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LU102658B1 - downhole vibration generator - Google Patents

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LU102658B1
LU102658B1 LU102658A LU102658A LU102658B1 LU 102658 B1 LU102658 B1 LU 102658B1 LU 102658 A LU102658 A LU 102658A LU 102658 A LU102658 A LU 102658A LU 102658 B1 LU102658 B1 LU 102658B1
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LU
Luxembourg
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bracket
ring
plug
eccentric
vibration generator
Prior art date
Application number
LU102658A
Other languages
German (de)
Other versions
LU102658A1 (en
Inventor
Yi Zhang
Xiuxing Zhu
Feng Sun
Peng Jia
Shifeng Xue
Guigen Ye
Original Assignee
China Univ Of Petroleum Huadong
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by China Univ Of Petroleum Huadong filed Critical China Univ Of Petroleum Huadong
Priority to LU102658A priority Critical patent/LU102658B1/en
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E21B41/0085Adaptations of electric power generating means for use in boreholes
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/186Vibration harvesters

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Abstract

Ein Bohrlochschwingungsgenerator, die Halterung, piezoelektrisches Auslegerblech, Innenzahn, Exzenterring, Außengehäuse, Endexpansionsring und konischen Druckring umfasst. Das piezoelektrische Auslegerblech ist an der Außenseite der Halterung angebracht. Die Halterung ist im Exzenterring durch das untere Lager und das obere Lager ummantelt. Der Exzenterring ist mit Innenzähnen eingelegt. Der Exzenterring befindet sich im Außengehäuse. Der untere Stopfen und der obere Stopfen sind über Gewinde mit der Halterung verbunden, und der Außengehäusekörper wird zwischen dem unteren Stopfen und dem oberen Stopfen gedrückt. Der Endexpansionsring ist zwischen dem konischen Druckring und dem oberen Stopfen installiert. Unter der Einwirkung von Schwerkraft und Trägheitskraft dreht sich der Exzenterring relativ zum Bohrstrang, um die Innenzähne des Exzenterrings anzutreiben und das piezoelektrische Auslegerblech zu bewegen. Selbst wenn die Schwingungsfrequenz des Bohrstrangs nicht auf der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Auslegerblechs liegt, kann sie auch die Energie der Bohrstrangrotation, der Pendelschwingung und der Torsionsschwingung effektiv absorbieren.A downhole vibration generator comprising bracket, piezoelectric cantilever plate, internal tooth, eccentric ring, outer casing, end expansion ring and conical compression ring. The piezoelectric cantilever sheet is attached to the outside of the bracket. The bracket is encased in the eccentric ring by the lower bearing and the upper bearing. The eccentric ring is inserted with internal teeth. The eccentric ring is located in the outer housing. The bottom plug and the top plug are threadedly connected to the bracket, and the outer case body is pressed between the bottom plug and the top plug. The end expansion ring is installed between the conical compression ring and the top plug. Under the action of gravity and inertia, the eccentric collar rotates relative to the drill string to drive the internal teeth of the eccentric collar and move the piezoelectric cantilever plate. Even if the vibration frequency of the drill string is not at the resonant frequency of the piezoelectric cantilever plate, it can also effectively absorb the energy of drill string rotation, pendulum vibration and torsional vibration.

Description

BESCHREIBUNG Bohrlochschwingungsgenerator Technischer BereichDESCRIPTION Downhole Vibration Generator Technical Section

[0001] Die Erfindung gehört zum Bereich der Erdöltechnik, und bezieht sich auf einen Schwingungsgenerator, die beim Bohren und Produzieren von Erdöl und Erdgas über einen langen Zeitraum hinweg stabil Strom für elektronische Bohrlochinstrumente liefern kann. Stand der TechnikThe invention belongs to the field of petroleum engineering, and relates to a vibration generator which can stably supply power for electronic downhole instruments for a long period of time in drilling and producing oil and natural gas. State of the art

