專利名稱：一種用于井下導(dǎo)向鉆井工具中的液壓控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及導(dǎo)向鉆井中的一種用于井下導(dǎo)向鉆井工具中的液壓控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在石油和地質(zhì)鉆井中，常需要進行導(dǎo)向鉆井。一般是在井下鉆具上，安裝一個可以繞鉆具旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)向套筒，導(dǎo)向套筒上安放3到4個均勻分布的液壓推力控制系統(tǒng)。在鉆井過程中，根據(jù)測量和計算出的井斜角和方位角，分別調(diào)節(jié)各液壓推力控制系統(tǒng)的輸出推力大小，使鉆具在某一方向產(chǎn)生一定的側(cè)向推力，以此來控制鉆具在井下的方向，實現(xiàn)導(dǎo)向鉆井。目前的液壓推力控制系統(tǒng)一般有以下幾種一、采用泥漿作為流體壓力傳遞介質(zhì)的系統(tǒng)。由于液壓推力控制系統(tǒng)中有些元件與泥漿直接接觸，易造成液壓控制元件的磨損或腐蝕，輸出推力的大小還受泥漿流量的影響和鉆具內(nèi)外環(huán)空壓差的限制。二、采用液壓油作為流體壓力傳遞介質(zhì)的獨立封閉控制回路中，可以使用壓力控制閥作為控制系統(tǒng)壓力大小的元件。目前，受井下高溫、高壓和強烈沖擊與振動的影響以及井下空間尺寸的限制，一般無法采用電磁比例壓力控制閥，通常是采用溢流閥作為控制系統(tǒng)壓力大小的元件，而這種結(jié)構(gòu)受元件數(shù)量的限制，只能進行較少的壓力值設(shè)定。三、采用公知的旁路節(jié)流回路，通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，控制油泵輸出流量的方法， 能夠進行推力系統(tǒng)的任意壓力調(diào)節(jié)。由于受井下空間尺寸的限制，油泵的輸出流量很小，這就要求旁路節(jié)流閥的節(jié)流口很小。當(dāng)推力油缸需要收回時，在復(fù)位彈簧的作用下，推力油缸中的液壓油都需要從節(jié)流閥微小的開口流回油箱，這需要較長的等待時間。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中上述的不足，本發(fā)明提供一種用于井下導(dǎo)向鉆井工具中的液壓控制系統(tǒng)，該用于井下導(dǎo)向鉆井工具中的液壓控制系統(tǒng)該系統(tǒng)具有輸出推力可以方便任意的調(diào)節(jié)、鉆進方向易控制、等待時間短的特點。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用于井下導(dǎo)向鉆井工具中的液壓控制系統(tǒng)，包括調(diào)整電機、油泵、推力油缸，該液壓控制系統(tǒng)還包括控制閥塊，所述的控制閥塊的輸出端與推力油缸相連，輸入端與油泵出口相連，所述的油泵入口連接膠囊油箱。所述的控制閥塊內(nèi)部包括單向閥、液壓控制閥、節(jié)流閥，所述的油泵出口一路通過節(jié)流閥與膠囊油箱連通，另一路通過單向閥連接推力油缸，所述單向閥的進口一端還與液壓控制閥的A 口連通，單向閥的出口一端還與液壓控制閥的B 口連通，所述液壓控制閥的0 口與膠囊油箱連通。所述的油泵與節(jié)流閥之間并連有安全閥。所述的液壓控制閥包括閥體、閥芯、閥座、彈簧、閥蓋，B 口與0 口間的密封采用閥芯與閥座之間的圓錐面密封，A 口中與0 口間的密封采用閥芯與閥體之間的圓柱滑動間隙密封。