CN106703793B - 一种旋转导向地面控制指令下传执行装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种旋转导向地面控制指令下传执行装置，所述旋转导向地面控制指令下传执行装置通过气动控制系统，搭建指令下传控制系统，配备手动位置调节气缸，实现泄流泥浆排量调整，本发明所述旋转导向地面控制指令下传执行装置能够在地面控制指令自动下传执行，不影响正常钻进；传分流泥浆排量可手动调节，适应现场排量需要；系统设计简单可靠，采用气动控制方式，安全防爆，流量调节盘阀采用耐磨材料，提高了系统使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于石油勘探开发技术领域，具体涉及一种旋转导向地面控制指令下传执行装置。
背景技术
旋转导向钻井技术是是现代导向钻井的研究重点和发展方向。旋转导向钻井技术是在钻柱全旋转的条件下进行导向钻井的，它在钻头上方装有一个可控偏置稳定器或可控制钻头侧向力(导向力)的旋转导向工具，并配有完整的地面井下双向通讯系统，在钻柱旋转钻进时能调控井身轨迹的一项技术。
在实现旋转导向闭环钻井系统过程中，地面对井下工具工作姿态的干预必不可少，地面干预控制是闭环钻井系统实现旋转导向的必要手段。地面下传执行装置在旋转导向系统中担负着下行通讯的任务，目标是正确的为井下工具传输地面控制命令。目前旋转导向系统指令下传方法通常通过开关泥浆泵形成下传指令或者通过调整转盘转速来实现下传功能。通过频繁开关泥浆泵虽然可实现下传功能，但影响正常钻井过程；转盘转速调整只适用于具有顶驱驱动装置的地面系统，对现场通常使用的液压钻机而言显然不能适用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种旋转导向地面控制指令下传执行装置，所述旋转导向地面控制指令下传执行装置通过气动控制系统，搭建指令下传控制系统，配备手动位置调节气缸，实现泄流泥浆排量调整；
进一步地，所述旋转导向地面控制指令下传执行装置包括PC上位机、下传控制器、电磁换向阀、摆动气缸和流量调节阀，所述PC上位机通过下传控制器连接电磁换向阀，所述电磁换向阀一端通过摆动气缸连接流量调节阀，另一端连接动力源；
进一步地，所述PC上位机包括指令变换电路和驱动电路；
其中，所述指令变换电路按照下传位延迟时间以及下传流量变化量设置参数，将需下传数据转换为电磁阀的控制信号后输出给驱动电路；
所述驱动电路用于将控制信号进行驱动放大后输出给电磁换向阀；
进一步地，所述旋转导向地面控制指令下传执行装置还包括过滤阀和减压阀，所述过滤阀一端连接动力源，另一端通过减压阀连接电磁转向阀，所述动力源为压缩气源；
进一步地，所述旋转导向地面控制指令下传执行装置还包括泥浆进口和泥浆出口，所述流量调节阀同时连接泥浆进口和泥浆出口；
进一步地，所述泥浆进口处设有机械接口装置、两个泥浆分流盘阀、转轴、泥浆出口本体、轴承装置、密封装置、顶紧弹簧和奈冲蚀流筒，所述转轴与摆动气缸输出轴相连，两个所述泥浆分流盘阀分别安装在转轴和泥浆出口本体上，通过销子与泥浆进口本体进行固定，转轴与泥浆进口本体通过轴承装置安装，并配备有密封装置，顶紧弹簧用于顶紧两个泥浆分流盘阀，所述奈冲蚀流筒安装在泥浆出口本体内；
进一步地，所述泥浆进口和泥浆出口处均设有密封装置组合，所述机械接口装置包括壬套、由壬接口和紧固本体，所述密封装置组合用于泥浆进口和出口本体的密封；
进一步地，所述摆动气缸为齿轮齿条式传动机构，所述齿轮齿条式传动机构内设有可调丝杠，所述可调丝杠用于限制摆动气缸的输出角度；
进一步地，每个所述泥浆分流盘均包括两个泥浆分流孔；
本发明的有益效果如下：
1）地面控制指令自动下传执行，不影响正常钻进；
2）下传分流泥浆排量可手动调节，适应现场排量需要；
3）系统设计简单可靠，采用气动控制方式，安全防爆，流量调节盘阀采用耐磨材料，提高了系统使用寿命。
