CN108468535A - 控制装置 - Google Patents

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程光明
马兰荣
尹慧博
赵建军
胡亮
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Abstract

本发明涉及一种控制装置，其包括：管柱主体以及套设在所述主体内并能相对于所述管柱主体滑动配合的活塞，所述活塞与动作机构配合，所述活塞的中部径向向外延伸形成与所述管柱主体的内壁密封式接触的分隔部，在所述分隔部的上游处的所述管柱主体与所述活塞之间形成上游液压腔，在所述分隔部的下游处的所述管柱主体与所述活塞之间形成下游液压腔，其中，通过增加或减少所述上游液压腔内的流体并减少或增加所述下游液压腔内的流体允许所述活塞移动，通过保持所述上游液压腔和下游液压腔内的流体量不变而保持所述活塞的位置不变。通过这种控制装置能够更加方便地控制动作机构进行更为复杂的运动。

Description

控制装置
技术领域
本发明涉及油田井下工具技术领域，特别是涉及一种控制装置。
背景技术
近年来，随着井下作业技术的研究和发展，井下作业工艺趋向于多样化和复杂化发展。为了实现这种多样化和复杂化，使用者希望用于井下作业的动作机构能实现更多、更加复杂的动作。
在现有技术中，碍于井下环境的影响，动作机构通常仅能进行沿管柱的轴向动作。而这种轴向动作也仅能通过销、剪切螺钉、投球和球座等锁定工具来控制轴向动作是否发生。然而，这些锁定工具的一大弊端是仅能实现一次锁定，并在遭到破坏后解除锁定。此时允许动作机构的轴向动作发生，并且这种轴向动作是单向的、一次性的。而如果想要控制动作机构进行更为复杂的运动(例如多次的轴向运动，或者往复的轴向运动)，则需设置更多的锁定工具和更加复杂的管柱结构。这无疑会增大管柱及工具本身结构的复杂程度以及使用者操作的繁琐程度，并会对井内作业的设计和实施造成很大不便。这对井下作业的多样化和复杂化造成了极大的障碍。
因此，需要一种能更加方便地控制动作机构进行更为复杂的运动的控制装置。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种控制装置，通过这种控制装置能够更加方便地控制动作机构进行更为复杂的运动。
根据本发明，提出了一种控制装置，其包括：管柱主体以及套设在所述主体内并能相对于所述管柱主体滑动配合的活塞，所述活塞与动作机构配合，所述活塞的中部径向向外延伸形成与所述管柱主体的内壁密封式接触的分隔部，在所述分隔部的上游处的所述管柱主体与所述活塞之间形成上游液压腔，在所述分隔部的下游处的所述管柱主体与所述活塞之间形成下游液压腔，其中，通过增加或减少所述上游液压腔内的流体并减少或增加所述下游液压腔内的流体允许所述活塞移动，通过保持所述上游液压腔和下游液压腔内的流体量不变而保持所述活塞的位置不变。
通过增加上游液压腔内的流体并减少下游液压腔内的流体，能推动活塞向下游移动；通过减少上游液压腔内的流体并增加下游液压腔内的流体，能推动活塞向上游移动；通过保持上游液压腔和下游液压腔内的流体量不变，能保持活塞的位置不变。由此，在活塞与动作机构配合的情况下，允许动作机构向上游或下游移动，或者被锁定到特定的位置。由于上述控制装置在操作过程中是非破坏性的，并且可根据使用者的需要而灵活控制，因此使用这种控制装置能够更加方便地控制动作机构进行更为复杂的运动，由此有利于促使井下作业更加多样和复杂。
在一个实施例中，所述活塞的下游端构造成能与所述动作机构接触以与所述动作机构配合。通过这种设置，活塞能与动作机构相互推动，或者能为动作机构的移动设置限定。
在一个实施例中，所述活塞的下游端与所述动作机构相连。通过这种设置，活塞能与动作机构一同运动。
在一个实施例中，在所述上游液压腔内设置有与所述分隔部配合的弹性件，所述弹性件构造成能推动所述分隔部和/或拉动所述分隔部。
在一个实施例中，所述上游液压腔和所述下游液压腔通过液压管路连通，在所述液压管路上设置有能控制液压管路内流体的流动状态的阀。
在一个实施例中，所述阀构造成能控制所述液压管路的导通和封闭。
在一个实施例中，所述阀构造成能控制所述液压管路的导通方向。
在一个实施例中，所述控制装置还包括用于控制所述阀的控制器，所述控制器响应于接收控制信号而控制所述阀。
在一个实施例中，所述控制装置还包括用于控制所述阀的控制器，所述控制器响应于感应相应状态的传感器而控制所述阀。
在一个实施例中，在所述液压管路上设置有驱动泵，所述驱动泵构造成能促使所述液压管路内的流体流动。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在活塞与动作机构配合的情况下，允许动作机构向上游或下游移动，或者被锁定到特定的位置。由于上述控制装置在操作过程中是非破坏性的，并且可根据使用者的需要而灵活控制，因此使用这种控制装置能够更加方便地控制动作机构进行更为复杂的运动，由此有利于促使井下作业更加多样和复杂。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是根据本发明的处于一种状态下的控制装置的一个实施例的结构示意图；