本發(fā)明具有如下有益效果該液壓控制系統(tǒng)將各控制閥集中在控制閥塊內(nèi)，內(nèi)部設(shè)有流道將它們相互連通，通過油泵輸出的高壓油，控制推力油缸伸出，從而改變鉆具的鉆進方向。并且該液壓控制系統(tǒng)在現(xiàn)有的旁路節(jié)流回路的基礎(chǔ)上，通過增加單向閥和液控閥， 構(gòu)成了新的壓力控制回路。該系統(tǒng)不僅保留了旁路節(jié)流回路能夠連續(xù)和方便的進行系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)的特點，而且還能夠在油泵開啟和停止時，根據(jù)單向閥前后的壓力差控制液控閥的動作，自動接通或關(guān)斷推力油缸與油箱的通路。在電機開啟時，保證了液壓系統(tǒng)能夠方便地通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速來控制油缸的推力大小；當(dāng)電機停止轉(zhuǎn)動時，推力油缸能夠在復(fù)位彈簧的作用下快速收回。減少了工作中的等待時間，提高了鉆井過程中的工作效率，避免了因油缸沒有收回可能引發(fā)的事故。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是沿附圖1中A-A的剖視圖； 圖3是液壓控制系統(tǒng)原理圖； 圖4是液壓控制閥的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-旋轉(zhuǎn)鉆具，2-軸承，3-外套管，4-推力板，5-推力油缸，6_控制閥塊， 7-油泵，8-動力塊，9-磁力聯(lián)軸器，10-調(diào)速電機，11-控制電路，12-膠囊油箱，13-節(jié)流閥， 14-安全閥，15-單向閥，16-液控閥，17-閥體，18-閥芯，19-閥座，20-彈簧，21-閥蓋。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明
由圖1至圖4所示，一種用于井下導(dǎo)向鉆井工具中的液壓控制系統(tǒng)，包括旋轉(zhuǎn)鉆具1， 旋轉(zhuǎn)鉆具1外部通過軸承2支撐有外套管3，外套管3上均布有3個或4個推力板4，由圖 2所示為3個推力板4的情況，旋轉(zhuǎn)鉆具1與推力板4之間的空腔內(nèi)有動力塊8，該調(diào)整電機10、磁性連軸器9、油泵7、膠囊油箱12集中設(shè)在動力塊8內(nèi)，調(diào)整電機10與控制電路11 相連，動力塊8右端連接控制閥塊6，所述的控制閥塊6內(nèi)集中了該液壓控制系統(tǒng)的各控制閥，內(nèi)部設(shè)有流道將它們相互連通，所述的控制閥塊6的輸出端與推力油缸5相連，輸入端與油泵7出口相連，所述的油泵7入口連接膠囊油箱12，油泵7輸出的高壓油經(jīng)控制閥塊 6，進入到推力油缸5中。所述的推力油缸5采用了柱塞缸的結(jié)構(gòu)形式，柱塞由高壓油推出， 通過推力板4推靠在井孔壁上，柱塞的縮回是通過復(fù)位彈簧拉動推力板4，將柱塞復(fù)位。柱塞的伸出端外部設(shè)有橡膠保護套，防止柱塞伸出時與井下泥漿直接接觸，在橡膠保護套與柱塞的伸出端之間添入耐高壓和高溫的流體或半流體物質(zhì)。下面對該液壓系統(tǒng)的原理進行詳細說明所述的控制閥塊6內(nèi)部包括單向閥15、 液壓控制閥16、節(jié)流閥13，將各種閥集中在其內(nèi)部，所述的油泵7出口分為兩路，一路通過節(jié)流閥2與膠囊油箱2連通，另一路通過單向閥15連接推力油缸5，所述單向閥15的進口一端還與液壓控制閥16的A 口連通，單向閥15的出口一端還與液壓控制閥16的B 口連通， 所述液壓控制閥16的0 口與膠囊油箱12連通，所述的油泵7與節(jié)流閥2之間并連有安全閥3。其中單向閥15的開啟壓力，應(yīng)保證液壓控制閥16兩端的壓差所產(chǎn)生的推力能夠大于彈簧的推力，使油泵7啟動后，液壓控制閥16能夠自動關(guān)閉B 口到0的通路，保證系統(tǒng)能夠建立起工作壓力。