[0002] Während des Rotationsbohrens wird die Rotationsenergie der Drehscheibe oder des oberen Antriebs durch den Bohrstrang auf den Bohrer übertragen. Die Energie der Drehscheibe (des oberen Antriebs) wird nicht nur zum Antrieb des Bohrers zum Brechen von Gestein verwendet. Ein Teil der Energie wird in die kinetische Energie des Bohrstrangs umgewandelt, und der andere Teil der Energie wird durch die Reibung zwischen dem Bohrstrang und der Bohrlochwand abgeführt. Die kinetische Energie des Bohrstrangs umfasst Rotationsenergie und Schwingungsenergie des Bohrstrangs. Die Rotationsenergie wird verwendet, um Bewegungen zu übertragen, die ein notwendiger und unvermeidlicher Teil der Energie sind, während Schwingungsenergie ein unvermeidlicher und unnötiger Teil der Energie im Bohrprozess von Bohrlöchern ist. Vibrationen des Bohrstrangs können den Bohrstrang selbst, den Bohrer und sogar die Bodenausrüstung beschädigen. Um den negativen Effekt von Bohrstrangvibrationen zu verringern, wird normalerweise ein flexibler Stoßdämpfer zwischen dem Bohrer und dem Bohrkragen installiert, um einen Teil der Schwingungsenergie abzuleiten.During rotary drilling, the rotational energy of the rotary disk or top drive is transmitted through the drill string to the drill bit. The energy of the turntable (the upper drive) is not only used to drive the drill to break rock. Part of the energy is converted into the kinetic energy of the drill string and the other part of the energy is dissipated by the friction between the drill string and the borehole wall. The kinetic energy of the drill string includes rotational energy and vibrational energy of the drill string. The rotational energy is used to transmit movements, which are a necessary and unavoidable part of the energy, while vibrational energy is an unavoidable and unnecessary part of the energy in the drilling process of wells. Drill string vibration can damage the drill string itself, the drill bit and even ground equipment. To reduce the negative effect of drill string vibration, a flexible shock absorber is typically installed between the drill bit and the drill collar to dissipate some of the vibration energy.

[0003] Da Vibration fast überall ist und es eine hohe Energiedichte aufweist, hat die Forschung zur Sammlung, Umwandlung und Nutzung von Schwingungsenergie in den letzten Jahrzehnten allmählich zugenommen. Der üblicherweise verwendete Schwingungsgenerator kann als Federoszillatorstruktur mit Dämpfung vereinfacht werden, die ihre eigenen Eigenfrequenzen aufweist. Wenn die Eigenfrequenz des Schwingungsgenerators dieselbe wie die Vibrationsfrequenz der Schwingungsquelle ist, tritt Resonanz auf und die absorbierte Energie ist am größten. Wenn jedoch die Vibrationsfrequenz geringfügig von der Eigenfrequenz abweicht, wird die absorbierte Energie stark reduziert. Mit anderen Worten ist die Bandbreite des Schwingungsgenerators sehr eng. Daher ist die Erweiterung der Bandbreite von Schwingungsenergiesammelgeräten zu einem der Probleme geworden, die Forscher zu lösen versuchen. Darüber hinaus ist die Richtungsselektivität des üblicherweise verwendeten Schwingungsgenerators sehr stark, und die Schwingungsrichtung der meisten Schwingungsquellen ändert sich. Daher ist es ein dringendes Problem, den multidirektionalen Schwingungsgenerator zu untersuchen.Because vibration is almost everywhere and has a high energy density, research on the collection, conversion, and utilization of vibrational energy has gradually increased in recent decades. The commonly used vibration generator can be simplified as a spring oscillator structure with damping, which has its own natural frequencies. When the natural frequency of the vibration generator is the same as the vibration frequency of the vibration source, resonance occurs and the energy absorbed is greatest. However, if the vibration frequency deviates slightly from the natural frequency, the absorbed energy will be greatly reduced. In other words, the bandwidth of the vibration generator is very narrow. Therefore, expanding the range of vibrational energy harvesting devices has become one of the problems that researchers are trying to solve. In addition, the directional selectivity of the vibration generator commonly used is very strong, and the vibration direction of most vibration sources changes. Therefore, it is an urgent problem to study the multidirectional vibration generator.

