CN104832113B - 一种自适应式井下液压扶正器及其扶正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应井下液压扶正器及其扶正方法，包括由芯轴连接的上接头与下接头，上下接头之间设有由液力机构和弹簧机构连接构成的液压扶正动力机构，液压扶正动力机构连接扶正臂构成液压扶正器。液压扶正动力机构包括套接在芯轴上的平衡缸，平衡缸上端设有端盖，下端依次设有平衡活塞、油箱和通过阀体连通的液压缸，液压缸下方通过销子铰接在液扶正臂，扶正臂上端圆弧面顶在活塞端面上。本发明在液压缸、油箱内注油，井液进入平衡缸，扶正臂收紧推动液压缸内活塞压缩液压油；套管直径变化时，通过卸荷阀开关液压缸内油的平衡使得扶正力保持在设定值。该扶正器扶正力不受套管变径的影响，其扶正力稳定、通过性好，从而提高了测井的成功率。

Description

一种自适应式井下液压扶正器及其扶正方法
技术领域
本发明涉及一种井下辅助测井工具，特别是涉及一种自适应式井下液压扶正器及其扶正方法。
背景技术
随着海洋和陆地水平油井钻采技术的发展，在水平井和大斜度井测井中应用的扶正器也越来越广泛，相对于竖井而言，对于扶正力的要求也越来越高。竖井中应用的扶正器(见图1)一般扶正力比较小，如果把竖井中用的扶正器应用于水平井(见图2)，由于受仪器自重的影响，无法满足水平井中对仪器扶正居中的稳定性的要求。竖井中用的扶正器的扶正力一般由弹簧提供(见图3)，要想提高扶正力，则必须要提高弹簧的输出力，由于受结构空间和弹簧制造工艺的限制，弹簧的输出力有时不能满足大斜度井和水平井中大仪器测井时对扶正力的要求，需要一种新的结构来突破这种局限性，为扶正器提高更大的扶正力。液压式扶正器主要用液体压力来提供扶正力，弹簧主要起复位作用，即突破了上述局限性。
弹簧式的扶正器在套管变径时，扶正力是随着套管直径的变小而增大，使测井仪器下井时的阻力增大，降低了仪器下井的通过性。
发明内容
本发明的目的是提供一种自适应井下液压扶正器及其扶正方法，通过液压力来为扶正器提供更大的扶正力。该扶正器扶正力不受套管变径的影响，其扶正力稳定、通过性好，从而提高了测井的成功率。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。
一种自适应井下液压扶正器，包括由芯轴连接的上接头与下接头，所述上接头与下接头之间设有由液力机构和弹簧机构连接构成的液压扶正动力机构，液压扶正动力机构连接扶正臂构成液压扶正器。
优选地，所述液压扶正动力机构包括套接在芯轴上的平衡缸，平衡缸上端设有端盖，下端依次设有平衡活塞、油箱和通过阀体连通的液压缸，液压缸缸体下方通过销子铰接扶正臂，扶正臂上端圆弧面顶在活塞端面上。
优选地，所述平衡缸套接的芯轴上设有弹簧。
优选地，所述平衡活塞上设有溢流阀，溢流阀为单向阀，设于平衡缸与油箱之间。
优选地，所述油箱中注有液压油，油箱上分别设有螺塞；油箱分别通过卸荷阀和吸油阀连通液压缸，卸荷阀为单向阀。
优选地，所述液压缸中注有液压油，液压缸套接的芯轴上设有复位弹簧，液压缸上设有螺塞Ⅱ。
优选地，通过螺塞Ⅲ充油孔充油，通过螺塞Ⅱ排气孔排气。
优选地，所述端盖上设有防砂滤网。
优选地，所述扶正器的扶正臂是滚轮式或是弹片。
相应地，本发明还给出了一种自适应井下液压扶正器的液压扶正方法，包括下述步骤：
1)自螺塞Ⅲ给油箱内注油，油通过吸油阀进入液压缸，直至油从卸荷阀溢出，进入油箱；
3)继续注油直至油从螺塞Ⅰ处孔溢出，拧紧螺塞Ⅰ，继续注油直至油从溢流阀溢出，停止注油；
4)扶正器下井工作时，井液从防砂滤网进入平衡缸，使平衡活塞两端压力达到平衡；
5)当扶正器的扶正臂收紧，张开直径变小，推动液压缸内的活塞压缩液压缸内的液压油，为扶正器提供扶正力；