所述的液壓控制閥16包括閥體17、閥芯18、閥座19、彈簧20、閥蓋21，B 口與0 口間的密封采用閥芯18與閥座19之間的圓錐面密封，A 口中與0 口間的密封采用閥芯18與閥體17之間的圓柱滑動間隙密封，也可以采用其他密封形式，如0型密封圈或其他密封圈組成的密封。液壓控制閥16的閥芯18右端的圓柱面上，設(shè)有均壓槽，所述的均壓槽是在閥芯18的圓柱面上加工一截面為矩形的圓環(huán)槽，均壓槽矩形截面為深0. 5mm、寬1mm，均壓槽的數(shù)量可以根據(jù)閥芯的長度確定，均壓槽的作用一是當(dāng)閥芯在圓柱孔內(nèi)偏離中心時，閥芯距圓柱孔壁遠的一側(cè)壓力高于另一側(cè)，這樣會導(dǎo)致閥芯貼于圓柱孔壁，造成閥芯運動阻力加大，而一般加工3個以上的均壓槽可以減少或消除該現(xiàn)象；二是閥芯與圓柱孔間的微小臟物可以進入到均壓槽內(nèi)，減少閥芯運動時的卡阻。閥芯18左端設(shè)有彈簧定位結(jié)構(gòu)，防止彈簧20變形后產(chǎn)生彎曲，閥座19通過閥蓋21壓緊在閥體17上，在閥體17和閥蓋21上設(shè)有3道密封圈，分別將A 口、B 口和0 口隔開。該液壓控制系統(tǒng)在接到井下控制命令后，由控制電路11控制調(diào)整電機10帶動油泵7轉(zhuǎn)動，油泵從膠囊油箱12中抽取液壓油，通過能量轉(zhuǎn)換，將高壓液壓油輸出，高壓液壓油一部分從節(jié)流閥13的節(jié)流孔返回膠囊油箱12，另一部分流過單向閥15。當(dāng)液壓油通過單向閥15時，在單向閥15的前后產(chǎn)生一個壓力差，使液控閥16的右端油壓高于左端，在油壓的壓差作用下，液控閥16右端油壓的推力克服左端油壓和彈簧的推力，使液控閥16的閥芯左移(處在圖3所示示位置)，切斷了液控閥16的B 口與0 口的通路。流過單向閥15的油液流向推力油缸5，推動推力油缸伸出，使推力板4支撐在井壁上，實現(xiàn)鉆井過程中的導(dǎo)向控制。通過改變調(diào)速電機10的轉(zhuǎn)速，可以使油泵7的輸出流量改變。由于節(jié)流閥13的節(jié)流開口是固定的，流量增加時，液壓系統(tǒng)的壓力升高，使推力板4的輸出推力增大；反之， 輸出推力減少。根據(jù)井下控制的要求，通過改變電機的轉(zhuǎn)速，能夠根據(jù)要求調(diào)節(jié)推力板4的輸出推力大小；從而，實現(xiàn)不同輸出推力的控制要求。當(dāng)調(diào)速電機10轉(zhuǎn)速逐漸增加時，液壓控制系統(tǒng)的油壓也逐漸增大。當(dāng)液壓系統(tǒng)的油壓達到安全閥14的開啟壓力時，安全閥14自動打開，防止油壓繼續(xù)升高，以保護整個液壓控制系統(tǒng)的安全。當(dāng)要求推力油缸5收回時，將調(diào)速電機10斷電，油泵7不再向液壓推力控制系統(tǒng)供油。單向閥15在彈簧力的作用下關(guān)閉。液壓控制閥16A 口處的液壓油通過節(jié)流閥13流回膠囊油箱12，使液壓控制閥16A 口處的油壓逐漸降低。當(dāng)液壓控制閥16右端油壓推力小于左端的油壓和彈簧推力時，液壓控制閥16的閥芯右移，接通B 口與0 口的通路，推力油缸5中的液壓油，通過液壓控制閥16，流回膠囊油箱12，推力油缸5在外部彈簧的作用下收回。