[0004] Die Energie, die durch die Schwingung des Bohrstrangs erzeugt wird, ist beträchtlich. Das Absorbieren der Schwingungsenergie des Bohrstrangs zur Stromerzeugung ist eine der wirksamen Möglichkeiten, um das Problem der Stromversorgung für Bohrlochinstrumente zu lösen. Um die Schwingungsenergie des Bohrstrangs effizient zu absorbieren, müssen zwei Probleme in dem obigen Schwingungsgenerator gelöst werden. Aufgrund der Besonderheit der Bohrstrangform und des Schwingungszustands (schlanke Struktur, Längsschwingung, seitliche Pendelschwingung und Torsionsschwingung koexistieren) weist die Richtung der seitlichen Pendelschwingung eine gewisse Zufälligkeit auf, was es schwierig macht, den für Bodengeräte ausgelegten Schwingungsgenerator im Bohrloch anzuwenden. Der Bohrstrang hat einen kleinen Durchmesser und eine begrenzte Wandstärke. Durch Erhöhen des Außendurchmessers des Bohrstrangs wird das Verstopfungsrisiko erhöht, und durch Verringern des Innendurchmessers des Bohrstrangs wird der hydraulische Druckabfall erhöht. Daher ist die verfügbare radiale Abmessung des Schwingungsgenerators sehr klein. Der Frequenzbereich der drei Schwingungsformen des Bohrstrangs ist unterschiedlich und ihr Frequenzband variiert mit der Änderung der Bohrbedingungen. Daher sollte der Schwingungsgenerator ein breiteres Frequenzband aufweisen, um sich an unterschiedliche = Bohrbedingungen anzupassen.Entsprechend den Eigenschaften der Bohrstrangschwingung und der Bohrstrangstruktur stellt die Erfindung einen Schwingungsgenerator mit einem breiten Frequenzband bereit, die die Schwingungsenergie wie Rotation, Torsionsschwingung und Pendelschwingung absorbieren kann.The energy generated by the vibration of the drill string is significant. Absorbing the vibration energy of the drill string to generate electricity is one of the effective ways to solve the problem of power supply for downhole instruments. In order to efficiently absorb the vibration energy of the drill string, two problems need to be solved in the above vibration generator. Due to the peculiarity of the drill string shape and vibration state (slender structure, longitudinal vibration, lateral pendulum oscillation and torsional vibration coexist), the direction of lateral pendulum oscillation has a certain randomness, which makes it difficult to apply the vibration generator designed for ground equipment downhole. The drill string has a small diameter and limited wall thickness. Increasing the outside diameter of the drill string increases the risk of clogging, and decreasing the inside diameter of the drill string increases the hydraulic pressure drop. Therefore the available radial dimension of the vibration generator is very small. The frequency response of the three drill string modes is different and their frequency band varies with changing drilling conditions. Therefore, the vibration generator should have a wider frequency band to adapt to different = drilling conditions. According to the characteristics of the drill string vibration and the drill string structure, the invention provides a vibration generator with a wide frequency band, which can absorb the vibration energy such as rotation, torsional vibration and pendulum vibration.

Inhalt der Erfindungcontent of the invention

[0005] Um die Mängel des Standes der Technik zu überwinden, stellt die Erfindung einen Schwingungsgenerator mit einem breiten Frequenzband bereit, die für lange Zeit Energie für die elektronischen Instrumente im Bohrloch bereitstellen und die Schwingungsenergie wie Rotation, Torsionsschwingung und Pendelschwingung des Bohrstrangs absorbieren kann.To overcome the shortcomings of the prior art, the invention provides a vibration generator with a wide frequency band, which can provide power for the downhole electronic instruments for a long time and absorb the vibration energy such as rotation, torsional vibration and weaving vibration of the drill string.

[0006] Um den obigen Zweck zu erreichen, nimmt die Erfindung die folgende Lösung an:In order to achieve the above purpose, the invention adopts the following solution:

