CN108953271B - 液力平衡节能型mwd脉冲器伺服阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及MWD脉冲器伺服阀技术领域，是一种液力平衡节能型MWD脉冲器伺服阀；其包括MWD脉冲器伺服阀组件和压力护罩；MWD脉冲器伺服阀组件包括外筒、活塞滑移缸筒、压力平衡活塞、驱动组件、阀杆和伺服阀座；在外筒的中部内固定安装有环形的活塞滑移缸筒和压力护罩，所述压力平衡活塞密封安装在活塞滑移缸筒内或压力护罩上部内；本发明结构合理而紧凑，使用方便；通过压力护罩形成阻流屏障，使阀杆上下两端的液压力平衡，不再产生因流动的钻井液所形成的负载压力，使驱动组件可以更轻易提升阀杆，降低驱动组件的功耗，延长MWD电池组寿命；而且还可大大改善阀杆和压力平衡活塞的工作环境，减少故障率，提高工作稳定性。

Description

液力平衡节能型MWD脉冲器伺服阀

技术领域

本发明涉及MWD脉冲器伺服阀技术领域，是一种液力平衡节能型MWD脉冲器伺服阀。

背景技术

石油天然气钻井的无线随钻测量仪（简称MWD），是获得井下信息的重要技术手段；在石油天然气钻井工程中，MWD/LWD仪器在数千米深（1000m至5000m）的井底通过激发压力脉冲信号实时向地面发送数据。MWD/LWD系统由电池组、探管（测量和控制模块）、和脉冲器三大模块构成。脉冲器是MWD/LWD系统的井下信号发射模块，通过控制伺服阀的开关和闭合，产生压力脉冲信号；地面装置通过检测和解码压力脉冲信号，实现井底到地面的数据传输；MWD脉冲器伺服阀主要包括外筒、驱动组件、活塞滑移缸筒、阀杆、压力平衡活塞和伺服阀座；外筒上部设有油室，油室内充满液压油，驱动组件和阀杆上半部分置于在液压油中；在油室下端口处安装的压力平衡活塞将驱动组件充分隔离在油室内；在外筒的下部内固定有伺服阀座，阀杆下端穿过压力平衡活塞置于油室下方液体流通腔中；在外筒的下部内固定有伺服阀座，伺服阀座为带有中心孔的小型圆形底座；伺服阀座与压力平衡活塞之间的外筒上设有侧孔；阀杆对应中心孔的位置，当阀杆下行并封堵中心孔时，伺服阀闭合；当阀杆被驱动组件提升时，中心孔打开，伺服阀开启，侧孔与中心孔连通并建立钻井液通道，如此通过控制中心孔的打开和闭合，形成有规律的压力波动，地面系统就可以检测到这种液压力波动信号，通过解码就可以获得相关数据；当中心孔被打开时，钻井液会不断从侧孔向外筒内涌入内部，在涌入的过程中使外筒中产生高低压的分布；下部靠近阀座的钻井液通过中心孔泄压，液压力相对较小；而上部靠近压力平衡活塞的钻井液因远离中心孔（泄压孔）而处于一种相对高压区，这个高压区的液体压力会作用给压力平衡活塞，为平衡油室压力而带来一定的负载压力，进一步作用于阀杆上，对阀杆向上提升带来较大的阻力，要克服这样的阻力，就需要进一步增加驱动组件的提升力，才会使伺服阀中心孔的通道保持开启，所以目前使用的MWD脉冲器伺服阀驱动组件的提升力大、耗电量大，正常情况下一组MWD电池仅可以连续工作150-180小时；在钻井作业现场，更换MWD仪器电池组是一项十分困难的工作，现场必须停止工程作业，将MWD仪器总成从数千米（1000m-5000m）深的井中起出，耗费12～30小时，消耗大量的时间、人力和财力；根据流体力学原理，通过中心孔流体的速度越快，中心孔处产生的负压就越低，阀杆上下两端形成的液压差就越大，驱动组件需要更大的提升力才能将阀杆保持在打开位置，甚至会超过驱动组件的额定提升力，引发故障。

而且，工作一段时间后，钻井液会通过压力平衡活塞的配合间隙渗入液压油室污染液压油，钻井液中的微小固相颗粒也会一定程度上堵塞压力平衡活塞的配的间隙，轻则磨损密封面，导致密封失效，重则卡死压力平衡活塞和阀杆，使之无法正常工作。

发明内容

本发明提供了一种液力平衡节能型MWD脉冲器伺服阀，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决目前使用的MWD脉冲器伺服阀耗电量大、故障率高的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种液力平衡节能型MWD脉冲器伺服阀，包括MWD脉冲器伺服阀组件和压力护罩；MWD脉冲器伺服阀组件包括外筒、活塞滑移缸筒、压力平衡活塞、驱动组件、阀杆和伺服阀座；在外筒的中部内固定安装有环形的活塞滑移缸筒，所述压力平衡活塞密封安装在活塞滑移缸筒内；压力平衡活塞上方的外筒内形成油室，所述驱动组件固定安装在油室内；驱动组件连接阀杆，在外筒的下部内固定有伺服阀座，在伺服阀座的中部设有中心孔，阀杆的下端密封穿过压力平衡活塞置于中心孔的正上方；在活塞滑移缸筒与伺服阀座之间的外筒上分布有侧孔，在活塞滑移缸筒的下端固定有下端开口的压力护罩，压力护罩在阀杆外，压力护罩下端口与中心孔上端口之间有过流间隙。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述压力护罩下部外呈内斜向下的锥筒形，压力护罩下端的圆形开口与阀杆有径向间隙。

