CN111287655B - 一种用于旋转导向装置的执行机构及其旋转导向装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于旋转导向装置的执行机构及其旋转导向装置，其中，执行机构包括主动阀芯、从动阀芯、第一空腔、第二空腔和高压泥浆驱动通道；第一空腔包括与低压泥浆连通的第一低压口，第一空腔还包括与高压泥浆连通的第一高压口，主动阀芯可选择的开闭第一低压口和第一高压口以调节第一空腔中的压力，从动阀芯两侧分别与第一空腔和第二空腔毗邻，从动阀芯响应于第一空腔和第二空腔之间的压差而移动，从动阀芯与高压泥浆驱动通道连接，高压泥浆驱动通道响应于从动阀芯的移动在打开状态和关闭状态之间进行切换。本申请执行机构通过主动阀芯与从动阀芯的联动作用，能够提高响应速度的基础上，还能有效降低系统功耗。

Description

一种用于旋转导向装置的执行机构及其旋转导向装置

技术领域

本申请涉及钻井设备技术领域，具体涉及一种用于旋转导向装置的执行机构及其旋转导向装置。

背景技术

旋转导向属于钻井领域中最尖端的技术之一，得到了广泛的应用。旋转导向是可以按照井眼轨迹的需要，在钻井过程中连续、自动、实时的调节井斜和方位，实现高精度轨迹控制的技术。旋转导向系统是通过控制偏置机构使钻头或钻铤发生轴向偏移来完成导向动作的，其中偏置机构分为推靠式和指向式两种，其中推靠式以斯伦贝谢的PowerDrive X6和贝克休斯的AutoTrack为代表，推靠式偏置机构实现导向动作的原理是在靠近钻头处通过推靠装置推靠钻铤，为钻头提供侧向力。由于推靠式旋转导向系统的部分性能优于指向式旋转导向系统，因此得到了广泛的应用。

现有技术中，推靠式旋转导向系统改变钻头钻进方向主要是依靠设置在钻具上的推靠活塞，旋转导向装置中执行机构的作用是钻具在井下工作需要进行导向时为推靠活塞提供推靠力的机构。在专利文件CN110130830A中公开了一种基于钻井液压差的推靠式旋转导向装置，该装置中的执行机构利用驱动机构往复运动带动阀芯往复运动，进而控制钻井液的压力用于驱动推靠活塞。在实际使用中，为了加快推靠活塞的响应速度，就得增大泥浆流量，为了获得大的泥浆流通量就得使用较大体积的阀芯，这样就会增大系统功耗且不利于井下工作环境，所以在现有技术中利用钻井液压差进行推靠的旋转导向装置，执行机构在推靠活塞的响应速度与系统功耗之间很难达到两全其美的效果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种用于旋转导向装置的执行机构及其旋转导向装置，其中，一种用于旋转导向装置的执行机构包括主动阀芯、从动阀芯、第一空腔、第二空腔和高压泥浆驱动通道；所述第一空腔包括与低压泥浆连通的第一低压口，所述第一空腔还包括与高压泥浆连通的第一高压口，所述主动阀芯可选择的开闭所述第一低压口和所述第一高压口以调节所述第一空腔中的压力，所述从动阀芯两侧分别与所述第一空腔和所述第二空腔毗邻，所述从动阀芯响应于所述第一空腔和所述第二空腔之间的压差而移动，所述从动阀芯与所述高压泥浆驱动通道连接，所述高压泥浆驱动通道响应于所述从动阀芯的移动在打开状态和关闭状态之间进行切换。

其中，所述主动阀芯可选择的开闭所述第一低压口和所述第一高压口，解释为：所述主动阀芯能够在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置时，第一低压口打开且第一高压口关闭；当主动阀芯处于第二位置时，第一低压口关闭且第一高压口打开；或者在所述第一位置时，第一低压口关闭且第一高压口打开；当主动阀芯处于第二位置时，第一低压口打开且第一高压口关闭。