[0007] Ein Bohrlochschwingungsgenerator umfasst Halterung, piezoelektrisches Auslegerblech, unteren Stopfen, unteres Lager, Innenzahn, Exzenterring, oberes Lager, Außengehäuse, unteren Stopfen, Endexpansionsring und konischen Druckring. Das piezoelektrische Auslegerblech ist an der Außenseite der Halterung angebracht. Die Halterung ist im Exzenterring durch das untere Lager und das obere Lager ummantelt. Der Exzenterring ist mit Innenzähnen eingelegt. Der Exzenterring befindet sich im Außengehäuse. Der untere Stopfen und der obere Stopfen ist über Gewinde mit der Halterung verbunden, und der Außengehäusekörper wird zwischen dem unteren Stopfen und dem oberen Stopfen gedrückt. Der Endexpansionsring ist zwischen dem konischen Druckring und dem oberen Stopfen installiert. Der konische Druckring ist durch Schrauben mit dem oberen Stopfen verbunden. Unter der Wirkung der Anziehkraft der Schraube extrudiert der konische Druckring den Endexpansionsring, damit sich der Endexpansionsring radial ausdehnt, so dass die Halterung an der Innenwand des Bohrstrangs fest gespannt ist und sich mit dem Bohrstrang dreht. Der Bohrlochschwingungsgenerator kann eine zuverlässige Verbindung ohne Behandlung und Verarbeitung an der Innenwand des Bohrstrangs realisieren.A downhole vibration generator includes bracket, piezoelectric cantilever plate, bottom plug, bottom bearing, internal tooth, eccentric ring, top bearing, outer housing, bottom plug, end expansion ring, and conical compression ring. The piezoelectric cantilever sheet is attached to the outside of the bracket. The bracket is encased in the eccentric ring by the lower bearing and the upper bearing. The eccentric ring is inserted with internal teeth. The eccentric ring is located in the outer housing. The bottom plug and the top plug are threadedly connected to the bracket, and the outer case body is pressed between the bottom plug and the top plug. The end expansion ring is installed between the conical compression ring and the top plug. The conical compression ring is connected to the top plug by screws. Under the action of the tightening force of the screw, the conical compression ring extrudes the end expander ring to cause the end expander ring to expand radially, so that the bracket is tightly clamped to the inner wall of the drill string and rotates with the drill string. The downhole vibration generator can realize a reliable connection without treatment and processing on the inner wall of the drill string.

[0008] Verglichen mit dem Stand der Technik sind die vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindung wie folgt: Unter der Einwirkung von Schwerkraft und Trägheitskraft dreht sich der Exzenterring relativ zum Bohrstrang, der die Innenzähne des Exzenterrings antreibt, um das piezoelektrische Auslegerblech zu bewegen. Selbst wenn die Schwingungsfrequenz des Bohrstrangs nicht auf der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Auslegerblechs liegt, kann sie auch die Energie der Rotation, der Pendelschwingung und der Torsionsschwingung des Bohrstrangs effektiv absorbieren. Wenn die Innenzähne spiralförmig auf dem Exzenterring angeordnet sind und sich um einen Kreis drehen, kann das piezoelektrische Auslegerblech eine Anregung mit unterschiedlicher Amplitude empfangen, wodurch das Frequenzband des Schwingungsgenerators weiter erweitert wird. Im Vergleich zum Bohrlochturbinengenerator weist der Schwingungsgenerator keine beweglichen Teile in der Bohrflüssigkeit auf, was die Lebensdauer der Energieversorgungsvorrichtung für elektronische Bohrlochinstrumente erhöht und den Zweck einer einmaligen Installation und einer langfristigen Nutzung realisieren kann. Die Erfindung hat die Vorteile einer einfachen und festen Installation im Bohrstrang und erfordert keine zusätzliche Behandlung und Verarbeitung für den Bohrstrang. Daher kann der Mangel ausgeglichen werden, dass die Struktur des vorhandenen piezoelektrischen Schwingungsgenerators die Schwingungsenergie des Bohrstrangs gemäß den Schwingungseigenschaften des Bohrstrangs nicht effizient sammeln kann.Compared with the prior art, the advantageous effects of the present invention are as follows: Under the action of gravity and inertial force, the eccentric ring rotates relative to the drill string, which drives the internal teeth of the eccentric ring to move the piezoelectric cantilever plate. Even if the vibration frequency of the drill string is not at the resonant frequency of the piezoelectric cantilever plate, it can also effectively absorb the energy of rotation, pendulum vibration and torsional vibration of the drill string. When the internal teeth are spirally arranged on the eccentric ring and rotate around a circle, the piezoelectric cantilever plate can receive excitation of different amplitude, further expanding the frequency band of the vibration generator. Compared with the downhole turbine generator, the vibration generator has no moving parts in the drilling fluid, which increases the service life of the downhole electronic instrument power supply device, and can realize the purpose of one-time installation and long-term use. The invention has the advantages of simple and secure installation in the drill string and requires no additional treatment and processing for the drill string. Therefore, the defect that the structure of the existing piezoelectric vibration generator cannot efficiently collect the vibration energy of the drill string according to the vibration characteristics of the drill string can be compensated.

