CN109372836B - 一种全旋转导向工具用液压油路系统及导向工具控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全旋转导向工具用液压油路系统及全旋转导向工具控制方法，该油路系统包括：液压推靠活塞组件、液压油池、浸泡设置于所述液压油池内的液压泵、涡轮、电磁阀组件、低压卸荷阀以及压力传感器。通过在油路系统中设置低压卸荷阀，通电后，液压泵出于卸荷状态。系统工作在导向模式下，将低压卸荷阀断开，液压泵正常输出压力，通过全旋转导向工具姿态测量总成以及电磁阀驱动控制电路，控制相应的活塞推靠井壁工作。通过控制相应活塞液压力作用井壁的时间调整钻头方向，进而控制钻井的井眼轨迹。
Description
技术领域
本发明涉及一种全旋转导向工具用液压油路系统及全旋转导向工具控制方法，属于旋转导向系统技术领域。
背景技术
旋转导向技术属定向钻井领域，主要用于定向井、水平井、大位移井等三位轨迹井钻井。依靠自身高精度伺服控制机构和高精度姿态测量传感器，能够实时精确控制钻头的钻进方向，从而实现井眼轨迹的控制。
现有技术，以斯伦贝谢公司的PD Archer旋转全选转导向工具为例，PD Archer旋转全选转导向工具采用测控本体与万向机构本体铰接结构，位于测控本体下端的4套推靠活塞推靠下部万向机构本体外套的内壁，从而控制钻头的方向。由于采用泥浆压力差对活塞做功，推靠力相对于液压方式输出力要小很多。为了获得较高的推靠力，需要更多活塞同时推靠。含有砂粒的泥浆造成活塞密封工作寿命低。用于配流的盘阀为常开式结构，PDArcher旋转全选转导向工具推靠巴掌在不需要导向的过程中仍往复推靠井壁工作，导致活塞密封寿命更低。此外，采用单轴稳定平台装置稳定配流盘阀，测控系统复杂。
针对上述技术问题，申请人提供一种全旋转液压内推靠式高造斜率导向工具，采用涡轮驱动的液压系统及发电机组件将压力泥浆的能量转化为液压能，通过液压方式为活塞提供动力，使得钻头获得的侧向力更大，更易实现高造斜率；推出的活塞推靠所述下旋转外套内壁，而不是井壁，能够减小磨损；并且同一时刻仅推出一套推靠活塞组件，减少了不必要的工作，提高了活塞工作寿命。上述发明构思已经于2018年6月26日向国家知识产权局提出了发明名称为“一种全旋转液压内推靠式高造斜率旋转全选转导向工具”，申请号为“2018106715720”的发明专利申请，但上述申请中并未关于液压油路进行优化设计，使用过程中，申请人发明人发现系统不工作时，钻井开始，涡轮开始旋转，液压泵满载，瞬间超负荷，会短时间内发热，局部部件温度上升速度，加快了部件的老化，严重影响了其工作的稳定性。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提出了一种全旋转导向工具用液压油路系统及全旋转导向工具控制方法。
一种全旋转导向工具用液压油路系统，该油路系统包括：
液压推靠活塞组件、液压油池(21)、浸泡设置于所述液压油池内的液压泵(19)、涡轮(13)、电磁阀组件、低压卸荷阀(14)以及压力传感器(15)；其中，
所述液压推靠活塞组件包括推靠活塞A(32)、推靠活塞B(33)、推靠活塞C(34)三个活塞，电磁阀组件包括电磁阀A(22)、电磁阀B(23)、电磁阀C(24)三个电磁阀；
每一个推靠活塞分别对应一路高压油道以及一个电磁阀，推靠活塞A(32)对应于电磁阀A(22)，推靠活塞B(33)对应于电磁阀B(23)，推靠活塞C(34)对应于电磁阀C(24)，通过控制相应电磁阀的打开与关闭状态，进而控制每一路高压油道的供油状态，以保证在同一时刻仅推出一个推靠活塞，其中，所述电磁阀为两位两通常闭的电磁阀；
电磁阀A(22)、电磁阀B(23)、电磁阀C(24)均与压力传感器相连，以测量油进入对应推靠活塞的压力，是否能够达到目标压力值；
所述低压卸荷阀(14)一端浸泡设置于所述液压油池(21)内，另一端与所述压力传感器(15)相连，所述液压油路系统通电后，将压力卸除，所述全旋转导向工具不工作，设置低压卸荷阀为开启状态，油道打开，泵出的油回到液压油池，所述全旋转导向工具在导向模式下工作，设置低压卸荷阀为断开状态，让电磁阀A(22)、电磁阀B(23)或电磁阀C(24)工作，以减小所述全旋转导向工具发热。