本申请中的执行机构如果没有从动阀芯，只有主动阀芯也可以进行压力输出，但是主动阀芯为了保证有较大的压力输出力即有较快的响应，主动阀芯中用于高压泥浆流通的流通口要足够大，也就需要较大体积的主动阀芯，主动阀芯的运动需要电机等动力件提供，较大体积的主动阀芯会增加系统功耗，较大的系统功耗不利于井下环境的安全操作；而本申请执行机构通过设置从动阀芯达到进一步提高响应速度的基础上，还能有效降低系统功耗；具体来说，本申请设置主动阀芯可以改变第一空腔中的压力，进而使得第一空腔和第二空腔之间形成压差，达到给从动阀芯提供推动力的目的，完成这个过程仅需要较小的推动力即可，所以主动阀芯只要具备较小的体积就能有效降低系统功耗；从动阀芯由于第一空腔和第二空腔的压差作用下移动进而进行压力输出，在此过程中不需要提供额外的动力，所以从动阀芯可以设置较大体积的结构，可以增大泥浆流量也就可以提供较大的推靠力，即提高了执行机构的推靠响应速度。且本申请中通过主动阀芯与从动阀芯的联动配合完成压力输出的过程，相比于单一结构，即比仅使用主动阀芯传输过程更稳定、且可以根据实际应用场景灵活变化，即改变从动阀芯的结构可以改变输出力的大小、输出响应速度等。

进一步的，所述第二空腔包括与低压泥浆连通的第二低压口，所述第二空腔还包括与高压泥浆连通的第二高压口，所述主动阀芯在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置时，第一低压口打开且第一高压口关闭；在所述第二位置时，第一低压口关闭且第一高压口打开；所述从动阀芯在第三位置和第四位置之间移动，在所述第三位置时，第二低压口打开且第二高压口关闭，在所述第四位置时，第二低压口关闭且第二高压口打开；当所述主动阀芯从第一位置移动至第二位置，所述从动阀芯响应于所述主动阀芯而移动，所述从动阀芯从第三位置移动至第四位置；所述高压泥浆驱动通道与所述第二空腔相连通。

本申请利用主动阀芯的移动调节第一空腔中的压力并使第一空腔和第二空腔之间形成压差，进而驱使从动阀芯移动，从动阀芯的移动用于控制高压泥浆驱动通道的开闭，使得执行机构可选择的进行压力输出或不输出。本执行机构通过主动阀芯和从动阀芯的配合能调节压力输出响应速度的同时，还能有效降低系统功耗。

进一步的，还包括第一限位部和第二限位部，所述从动阀芯在所述第一限位部和第二限位部之间移动，所述第一限位部设置于所述第一空腔与所述从动阀芯之间，所述第二限位部设置于所述第二空腔与所述从动阀芯之间。本申请设置第一限位部和第二限位部可以对从动阀芯的运动起到限定作用，对从动阀芯的运动轨迹进行限定，提高从动阀芯的工作效率和工作精确度。

进一步的，还包括外壳体，所述主动阀芯和所述从动阀芯沿轴向设置于所述外壳体的内部，所述主动阀芯通过所述第一空腔与所述从动阀芯相连，所述外壳体侧壁在所述主动阀芯处分别开设有所述第一低压口和所述第一高压口，所述外壳体侧壁在所述从动阀芯处分别开设有所述第二低压口和所述第二高压口。本申请中外壳体起到的作用是，利用外壳体将主动阀芯和从动阀芯集成为一个整体，一方面使得主动阀芯和从动阀芯的安装更方便，另一方面是更方便执行机构可拆卸的进行安装、维修。

进一步的，所述外壳体内壁设置有第一卡接凹槽和第二卡接凹槽，所述第一卡接凹槽设置于所述从动阀芯靠近所述第一空腔的一侧，所述第二卡接凹槽设置于所述从动阀芯靠近所述第二空腔的一侧，所述从动阀芯在所述第一卡接凹槽和所述第二卡接凹槽之间移动。本申请中设置两个卡接凹槽的作用一方面是为了从动阀芯进行往复运动时，在两个方向对从动阀芯进行限位，即从动阀芯沿轴向只能在第一卡接凹槽和第二卡接凹槽之间运动，对从动阀芯的运动进行限定；另一方面，由于卡接凹槽的存在，在径向方向上增大从动阀芯的直径，进而增大其体积，有利于增大泥浆通过从动阀芯的流通量进而提高压力输出力。