6)当套管直径变小时，扶正臂收紧，液压缸内的压强大于油箱内的压强，且压差大于卸荷阀的开启压力时，卸荷阀打开，同时吸油阀保持关闭，液压缸内多余的油排出，油压降低，扶正力降低至设定值；
7)当套管直径变大时，扶正臂张开，复位弹簧推动活塞复位，液压缸内的油压减小，卸荷阀关闭，吸油阀打开，液压油从油箱内自动向液压缸内补油，油箱内的油减少，弹簧推动平衡活塞复位；液压缸内油压升高，扶正力升高至设定值；
8)当套管直径无变化时，卸荷阀和吸油阀均关闭，保持扶正力为设定值；
9)当井下温度升高，液压缸内的油受热膨胀，油压随之升高，卸荷阀打开，液压缸内多余的油流入油箱，当油箱内的压强大于平衡活塞左端井液的压强，且压差大于溢流阀的开启压力时，油压升高致使溢流阀打开，油箱内多余的油流入平衡缸内，平衡缸通过防砂滤网与井液相通，从而完成井下液压扶正过程。
本发明自适应式液压扶正器的扶正力基本不受套管变径的影响，可以保持相对稳定的扶正力，从而提高了仪器下井时的通过性。尤其是近年来在大斜度井和水平井测井中越来越多地利用爬行器输送测井仪器下井作业，使用自适应式液压扶正器辅助测井，由于其扶正力稳定、通过性好，从而提高了测井的成功率。
本发明的特点是：
1)当扶正器进入套管扶正时，扶正臂收紧，张开直径变小，通过杠杆作用，推动液压缸内的活塞，压缩液压缸内的液压油，油压随之升高，为扶正器提供扶正力。
2)当套管直径变化时，液压缸内的油压增大或减小，通过卸荷阀和吸油阀将液压缸内的油排出或补油，通过弹簧推动平衡活塞复位，通过油压使得扶正力保持在设定值。
3)当套管直径无变化时，卸荷阀和吸油阀均关闭，保持扶正力为设定值。
4)当井下温度升高，液压缸内的油膨胀，压力随之升高，当压力超过卸荷阀的开启压力时，卸荷阀打开，液压缸内多余的油流入油箱，当油箱内的油压升高至溢流阀的开启压力时，溢流阀打开，油箱内多余的油流入平衡缸内。当油箱内的油减少时，弹簧推动平衡活塞复位。
附图说明
图1是扶正器在竖井中应用的示意图。
图2是扶正器在水平井中应用的示意图。
图3是一种竖井扶正器的结构示意图。
图4是本发明所涉及的自适应式液压扶正器的结构示意图。
图5是本发明所涉及的自适应式液压扶正器局部工作原理图。
图3-4中：1-上接头，2-扶正力提供部分，3-弹簧，4-弹簧筒，5-压筒，6-销子，7-扶正臂，8-芯轴，9-下接头。
图5中：2-1-端盖，2-2-平衡缸，2-3-弹簧，2-4-平衡活塞，2-5-溢流阀，2-6-油箱，2-7-螺塞Ⅰ，2-8-卸荷阀，2-9-螺塞Ⅱ，2-10-液压缸，2-11-复位弹簧，2-12-活塞，2-13-液压油，2-14-吸油阀，2-15-螺塞Ⅲ，2-16-防砂滤网。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
本发明所涉及的自适应式井下液压扶正器进入套管扶正时，扶正臂收紧，张开直径变小，通过杠杆作用，推动液压缸内的活塞，压缩液压缸内的液压油，油压随之升高，为扶正器提供扶正力。弹簧主要起复位作用。
图3为一种竖井用扶正器结构示意图，由芯轴8连接上接头1与下接头9，其中，扶正力提供部分由设在芯轴8上的弹簧机构连接扶正臂7构成，弹簧机构包括端盖、弹簧筒4构成的外壳，外壳内设弹簧3、压筒5。扶正臂的扶正力是由弹簧力提供的。
如图4所示，本发明一种自适应式石油井下液压扶正器，包括由芯轴8连接的上接头1与下接头9，扶正力提供部分由设在芯轴8上的液力机构和弹簧机构连接扶正臂7构成。扶正器的扶正力主要由液体压力提供，弹簧机构主要起复位作用。