根据上述的液压油路系统进行全旋转导向工具控制的方法，
由双轴磁通门传感器和三轴磁通门传感器进行高速的AD采集，测量出推靠巴掌相对于导向方向的角度，获得角度后，中控电路系统通过电磁阀A(22)、电磁阀B(23)、电磁阀C(24)的控制，来做顺序通电工作，所述液压油路系统通电后，将压力卸除，所述全旋转导向工具不工作，设置低压卸荷阀为开启状态，油道打开，泵出的油回到液压油池；
其中，由涡轮驱动液压泵产生油压，按照顺时针方向，间歇控制电磁阀A(22)、电磁阀B(23)、电磁阀C(24)顺时针打开，让其向着目的方向推出的油路；
由涡轮发电机，发电机整流模块和多路DC-DC模块为中控电路供电；
用户通过目标工具面给出目标导向方向；
高度AD采集是采集当前巴掌的位置及角度，中控电路系统能够分析当前位置与目标位置的误差是多少，来进行运算，进而控制巴掌的伸出与缩回；
通过压力传感器检测油压，由传感器测量检测压力。
附图说明
图1是液压油路系统结构示意图
图2是液压活塞伸出序列控制原理图
图3全旋转导向工具控制方法框图
液压油池(21)、液压泵(19)、涡轮(13)、低压卸荷阀(14)、压力传感器(15)、推靠活塞A(32)、推靠活塞B(33)、推靠活塞C(34)、电磁阀A(22)、电磁阀B(23)、电磁阀C(24)
具体实施方式
下面结合图1-3以及具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
图1是本发明液压油路系统结构示意图，液压油路控制系统主要包括一个油箱(液压油池)，每一路有一个两位两通的电磁阀控制，不工作时，活塞中的油全都流回油箱；一旦涡轮系统动力传导，会传导单向阀，进行配油，当需要推靠活塞A工作时，推靠活塞B、推靠活塞C都不工作，电磁阀通电后，会通过电磁阀导通，进入电磁阀A中，油增压推动推靠活塞A；同时，推靠活塞B、推靠活塞C中的油，电磁阀通过电磁阀使其流回油箱；推靠活塞A伸出的同时，推靠活塞B、推靠活塞C要缩回；
为了控制全旋转导向工具的方向，避免局部部件瞬间温度升高，具体解决方案为：系统不工作时，打井开始，涡轮开始旋转，液压泵满载，瞬间超负荷，会发热(因为系统未开始工作)；为了解决发热问题，设置低压卸荷阀，通电后，将压力卸除，保证系统在不工作时，先卸荷，具体原理是，将油路打开，泵出的油回到油箱，系统做好准备后，将低压卸荷阀断开，断开后，让电磁阀A、电磁阀B或电磁阀C工作；如此以来，能够让系统发热减小，其中，设置压力传感器，以测量油进入活塞的压力，是否能够达到目标压力值。
具体地，液压油路系统包括液压推靠活塞组件、液压油池(21)、浸泡设置于所述液压油池内的液压泵(19)、涡轮(13)、电磁阀组件、低压卸荷阀(14)以及压力传感器(15)；其中，
所述液压推靠活塞组件包括推靠活塞A(32)、推靠活塞B(33)、推靠活塞C(34)三个活塞，电磁阀组件包括电磁阀A(22)、电磁阀B(23)、电磁阀C(24)三个电磁阀；
每一个推靠活塞分别对应一路高压油道以及一个电磁阀，推靠活塞A(32)对应于电磁阀A(22)，推靠活塞B(33)对应于电磁阀B(23)，推靠活塞C(34)对应于电磁阀C(24)，通过控制相应电磁阀的打开与关闭状态，进而控制每一路高压油道的供油状态，以保证在同一时刻仅推出一个推靠活塞，其中，所述电磁阀为两位两通常闭的电磁阀；
电磁阀A(22)、电磁阀B(23)、电磁阀C(24)均与压力传感器相连，以测量油进入对应推靠活塞的压力，是否能够达到目标压力值；
所述低压卸荷阀(14)一端浸泡设置于所述液压油池(21)内，另一端与所述压力传感器(15)相连，所述液压油路系统通电后，将压力卸除，所述全旋转导向工具不工作，设置低压卸荷阀为开启状态，油道打开，泵出的油回到液压油池，所述全旋转导向工具做好准备后，设置低压卸荷阀为断开状态，断开后，让电磁阀A(22)、电磁阀B(23)或电磁阀C(24)工作，以减小所述全旋转导向工具发热。