进一步的，所述主动阀芯包括驱动件和阀芯轴，所述阀芯轴一端与所述驱动件相连，所述阀芯轴另一端与所述第一空腔相邻，所述阀芯轴靠近所述第一空腔的一端分别开设有第一连接孔和第二连接孔，所述第一空腔通过所述第一连接孔与所述第一低压口相连通，所述第一空腔通过所述第二连接孔与所述第一高压口相连通；所述驱动件为电磁阀，所述阀芯轴通过弹簧与所述电磁阀相连。

本申请中主动阀芯中的驱动件用于驱动阀芯轴，使得阀芯轴进行往复运动，进而实现第一空腔中的压力变化。

本申请中第一连接孔和第二连接孔设置的作用，一方面是为了尽可能减轻阀芯轴的重量，进一步降低功耗；另一方面是为了使不同作用的泥浆流体在不同的连接孔中进行流通，更好的对泥浆流体起到导向作用且互不影响；具体地，可以保证流入第一高压口中的高压泥浆始终朝一个方向流，有效的避免泥浆的积攒影响推靠作用力的效率。

本申请在电磁阀中设置弹簧，使得阀芯轴失去电磁阀吸力后可以自动复位，进一步降低系统功耗。

进一步的，还包括密封件和平衡柱塞，所述密封件设置于所述驱动件远离所述阀芯轴的一端，所述密封件与所述驱动件之间形成第一浸油空间；所述平衡柱塞设置于所述驱动件远离所述密封件的一端，所述平衡柱塞在径向方向上设置于所述阀芯轴的外围，所述驱动件与所述平衡柱塞之间形成第二浸油空间。

本申请中密封件以及平衡柱塞的作用是为了保护电磁阀，防止泥浆进入；本申请中平衡柱塞的另一个作用是实现执行机构内部与外部泥浆的压力平衡，能够自适应外界温度及压力的变化，也就是说平衡柱塞可以根据内外压差在轴向方向上进行移动用于调节内外压力平衡。若干个浸油空间中填充液压油起到润滑、散热和设置压力平衡的目的。

进一步的，所述从动阀芯在远离所述第一空腔的一端开设盲孔，所述从动阀芯在所述盲孔处的侧壁开设用于与所述第二高压口相连通的开口。本申请中盲孔的开设，一方面是为了降低从动阀芯的重量，即为了尽可能降低主动阀芯的功耗，使得主动阀芯更容易驱动从动阀芯的运动；另一方面是为了进一步提高压力输入时的泥浆流通量，加快响应速度。

进一步的，上述第一低压口、第一高压口、第二低压口以及第二高压口与外界泥浆的连通处均设置有滤网。滤网的设置，对进入执行机构的泥浆进行过滤，防止堵塞现象的发生。

本申请还公开了一种旋转导向装置，包括旋转主轴、钻头、推靠机构和上述任意一项的执行机构；所述旋转主轴中心处沿轴向开设有泥浆通道；所述钻头与所述旋转主轴的一端相连；所述推靠机构设置于所述旋转主轴靠近所述钻头的一端，所述推靠机构包括相配合设置的推靠块和推靠柱塞，所述推靠块设置于所述推靠柱塞的外围；所述执行机构设置于所述旋转主轴上，所述执行机构中的高压泥浆驱动通道与所述推靠柱塞远离所述推靠块的一端相连通。

本申请旋转导向装置中的旋转主轴用于传递钻压和扭矩；钻头用于破岩；推靠机构中的推靠块用于产生钻具与井壁之间的作用力，推靠柱塞产生高压推力到推靠块；执行机构驱使高压泥浆驱动通道开启将压力传递给推靠柱塞进而传递给推靠块，即执行机构为推靠机构提供推靠力。

进一步的，还包括流量调节件，所述流量调节件设置于所述泥浆通道内靠近所述钻头的一端，所述流量调节件的中心处沿轴向设置有节流孔。本申请中流量调节件调节近钻头的泥浆流量，进而调节钻具内外的压力差，再进而调节推靠机构的输出力。