Beschreibung der FigurenDescription of the figures

[0009] Fig. 1 ist das Zerlegungsdiagramm des Schwingungsgenerators.Fig. 1 is the decomposition diagram of the vibration generator.

[0010] Fig. 2 ist das Zerlegungsdiagramm des Schwingungsgenerators, nachdem das piezoelektrische Auslegerblech entfernt wurde.Figure 2 is the disassembly diagram of the vibration generator after the piezoelectric cantilever sheet has been removed.

[0011] Fig. 3 ist eine Langsschnittansicht des Schwingungsgenerators.Fig. 3 is a longitudinal sectional view of the vibration generator.

[0012] Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht des Schwingungsgenerators.Fig. 4 is a cross-sectional view of the vibration generator.

[0013] Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm eines piezoelektrischen Auslegerblechs.Figure 5 is a schematic diagram of a piezoelectric cantilever sheet.

[0014] In der Figur: 1. Halterung; 2. piezoelektrisches Auslegerblech; 3. Unterer Stopfen; 4. Unteres Lager; 5. Innenzahn; 6. Exzenterring; 7. Oberes Lager; 8. Außengehäuse; 9. Oberer Stopfen; 10. Endexpansionsring; 11. Konischer Druckring.In the figure: 1. Bracket; 2. piezoelectric cantilever sheet; 3. Lower plug; 4. Lower Bearing; 5. inner tooth; 6. eccentric ring; 7. Upper bearing; 8. outer casing; 9. Top plug; 10. end expansion ring; 11. Conical compression ring.

Spezifische AusführungsformSpecific embodiment

[0015] Wie in Fig. 1 bis Fig. 5 gezeigt, umfasst ein Bohrlochschwingungsgenerator Halterung 1, piezoelektrisches Auslegerblech 2, unteren Stopfen 3, unteres Lager 4, Innenzahn 5, Exzenterring 6, oberes Lager 7, Außengehäuse 8, unteren Stopfen 9, Endexpansionsring 10 und konischen Druckring 11. Das piezoelektrische Auslegerblech 2 ist an der Außenseite der Halterung 1 angebracht. Die Halterung 1 ist im Exzenterring 6 durch das untere Lager 4 und das obere Lager 7 ummantelt. Der Exzenterring 6 ist mit Innenzähnen 5 eingelegt. Der Exzenterring 6 befindet sich im Außengehäuse 8. Der untere Stopfen 3 und der obere Stopfen 9 sind über Gewinde mit der Halterung 1 verbunden, und der Außengehäusekörper 8 wird zwischen dem unteren Stopfen 3 und dem oberen Stopfen 9 gedrückt. Der Endexpansionsring ist zwischen dem konischen Druckring 11 und dem oberen Stopfen 9 installiert. Der konische Druckring 11 ist durch Schrauben mit dem oberen Stopfen 9 verbunden. Unter der Wirkung der Anziehkraft der Schraube extrudiert der konische Druckring 11 den Endexpansionsring 10, damit sich der Endexpansionsring radial ausdehnt, so dass die Halterung 1 an der Innenwand des Bohrstrangs fest gespannt ist und sich mit dem Bohrstrang dreht. Der Bohrlochschwingungsgenerator kann eine zuverlässige Verbindung ohne Behandlung und Verarbeitung an der Innenwand des Bohrstrangs realisieren.As shown in Figures 1 to 5, a downhole vibration generator comprises bracket 1, cantilever piezoelectric sheet 2, bottom plug 3, bottom bearing 4, internal tooth 5, eccentric ring 6, top bearing 7, outer casing 8, bottom plug 9, end expansion ring 10 and conical pressure ring 11. The piezoelectric cantilever plate 2 is attached to the outside of the holder 1. The holder 1 is encased in the eccentric ring 6 by the lower bearing 4 and the upper bearing 7 . The eccentric ring 6 is inserted with internal teeth 5. The eccentric ring 6 is housed in the outer casing 8. The lower plug 3 and the upper plug 9 are threadedly connected to the bracket 1, and the outer casing body 8 is pressed between the lower plug 3 and the upper plug 9. The end expansion ring is installed between the conical pressure ring 11 and the top plug 9. The conical pressure ring 11 is connected to the top plug 9 by screws. Under the action of the tightening force of the screw, the conical compression ring 11 extrudes the end-expansion ring 10 to cause the end-expansion ring to expand radially, so that the bracket 1 is clamped to the inner wall of the drill string and rotates with the drill string. The downhole vibration generator can realize a reliable connection without treatment and processing on the inner wall of the drill string.