图2是图1中的控制装置处于另一种状态下的结构示意图；
图3是根据本发明的控制装置的另一个实施例的结构示意图；
图4是根据本发明的控制装置的另一个实施例的结构示意图；
图5是根据本发明的控制装置的另一个实施例的结构示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1和图2示意性地显示了根据本发明的控制装置100的一个实施例。
控制装置100包括管柱主体10以及套设在管柱主体10内并与管柱主体10滑动配合的活塞2。在活塞2的中部径向向外延伸有分隔部2A，该分隔部2A与管柱主体10的内壁密封式接触，以将分隔部2A的上游与下游分隔开。在分隔部2A的上游和下游处，在活塞2与管柱主体10的包围下分别形成上游液压腔12和下游液压腔13。上游液压腔12和下游液压腔13均是封闭的，在其中容纳有流体，例如为液压油。
由于液压油是不可压缩的，所以在上游液压腔12和下游液压腔13内的流体量不变的情况下，活塞2是不能移动的。通过增加上游液压腔12内的流体和减少下游液压腔13内的流体可推动活塞2向下游移动。相反地，通过增加下游液压腔13内的流体和减少上游液压腔12内的流体可推动活塞2向上游移动。在活塞2与动作机构11配合的情况下，上述操作可使动作机构11进行相应的移动，或对动作机构11的移动进行相应的限制。
在一个实施例中，动作机构11与活塞2的配合方式如图1和图2所示。活塞2的一端(例如，下游端)与动作机构11接触式配合。由此，在活塞2向下游移动时，活塞2可推动动作机构11进行移动。反之，动作机构11也可推动活塞2向上游移动。或者，在活塞2不动的情况下，动作机构11可自由地向下游移动，但是却会在向上游移动时受到活塞2的限制。这相当于，对动作机构11进行了单向限制的控制。
优选地，动作机构11本身带有驱动机构。在这种情况下，活塞2可由动作机构11推动向上游移动。另外，还可优选地如图3所示的那样，在上游液压腔12内设置与分隔部2A相配合的弹性件14。在分隔部2A朝向上游移动时，压缩弹性件14。由此一来，在活塞2不受其他外力(例如，不受到动作机构11的主动推力)的情况下，弹性件14可反过来推动活塞2向下游移动。此外，如果弹性件14与分隔部2A相连，则在活塞2向下游移动时，弹性件14可受到拉伸。由此一来，在活塞2不受其他外力的情况下，弹性件14可拉动活塞2向上游移动。根据需要，这种设置有利于使动作机构11归位，或者也可有利于限制动作机构11的活动范围。应当理解的是，上述实施例与弹性件14结合能实现双向限制的控制。
在另一个实施例中，如图3所示，动作机构11与活塞2的端部(例如，下游端)固定连接，例如通过螺纹连接。由此一来，活塞2移动，则会带动动作机构11移动。而动作机构11移动也会带动活塞2移动。
如图1和图2所示，控制装置100还包括与上游液压腔12连通的管路7A和与下游液压腔12连通的管路7B。管路7A和管路7B可分别向上游液压腔12和下游液压腔13提供流体。优选地，管路7A和管路7B相互连通形成液压管路，在其连通处设置阀6。阀6能对液压管路内的流体的流动状态进行操控。例如，阀6关闭，则可断开管路7A与管路7B之间的连接，以使液压管路不连通，从而使上游液压腔12与下游液压腔13中的流体不能朝向彼此流动。而阀6打开，则可使管路7A与管路7B连通，从而使整个液压管路连通，由此使上游液压腔12与下游液压腔13中的流体能朝向彼此流动。应当理解的是，阀6也可被构造或控制为仅允许流体单向流动，即形成单向阀。例如，阀6仅允许上游液压腔12内的流体向下游液压腔13内流动，或者仅允许下游液压腔13内的流体向上游液压腔12内流动。
在阀6封闭的情况下，即使动作机构11想要推动或拉动活塞2，活塞2也不会被拉动。在阀6为单向阀的情况下，即使动作机构11想要带动活塞2向与单向阀允许的方向相反的方向移动，活塞2也不会进行相应的动作。由此，限制了动作机构11的动作。
另外，如图4所示，还可在流体管路上设置驱动泵15，驱动泵15既与管路7A连通也与管路7B连通。由此，通过阀6(例如为换向阀)可以控制液压回路连通状态，以驱动流体管路内的流体朝向所需要的方向流动，由此来促使活塞2的移动。在一个实施例中，阀6和驱动泵15的设置使液压油在上游液压腔12与下游液压腔13之间来回流动。在另一个实施例中，驱动泵15还连通有用于存储液压油的液体存储器16。根据控制，驱动泵15将液压油从液体储存器16泵入上游液压腔12/下游液压腔13，而下游液压腔13/上游液压腔12内的液压油经被驱动流入液体存储器16内，活塞2带动作机构向下游/上游运动。通过设置液体储存器16能为液压油的流动提供一定的缓冲作用。另外，还可通过液体存储器16而调整上游液压腔12和下游液压腔13中的流体量。由此，当腔内压力过大或过小时，可以通过液体存储器16调节腔内流体的量，并由此对压力进行调节。控制器4可通过导线与泵15相连，以向其提供控制信号和电能。