进一步的，所述旋转主轴沿周向均匀设置有三个所述推靠机构，每个推靠机构均配合设置有所述执行机构，所述旋转主轴上设置用于放置所述执行机构的槽结构，所述槽结构底端分别设置用于所述泥浆通道连通的连接孔。

本申请的有益效果如下：

1、本申请执行机构设置从动阀芯可以进一步提高响应速度的基础上，还能有效降低系统功耗；

2、本申请中通过主动阀芯与从动阀芯的联动配合完成压力输出的过程，相比于单一结构，即仅使用主动阀芯传输过程更稳定、且可以根据实际应用场景灵活变化，即改变从动阀芯的结构就能改变输出力的大小；

3、本申请中盲孔的开设，一方面是为了降低从动阀芯的重量，即为了尽可能降低主动阀芯的功耗，使得主动阀芯更容易驱动从动阀芯的运动；另一方面是为了进一步提高压力输入时的泥浆流通量，加快响应速度；

4、本申请通过设置第一限位部和第二限位部可以对从动阀芯的运动起到限定作用，对从动阀芯的运动轨迹进行限定，提高从动阀芯的工作效率；

5、本申请中外壳体起到的作用是，利用外壳体将主动阀芯和从动阀芯集成为一个整体，一方面使得主动阀芯和从动阀芯的安装更方便，另一方面是更方便执行机构可拆卸的进行安装、维修；

6、本申请中卡接凹槽的存在，可以一定程度增大从动阀芯的体积，有利于增大泥浆通过从动阀芯的流通量进而提高压力输出力；

7、本申请中第一连接孔和第二连接孔设置的作用，一方面是为了尽可能减轻阀芯轴的重量，进一步降低功耗；另一方面是为了将压力输入通道和压力输出通道分开，不同作用的流体在不同的连接孔中进行流通，更好的对泥浆流体起到导向作用且互不影响；

8、本申请中密封件以及平衡柱塞的作用是为了保护电磁阀，防止泥浆进入；本申请中平衡柱塞的另一个作用是实现执行机构内部与外部泥浆的压力平衡，能够自适应外界温度及压力的变化；

9、本申请中流量调节件调节近钻头的泥浆流量，进而调节钻具内外的压力差，再进而调节推靠机构的输出力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请中一种旋转导向装置的结构示意图；

图2为本申请中一种执行机构处于初始状态时的结构示意图；

图3为图2中执行机构处于工作状态时的结构示意图；

图4为本申请中另一种执行机构处于初始状态时的结构示意图；

图5为图4中执行机构处于工作状态时的结构示意图；

图6为本申请中一种推靠机构的结构示意图；

图7为本申请中旋转导向装置的控制系统原理图。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

实施例1

本实施例中的一种用于旋转导向装置的执行机构，如图2和图3所示，包括主动阀芯1、从动阀芯2、第一空腔3、第二空腔4和高压泥浆驱动通道5，主动阀芯1通过第一空腔3与从动阀芯2相连，从动阀芯2两侧分别与第一空腔3和第二空腔4毗邻，第一空腔3包括与低压泥浆连通的第一低压口301，第一空腔3还包括与高压泥浆连通的第一高压口302，第二空腔4包括与低压泥浆连通的第二低压口401，第二空腔4还包括与高压泥浆连通的第二高压口402，主动阀芯1能够在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置时，如图2所示，第一低压口301打开且第一高压口302关闭；在第二位置时，如图3所示，第一低压口301关闭且第一高压口302打开；从动阀芯2能够在第三位置和第四位置之间移动，在第三位置时，如图2所示，第二低压口401打开且第二高压口402关闭，在第四位置时，如图3所示，第二低压口401关闭且第二高压口402打开；当主动阀芯1从第一位置移动至第二位置，从动阀芯2响应于主动阀芯1而移动，即从动阀芯2从第三位置移动至第四位置；高压泥浆驱动通道5与第二空腔4相连通。