[0016] Die Außenwand der Halterung 1 ist ein Polyeder, und das piezoelektrische Auslegerblech 2 wird am unteren Ende der Außenwand der Halterung 1 mit Schrauben befestigt und gleichmäßig über den Umfang der Halterung 1 verteilt, und das piezoelektrische Auslegerblech 2 verläuft entlang der Längsrichtung parallel zur Achse der Halterung 1 und die Schwingungsenergie in jeder Richtung senkrecht zur Achse der Halterung 1 kann durch die Anordnung absorbiert werden.The outer wall of the holder 1 is a polyhedron, and the piezoelectric cantilever plate 2 is fixed to the lower end of the outer wall of the holder 1 with screws and evenly distributed over the circumference of the holder 1, and the piezoelectric cantilever plate 2 extends along the longitudinal direction parallel to the Axis of the holder 1 and the vibration energy in any direction perpendicular to the axis of the holder 1 can be absorbed by the arrangement.

[0017] Das piezoelektrische Auslegerblech 2 umfasst eine Kupferplatte 21, ein piezoelektrisches Keramikblech 22 und einen Massenblock 23. Das untere Ende der Kupferplatte 21 ist verdickt und mit einem Gewindeloch bearbeitet, und ist mit der Halterung 1 durch Schraube verbunden. Das piezoelektrische Keramikblech 22 wird auf die obere und untere Seitenfläche der Kupferplatte 21 geklebt und nahe dem Auslegerende der Kupferplatte 21 geklebt. Der Massenblock 23 befindet sich am freien Ende der Kupferplatte 21. Zwischen dem Massenblock 23 und der Außenwand der Halterung 1 besteht ein gewisser Spalt, der Platz für die Biegeverformung des piezoelektrischen Auslegerblechs 2 bietet und dazu dient, zu verhindern, dass das piezoelektrische Auslegerblech 2 aufgrund übermäßiger Verformung beschädigt wird.The cantilever piezoelectric sheet 2 comprises a copper plate 21, a piezoelectric ceramic sheet 22 and a mass block 23. The lower end of the copper plate 21 is thickened and machined with a threaded hole, and is connected to the bracket 1 by screw. The piezoelectric ceramic sheet 22 is bonded to the upper and lower side faces of the copper plate 21 and bonded near the cantilever end of the copper plate 21 . The mass block 23 is located at the free end of the copper plate 21. There is a certain gap between the mass block 23 and the outer wall of the holder 1, which accommodates the bending deformation of the piezoelectric cantilever plate 2 and serves to prevent the piezoelectric cantilever plate 2 from falling due to excessive deformation will be damaged.

