CN102400965B - 一种高温高压环境下工作的微型泵站 - Google Patents

Abstract

本发明属于微型液压泵站领域，涉及一种石油钻探自动垂直钻井工具中的微型液压泵站，具体涉及一种高温高压环境下工作的微型泵站。该液压泵站包括液压腔、压力传感器舱、推力柱塞腔和平衡油液腔；液压腔内部充满液压油，且内部集成有微型电机、微型油泵、集成阀块；压力传感器舱包含密封电连接器a、压力传感器、密封电连接器b；推力柱塞腔包含推力柱塞和压力平衡胶囊。平衡油液腔为压力平衡胶囊与本体和推力柱塞形成的密闭空间，内部充满液压油。本微型泵站克服了钻井时井下高温高压强振动以及空间结构尺寸要求小的困难，通过接收控制系统的驱动、控制信号，对外输出稳定可靠的液压纠斜力。

Description

一种高温高压环境下工作的微型泵站

技术领域

本发明属于微型液压泵站领域，涉及一种石油钻探自动垂直钻井工具中的微型液压泵站，具体涉及一种高温高压环境下工作的微型泵站。

背景技术

在西部石油勘探的过程中，遇到防斜快打的技术难题。由于西部钻井遇到高陡构造地层，井深相对较深，大多井深在5000m以上，垂直井段3500m左右。井易斜，钻速低，防斜打快非常困难，已成为制约西部油气开发的瓶颈，同时东部及其他很多地区都有严重的井斜问题。高陡构造引起的低钻速和大井斜，严重制约勘探开发周期，威胁西气东输基地的气源供应和国家经济建设。从目前石油钻探技术发展的状况来看，自动垂直钻井技术是解决井斜的有效方法。自动垂直钻井系统是一种能够自动有效控制井斜、保证钻头始终沿垂直方向钻进的机电液集成钻井装置。

液压泵站是自动垂直钻井工具的执行机构，是实现系统导向和纠斜功能的重要组成部分。它根据控制信号，在近钻头处产生径向集中力，来控制钻头产生造斜力，达到纠斜的目的。作为自动垂直钻井工具的执行机构，液压泵站的稳定性与可靠性将直接影响自动垂直钻井工具的纠斜能力。在石油钻探中，垂直钻井工具的工作环境为井下高温、高压、强振的泥浆环境，因此液压系统的设计需要解决以下几个方面的问题：(1)液压系统的结构受钻具直径的限制，其结构尺寸极为紧凑，在结构设计上需进行高度集成化；(2)在钻进的过程中，导向块受到的压力变化大，要保证压力输出相对稳定；(3)承受超常的高温和高压环境；(4)零外部泄漏；(5)承受强烈冲击、震动；(6)需设置可靠的内外压力平衡装置；需进行模块化设计，方便现场更换。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种高温高压环境下工作的微型泵站。

本发明采用的技术方案是：

一种高温高压环境下工作微型泵站，包括液压腔、压力传感器舱、推力柱塞腔和平衡油液腔；所述液压腔内部充满液压油，且在液压腔内部集成有微型电机、微型油泵、集成阀块；所述微型电机与微型油泵采用联轴器连接，微型油泵出口与集成阀块的进油口相通，集成阀块中装有固定节流阀，所述固定节流阀的回油口直接与液压腔内部油液相通，集成阀块通过底部出油孔将油泵出口的高压油引入到高压油孔中；所述微型电机的控制线通过密封电连接器b引入到压力传感器舱中；

所述压力传感器舱包含密封电连接器a、压力传感器、密封电连接器b，压力传感器安装于压力传感器舱的底部，压力传感器的压力检测油口与高压油孔相通，压力传感器的引出线与密封电连接器b的引出线分别焊接在密封电连接器a的焊杯上，压力传感器信号通过密封电连接器a与控制系统相互传递；

所述推力柱塞腔包含推力柱塞和压力平衡胶囊。推力柱塞底部通过高压油孔与微型油泵相通，压力平衡胶囊下端固定在本体上，上端固定在推力柱塞的顶部；

所述平衡油液腔为压力平衡胶囊与本体和推力柱塞形成的密闭空间，内部充满液压油，通过低压通油孔与液压腔相通。

如上所述的一种高温高压环境下工作的微型泵站，其中：所述集成阀块中另外安装了两位三通阀，两位三通阀的高压进油孔与微型油泵的出口相通，两位三通阀的低压回油孔与液压腔中的油液相通，两位三通阀的负载输出口则作为集成阀块的压力输出口与高压油孔相通。