如图5所示，所述液力机构和弹簧机构包括套接在芯轴8上的平衡缸2-2，平衡缸2-2上端设有端盖2-1，下端依次设有平衡活塞2-4、油箱2-6和通过阀体连通的液压缸2-10，液压缸2-10下方的活塞2-12通过销子6铰接扶正臂7，扶正臂7上端圆弧面顶在活塞端面上，溢流阀2-5为单向阀，设于平衡缸2-2与油箱2-6之间。其中，平衡缸2-2套接的芯轴8上设有弹簧2-3；平衡活塞2-4上设有溢流阀2-5；油箱2-6中注有液压油2-13，油箱2-6上分别设有螺塞Ⅰ2-7和螺塞Ⅲ2-15；油箱2-6分别通过卸荷阀2-8和吸油阀2-14连通液压缸2-10，卸荷阀2-8为单向阀，液压缸2-10中注有液压油2-13，液压缸2-10套接的芯轴8上设有复位弹簧2-11，液压缸2-10上设有螺塞Ⅱ2-9。端盖2-1上设有防砂滤网2-16。
这种扶正器的扶正臂可以是滚轮式的，也可以做成弹片等其他形式的。
该发明包含的卸荷阀2-8、吸油阀2-14、溢流阀2-5，或者是功能相同的阀。
该发明包含压力平衡活塞，在井下工作时用以平衡活塞两端的压力。
该发明通过螺塞Ⅲ2-15充油孔充油，通过螺塞Ⅱ2-9排气孔排气。
充油孔和排气孔用螺塞加O型橡胶密封圈密封，也可以用其他形式密封。
图4为自适应式井下液压扶正器的结构示意图，为上下对称结构。图5为图4的方框内部分的工作原理图。下文以图5来说明自适应式井下液压扶正器的工作原理。拧下螺塞Ⅲ2-15，从该处孔给油箱2-6内注油，油通过吸油阀2-14进入液压缸2-10。打开螺塞Ⅱ2-9排气，待有油从该处孔溢出时，拧紧螺塞Ⅱ2-9，继续给油箱2-6内注油，直至油从卸荷阀2-8溢出，进入油箱2-6。打开螺塞Ⅰ2-7排气，继续注油直至油从螺塞Ⅰ2-7处孔溢出，拧紧螺塞Ⅰ2-7，继续注油直至油从溢流阀2-5溢出，停止注油，拧紧螺塞Ⅲ2-15。扶正器下井工作时，井液从防砂滤网2-16进入平衡缸2-2，使平衡活塞2-4两端压力达到平衡。
当扶正器的扶正臂7收紧，扶正臂绕销子6转动，张开直径变小，通过杠杆作用，推动液压缸内的活塞2-12，压缩液压缸内的液压油2-13，油压随之升高，为扶正器提供扶正力。
当套管直径变小时，液压缸2-10内的油压增大，液压缸2-10内压强大于油箱2-6内的压强，且压差大于卸荷阀2-8的开启压力时，卸荷阀2-8打开，同时吸油阀2-17保持关闭，将液压缸2-10内多余的油排出，油压降低，扶正力降低至设定值。同理，当套管直径变大时，扶正臂7张开，复位弹簧2-11推动活塞2-12复位，液压缸2-10内的油压减小，卸荷阀2-8保持关闭，吸油阀2-14打开，液压油2-13从油箱2-6内自动向液压缸2-10内补油，液压缸2-10内油压升高，扶正力升高至设定值。油箱2-6内的油减少，弹簧2-3推动平衡活塞2-4复位。当套管直径无变化时，卸荷阀2-8和吸油阀2-14均关闭，保持扶正力为设定值。
当井下温度升高，液压缸2-10内的油受热膨胀，油压随之升高，当压力超过卸荷阀2-8的开启压力时，卸荷阀2-8打开，液压缸内多余的油流入油箱2-6，当油箱2-6内的压强大于平衡活塞2-4左端井液的压强，且压差大于溢流阀2-5的开启压力时，油压升高至溢流阀2-5的开启压力时，溢流阀2-5打开，油箱2-6内多余的油流入平衡缸2-2内。平衡缸2-2通过防砂滤网2-16和井液相通。
以上所述，仅是本发明自适应井下液压扶正器实施例，上述实施例并非对本发明做任何限制，凡是根据本发明技术方案所给出的范围和对以上实施例所做的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种自适应井下液压扶正器的液压扶正方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)自螺塞Ⅲ(2-15)给油箱(2-6)内注油，油通过吸油阀(2-14)进入液压缸(2-10)，直至油从卸荷阀(2-8)溢出，进入油箱(2-6)；
3)继续注油直至油从螺塞Ⅰ(2-7)处孔溢出，拧紧螺塞Ⅰ(2-7)，继续注油直至油从溢流阀(2-5)溢出，停止注油；
4)扶正器下井工作时，井液从防砂滤网(2-16)进入平衡缸(2-2)，使平衡活塞(2-4)两端压力达到平衡；