如图5所示，驱动泵15也可为双向泵。在这种情况下，可以不设置阀6。驱动泵15分别与管路7A和管路7B连通。通过控制驱动泵15的驱动方向，可以将液压油从上游液压腔12泵至下游液压腔13，反之亦然。驱动泵15停止泵送时，上游液压腔12和下游液压腔13容积不变，活塞2被锁止。控制器4通过导线向驱动泵15提供控制信号和电能。
控制装置100还可包括用于控制阀6的控制器4。如图1所示，控制器4可通过电导线5与阀6相连。控制器4可接收使用者发出的信号，并响应于该信号来控制阀的导通状态。
另外，还可在控制装置100上或井内相应的位置处设置传感器，传感器与控制器4相连。由此，控制器4响应于传感器接收到的状态信号而控制阀的导通状态。例如，传感器可以感应管柱主体10内、外的温度和/或压力，或者能感应上游液压腔12和/或下游液压腔13中的温度和/或压力。当传感器感应到的状态达到了预先设置在控制器4内的相应状态的临界状态或阈值时，控制器4对阀6进行控制。例如，在如图1所示的控制装置100中，设置有与上游液压腔12连通的传感器3。该传感器3可感应上游液压腔12内的压力和/或温度。控制器4根据传感器3所感应到的温度和/或压力来控制阀6。
在另一个实施例中，传感器3构造成处于上游液压腔12内并正对着分隔部2A，以感应其到分隔部2A之间的距离。根据需要，在该距离过近或过远时，控制器4可进行相应的控制。
上述控制装置100能根据使用者的需要而分次、分段地控制活塞2和动作机构11的移动，也可以根据使用者的需要而使活塞2和动作机构11往复运动。
应当理解的是，根据具体的使用情况，管柱主体10可以是与其他的管柱相连(例如通过螺纹连接)的单独部件；或者，管柱主体10也可以是与其他井内作业工具中的部件，从而使控制装置100与该作业工具以集成形式结合在一起。
还应当理解的是，在初始状态下，阀4可以处于封闭状态，也可处于导通状态。由此，活塞2可以处于能移动的状态，也可处于不可移动的状态。尤其是，相对于投球等方式，控制装置100更能适应于在斜井或水平井中应用。
另外，在初始状态下，活塞2可如图1所示的那样近似地平分上游液压腔12和下游液压腔13，也可如图2所示的那样令其中一个液压腔(例如，上游液压腔12)最大而令另一液压腔(例如，下游液压腔13)最小。
在本文中，“上游”指的是接近井口的方向，而相对地，“下游”指的是接近井底的方向。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种控制装置，其包括：管柱主体以及套设在所述主体内并能相对于所述管柱主体滑动配合的活塞，所述活塞与动作机构配合，所述活塞的中部径向向外延伸形成与所述管柱主体的内壁密封式接触的分隔部，在所述分隔部的上游处的所述管柱主体与所述活塞之间形成上游液压腔，在所述分隔部的下游处的所述管柱主体与所述活塞之间形成下游液压腔，
其中，通过增加或减少所述上游液压腔内的流体并减少或增加所述下游液压腔内的流体允许所述活塞移动，通过保持所述上游液压腔和下游液压腔内的流体量不变而保持所述活塞的位置不变。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述活塞的下游端构造成能与所述动作机构接触以与所述动作机构配合。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述活塞的下游端与所述动作机构相连。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的控制装置，其特征在于，在所述上游液压腔内设置有与所述分隔部配合的弹性件，所述弹性件构造成能推动所述分隔部和/或拉动所述分隔部。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述上游液压腔和所述下游液压腔通过液压管路连通，在所述液压管路上设置有能控制液压管路内流体的流动状态的阀。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述阀构造成能控制所述液压管路的导通和封闭。
7.根据权利要求5或6所述的控制装置，其特征在于，所述阀构造成能控制所述液压管路的导通方向。
8.根据权利要求5到7中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括用于控制所述阀的控制器，所述控制器响应于接收控制信号而控制所述阀。
9.根据权利要求5到8中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括用于控制所述阀的控制器，所述控制器响应于感应相应状态的传感器而控制所述阀。
10.根据权利要求5到9中任一项所述的控制装置，其特征在于，在所述液压管路上设置有驱动泵，所述驱动泵构造成能促使所述液压管路内的流体流动。
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