附图说明
图1为旋转导向系统地面下传控制原理示意图；
图2为旋转导向系统下传执行器执行机构总体结构示意图；
图3旋转导向系统下传执行器可调角度气缸示意图；
图4分流盘阀结构示意图；
图5旋转导向系统下传指令格式参考示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明的举出最佳实施例：
如图1-图5所示，本发明提供一种旋转导向地面控制指令下传执行装置，所述旋转导向地面控制指令下传执行装置通过气动控制系统，搭建指令下传控制系统，配备手动位置调节气缸，实现泄流泥浆排量调整，所述旋转导向地面控制指令下传执行装置包括PC上位机、下传控制器、电磁换向阀、摆动气缸和流量调节阀，所述PC上位机通过下传控制器连接电磁换向阀，所述电磁换向阀一端通过摆动气缸连接流量调节阀，另一端连接动力源，所述PC上位机包括指令变换电路和驱动电路；其中，所述指令变换电路按照下传位延迟时间以及下传流量变化量设置参数，将需下传数据转换为电磁阀的控制信号后输出给驱动电路；所述驱动电路用于将控制信号进行驱动放大后输出给电磁换向阀，所述旋转导向地面控制指令下传执行装置还包括过滤阀和减压阀，所述过滤阀一端连接动力源，另一端通过减压阀连接电磁转向阀，所述动力源为压缩气源，所述旋转导向地面控制指令下传执行装置还包括泥浆进口和泥浆出口，所述流量调节阀同时连接泥浆进口和泥浆出口，所述泥浆进口处设有机械接口装置、两个泥浆分流盘阀、转轴、泥浆出口本体、轴承装置、密封装置、顶紧弹簧和奈冲蚀流筒，所述转轴与摆动气缸输出轴相连，两个所述泥浆分流盘阀分别安装在转轴和泥浆出口本体上，通过销子与泥浆进口本体进行固定，转轴与泥浆进口本体通过轴承装置安装，并配备有密封装置，顶紧弹簧用于顶紧两个泥浆分流盘阀，所述奈冲蚀流筒安装在泥浆出口本体内，所述泥浆进口和泥浆出口处均设有密封装置组合，所述机械接口装置包括壬套、由壬接口和紧固本体，所述密封装置组合用于泥浆进口和出口本体的密封，所述摆动气缸为齿轮齿条式传动机构，所述齿轮齿条式传动机构内设有可调丝杠，所述可调丝杠用于限制摆动气缸的输出角度，每个所述泥浆分流盘均包括两个泥浆分流孔。
本发明图1为旋转导向系统地面下传控制原理示意图。压缩气源21为摆动气缸25提供动力源，压缩空气经过过滤阀22及减压阀23后去除压缩空气中的油、水、尘等杂质，具体实施工程中可采用一体化的过滤减压阀，电磁换向阀24为两位三通电磁阀，能够根据下传控制器29的控制指令实现摆动气缸25输出轴的转动方向控制，下传控制器为电磁换向阀24的驱动装置，接收到上位机29的控制指令信号，实现电磁换向阀的位置控制动作。流量调节阀26受摆动气缸的输出轴控制，同时与泥浆进口27和出口28相连，将一定比例的泥浆分流到泥浆池，从而产生泥浆负脉冲信号传输到井下，井下系统通过合适的检测装置及方法能够感知泥浆排量的变化，并进行解码最终得到地面控制指令信息。
本发明在使用过程中上位机29一般配有专用下传控制软件，下传控制器29主要由指令变换电路和驱动电路组成。当下传控制器29接收到来自地面监控计算机的下传数据及下传设置参数后，指令变换电路按照下传位延迟时间以及下传流量变化量等设置参数，将需下传数据转换为电磁阀的控制信号后输出给驱动电路。驱动电路将控制信号进行驱动放大后输出给电磁换向阀24。
图2为旋转导向系统下传执行器执行机构总体结构示意图。转轴1与摆动气缸输出轴相连，泥浆分流盘阀56分别安装在转轴1和泥浆出口本体7上，5通过销子4与泥浆进口本体进行固定，转轴1与泥浆进口本体15通过轴承装置16安装，并配备有密封装置2防止泥浆泄漏，顶紧弹簧3用来顶紧泥浆分流盘阀56，奈冲蚀流筒9安装在泥浆出口本体内，主要目的是防止泥浆局部对本体出口7和泥浆出口，由壬接口8的冲蚀，具体实施工程中奈冲蚀流筒9作为易损件可以定期更换，密封装置组合11用来实现泥浆进口和出口本体的密封，由壬套12、由壬接口13及紧固本体14一起构成了泥浆进口机械接口装置。