本实施例中的执行机构在使用时，处于初始状态时，如图2所示，主动阀芯1位于第一位置，从动阀芯2位于第三位置，此时低压泥浆从第一低压口301流入第一空腔3，低压泥浆从第二低压口401流入第二空腔4，第一空腔3和第二空腔4的压力相同，所以从动阀芯2处于稳定状态；需要执行机构进行输出压力时，如图3所示，主动阀芯1从第一位置移动至第二位置，高压泥浆从第一高压口302流入第一空腔3中，此时第一空腔3中的压力高于第二空腔4的压力，所以从动阀芯2从第三位置移动至第四位置，高压泥浆从第二高压口402流入第二空腔4进而流入高压泥浆驱动通道5就可以向外输出压力；压力输出完毕需要泄压时，主动阀芯1从第二位置回到第一位置，第一空腔3中的高压泥浆从第一低压口301流出，第二空腔4中的压力高于第一空腔3中的压力使得从动阀芯2从第四位置回到第三位置，第二空腔4中的高压泥浆从第二低压口401流出完成泄压过程。

可以理解的是，本实施例中的主动阀芯1的结构可以使用如专利文件CN110130830A中的无刷电机、丝杠机构、阀芯组合的结构。

可以理解的是，本实施例中的主动阀芯1和从动阀芯2安装时，可以将主动阀芯1和从动阀芯2依次安装于钻具本体里，或者可以先把主动阀芯1和从动阀芯2安装于一个壳体中，再将壳体整体安装于钻具本体中。

可以理解的是，高压泥浆和低压泥浆的形成是本领域技术人员的公知常识，即高压泥浆是钻具中心的孔洞中流入的泥浆，低压泥浆是钻具外围的泥浆。

可以理解的是，为了限定从动阀芯2的运动，在从动阀芯2两侧设置有第一限位部和第二限位部，限制从动阀芯2只能在第一限位部和第二限位部之间运动，限位部可以是卡接槽或凸块等结构。

可以理解的是，本实施例中主动阀芯1和从动阀芯2的结构不限于图示中的结构，可以根据本领域技术人员在实际工作中进行调整。

实施例2

本实施例中的一种用于旋转导向装置的执行机构，如图4和图5所示，包括主动阀芯1、从动阀芯2、第一空腔3、第二空腔4和高压泥浆驱动通道5，主动阀芯1通过第一空腔3与从动阀芯2相连，从动阀芯2两侧分别与第一空腔3和第二空腔4毗邻，第一空腔3包括与低压泥浆连通的第一低压口301，第一空腔3还包括与高压泥浆连通的第一高压口302，第二空腔4包括与低压泥浆连通的第二低压口401，第二空腔4还包括与高压泥浆连通的第二高压口402，高压泥浆驱动通道5包括与高压泥浆连通的第三高压口501，高压泥浆驱动通道5还包括与低压泥浆连通的第三低压口502。

本实施例中的执行机构在使用时，处于初始状态时，如图4所示，主动阀芯1位于第一位置，此时第一高压口302开通、第一低压口301关闭，高压泥浆从第一高压口302流入第一空腔3中，从动阀芯2位于第三位置，此时第二高压口402开通、第二低压口401关闭，高压泥浆从第二高压口402流入第二空腔4，由于第一空腔3和第二空腔4不存在压差，所以从动阀芯2处于稳定状态，需要执行机构输出高压泥浆时，如图5所示，主动阀芯1从第一位置移动至第二位置，此时第一高压口302关闭、第一低压口301开启，第一空腔3中的压力降低，由于第二空腔4中存在高压，所以从动阀芯2从第三位置移动至第四位置，此时，第二高压口402关闭、第二低压口401开启，同时，当从动阀芯2移动至第四位置时，第三高压口501开启，高压泥浆进入高压泥浆驱动通道5进行高压输出。输出动作结束后，主动阀芯1从第二位置回到第一位置，第一高压口302开启，使得从动阀芯2从第四位置回到第三位置，第三低压口502打开，高压泥浆驱动通道5中的高压泥浆从第三低压口502流出进行泄压。

可以理解的，本实施例中的从动阀芯2包括第一阀芯201和第二阀芯202，第一阀芯201通过滑动杆203与第二阀芯202相连，第一阀芯201和第二阀芯202之间还设置有阻挡部204，滑动杆203在阻挡部204中心处的孔洞中滑动。

