CN101184904A - 用于在井下作业中提供延时的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在井下作业中提供液压负载补偿延时的装置和方法。根据本发明装置的特征在于，它包括由活塞壳(2)包围的活塞杆(1)，其中该装置以这样的方式调节，使得作用在拉伸方向或压缩方向的轴向力使两个液压腔室(3，4)中的一个中产生压力累积，两个液压腔室均充满不可压缩液体并通过一个或多个节流口(8)相互连接，其中横向浮动并被支撑的活塞套(5)布置在活塞杆(1)和活塞壳(2)之间，其中活塞套(5)适于以这样的方式控制穿过节流口(8)的压差，使得作用在装置上的增加的轴向力将以预定的方式增加穿过节流口(8)的压差，并因此使不可压缩液体从两个液压腔室(3，4)中的一个到第二腔室(4，3)的流通延迟，这还造成活塞杆(1)和活塞壳(2)之间的相对运动的预定延迟。

Description

用于在井下作业中提供延时的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于液压负载补偿延时的装置。

背景技术

在井下作业中，常常存在对能够提供关于将在井中执行某些工作的工具的促动或起动的预定延时的装置的需求。通常，仅仅可以利用拉伸力和/或压缩力促动这些装置，例如通过绳索操作。

更期望的是能够对延时进行预测，当例如利用长绳索对延时装置施加的力可能难于控制时，进行延时的预测是一个挑战。能够将影响在每种情况下获得的延时持续时间的因素减到最少将是有利的，从而简化实现特定的工具功能所必需的保持时间的计算。通过对产生延时的装置补偿施加到该装置的力的变化，可以实现尽可能恒定并因此可预测的延时。

可利用延时装置促动的机械操控工具的一个示例是套接震动钻杆(jar)。在套接震动钻杆的促动中，经常使用例如拉紧弹簧的装置，该弹簧在具有一定预张力和/或经过预定时间段后被释放。绳索可用来拉紧弹簧，但拉紧弹簧所需的时间难以控制，这是因为通过绳索传递的力可能由于摩擦、伸展等而减弱。另外，产生力的机构不好控制，因此不适于微调。因此，存在对在例如套接震动钻杆中控制弹簧的拉紧的装置的需求，使得拉紧时间基本上与拉紧力和任何可能发生的拉动或猛拉无关。因此，理想的是提供一种当所施加的力微小时提供小的阻力，而当所施加的力大时提供较大阻力的系统，其中，阻力曲线应当尽可能地与所施加的力成比例并应当快速反应，以吸收任何突然的强力拉动。

发明内容

本发明提供一种满足上述要求的装置，该装置的特征在于权利要求1的特征部分所述的特征。其它的有利特征和实施例在从属权利要求中阐述。

附图说明

在下文中，参照附图给出了本发明的优选实施例的详细描述，其中：

图1a示出了本发明第一实施例的概略图。

图1b示出了图1a所示的实施例的A部分。

图2a至图2c示出了图1a所示的实施例的操作顺序。

图3a示出了本发明第二实施例的概略图。

图3b示出了图3a所示的实施例的B部分。

图4a至图4c示出了图3a所示的实施例的操作顺序。

具体实施方式

本发明提供一种延时液压系统，该系统基于基本上为牛顿流体的流动特性。

图1a和图3a示出了提供液压负载补偿延时的工具的两个变体的一部分。作用在活塞杆1和圆柱形活塞壳2之间的轴向相对力使得两个液压腔室3、4中的一个腔室产生压力累积，活塞壳2围住活塞杆1，液压腔室3、4均充满了不可压缩液体，活塞杆1和活塞壳2之间的相对运动造成液体从其中的一个腔室3排到另一腔室4，或者从腔室4排到腔室3。在活塞杆1和活塞壳2之间设有横向浮动液压活塞套5，横向浮动液压活塞套5由弹簧6分别支撑在活塞套耳7的每一侧上，活塞套5在活塞杆1和活塞壳2之间的轴向运动后引起通过节流口8的液体流动，由此产生穿过节流口8的压差，该压差直接取决于轴向力作用的大小，该轴向力作用产生的压力以这样的方式影响活塞套5，即该压力产生活塞套5相对于活塞杆1和活塞壳2两者的轴向运动。在发生该相对的轴向运动后，节流口8的面积和/或长度可能会变化，因为节流口8的面积和/或长度的设计使工具能够尽可能最优地响应于可变力的作用。