本液壓控制系統(tǒng)是在現(xiàn)有的旁路節(jié)流回路的基礎(chǔ)上，通過增加單向閥和液壓控制閥，構(gòu)成了新的壓力控制回路。與“采用泥漿作為流體壓力傳遞介質(zhì)的系統(tǒng)”相比，主要優(yōu)點是元件不與泥漿接觸，工作壽命長；推力的大小不受泥漿流量的影響，鉆井過程中，對泥漿的流量沒有要求；由于液壓系統(tǒng)的輸出壓力比鉆具內(nèi)外環(huán)空的壓差大許多，一般輸出推力可以較大。與“采用溢流閥作為控制系統(tǒng)壓力大小元件的獨立封閉液壓系統(tǒng)”相比，系統(tǒng)輸出的推力大小可以方便的任意調(diào)節(jié)。與“采用公知的旁路節(jié)流回路的獨立封閉液壓系統(tǒng)”相比，油缸能夠快速返回，不需要較長的等待時間。
權(quán)利要求
1.一種用于井下導(dǎo)向鉆井工具中的液壓控制系統(tǒng)，包括調(diào)整電機(10)、油泵(7)、推力油缸(5)，其特征在于該液壓控制系統(tǒng)還包括控制閥塊(6)，所述的控制閥塊(6)的輸出端與推力油缸(5)相連，輸入端與油泵(7)出口相連，所述的油泵(7)入口連接膠囊油箱(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于井下導(dǎo)向鉆井工具中的液壓控制系統(tǒng)，其特征在于所述的控制閥塊(6)內(nèi)部包括單向閥(15)、液壓控制閥(16)、節(jié)流閥(13)，所述的油泵(7)出口一路通過節(jié)流閥(13)與膠囊油箱(12)連通，另一路通過單向閥(15)連接推力油缸(5)， 所述單向閥(15)的進口一端還與液壓控制閥(16)的A 口連通，單向閥(15)的出口一端還與液壓控制閥(16)的B 口連通，所述液壓控制閥(16)的0 口與膠囊油箱(12)連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于井下導(dǎo)向鉆井工具中的液壓控制系統(tǒng)，其特征在于所述的油泵(7)與節(jié)流閥(13)之間并連有安全閥(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的用于井下導(dǎo)向鉆井工具中的液壓控制系統(tǒng)，其特征在于 所述的液壓控制閥(16)包括閥體(17)、閥芯(18)、閥座(19)、彈簧(20)、閥蓋(21)，B 口與 0 口間的密封采用閥芯(18)與閥座(19)之間的圓錐面密封，A 口中與0 口間的密封采用閥芯(18 )與閥體(17 )之間的圓柱滑動間隙密封。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于井下導(dǎo)向鉆井工具中的液壓控制系統(tǒng)。主要解決現(xiàn)有的導(dǎo)向鉆井工具液壓控制系統(tǒng)推力大小不易調(diào)節(jié)、等待時間長等問題。其特征在于該液壓控制系統(tǒng)還包括控制閥塊(6)，所述的控制閥塊(6)的輸出端與推力油缸(5)相連，輸入端與油泵(7)相連，所述的油泵(7)入口連接膠囊油箱(12)。該用于井下導(dǎo)向鉆井工具中的液壓控制系統(tǒng)具有輸出推力可以方便任意的調(diào)節(jié)、鉆進方向易控制、等待時間短的特點。
文檔編號F15B13/04GK102434508SQ20111037080
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者喻重山, 張磊, 彭浩, 盛利民, 竇修榮, 管康, 艾維平, 蘇義腦, 范錦輝, 鄧樂 申請人:中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院