图2是液压活塞伸出序列控制原理图，具体设定全旋转导向工具的导向方向的方法为：由侧角机构(测角度传感器)，能够测定A巴掌的位置，当A巴掌旋转到相对导向方向60度的位置时(理想条件下，为测算响应时间)，让A巴掌开始工作，推靠活塞A开始伸出，当A巴掌转动120度时，A转到B的原始位置，B转到C的原始位置，C转到A的原始位置，此时，关掉推靠活塞A的油路，不让其工作，具体为卸掉油压；C转到A的原始位置，电磁阀C开始工作，开始推该导向方向；上述为理论的，但是实际工作要考虑响应时间；因此，在巴掌到达目标位置之前，需要提前打开，以避免巴掌产生的推靠力不够。通过标定系统，计算相应角度(A和A’之间的角度)；整个系统沿着顺时针角度来工作。
图3全旋转导向工具控制方法框图，具体全旋转导向工具控制方法如下：双，三轴磁通门传感器用于测量巴掌A相对于导向方向的角度，获得角度后，中控电路通过电磁阀的控制，来做顺序通电工作，当系统上电后，用卸荷阀卸压(吸油，排油，回到油箱)；其中，
涡轮，发电机整流，多路DC-DC模块，是为了为所述中控电路供电；目标工具面，是用户给出的目标导向方向；高度AD采集，是采集当前巴掌的位置及角度，中控电路能够分析当前位置与目标位置的误差是多少，来进行运算，进而控制巴掌的伸出与缩回；电磁阀A,B,C为两位两通常闭的高速电磁阀；工作过程：涡轮驱动液压泵产生油压，按照顺时针方向，间歇控制电磁阀A，B,C顺时针打开，让其想着目的方向推出的油路；通过压力传感器检测油压，有传感器测量检测压力。
上述各实施例中，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，对个别部件进行的改进和等同变换，不应排除在本发明的保护范围之外。
以上所述仅是本发明优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应该视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种全旋转导向工具用液压油路系统，其特征在于，该油路系统包括：
液压推靠活塞组件、液压油池(21)、浸泡设置于所述液压油池内的液压泵(19)、驱动液压泵产生油压的涡轮(13)、电磁阀组件、低压卸荷阀(14)以及压力传感器(15)；
其中，所述液压推靠活塞组件包括推靠活塞A(32)、推靠活塞B(33)、推靠活塞C(34)三个活塞，电磁阀组件包括电磁阀A(22)、电磁阀B(23)、电磁阀C(24)三个电磁阀，所述涡轮(13)驱动液压泵产生油压，按照顺时针方向，间歇控制电磁阀A(22)、电磁阀B(23)、电磁阀C(24)顺时针打开；
每一个推靠活塞分别对应一路高压油道以及一个电磁阀,
其中，推靠活塞A(32)对应于电磁阀A(22)，推靠活塞B(33)对应于电磁阀B(23)，推靠活塞C(34)对应于电磁阀C(24)，通过控制相应电磁阀的打开与关闭状态，进而控制每一路高压油道的供油状态，以保证在同一时刻仅推出一个推靠活塞，其中，所述电磁阀为两位两通常闭的电磁阀，
其中，电磁阀A(22)、电磁阀B(23)、电磁阀C(24)均与压力传感器相连，以测量油进入对应推靠活塞的压力，是否能够达到目标压力值，
其中，所述低压卸荷阀(14)一端浸泡设置于所述液压油池(21)内，另一端与所述压力传感器(15)相连，所述液压油路系统通电后，将压力卸除，所述全旋转导向工具不工作，设置低压卸荷阀为开启状态，油道打开，泵出的油回到液压油池，所述全旋转导向工具做好准备后，设置低压卸荷阀为断开状态，断开后，让电磁阀A(22)、电磁阀B(23)或电磁阀C(24)工作，以减小所述全旋转导向工具发热。
2.根据权利要求1所述的油路进行全旋转导向工具控制的方法，其特征在于，
由双轴磁通门传感器和三轴加速度传感器进行高速的A/D采集，测量出推靠巴掌相对于导向方向的角度，获得角度后，中控电路系统通过电磁阀A(22)、电磁阀B(23)、电磁阀C(24)的控制，做顺序通电工作，
其中，由涡轮驱动液压泵产生油压，按照顺时针方向，间歇控制电磁阀A(22)、电磁阀B(23)、电磁阀C(24)顺时针打开，让其向着目的方向推出的油路；
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所述高速的A/D采集是采集当前巴掌的位置及角度，中控电路系统能够分析当前位置与目标位置的误差是多少，来进行运算，进而控制巴掌的伸出与缩回；
通过压力传感器检测油压，由传感器测量检测压力。
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