CN102493939A - 一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵，由异型柱塞、挡泥圈、Y型密封圈、组合密封圈、复位碟形弹簧、全开放式碟簧导杆、排油单向阀、排油过滤器、柱塞导向底盘、油泵底座、吸油单向阀和吸油过滤器等组成。将偏心轴承固连在旋转钻柱上，并由钻柱带动旋转。异型柱塞在偏心轴承的推动和复位碟簧的共同作用下往复运动，通过吸油单向阀和排油单向阀完成吸油与排油动作，实现油泵的功能。本发明有如下优点：结构简单、紧凑，整体性强，可靠性高，可显著降低工具的制造、使用和维护成本；既能满足井下狭小空间的安装要求，又适用于井下高温、高压、强腐蚀钻井循环介质、强振动和冲击的工况环境，也可用于井下其它工具或系统中。

Description

一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵

技术领域

本发明涉及一种组合式单柱塞液压泵，尤其是涉及一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵。

背景技术

在石油天然气钻井中，特别是深井钻井中，为了保证上部井段套管施工作业顺利和下部井段钻井作业安全，上部井段需要钻直井(如5000m以上的深井，垂直井段在3500m左右)。但是，在钻遇高陡构造地层时，井底钻具组合受到地层造斜力的影响，常常引起井斜，使井眼偏离设计轨迹。为了钻直井，常规井斜控制技术有钟摆组合、偏心钻具、偏轴钻具、柔性钻具等钻具组合，采用此类技术虽然有了一些改进，但对于高陡构造及造斜力强的地层，井斜控制效果依然难以保证。具有井下自动纠偏功能的垂直钻井工具能够有效突破上述技术瓶颈。

目前国外少数石油技术服务公司已研制出自动垂直钻井产品，如Schlumberger公司的PowerV、Baker Hughes公司的VertiTrak、Halliburton公司的V-Pilot等，总体来说这些工具的纠斜力提供方法分为两种，一是由井下发电机、微型电机、微型泵、液压系统等组成的装置提供，将电能转化为液压能，由液压系统提供纠斜力；二是利用井下高压泥浆的压力能，即钻柱内与环空高压泥浆压力差形成纠斜力。由于井下高温、高压和强振动、大冲击等恶劣工况环境，采用此两方法获取纠斜力的自动垂直钻井工具制造、使用和维护成本相当高。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种结构简单、紧凑，整体性强，可靠性高，可显著降低工具的制造、使用和维护成本，具有较大经济效益的一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种既能满足井下狭小空间的安装要求，又适用于井下高温、高压、强腐蚀钻井循环介质、强振动和冲击的工况环境，也可用于井下其它工具或系统中的一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵，其特征在于，包括油泵底座、设置在油泵底座内且一端与外界相通的置物腔、以及设置在油泵底座内且分别位于置物腔两侧的吸油腔和排油腔，所述置物腔内固定有一全开放式碟簧导杆以及套装在全开放式碟簧导杆上的复位碟形弹簧；所述复位碟形弹簧一端与置物腔底部接触，另一端与一导向机构接触，所述导向机构能在一驱动机构和复位碟形弹簧的作用下做上下往复运动；所述吸油腔和排油腔内分别设有用于控制吸油的吸油控制机构以及用于控制排油的排油控制机构；该吸油腔和排油腔一端均与置物腔连通，另一端均与外界相通。

在上述的一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵，置物腔为柱形台阶槽，所述导向机构包括一个设置在置物腔内的柱塞导向套以及固定在柱塞导向套上端面的凸台，所述凸台固定在置物腔上端，所述柱塞导向套中部设有一导向孔，所述导向孔内设有能上下往复运动的柱塞机构。

在上述的一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵，所述柱塞机构包括一末端设有凸缘且凸缘直径大于上述导向孔直径的异型柱塞，所述异型柱塞内设有同轴且连通的第一柱形槽和第二柱形槽，所述第一柱形槽直径大于上述复位碟形弹簧外径小于上述导向孔直径；所述第二柱形槽直径大于上述全开放式碟簧导杆外径小于上述复₂位碟形弹簧外径。

在上述的一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵，所述复位碟形弹簧一端与置物腔底部接触，另一端与上述第一柱形槽底端接触；所述全开放式碟簧导杆一端插入上述置物腔底部槽内，另一端伸入第二柱形槽内。

在上述的一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵，所述吸油控制机构包括一设置在吸油腔内的吸油单向阀以及设置在吸油单向阀旁且靠近外界的吸油过滤器；所述排油控制机构包括一设置在排油腔内的排油单向阀以及设置在排油单向阀旁且远离外界的吸油过滤器。