可以理解的，本实施例中主动阀芯1和从动阀芯2的结构不限于图示中的结构，可以根据本领域技术人员在实际工作中进行调整。

实施例3

本实施例中的一种用于旋转导向装置的执行机构，在实施例1的基础上进一步对主动阀芯1、从动阀芯2的结构进行说明，如图2和图3所示，主动阀芯1包括驱动件101和阀芯轴102，阀芯轴102一端与驱动件101相连，阀芯轴102另一端与第一空腔3相邻，阀芯轴102靠近第一空腔3的一端分别开设有第一连接孔1021和第二连接孔1022，第一空腔3通过第一连接孔1021与第一低压口301相连通，第一空腔3通过第二连接孔1022与第一高压口302相连通；驱动件101为电磁阀，阀芯轴102通过弹簧103与电磁阀相连。从动阀芯2在远离第一空腔3的一端开设盲孔211，从动阀芯2在盲孔211处的侧壁开设用于与第二高压口402相连通的开口212。

本实施例中的电磁阀用于驱动阀芯轴102的往复运动。电磁阀未通电时，阀芯轴102处于第一位置，如图2所示，电磁阀通电后，阀芯轴102受力到达第二位置，如图3所示；电磁阀断电后，由于弹簧103的设置，阀芯轴102从第二位置自动回位至第一位置。

可以理解的，本实施例中的驱动件101可以为往复式机构，也可以是旋转盘阀结构，对应的既可以用电磁阀驱动，也可以通过电机驱动实现，如电机直接驱动或者电机加滚珠丝杠驱动，对应的驱动器既可以是电磁阀驱动器，也可以是电机驱动器。

实施例4

本实施例中的一种用于旋转导向装置的执行机构，在实施例1的基础上进一步对执行机构的结构进行说明，如图2和图3所示，本实施例中的执行机构还包括外壳体6，主动阀芯1和从动阀芯2沿轴向设置于外壳体6的内部，主动阀芯1通过第一空腔3与从动阀芯2相连，外壳体6侧壁在主动阀芯1处分别开设有第一低压口301和第一高压口302，外壳体6侧壁在从动阀芯2处分别开设有第二低压口401和第二高压口402。外壳体6内壁设置有第一卡接凹槽601和第二卡接凹槽602，第一卡接凹槽601设置于从动阀芯2靠近第一空腔3的一端，第二卡接凹槽602设置于从动阀芯2靠近第二空腔4的一端，从动阀芯2在第一卡接凹槽601和第二卡接凹槽602之间移动。

在外壳体6中还设置有密封件7和平衡柱塞8，密封件7设置于驱动件101远离阀芯轴102的一端，密封件7与驱动件101之间形成第一浸油空间603；平衡柱塞8设置于驱动件101远离密封件7的一端，平衡柱塞8在径向方向上设置于阀芯轴102的外围，驱动件101与平衡柱塞8之间形成第二浸油空间604。

可以理解的，第一低压口301、第一高压口302、第二低压口401、第二高压口402与外界连通处均设置有滤网9。

可以理解的，第一卡接凹槽601和第二卡接凹槽602可以是外壳体6内壁向外围凹陷形成，也可以是与外壳体6相连的连接件形成，具体结构是连接件从外壳体开口一端伸入外壳体6内壁并与外壳体6内壁相连，连接件伸入外壳体6的一端与外壳体6内壁就形成了第二卡接凹槽602。

可以理解的，本实施例中的密封件7为高压密封塞座和高压密封塞的结构，高压密封塞实现电气密封及隔离，可以是二芯或者多芯密封塞，能够承受高压。

可以理解的，本实施例中的平衡柱塞8包括本体801和柱塞密封件802，柱塞密封件802设置于本体801与外壳体6内壁之间以及设置在本体801与阀芯轴102之间，柱塞密封件802用于实现本体801的密封，可以是O型圈，也可以是其它类型的密封圈。

实施例5

本实施例公开了一种旋转导向装置，如图1和图6所示，包括旋转主轴11、钻头12、推靠机构13和执行机构14；旋转主轴11中心处沿轴向开设有泥浆通道15，钻头12与旋转主轴11的一端相连，推靠机构13设置于旋转主轴11靠近钻头12的一端，如图6所示，推靠机构13包括相配合设置的推靠块1301和推靠柱塞1302，推靠块1301设置于推靠柱塞1302的外围；执行机构14设置于旋转主轴11上，执行机构14中的高压泥浆驱动通道5与推靠柱塞1302远离推靠块1301的一端相连通。