上述压力护罩的上部内为与活塞滑移缸筒内径一致的圆筒状。

上述活塞滑移缸筒与其下端的压力护罩通过螺纹固定连接；或，活塞滑移缸筒与其下端的压力护罩一体连接。

本发明结构合理而紧凑，使用方便；通过压力护罩所形成阻流屏障，使压力护罩内部的液体始终不流动，不再产生因流动的钻井液所带来的负载压力，使驱动组件可以更轻易提升阀杆，降低驱动组件的功耗，延长MWD仪器电池组寿命；而且还可大大改善阀杆和压力平衡活塞的工作环境，减少故障率，提高工作稳定性。

附图说明

附图1为本发明最佳实施例的主视剖视结构示意图。

附图中的编码分别为：1为外筒，2为活塞滑移缸筒，3为压力平衡活塞，4为油室，5为驱动组件，6为阀杆，7为伺服阀座，8为中心孔，9为侧孔，10为压力护罩，11为过流间隙。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

如附图1所示，该液力平衡节能型MWD脉冲器伺服阀包括MWD脉冲器伺服阀组件和压力护罩10；MWD脉冲器伺服阀组件包括外筒1、活塞滑移缸筒2、压力平衡活塞3、驱动组件5、阀杆6和伺服阀座7；在外筒1的中部内固定安装有环形的活塞滑移缸筒2，所述压力平衡活塞3密封安装在活塞滑移缸筒2内；压力平衡活塞3上方的外筒1内形成油室4，所述驱动组件5固定安装在油室4内；驱动组件5的提升动力端连接阀杆6，在外筒1的下部内固定有伺服阀座7，在伺服阀座7的中部设有中心孔8，阀杆6的下端密封穿过压力平衡活塞3置于中心孔8的正上方；在活塞滑移缸筒2与伺服阀座7之间的外筒1上分布有侧孔9，在活塞滑移缸筒2的下端固定有下端开口的压力护罩10，压力护罩10在阀杆6外，压力护罩10下端口与中心孔8上端口之间有过流间隙11。

其中，MWD脉冲器伺服阀组件的外筒1、活塞滑移缸筒2、压力平衡活塞3、驱动组件5、阀杆6和伺服阀座7均为现有公知设备；外筒1中部的活塞滑移缸筒2能够与压力平衡活塞3之间形成动密封，使压力平衡活塞3能够上下运动，来保持油室4内的压力平衡；

当阀杆6受驱动组件5提升时，中心孔8打开，压力护罩10形成阻流屏障，流动的钻井液阻隔在压力护罩10外，经过流间隙11进入到中心孔8形成建立钻井液通道，来实现检测；同时，由于压力护罩10的阻隔作用，使压力护罩10内部的液体始终不流动，阀杆6不再有因流动的钻井液所产生的较大的负载压力，使驱动组件5可以更轻易提升阀杆6，降低驱动组件5的功耗，延长MWD仪器电池组寿命，大大改善驱动组件5、阀杆6和压力平衡活塞3的工作环境，减少故障率，提高工作稳定性；而且还可减小钻井液对压力平衡活塞3与活塞滑移缸筒2之间动密封的影响，保证有效的密封性。

可根据实际需要，对上述液力平衡节能型MWD脉冲器伺服阀作进一步优化或/和改进：

如附图1所示，压力护罩10下部外呈内斜向下的锥筒形，压力护罩10下端的圆形下端口与阀杆6之间有径向间隙。下部呈锥筒形的压力护罩10，能够使钻井液沿着锥筒面进入到中心孔8中，起到导流的作用。

如附图1所示，压力护罩10的上部内为与活塞滑移缸筒2内径一致的圆筒状。其中，压力平衡活塞3能够在压力护罩10的上部内上下滑动；压力护罩10下部内可通过注入油脂，从而使压力平衡活塞3始终保持良好的清洁和润滑。

如附图1所示，活塞滑移缸筒2与其下端的压力护罩10通过螺纹固定连接；或，活塞滑移缸筒2与其下端的压力护罩10一体连接。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (1)

1.一种液力平衡节能型MWD脉冲器伺服阀，其特征在于包括MWD脉冲器伺服阀组件和压力护罩；MWD脉冲器伺服阀组件包括外筒、活塞滑移缸筒、压力平衡活塞、驱动组件、阀杆和伺服阀座；在外筒的中部内固定安装有环形的活塞滑移缸筒，所述压力平衡活塞密封安装在活塞滑移缸筒内；压力平衡活塞上方的外筒内形成油室，所述驱动组件固定安装在油室内；驱动组件的提升动力端连接有阀杆，在外筒的下部内固定有伺服阀座，在伺服阀座的中部设有中心孔，阀杆的下端密封穿过压力平衡活塞置于中心孔的正上方；在活塞滑移缸筒与伺服阀座之间的外筒上分布有侧孔，在活塞滑移缸筒的下端固定有下端开口的压力护罩，压力护罩在阀杆外，压力护罩下端口与中心孔上端口之间有过流间隙；

压力护罩下部外呈内斜向下的锥筒形，压力护罩下端的圆形开口与阀杆有径向间隙；

压力护罩的上部内为与活塞滑移缸筒内径一致的圆筒状；

活塞滑移缸筒与其下端的压力护罩通过螺纹固定连接；或，活塞滑移缸筒与其下端的压力护罩一体连接。