在上述的一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵，所述驱动机构包括一固连在旋转钻柱上的偏心轴承，并由钻柱带动旋转，上述异型柱塞前端贴靠在偏心轴承上并能在偏心轴承的推动和复位碟形弹簧的共同作用下做上下往复运动，通过吸油单向阀和排油单向阀完成吸油与排油动作。

在上述的一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵，所述异型柱塞外壁与导向孔内壁由外至内依次设置有挡泥圈、Y型密封圈以及组合密封圈。

因此，本发明具有如下优点：1.结构简单、紧凑，整体性强，可靠性高；2.既能满足井下狭小空间的安装要求，又适用于井下高温、高压、强腐蚀钻井循环介质、强振动和冲击的工况环境；3.不仅用于自动垂直钻井工具，也可用于井下其它工具或导向系统中；4.可显著降低工具的制造、使用和维护成本，具有较大经济效益。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图。

图2图1中柱塞导向套的多重密封结构示意图。

图3图1中全开放式碟簧导杆的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，异型柱塞1、特制挡泥圈2、Y型密封圈3、组合密封圈4、复位碟形弹簧5、全开放式碟簧导杆6、排油单向阀7、排油过滤器8、柱塞导向套9、油泵底座10、吸油单向阀11、吸油过滤器12、旋转钻柱13、偏心轴承14、置物腔15、凸台16、第一柱形槽17、第二柱形槽18、导气槽19。

实施例：

一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵，包括油泵底座10、设置在油泵底座10内且一端与外界相通的置物腔15、以及设置在油泵底座10内且分别位于置物腔15两侧的吸油腔和排油腔，所述置物腔15内固定有一全开放式碟簧导杆6以及套装在全开放式碟簧导杆6上的复位碟形弹簧5；复位碟形弹簧5可提供较大的弹性力使异形柱塞1复位。为了适应井下窄小的空间，柱塞复位蝶簧5采用对合方式，可减小碟簧的整体轴向长度。复位碟形弹簧5一端与置物腔15底部接触，另一端与一导向机构接触，所述导向机构能在一驱动机构和复位碟形弹簧5的作用下做上下往复运动；所述吸油腔和排油腔内分别设有用于控制吸油的吸油控制机构以及用于控制排油的排油控制机构；该吸油腔和排油腔一端均与置物腔15连通，另一端均与吸油油路和排油油路相通，所有元件都集成在油泵底座10上，整体结构紧凑，可使动力源获取装置尺寸满足井下狭小井眼空间的安装要求，另外，由于对合碟簧可能储存空气导致油泵不能形成真空吸油，在全开放式碟簧导杆6中开辟导气槽19。

置物腔15为柱形台阶槽，所述导向机构包括一个设置在置物腔15内的柱塞导向套9以及固定在柱塞导向套9上端面的凸台16，所述凸台16固定在置物腔15上端，所述柱塞导向套9中部设有一导向孔，所述导向孔内设有能上下往复运动的柱塞机构。

柱塞机构包括一底部设有凸缘且凸缘直径大于上述导向孔直径的异型柱塞1，所述异型柱塞1内设有同轴且连通的第一柱形槽17和第二柱形槽18，所述第一柱形槽17直径大于上述复位碟形弹簧5外径小于上述导向孔直径；所述第二柱形槽18直径大于上述全开放式碟簧导杆6直径小于上述复位碟形弹簧5外径，复位碟形弹簧5一端与置物腔15底部接触，另一端与上述第一柱形槽17底端接触；所述全开放式碟簧导杆6一端插入在上述置物腔15底部槽内，另一端伸入第二柱形槽18内。

吸油控制机构包括一设置在吸油腔内的吸油单向阀11以及设置在吸油单向阀11旁且靠近外界(与吸油油路相通)的吸油过滤器12；所述排油控制机构包括一设置在排油腔内的排油单向阀7以及设置在排油单向阀7旁且远离外界(与排油油路相通)的吸油过滤器8。

驱动机构包括一固连在钻柱13上的偏心轴承14，并由钻柱带动旋转，上述异型柱塞1前端贴靠在偏心轴承14上并能在偏心轴承14的推动和复位碟形弹簧5的共同作用下做上下往复运动，通过吸油单向阀11和排油单向阀7完成吸油与排油动作，实现了油泵的功能。