本实施例中的推靠机构13靠泥浆动力驱动，旋转主轴11外围的低压泥浆压力小于泥浆通道15中的高压泥浆压力，将执行机构14放置于旋转主轴11中，旋转主轴11外围分别设置有与第一低压口301配合设置的第一低压开口、还设置有与第二低压口401配合设置的第二低压开口，旋转主轴11泥浆通道15处设置有与第一高压口302配合设置的第一高压开口、还设置有与第二高压口402配合设置的第二高压开口，需要进行导向时，执行机构14的工作过程如实施例1中执行机构14的工作过程为例，进行导向时，高压泥浆进入高压泥浆驱动通道5并作用至推靠柱塞1302进而作用于推靠块1301，完成导向过程；导向结束后，执行机构14泄压后，推靠柱塞1302的完全缩回主要靠推靠块1301与井壁的反作用力，从动阀芯2与推靠柱塞1302之间的多余泥浆通过第二低压口401排出。

可以理解的，推靠柱塞1302的完全缩回主要靠推靠块1301与井壁的反作用力，本实施例中的执行机构14在工作时还具有过载保护功能，即当外界振动或者冲击环境恶劣时，执行机构14内部压力增加，此时主动阀芯1往左移动并压缩弹簧103，将多余泥浆从第二低压口401排出，完成了安全保护功能,增加了系统可靠性。

可以理解的，旋转主轴11沿周向均匀设置有三个推靠机构13，每个推靠机构13均配合设置有执行机构14，旋转主轴11上设置用于放置执行机构14的槽结构。

实施例6

本实施例在实施例5的基础上，如图1所示，旋转导向装置中还设置有流量调节件16，流量调节件16设置于泥浆通道15内靠近钻头12的一端，流量调节件16的中心处沿轴向设置有节流孔1601。

流量调节件16调节到近钻头12的流量，进而调节钻具内外的压力差，流量调节件16中可以设置多种不同水眼尺寸的节流口，可调节仪器内外的压力差，进而调节推靠柱塞1302的输出力大小。

实施例7

本实施公开了一种旋转导向装置的控制系统，如图7所示，包括主控单元17、驱动器18和近钻头单元19，近钻头单元19与主控单元17相连，主控单元17通过驱动器18与执行机构14相连，近钻头单元19包括动态测量传感器，可测量近钻头井斜、方位、工具面、伽马等信息，与主控单元17和驱动器18配合实现闭环控制，具备地质导向功能。主控单元17将地面指令传输至驱动器18，并将接收到的井下信息进行上传。

地面指令一般为工具面的控制指令，具体为导向力的方向和造斜率的指令。主控单元17接收到地面导向控制指令后，首先采集近钻头单元19信息，时刻监控推靠块1301的位置，当其中一个推靠块1301位置处于期望导向力范围内时，启动驱动器18和执行机构14动作，完成一次作用力的输出，理论上来讲主轴每转1圈最多可以输出三次作用力，但考虑到期望造斜率大小的限制，有可能主轴每转一圈三个柱塞只输出一次或者两次作用力，类似与电气控制中的PWM调制方法，具体输出占比要根据实际作业要求来决定。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种用于旋转导向装置的执行机构，其特征在于，包括：主动阀芯、从动阀芯、第一空腔、第二空腔和高压泥浆驱动通道；

所述第一空腔包括与低压泥浆连通的第一低压口，所述第一空腔还包括与高压泥浆连通的第一高压口，所述主动阀芯可选择的开闭所述第一低压口和所述第一高压口以调节所述第一空腔中的压力，