根据一个实施例，压差通过调节节流口8的长度来控制。根据优选实施例，这可通过例如绕活塞杆形成螺旋槽来实现，螺旋槽上方的活塞套5的位置决定用于液压流体的有效槽长。这在图1a、图1b以及图2a至图2c中示出。通过在作用力较强时迫使液压流体穿过若干匝螺旋槽，节流口8的长度以及穿过节流口8的压差将增加，这将导致与作用力的强度和曲线无关地获得预定的延时。

应当理解的是，槽也可设置在活塞套5上或活塞壳2上。

众所周知，管的流动阻力取决于流动是层流还是湍流。只要流动是层流，那么流量和流动阻力之比将线性增加。当层流衰退并变为湍流时，流动阻力大大减小。在本发明中，根据一个实施例，可使用适用于层流情况的线性属性。

管的流动阻力R可用下式表达：

$R=\frac{8\mathrm{\ηL}}{\mathrm{\π}{r}^4}$

这里，L是管长，η是液体粘度，r是管的直径。可以看到，R随着管长线性地增加，并随着减小的直径的四次方而增加。通过在较强的力作用后让不可压缩的液体穿过具有较大长度和/或较小半径的管，提供了递增的阻尼。通过连续并动态地调节作用力和节流口的长度和/或半径之间的比值，可获得与力作用的强度和曲线无关的预定延时。

节流口8并不是必须做成螺旋槽的形状。节流口8能以任何优选的构造来定形，但螺旋槽使得设计紧凑，这种设计容易提供足够并精确的槽长，这样的槽长能够实现对给定施加力的充分阻力。

根据本发明的另一个实施例，工具的阻力将增加，这是因为活塞套5盖住一个或多个节流口8并因此减少其面积，从而使压差显著增加。

图3a、图3b及图4a至图4c示出了这样一个实施例，其中，节流口8由缝构成。在所示的实施例中，缝斜对于工具的轴向方向碾制形成在活塞套5中。应当理解的是，缝也可例如纵向地或交叉地形成，缝的宽度可以不同，可以具有锥度。还可以提供若干尺寸相同或不同的孔和/或具有不同的相对于活塞套5的轴向位移的不同间距的孔。

附图示出了双作用工具，即施加于工具的力的方向是无关紧要的。仅在拉伸力中起作用的单作用工具使用起来会一样很好，并在一些情况下是优选的。

工具包括由活塞壳2围住的活塞杆1，在拉伸或压缩方向作用或仅在其中一个方向作用的轴向力使得两个液压腔室3、4中的一个中产生压力累积。腔室3、4均充满了不可压缩的液体并通过一个或多个节流口8相互连接。横向浮动并被支撑的活塞套5设置在活塞杆1和活塞壳2之间。活塞套5以这样的方式帮助调节穿过节流口8的压差，即作用在装置上的增加的轴向力将以预定的方式增加穿过节流口的压差，因此使不可压缩液体从两个液压腔室3、4中的一个到另一个的流动延迟，这还造成活塞杆1和活塞壳2之间相对运动的预定延时。在施加力后，将发生没有延时的活塞壳2和活塞杆1之间的相对运动，例如，活塞套相对于活塞壳2和活塞杆1发生位移并在弹簧和液压压力之间平衡。施加的力越大，则活塞套的行程就越大。为了补偿损失的行程长度，可使槽、缝或沟的倾斜平滑地增加，从而获得与所施加力的大小无关的基本恒定的延时。如果设有孔，那么这些孔的间距可不同，以获得同样的与所施加力的大小无关的基本恒定的延时。

根据一个实施例，活塞套5适于在轴向压力增加后关闭一个或多个节流口8，从而增加不可压缩液体的流动阻力。

根据另一个实施例，活塞套5适于在轴向压力增加后减小一个或多个节流口8的尺寸，从而增加不可压缩液体的流动阻力。

图1a、图1b及图2a至图2c示出了这样一个实施例，其中，所施加的力将造成活塞套5限定呈一个或多个槽的形式的一个或多个节流口8，活塞套5被调节，使得槽的长度在轴向压力增加后延长，并因此增加不可压缩液体的流动阻力。在这种情况下，所述一个或多个槽具有螺旋形，并且槽和活塞套5应当优选这样定形，使得通过节流口8的流动是层流。

应当理解的是，节流口8的面积在任何时间被调节，从而允许恒定液体流动穿过当前未被阻塞的节流口，而与作用在活塞杆1和活塞壳2之间的轴向力无关，从而提供理想的延时。

节流口8的面积还可在任何时间被调节，以获得活塞杆1和活塞壳2之间的恒定相对运动，而与作用在活塞杆1和活塞壳2之间的轴向力无关。

本发明的替选应用是恒流阀。

Claims (13)