5)当扶正器的扶正臂(7)收紧，张开直径变小，推动液压缸内的活塞(2-12)压缩液压缸内的液压油(2-13)，为扶正器提供扶正力；
6)当套管直径变小时，扶正臂(7)收紧，液压缸(2-10)内压强大于油箱(2-6)内的压强，且压差大于卸荷阀(2-8)的开启压力时，卸荷阀(2-8)打开，同时吸油阀(2-14)保持关闭，液压缸(2-10)内多余的油排出，油压降低，扶正力降低至设定值；
7)当套管直径变大时，扶正臂(7)张开，复位弹簧(2-11)推动活塞(2-12)复位，液压缸(2-10)内的油压减小，卸荷阀(2-8)关闭，吸油阀(2-14)打开，液压油(2-13)从油箱(2-6)内自动向液压缸(2-10)内补油，油箱(2-6)内的油减少，弹簧(2-3)推动平衡活塞(2-4)复位；液压缸(2-10)内油压升高，扶正力升高至设定值；
8)当套管直径无变化时，卸荷阀(2-8)吸油阀(2-14)均关闭，保持扶正力为设定值；
9)当井下温度升高，液压缸(2-10)内的油受热膨胀，油压随之升高，卸荷阀(2-8)打开，液压缸(2-10)内多余的油流入油箱(2-6)，当油箱(2-6)内的压强大于平衡活塞(2-4)左端井液的压强，且压差大于溢流阀(2-5)的开启压力时，油压升高致使溢流阀(2-5)打开，油箱(2-6)内多余的油流入平衡缸(2-2)内，平衡缸(2-2)通过防砂滤网(2-16)与井液相通，从而完成井下液压扶正过程。
2.一种权利要求1所述方法采用的自适应井下液压扶正器，包括由芯轴(8)连接的上接头(1)与下接头(9)，其特征在于：所述上接头(1)与下接头(9)之间设有由液力机构和弹簧机构连接构成的液压扶正动力机构，液压扶正动力机构连接扶正臂(7)构成液压扶正器；
所述液压扶正动力机构包括套接在芯轴(8)上的平衡缸(2-2)，平衡缸(2-2)上端设有端盖(2-1)，下端依次设有平衡活塞(2-4)、油箱(2-6)，油箱(2-6)分别通过卸荷阀(2-8)和吸油阀(2-14)与液压缸(2-10)连通，液压缸(2-10)缸体下方通过销子铰接扶正臂(7)，扶正臂(7)上端圆弧面顶在活塞端面上。
3.根据权利要求2所述的一种自适应井下液压扶正器，其特征在于：所述平衡缸(2-2)套接的芯轴(8)上设有弹簧(2-3)。
4.根据权利要求2所述的一种自适应井下液压扶正器，其特征在于：所述平衡活塞(2-4)上设有溢流阀(2-5)，溢流阀(2-5)为单向阀，设于平衡缸(2-2)与油箱(2-6)之间。
5.根据权利要求2所述的一种自适应井下液压扶正器，其特征在于：所述油箱(2-6)中注有液压油(2-13)，油箱(2-6)上分别设有螺塞Ⅰ(2-7)和螺塞Ⅲ(2-15)，通过螺塞Ⅲ(2-15)充油孔充油；卸荷阀(2-8)为单向阀。
6.根据权利要求2所述的一种自适应井下液压扶正器，其特征在于：所述液压缸(2-10)中注有液压油(2-13)，液压缸(2-10)套接的芯轴(8)上设有复位弹簧(2-11)，液压缸(2-10)上设有螺塞Ⅱ(2-9)，通过螺塞Ⅱ(2-9)排气孔排气。
7.根据权利要求2所述的一种自适应井下液压扶正器，其特征在于：所述端盖(2-1)上设有防砂滤网(2-16)。
8.根据权利要求2所述的一种自适应井下液压扶正器，其特征在于：所述扶正器的扶正臂是滚轮式或是弹片。
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C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
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Denomination of invention: Self-adaptive down-hole hydraulic centering device and centering method thereof