本发明在使用过程中，转轴1可调整的角度由上一级摆动气缸可调角度决定，而同时转轴1可调整的角度决定了整个下传执行装置的泄流量大小。
图3旋转导向系统下传执行器可调角度气缸示意图。摆动气缸19采用齿轮齿条式传动机构，输出角度受可调丝杠20的限制，实现摆动气缸输出角度单方向无级可调，具体实施过程中根据计算结果得到摆动气缸允许调整角度，调整可调丝杠20的位置摆动气缸的输出角度与可调丝杠的转动圈数成线性关系，到达期望位置后锁紧螺母18即完成摆动气缸的输出角度调整。
图4分流盘阀结构示意图。泥浆分流盘56有两个泥浆分流孔32，具体实施过程中盘阀接触表面涂覆耐磨材料，如烧结硬质合金或者金刚石涂层，并要求较高的表面光洁度，增加系统的寿命和可靠性。
图5旋转导向系统下传指令格式参考示意图。具体实施过程中不局限于此通讯协议格式，地面执行下传速率可以根据需要进行调整，如根据不同井深可以设置不同的下传传输速率，增加下传成功率。主同步头为握手信号，通知井下系统将要进行下传动作，握手信号格式应在整套系统下井前设置完毕。头字节由指令序号+奇偶校验位组成。数据位表示要下传的数据，校验位表示头字节和数据位的总位数，具体数值根据头字节及数据位自动计算。井下接收装置接收到指令后会进行自动判断数据格式，如果发现出错信息会自动上传报警信息，由地面做出相应决策。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种旋转导向地面控制指令下传执行装置，其特征在于，所述旋转导向地面控制指令下传执行装置通过气动控制系统，搭建指令下传控制系统，配备手动位置调节气缸，实现泄流泥浆排量调整，所述旋转导向地面控制指令下传执行装置包括PC上位机、下传控制器、电磁换向阀、摆动气缸和流量调节阀，所述PC上位机通过下传控制器连接电磁换向阀，所述电磁换向阀一端通过摆动气缸连接流量调节阀，另一端连接动力源；
所述下传控制器由指令变换电路和驱动电路组成；
其中，所述指令变换电路按照下传位延迟时间以及下传流量变化量设置参数，将需下传数据转换为电磁阀的控制信号后输出给驱动电路；
所述驱动电路用于将控制信号进行驱动放大后输出给电磁换向阀。
2.根据权利要求1所述的旋转导向地面控制指令下传执行装置，其特征在于，所述旋转导向地面控制指令下传执行装置还包括过滤阀和减压阀，所述过滤阀一端连接动力源，另一端通过减压阀连接电磁转向阀，所述动力源为压缩气源。
3.根据权利要求1所述的旋转导向地面控制指令下传执行装置，其特征在于，所述旋转导向地面控制指令下传执行装置还包括泥浆进口和泥浆出口，所述流量调节阀同时连接泥浆进口和泥浆出口。
4.根据权利要求3所述的旋转导向地面控制指令下传执行装置，其特征在于，所述泥浆进口处设有机械接口装置、两个泥浆分流盘阀、转轴、泥浆出口本体、轴承装置、密封装置、顶紧弹簧和奈冲蚀流筒，所述摆动气缸的输出轴连接其中一个泥浆分流盘阀，另一个所述泥浆分流盘阀连接泥浆出口，通过销子与泥浆进口本体进行固定，转轴与泥浆进口本体通过轴承装置安装，并配备有密封装置，顶紧弹簧用于顶紧两个泥浆分流盘阀，所述奈冲蚀流筒安装在泥浆出口本体内。
5.根据权利要求4所述的旋转导向地面控制指令下传执行装置，其特征在于，所述泥浆进口和泥浆出口处均设有密封装置组合，所述机械接口装置包括壬套、由壬接口和紧固本体，所述密封装置组合用于泥浆进口和出口本体的密封。
6.根据权利要求5所述的转导向地面控制指令下传执行装置，其特征在于，所述摆动气缸为齿轮齿条式传动机构，所述齿轮齿条式传动机构内设有可调丝杠，所述可调丝杠用于限制摆动气缸的输出角度。
7.根据权利要求6所述的转导向地面控制指令下传执行装置，其特征在于，每个所述泥浆分流盘阀均包括两个泥浆分流孔。
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