异型柱塞1外壁与导向孔内壁从外至内依次设置有挡泥圈2、Y型密封圈3以及组合密封圈4，在柱塞导向套9上面布置了1道挡泥圈和2道密封，可防止井底环空高压泥浆进入柱塞导向套9与油泵底座10之间的高压油腔。挡泥圈阻挡较大颗粒的岩屑进入异形柱塞1与柱塞导向套9之间的微小间隙内，防止异形柱塞1被卡死。在异形柱塞1做上下往复运动过程中，最外侧的挡泥圈与第一道密封圈之间容易形成真空，在环空高压泥浆的作用下，若用普通防尘圈作为挡泥圈，很容易导致普通防尘圈变形，将柱塞卡死使油泵失效。为防止此情况发生，挡泥圈采用硬质聚四氟乙烯材质制作并加工出微小轴向间隙的特制挡泥圈2。第1道密封和第2道密封圈分别采用Y型密封圈和组合密封圈4，起高压密封作用。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了异型柱塞1、特制挡泥圈2、Y型密封圈3、组合密封圈4、复位碟形弹簧5、全开放式碟簧导杆6、排油单向阀7、排油过滤器8、柱塞导向套9、油泵底座10、吸油单向阀11、吸油过滤器12、旋转钻柱13、偏心轴承14、置物腔15、凸台16、第一柱形槽17、第二柱形槽18、导气槽19等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (7)

1.一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵，其特征在于，包括油泵底座(10)、设置在油泵底座(10)内且一端与外界相通的置物腔(15)、以及设置在油泵底座(10)内且分别位于置物腔(15)两侧的吸油腔和排油腔，所述置物腔(15)内固定有一全开放式碟簧导杆(6)以及套装在全开放式碟簧导杆(6)上的复位碟形弹簧(5)；所述复位碟形弹簧(5)一端与置物腔(15)底部接触，另一端与一导向机构接触，所述导向机构能在一驱动机构和复位碟形弹簧(5)的作用下做上下往复运动；所述吸油腔和排油腔内分别设有用于控制吸油的吸油控制机构以及用于控制排油的排油控制机构；该吸油腔和排油腔一端均与置物腔(15)连通，另一端均与外界相通。

2.根据权利要求1所述的一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵，其特征在于，置物腔(15)为柱形台阶槽，所述导向机构包括一个设置在置物腔(15)内的柱塞导向套(9)以及固定在柱塞导向套(9)上端面的凸台(16)，所述凸台(16)固定在置物腔(15)上端，所述柱塞导向套(9)中部设有一导向孔，所述导向孔内设有能上下往复运动的柱塞机构。

3.根据权利要求2所述的一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵，其特征在于，所述柱塞机构包括一末端设有凸缘且凸缘直径大于上述导向孔直径的异型柱塞(1)，所述异型柱塞(1)内设有同轴且连通的第一柱形槽(17)和第二柱形槽(18)，所述第一柱形槽(17)直径大于上述复位碟形弹簧(5)外径小于上述导向孔直径；所述第二柱形槽(18)直径大于上述全开放式碟簧导杆(6)外径小于上述复位碟形弹簧(5)外径。

4.根据权利要求3所述的一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵，其特征在于，所述复位碟形弹簧(5)一端与置物腔(15)底部接触，另一端与上述第一柱形槽(17)底端接触；所述全开放式碟簧导杆(6)一端插入上述置物腔(15)底部槽内，另一端伸入第二柱形槽(18)内。

5.根据权利要求3所述的一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵，其特征在于，所述吸油控制机构包括一设置在吸油腔内的吸油单向阀(11)以及设置在吸油单向阀(11)旁且靠近外界的吸油过滤器(12)；所述排油控制机构包括一设置在排油腔内的排油单向阀(7)以及设置在排油单向阀(7)旁且远离外界的吸油过滤器(8)。

6.根据权利要求5所述的一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵，其特征在于，所述驱动机构包括一固连在旋转钻柱(13)上的偏心轴承(14)，并由钻柱带动旋转，上述异型柱塞(1)前端贴靠在偏心轴承(14)上并能在偏心轴承(14)的推动和复位碟形弹簧(5)的共同作用下做上下往复运动，通过吸油单向阀(11)和排油单向阀(7)完成吸油与排油动作。

7.根据权利要求3所述的一种用于井下导向能量获取装置的组合式单柱塞液压泵，其特征在于，所述异型柱塞(1)外壁与导向孔内壁由外至内依次设置有挡泥圈(2)、Y型密封圈(3)以及组合密封圈(4)。

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