如上所述的一种高温高压环境下工作的微型泵站，其中：所述集成阀块中另外安装了单向阀，单向阀入口接微型油泵出油口，单向阀出口接两位三通阀的高压进油孔。

如上所述的一种高温高压环境下工作的微型泵站，其中：所述集成阀块中另外装了安全阀，安全阀的入口与微型油泵的出口相通，安全阀的出口与液压腔中的油液相通。

如上所述的一种高温高压环境下工作的微型泵站，其中：所述微型油泵的入口处安装有滤网式油滤。

本发明的有益效果是：

本发明克服了钻井时井下高温高压强振动以及空间结构尺寸要求小的困难；实现了现场方便、快捷的更换；实现了高温大压差下密封的高可靠性；实现了微型泵站的内外压力平衡；解决了整机及其附属件的防振问题。通过接收控制系统的驱动、控制信号，对外输出稳定可靠的液压纠斜力。

附图说明

图1是本发明提供的一种高温高压环境下工作的微型泵站的整体结构图；

图2是实施例1的局部组成图；

图3是实施例2的局部组成图；

图4是实施例3的局部组成图；

图5是实施例4的局部组成图；

图6是实施例5的局部组成图；

图7是实施例6的局部组成图；

图中，1.密封电连接器a、2.压力传感器、3.压力传感器舱、4.密封电连接器b、5.液压腔、6.微型电机、7.联轴器、8.微型油泵、9.本体、10.集成阀块、11.高压油孔、12.低压通油孔、13.推力柱塞腔、14.推力柱塞、15.平衡油液腔、101固定节流阀、102.安全阀、103.两位三通阀、104.单向阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种高温高压环境下工作的微型泵站作进一步介绍。

实施例一：如图1、2所示，一种高温高压环境下工作的微型泵站包括液压腔5、压力传感器舱3、推力柱塞腔13和平衡油液腔15。液压腔5内部充满液压油，且内部集成的微型电机6、联轴器7、微型油泵8、集成阀块10等部件均浸泡在液压油中；微型电机6与微型油泵8采用联轴器7连接，微型油泵8的出口与集成阀块10的进油口相通，集成阀块10中装有固定节流阀101，固定节流阀101的回油口直接与液压腔5内部油液相通，集成阀块10通过底部出油孔将油泵出口的高压油引入到高压油孔11中。微型电机6的控制线通过密封电连接器b4引入到压力传感器舱3中。

压力传感器舱3包含密封电连接器a1、压力传感器2、密封电连接器b4，压力传感器2通过螺纹连接安装于压力传感器舱3的底部，压力传感器2的压力检测油口与高压油孔11相通，压力传感器2的引出线与密封电连接器b4的引出线分别焊接在密封电连接器a1的焊杯上，信号通过密封电连接器a1与控制系统相互传递。

推力柱塞腔13包含推力柱塞14和压力平衡胶囊16。推力柱塞14底部通过高压油孔11与微型油泵8相通，压力平衡胶囊16下端固定在本体9上，上端固定在推力柱塞14的顶部。平衡油液腔15为压力平衡胶囊16与本体9和推力柱塞14形成的密闭空间，内部充满液压油，通过低压通油孔12与液压腔5相通。

本发明的工作原理如下：在钻井过程中，当需要微型泵站工作时，由控制系统发出驱动信号经由密封电连接器a1、密封电连接器b4传递给液压腔5内部的微型电机6，驱动微型电机6拖动微型油泵8进行转动，微型油泵8从液压腔5中吸入液压油，微型油泵8输出的液压油一部分经过固定节流阀101流回液压腔5，从而在液压回路中建立起工作压力；其余部分液压油经过高压油孔11进入推力柱塞14的底部，从而驱动推力柱塞14对外输出垂直钻井工具所需要的纠斜力。当推力活塞14向外伸出时，上端固定在推力柱塞14顶部的压力平衡胶囊16向内收缩，使得平衡油液腔15中的油液通过低压通油孔12流回液压腔5，以补偿推力柱塞14向外伸出所需的液压油。在上述过程中由压力传感器2通过高压油孔11采集微型泵站工作压力，并经密封电连接器a1输送给控制系统。当垂直钻井工具纠斜动作完成后，需要微型泵站停止工作，并缩回推力柱塞14时，由控制系统发出指令使得微型电机6停转，在外部压力作用下，推力活塞14底部的液压油经固定节流阀101回流入液压腔5中，并通过低压通油孔12流回平衡油液腔15中，从而实现推力活塞14的缩回。

实施例二：如图3所示，本实施例与实施例一的不同之处在于集成阀块10中另外安装了两位三通阀103，且两位三通阀103的高压进油孔与微型油泵9的出口相通，两位三通阀103的低压回油孔与液压腔5中的油液相通，两位三通阀103的负载输出口则作为集成阀块10的压力输出口与高压油孔11相通。其他组成或连接方式与实施例一相同。