所述从动阀芯两侧分别与所述第一空腔和所述第二空腔毗邻，所述从动阀芯响应于所述第一空腔和所述第二空腔之间的压差而移动，

所述从动阀芯与所述高压泥浆驱动通道连接，所述高压泥浆驱动通道响应于所述从动阀芯的移动在打开状态和关闭状态之间进行切换。

2.根据权利要求1所述的一种执行机构，其特征在于，所述第二空腔包括与低压泥浆连通的第二低压口，所述第二空腔还包括与高压泥浆连通的第二高压口，

所述主动阀芯在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置时，所述第一低压口打开且所述第一高压口关闭；在所述第二位置时，所述第一低压口关闭且所述第一高压口打开；

所述从动阀芯在第三位置和第四位置之间移动，在所述第三位置时，所述第二低压口打开且所述第二高压口关闭，在所述第四位置时，所述第二低压口关闭且所述第二高压口打开；

当所述主动阀芯从所述第一位置移动至所述第二位置，所述从动阀芯响应于所述主动阀芯而移动，所述从动阀芯从所述第三位置移动至所述第四位置；所述高压泥浆驱动通道与所述第二空腔相连通。

3.根据权利要求1所述的一种执行机构，其特征在于，还包括第一限位部和第二限位部，所述从动阀芯在所述第一限位部和所述第二限位部之间移动，所述第一限位部设置于所述第一空腔与所述从动阀芯之间，所述第二限位部设置于所述第二空腔与所述从动阀芯之间。

4.根据权利要求2所述的一种执行机构，其特征在于，还包括外壳体，所述主动阀芯和所述从动阀芯沿轴向设置于所述外壳体的内部，所述主动阀芯通过所述第一空腔与所述从动阀芯相连，所述外壳体侧壁在所述主动阀芯处分别开设有所述第一低压口和所述第一高压口，所述外壳体侧壁在所述从动阀芯处分别开设有所述第二低压口和所述第二高压口。

5.根据权利要求4所述的一种执行机构，其特征在于，所述外壳体内壁设置有第一卡接凹槽和第二卡接凹槽，所述第一卡接凹槽设置于所述从动阀芯靠近所述第一空腔的一侧，所述第二卡接凹槽设置于所述从动阀芯靠近所述第二空腔的一侧，所述从动阀芯在所述第一卡接凹槽和所述第二卡接凹槽之间移动。

6.根据权利要求1所述的一种执行机构，其特征在于，所述主动阀芯包括驱动件和阀芯轴，所述阀芯轴一端与所述驱动件相连，所述阀芯轴另一端与所述第一空腔相邻，所述阀芯轴靠近所述第一空腔的一端分别开设有第一连接孔和第二连接孔，所述第一空腔通过所述第一连接孔与所述第一低压口相连通，所述第一空腔通过所述第二连接孔与所述第一高压口相连通；所述驱动件为电磁阀，所述阀芯轴通过弹簧与所述电磁阀相连。

7.根据权利要求6所述的一种执行机构，其特征在于，还包括密封件和平衡柱塞，所述密封件设置于所述驱动件远离所述阀芯轴的一端，所述密封件与所述驱动件之间形成第一浸油空间；

所述平衡柱塞设置于所述驱动件远离所述密封件的一端，所述平衡柱塞在径向方向上设置于所述阀芯轴的外围，所述驱动件与所述平衡柱塞之间形成第二浸油空间。

8.根据权利要求2所述的一种执行机构，其特征在于，所述从动阀芯在远离所述第一空腔的一端开设盲孔，所述从动阀芯在所述盲孔处的侧壁开设用于与所述第二高压口相连通的开口。

9.一种旋转导向装置，其特征在于，包括

旋转主轴，所述旋转主轴中心处沿轴向开设有泥浆通道，

钻头，所述钻头与所述旋转主轴的一端相连，

推靠机构，所述推靠机构设置于所述旋转主轴靠近所述钻头的一端，所述推靠机构包括相配合设置的推靠块和推靠柱塞，所述推靠块设置于所述推靠柱塞的外围；

权利要求1-7任意一项的执行机构，所述执行机构设置于所述旋转主轴上，所述执行机构中的高压泥浆驱动通道与所述推靠柱塞远离所述推靠块的一端相连通。

10.根据权利要求9所述的一种旋转导向装置，其特征在于，还包括流量调节件，所述流量调节件设置于所述泥浆通道内靠近所述钻头的一端，所述流量调节件的中心处沿轴向设置有节流孔。

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