁体、转动件和转轴，将转轴传递的速度减小的减速箱，连接减速箱前端和芯轴末端的联轴器、联轴器外套，保证芯轴能独立转动的角接触球轴承以及将上述零件装配在内的减速外壳；在转轴上安装内磁体及转动件，然后将组合体安装到减速箱后端，其中转动件的前端位于内磁体的内腔。转动套筒通过螺栓和垫片与外磁体相连，外磁体吸附到内磁体及转动件之后，此前部分放入减速外壳中，与脉冲壳配合。所述机械总成将电机的高转速减小为低转速，逐级传动，将运动传递给芯轴；

所述发射机构包括与脉冲壳通过螺栓连接固定的脉冲头，位于芯轴内腔且实现动态平衡的平衡活塞，能相对芯轴转动的转子，固定定子的固定销以及脉冲壳前端；转子与芯轴保持转动，位于脉冲壳内腔，其前端固定销及脉冲壳前端限制定子。脉冲头安装到芯轴上，通过螺栓与脉冲壳后端腔体配合。所述发射机构因转子与定子的过流面积变化而产生连续的脉冲信号，将所测信息发射到地面。

所述的脉冲头圆周上呈90°均布有四个螺栓孔，通过螺栓与脉冲壳后端连接固定，其螺栓孔两两之间有U形槽，当泥浆通过U形槽，钻井液进入脉冲壳与转子之间的空腔；转子中装有键，使转子只能转过90°。

所述的井下信号接收及发射装置，角接触球轴承、联轴器、联轴器外套安装在芯轴与减速外壳之间，通过角接触球轴承，芯轴可与脉冲头相对转动；联轴器将芯轴与减速箱前端轴联接在一起，保持传动；联轴器及联轴器外套皆有注油孔，通过减速外壳注油孔注油，润滑内部零件；芯轴内部空腔装有平衡活塞，通过注油，平衡活塞可实现动态平衡。

所述的井下信号接收及发射装置，电子仓以螺栓与电机固定，电子仓中的电路板架采用双层放置电路板，中间部分使用隔热材料，电路板位于横梁空隙之间，通过螺栓固定连接。

所述的井下信号接收及发射装置，内磁体、转动件、轴承安装在转轴上，转动件前端在内磁体内部，外磁体吸附在内磁体、转动件之后。转动套筒通过螺栓、垫片安装在外磁体之后，其后端有凹槽，与驱动件前端柱体配合。电子仓的电路板控制电机正反运转驱动件，使转动套筒、外磁体、内磁体、转动件、转轴、减速箱、芯轴、转子逐级转动，从而泥浆过流面积连续有规律的变化，实现井下信号接收及发射装置的信号发送。

所述的井下信号接收及发射装置的扶正器的菱柱圆周上呈90°均布，保证装置的正直放置；天线端盖对称安装在天线套之后，下端天线套盖安装在扶正器之后，上端天线套盖在天线轴轴肩处；天线轴轴肩、天线套盖、天线套皆有凹槽，以供天线安装插入；天线套及天线套盖开有键槽，安装平键以保证天线套盖及天线套同心，不与天线轴发生相对转动；天线在圆周上呈120°均布，接收下部仪器所传输信号，信号传输到电子仓进行信号处理，完成井下信号接收及发射装置的信号接收。

本发明的有益效果是：(1)与现有随钻测量工具相比，井下信号接收及发射装置可接收下部仪器信号，提高了井下信号接收及发射装置的适用范围；(2)转动件逐级传动，传动平稳，减速部分既能满足扭矩需求又能保证较高转动速率，保证可靠、稳定的信号输出，改善了装置可拆卸性；(3)井下信号接收及发射装置内设置转阀系统结构简单，阀口形状采用拓扑结构，提高井下脉冲信号的质量及地面信息的解码效果。