当微型泵站需要对外提供纠斜力时，控制系统发出信号使两位三通阀103开启，此时微型油泵9输出的高压油液通过两位三通阀103后经过高压油孔11进入推力柱塞14底部；当需要停机时，控制系统发出信号使两位三通阀103关闭，此时推力柱塞14底部的液压油在外力作用下通过两位三通阀103快速地流回液压腔5中。

实施例三：如图4所示，本实施例与实施例二不同之处在于集成阀块10中另外装了单向阀104，单向阀104入口接微型油泵9出油口，单向阀104出口接两位三通阀103的高压进油孔。其它其他组成或连接方式与实施例二相同。

当微型泵站需要保持推力柱塞14伸出状态时，控制系统发出指令使微型油泵9停机，两位三通阀103处于开启状态，这样推力柱塞底部14的液压油在单向阀104的反向截止功能的作用下处于保压状态，不流回液压腔5中。

实施例四、五、六：如图5、6、7所示，在实施例一、二、三的基础上，集成阀块10中另外装了安全阀102构成了实施例四、五、六，且安全阀102的入口与微型油泵9的出口相通，安全阀102的出口与液压腔5中的油液相通。其他组成或连接方式分别与实施例一、二、三相同。

当本发明在工作中遇到突发情况造成系统压力升高超过安全阀102的开启压力时，安全阀102开启，使高压油流回液压腔5中，从而对系统起到保护作用。

为了对系统油液起到清洁作用，可基于上述实施例，在微型油泵9的入口处安装有滤网式油滤。

Claims (6)

1.一种高温高压环境下工作的微型泵站，其特征在于：包括液压腔(5)、压力传感器舱(3)、推力柱塞腔(13)和平衡油液腔(15)；所述液压腔(5)内部充满液压油，且在液压腔内部集成有微型电机(6)、微型油泵(8)、集成阀块(10)；所述微型电机(6)与微型油泵(8)采用联轴器(7)连接，微型油泵(8)出口与集成阀块(10)的进油口相通，集成阀块(10)中装有固定节流阀(101)，所述固定节流阀(101)的回油口直接与液压腔(5)内部油液相通，集成阀块(10)通过底部出油孔将油泵出口的高压油引入到高压油孔(11)中；所述微型电机(6)的控制线通过密封电连接器b(4)引入到压力传感器舱(3)中；

所述压力传感器舱(3)包含密封电连接器a(1)、压力传感器(2)、密封电连接器b(4)，压力传感器(2)安装于压力传感器舱(3)的底部，压力传感器(2)的压力检测油口与高压油孔(11)相通，压力传感器(2)的引出线与密封电连接器b(4)的引出线分别焊接在密封电连接器a(1)的焊杯上，压力传感器(2)信号通过密封电连接器a(1)与控制系统相互传递；

所述推力柱塞腔(13)包含推力柱塞(14)和压力平衡胶囊(16)， 推力柱塞(14)底部通过高压油孔(11)与微型油泵(8)相通，压力平衡胶囊(16)下端固定在本体(9)上，上端固定在推力柱塞(14)的顶部；

所述平衡油液腔(15)为压力平衡胶囊(16)与本体(9)和推 力柱塞(14)形成的密闭空间，内部充满液压油，通过低压通油孔(12)与液压腔(5)相通。

2.根据权利要求1所述的一种高温高压环境下工作的微型泵站，其特征在于：所述集成阀块(10)中另外安装了两位三通阀(103)，两位三通阀(103)的高压进油孔与微型油泵(9)的出口相通，两位三通阀(103)的低压回油孔与液压腔(5)中的油液相通，两位三通阀(103)的负载输出口则作为集成阀块(10)的压力输出口与高压油孔(11 )相通。

3.根据权利要求2所述的一种高温高压环境下工作的微型泵站，其特征在于：所述集成阀块(10)中另外安装了单向阀(104)，单向阀(104)入口接微型油泵(8)出油口，单向阀(104)出口接两位三通阀(103)的高压进油孔。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种高温高压环境下工作的微型泵站，其特征在于：所述集成阀块(10)中另外装了安全阀(102)，安全阀(102)的入口与微型油泵(8)的出口相通，安全阀(102)的出口与液压腔(5)中的油液相通。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种高温高压环境下工作的微型泵站，其特征在于：所述微型油泵(8)的入口处安装有滤网式油滤。

6.根据权利要求4所述的一种高温高压环境下工作的微型泵站，其特征在于：所述微型油泵(8)的入口处安装有滤网式油滤。 

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