1.一种用于在井下作业中提供液压负载补偿延时的装置，

其特征在于，该装置包括由活塞壳(2)包围的活塞杆(1)，其中，该装置以这样的方式调节，使得作用在拉伸方向上或压缩方向上的轴向力使得两个液压腔室(3，4)中的一个液压腔室中产生压力累积，两个液压腔室(3，4)每个都充满了不可压缩液体，并通过一个或多个节流口(8)相互连接，其中，横向浮动并被支撑的活塞套(5)布置在活塞杆(1)和活塞壳(2)之间，其中，活塞套(5)适于以这样的方式控制穿过节流口(8)的压差，使得作用在所述装置上的增加的轴向力将以预定的方式增加穿过节流口的压差，并因此使不可压缩液体从两个液压腔室(3，4)中的一个液压腔室到第二腔室(4，3)的流通延迟，这还造成活塞杆(1)和活塞壳(2)之间的相对运动的预定延迟。

2.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，所述活塞套(5)适于在轴向压力增加后关闭一个或多个节流口(8)，并因此增加所述不可压缩液体的流动阻力。

3.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，所述活塞套(5)适于在轴向压力增加后减小一个或多个节流口(8)的尺寸，并因此增加所述不可压缩液体的流动阻力。

4.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，所述活塞套(5)以一个或多个槽的形式限定一个或多个节流口(8)，所述活塞套(5)以这样的方式设计，使得槽的长度在轴向压力增加后被延长，并因此增加所述不可压缩液体的流动阻力。

5.根据权利要求4所述的装置，

其特征在于，所述槽具有螺旋形。

6.根据权利要求4或5所述的装置，

其特征在于，所述槽和所述活塞套(5)以这样的方式成形，使得穿过所述节流口(8)的流动至少在某些时间是层流。

7.根据权利要求1至6所述的装置，

其特征在于，所述节流口(8)的面积在任何时间被调节，以允许恒定液体流动通过当前未堵塞的节流口(8)，而与作用在所述活塞杆(1)和活塞壳(2)之间的轴向力无关。

8.根据权利要求1至7所述的装置，

其特征在于，所述节流口(8)的面积在任何时间被调节，以获得在所述活塞杆(1)和活塞壳(2)之间的恒定相对运动，而与作用在所述活塞杆(1)和活塞壳(2)之间的轴向力无关。

9.一种用于在井下作业中提供液压负载补偿延时的方法，

其特征在于，作用在活塞杆(1)和围住所述活塞杆(1)的活塞壳(2)之间的轴向力使得两个液压腔室(3，4)中的一个液压腔室中产生压力累积，两个液压腔室(3，4)每个部充满了不可压缩液体，其中，所述活塞杆(1)和活塞壳(2)之间的相对运动使得所述不可压缩液体的一部分从所述腔室中的一个腔室(3)移到另一个腔室(4)，或者反之亦然，其中，布置在活塞杆(1)和活塞壳(2)之间的横向浮动并被支撑的活塞套(5)使得一个或多个节流口(8)被盖住或打开，其中，由轴向力作用引起的所述活塞杆(1)和活塞壳(2)之间的轴向运动分别使液体流动穿过所述活塞套(5)的节流口8，由此产生穿过节流口(8)的压差，该压差直接取决于作用在所述活塞杆(1)和活塞壳(2)之间的轴向力的大小，由此引起的压差以这样的方式影响浮动并被支撑的活塞套(5)，使得使活塞套(5)产生相对于活塞杆(1)和活塞壳(2)的轴向运动，所述活塞套(5)与活塞杆(1)和/或活塞壳(2)之间的相对轴向运动影响节流口(8)的面积，从而影响穿过节流口(8)的累积的压差。

10.根据权利要求9所述的方法，

其特征在于，所述节流口(8)由孔、缝、槽或其组合组成。

11.根据权利要求10所述的方法，

其特征在于，所述槽优选具有螺旋形。

12.根据权利要求9至11所述的方法，

其特征在于，所述节流口(8)的面积被调节，以允许恒定液体流动穿过当前未堵塞的节流口(8)。

13.根据权利要求9至12所述的方法，

其特征在于，所述节流口(8)的面积被调节，以获得在所述活塞杆(1)和活塞壳(2)之间的恒定相对运动，而与作用在所述活塞杆(1)和活塞壳(2)之间的轴向力无关。

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