[0018] Die Halterung 1 und der untere Stopfen 3 sind durch Gewinde verbunden, um das untere Lager 4 auf die Halterung 1 zu drücken. Eine Vielzahl von Innenzähnen 5 ist in die Innenwand des Exzenterrings 6 eingelegt und gleichmäßig über den Umfang des Exzenterrings 6 verteilt. Der mit Innenzähnen 5 eingelegte Exzenterring 6 ist außerhalb der Halterung 1 mit dem piezoelektrischen Auslegerblech 2 ummantelt und bleibt durch die Stützfunktion des unteren Lagers 4 und des oberen Lagers 7 konzentrisch mit der Halterung 1 und kann sich relativ zur Halterung frei drehen. Unter der Einwirkung der Schwerkraft zeigt der Schwerpunkt des Exzenterrings 6 tendenziell in Richtung der Schwerkraft. Wenn sich der Bohrstrang dreht, dreht sich daher der Exzenterring 6 relativ zur Halterung 1. Aufgrund der geringen Drehzahl des Bohrstrangs verwendet die Erfindung nicht das Spulen-Permanentmagnetverfahren, um Schwingungsenergie zu sammeln. Stattdessen ist ein konvexer Innenzahn 5 an der Innenwand des Exzenterrings 6 installiert. Wenn sich der Exzenterring 6 dreht, bewegt der konvexe Innenzahn 5 das piezoelektrische Auslegerblech 2, um die piezoelektrische Keramikplatte 22 abwechselnd zu biegen, um einen Teil der Energie der Bohrstrangrotation zu absorbieren. Wenn der Bohrstrang seitliche Pendelschwingung und Torsionsvibration aufweist, dreht sich der Exzenterring 6 unter Einwirkung der Trägheitskraft auch relativ zur Halterung 1, um einen Teil der Energie der seitlichen Pendelschwingung und der Torsionsvibration zu absorbieren. Das Außengehäuse 8 ist außerhalb des Exzenterrings 6 ummantelt und mit dem maximalen Außenkreis des unteren Stopfens 3 abgestimmt und wird durch den mit der Halterung 1 verschraubten oberen Stopfen 9 auf den unteren Stopfen 3 gedrückt. Der untere Stopfen 3, der obere Stopfen 9 und das Außengehäuse 8 sind durch einen Dichtring abgedichtet, und der untere Stopfen 3, der obere Stopfen 9 und die Halterung 1 sind durch einen Dichtring abgedichtet, um das piezoelektrische Auslegerblech 2 und andere elektronische Geräte aus der externen Bohrflüssigkeit zu isolieren.The bracket 1 and the lower plug 3 are connected by threads to press the lower bearing 4 onto the bracket 1. A large number of internal teeth 5 are inserted into the inner wall of the eccentric ring 6 and distributed evenly over the circumference of the eccentric ring 6 . The eccentric ring 6 inlaid with internal teeth 5 is encased outside the holder 1 with the piezoelectric cantilever plate 2 and remains concentric with the holder 1 due to the support function of the lower bearing 4 and the upper bearing 7 and can rotate freely relative to the holder. Under the action of gravity, the center of gravity of the eccentric ring 6 tends to point in the direction of gravity. Therefore, as the drill string rotates, the eccentric ring 6 rotates relative to the mount 1. Due to the slow speed of rotation of the drill string, the invention does not use the coil permanent magnet method to collect vibrational energy. Instead, a convex inner tooth 5 is installed on the inner wall of the eccentric ring 6. As the eccentric ring 6 rotates, the convex inner tooth 5 moves the piezoelectric cantilever plate 2 to alternately bend the piezoelectric ceramic plate 22 to absorb part of the energy of drill string rotation. When the drill string experiences lateral pendulum oscillation and torsional vibration, the eccentric collar 6 also rotates relative to the bracket 1 under the action of inertial force to absorb part of the energy of lateral pendulum oscillation and torsional vibration. The outer housing 8 is sheathed outside the eccentric ring 6 and matched with the maximum outer circle of the lower plug 3 and is pressed onto the lower plug 3 by the upper plug 9 screwed to the bracket 1 . The lower plug 3, the upper plug 9 and the outer case 8 are sealed by a sealing ring, and the lower plug 3, the upper plug 9 and the holder 1 are sealed by a sealing ring to seal the piezoelectric cantilever plate 2 and other electronic devices of isolate external drilling fluid.