Effective date of registration: 20171101

Granted publication date: 20170201

Pledgee: Xi'an innovation financing Company limited by guarantee

Pledgor: XI'AN WELL-SUN ELECTRONIC INSTRUMENT Co.,Ltd.

Registration number: 2017990001003

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Date of cancellation: 20181107

Granted publication date: 20170201

Pledgee: Xi'an innovation financing Company limited by guarantee

Pledgor: XI'AN WELL-SUN ELECTRONIC INSTRUMENT Co.,Ltd.

Registration number: 2017990001003

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Denomination of invention: Self-adaptive down-hole hydraulic centering device and centering method thereof

Effective date of registration: 20181107

Granted publication date: 20170201

Pledgee: Xi'an innovation financing Company limited by guarantee

Pledgor: XI'AN WELL-SUN ELECTRONIC INSTRUMENT Co.,Ltd.

Registration number: 2018990000897

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Date of cancellation: 20191111

Granted publication date: 20170201

Pledgee: Xi'an innovation financing Company limited by guarantee

Pledgor: XI'AN WELL-SUN ELECTRONIC INSTRUMENT Co.,Ltd.

Registration number: 2018990000897

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Denomination of invention: Self-adaptive down-hole hydraulic centering device and centering method thereof

Effective date of registration: 20191111

Granted publication date: 20170201

Pledgee: Xi'an innovation financing Company limited by guarantee

Pledgor: XI'AN WELL-SUN ELECTRONIC INSTRUMENT Co.,Ltd.

Registration number: Y2019990000492

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Date of cancellation: 20201105

Granted publication date: 20170201

Pledgee: Xi'an innovation financing Company limited by guarantee

Pledgor: XI'AN WELL-SUN ELECTRONIC INSTRUMENT Co.,Ltd.

Registration number: Y2019990000492

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Denomination of invention: An adaptive downhole hydraulic centralizer and its centralizing method

Effective date of registration: 20201106

Granted publication date: 20170201

Pledgee: Xi'an innovation financing Company limited by guarantee

Pledgor: XI'AN WELL-SUN ELECTRONIC INSTRUMENT Co.,Ltd.

Registration number: Y2020990001302

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Date of cancellation: 20211123

Granted publication date: 20170201

Pledgee: Xi'an innovation financing Company limited by guarantee

Pledgor: XI'AN WELL-SUN ELECTRONIC INSTRUMENT Co.,Ltd.

Registration number: Y2020990001302

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Denomination of invention: An adaptive downhole hydraulic centralizer and its centralization method

Effective date of registration: 20211125

Granted publication date: 20170201

Pledgee: Xi'an innovation financing Company limited by guarantee

Pledgor: XI'AN WELL-SUN ELECTRONIC INSTRUMENT Co.,Ltd.

Registration number: Y2021610000361

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Date of cancellation: 20230227

Granted publication date: 20170201

Pledgee: Xi'an innovation financing Company limited by guarantee

Pledgor: XI'AN WELL-SUN ELECTRONIC INSTRUMENT Co.,Ltd.

Registration number: Y2021610000361