[0019] Das Arbeitsprinzip des Bohrlochschwingungsgenerators ist wie folgt: Der Exzenterring dreht sich unter der Wirkung von Schwerkraft und Trägheitskraft relativ zum Drehbohrstrang, und der Vorsprung an der Innenwand des Exzenterrings bewegt das piezoelektrische Blech mit der Auslegerstruktur, um das piezoelektrische Blech zu biegen, um die Energie der Rotation, Torsionsschwingung und Pendelschwingung des Bohrstrangs zu absorbieren. Der Ausleger, der gleichmäßig entlang des Umfangs angeordnet ist, verläuft entlang der Längsrichtung parallel zur Achse des Bohrstrangs, wodurch die Energie der seitlichen Pendelschwingung des Bohrstrangs aufgenommen werden kann.The working principle of the downhole vibration generator is as follows: the eccentric ring rotates relative to the rotary drill string under the action of gravity and inertial force, and the projection on the inner wall of the eccentric ring moves the piezoelectric sheet with the cantilever structure to bend the piezoelectric sheet to to absorb the energy of rotation, torsional vibration and pendulum vibration of the drill string. The boom, which is uniformly arranged along the circumference, runs along the longitudinal direction parallel to the axis of the drill string, which allows it to absorb the energy of the lateral pendulum oscillation of the drill string.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS 1. Ein Bohrlochschwingungsgenerator, die Halterung, piezoelektrisches Auslegerblech, unteren Stopfen, unteres Lager, Innenzahn, Exzenterring, oberes Lager, Außengehäuse, unteren Stopfen, Endexpansionsring und konischen Druckring umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Auslegerblech an der Außenseite der Halterung angebracht ist, wobei die Halterung im Exzenterring durch das untere Lager und das obere Lager ummantelt ist, wobei der Exzenterring mit Innenzähnen eingelegt ist, wobei sich der Exzenterring im Außengehäuse befindet, wobei der untere Stopfen und der obere Stopfen über Gewinde mit der Halterung verbunden ist, und der Außengehäusekörper zwischen dem unteren Stopfen und dem oberen Stopfen gedrückt wird, wobei der Endexpansionsring zwischen dem konischen Druckring und dem oberen Stopfen installiert ist, wobei der konische Druckring durch Schrauben mit dem oberen Stopfen verbunden ist.1. A downhole vibration generator comprising bracket, piezoelectric cantilever plate, bottom plug, lower bearing, internal tooth, eccentric collar, upper bearing, outer casing, bottom plug, end expansion ring and conical compression ring, characterized in that the piezoelectric cantilever plate is attached to the outside of the bracket, the bracket in the eccentric ring is encased by the lower bearing and the upper bearing, the eccentric ring is inlaid with internal teeth, the eccentric ring is in the outer case, the lower plug and the upper plug are threadedly connected to the bracket, and the Outer casing body is pressed between the bottom plug and the top plug, with the end expansion ring installed between the conical pressure ring and the top plug, the conical pressure ring is connected to the top plug by screws. 2. Ein Bohrlochschwingungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand der Halterung ein Polyeder ist, wobei das piezoelektrische Auslegerblech am unteren Ende der Außenwand der Halterung mit Schrauben befestigt und gleichmäßig über den Umfang der Halterung verteilt wird, wobei das piezoelektrische Auslegerblech entlang der Längsrichtung parallel zur Achse der Halterung verläuft.2. A downhole vibration generator according to claim 1, characterized in that the outer wall of the bracket is a polyhedron, the piezoelectric cantilever sheet being fixed to the lower end of the outer wall of the bracket with screws and evenly distributed around the circumference of the bracket, the piezoelectric cantilever sheet along the Longitudinally parallel to the axis of the bracket. 3. Ein Bohrlochschwingungsgenerator nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Auslegerblech eine Kupferplatte, ein piezoelektrisches Keramikblech und einen Massenblock umfasst, wobei ein gewisser Spalt zwischen dem Massenblock und der Außenwand der Halterung besteht.3. A downhole vibration generator according to claim 1-2, characterized in that the cantilever piezoelectric sheet comprises a copper plate, a piezoelectric ceramic sheet and a mass block, with a certain gap between the mass block and the outer wall of the holder. 4. Ein Bohrlochschwingungsgenerator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung und der untere Stopfen durch Gewinde verbunden sind, um das untere Lager auf die Halterung zu drücken, wobei eine Vielzahl von Innenzähnen in die Innenwand des Exzenterrings eingelegt und gleichmäßig über den Umfang des Exzenterrings verteilt ist, wobei der mit Innenzähnen eingelegte Exzenterring außerhalb der Halterung mit dem piezoelektrischen Auslegerblech ummantelt ist und durch die Stützfunktion des unteren Lagers und des oberen Lagers konzentrisch mit der Halterung bleibt und sich relativ zur Halterung frei drehen kann.4. A downhole vibration generator according to claims 1 to 3, characterized in that the bracket and the lower plug are threadably connected to press the lower bearing onto the bracket with a plurality of internal teeth inlaid in the inner wall of the eccentric collar and evenly across distributed around the circumference of the eccentric ring, the eccentric ring inlaid with internal teeth being coated outside the bracket with the cantilever piezoelectric sheet and remaining concentric with the bracket by the supporting function of the lower bearing and the upper bearing and being free to rotate relative to the bracket. 5. Ein Bohrlochschwingungsgenerator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Stopfen, der obere Stopfen und das Außengehäuse durch einen Dichtring abgedichtet sind, wobei der untere Stopfen, der obere Stopfen und die Halterung durch einen Dichtring abgedichtet sind.5. A downhole vibration generator according to claims 1 to 4, characterized in that the bottom plug, the top plug and the outer housing are sealed by a sealing ring, wherein the bottom plug, the top plug and the holder are sealed by a sealing ring.
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