CN112377130B - 一种带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液压技术领域，公开了一种带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路，包括由电机带动的双联泵形成的两个液压系统，所述双联泵包括大泵和小泵，由大泵带动的液压系统称为大泵系统，由小泵带动的液压系统称为小泵系统；所述大泵系统包括取芯模块A1和切换模块A2，所述小泵系统包括推靠模块A3和测量模块A4。本申请所述液压回路为整个地层取芯及原位测量装置提供动力，根据油田勘探开发要求，地层测试液压系统能够控制井下仪器依次稳定完成张开推靠臂—钻头钻取岩心—钻进—折心—钻头收回—模块切换—探头测量—岩心冲针推出—收回推靠臂—储芯等一系列动作，从而完成取芯和测量任务。

Description

一种带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路
技术领域
本发明涉及液压技术领域，具体涉及一种带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路。
背景技术
在油田勘探过程中，岩芯是发现油气层和研究地层、生油层、储油层、盖层、构造等的重要资料，通过对岩芯的观察研究，可以直接地了解地下岩层的岩性、物性和含油、气、水产状特征。油田投入开发后，要通过岩芯进一步研究和认识油层沉积特征，储层的物性、孔隙结构、润湿性、相对渗透率、岩相特征，油层物理模拟和油层水淹规律；认识和掌握不同开发阶段、不同含水阶段油层水淹特征，搞清剩余油分布，为油田开发方案设计，层系、井网调整和加密井提供科学依据。取岩芯是在钻井过程中使用特殊的取芯工具把地下岩石成块地取到地面上来，通过它可以测定岩石的各种性质，直观地研究地下构造和岩石沉积环境，了解其中的流体性质等。在矿产勘探和开发过程中，向井内下入取芯工具，钻取出的岩芯样品，并存储在岩芯存储舱中，在设备上升过程中，岩芯存储舱的温度、压力等环境参数会降低，使得岩芯不能保持其在原位环境下的状态。
现有的钻进式井壁取芯器不具有在井下进行原位测量的功能。从提取岩心到输送至地面的过程中，岩样经过撞击遭到破坏，使得岩芯不能保持其在原位环境下的状态。因此地面测量岩心相关参数，并不具有多大的参考性。原位测量仪器是指在岩土层原来所处的位置，基本保持的天然结构,天然含水量以及天然应力状态下，测定岩土的工程力学性质指标。
因此，需要发明一种用于地层取芯及原位测量仪器的液压回路，使井下原位测量在保留原有优点的情况下进一步提升其液压系统工作稳定性，为井壁取芯器完成钻进取芯和探头测量提供动力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在保留原有取芯器液压系统优点的基础上，创新设计的带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路，为整个地层取芯及原位测量装置提供动力。
为实现以上目的，本发明提供的带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路，采用如下技术方案：
一种带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路，包括由电机带动的双联泵形成的两个液压系统，所述双联泵包括大泵和小泵，由大泵带动的液压系统称为大泵系统，由小泵带动的液压系统称为小泵系统；所述大泵系统包括取芯模块A1和切换模块A2，所述小泵系统包括推靠模块A3和测量模块A4；
所述取芯模块A1包括顺次连接的马达电磁换向阀和液压马达；
所述切换模块A2包括主液压缸及主液压缸前设置的三位四通换向电磁阀；
所述推靠模块A3包括推芯缸Ⅰ、推芯缸Ⅱ以及推靠(推芯)电磁阀；
所述测量模块A4包括4条并联组成的探头液压支路，每条探头液压支路包括小泵连接单向阀引出的一条支路为测量模块输入流量，以及顺次连接的减压阀Ⅱ、流量计、两位三通换向阀和探头。
进一步地，所述大泵通过马达电磁换向阀连接液压马达，所述液压马达连接空心钻头。
进一步地，所述液压回路还包括伺服控制系统，所述伺服控制系统连接马达电磁换向阀。
进一步地，所述液压马达前还包括顺次连接的调速阀、滑块液压缸和滑块。
进一步地，所述三位四通换向电磁阀前安装有顺序阀Ⅰ。
进一步地，所述小泵通过滤油器后再连接推靠模块A3和测量模块A4。
进一步地，所述双联泵前设置有滤油网。
进一步地，所述推芯缸Ⅰ连接推靠臂Ⅰ，所述推芯缸Ⅱ连接推靠臂Ⅱ。
进一步地，所述小泵的出口端连接有压力传感器Ⅱ和安全阀，大泵的出口端连接有压力传感器Ⅰ。
进一步地，所述伺服控制系统连接三位四通换向电磁阀和推靠电磁阀。
本申请带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路工作原理如下：
电机开启后，大泵系统和小泵系统开始工作。小泵工作系统首先向蓄能器供油，并建立起工作压力；当推靠(推芯)电磁换向阀换向时，推芯缸1、推芯缸2的活塞杆推出，使推靠臂张开，液压系统下部则被稳定地推靠在井壁上，同时液压油进入推芯缸有杆腔，岩心推针从钻头中收回到推芯缸内。为钻取岩心做好准备。当马达电磁阀换向，大泵系统很快建立起工作压力，液压马达以一定转速带动钻头转动。当压力油进入调速器滑块液压缸的活塞杆收回，使液压马达按导板设定轨迹运动，完成钻进取芯与折心运动。钻头电磁换向阀复位时，滑块液压缸液压活塞杆收回，使液压马达按导板设定轨迹复位，钻头收回；三位四通换向电磁阀阀芯移动至右位，主液压缸有杆腔进油，活塞杆上移带动切换安装快运动，实现钻进取芯机构与探头测量机构的切换。测试器下入待测层段，探头伸出进行地层测试获得在动态条件下地层流体样品类型、产量、地层压力随测试时间变化曲线、压力衰竭等各种特性资料，对资料分析、计算得到渗透率、地层损害程度、油藏压力等参数。当推芯(推靠)电磁阀换向，推芯缸无杆腔推动活塞杆收回，推靠壁收回。同时液压油进入推芯缸无杆腔，岩心推针伸入空心钻头将岩心推进储心桶中，完成储心任务。
使用过程中，测试器下入待测层段，探头伸出进行地层测试获得在动态条件下地层流体样品类型、产量、地层压力随测试时间变化曲线、压力衰竭等各种特性资料，对资料分析、计算得到渗透率、地层损害程度、油藏压力等参数。
本申请所述液压回路为整个地层取芯及原位测量装置提供动力，根据油田勘探开发要求，地层测试液压系统能够控制井下仪器依次稳定完成张开推靠臂—钻头钻取岩心—钻进—折心—钻头收回—模块切换—探头测量—岩心冲针推出—收回推靠臂—储芯等一系列动作，从而完成取芯和测量任务。
附图说明
图1为实施例1带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路结构示意图；
图中附图标记：
A1-取芯模块，A2-切换模块，A3-推靠模块，A4-测量模块；1-小泵，2-大泵，3-电机，4-滤油网，5-滤油器，6-主液压缸，7-三位四通换向电磁阀，8-顺序阀Ⅰ，9-推靠臂Ⅰ，10-推芯缸Ⅰ，11-调速阀，12-滑块液压缸活塞杆，13-岩心推针，14-滑块，15-液压马达，16-推芯缸Ⅱ，17-推靠臂Ⅱ，18-减压阀Ⅱ，19-流量计，20-两位三通阀，21-探头，22-顺序阀Ⅱ，23-溢流阀，24-蓄能器，25-滑块位置电磁阀，26-减压阀Ⅱ，27-马达电磁换向阀，28-单向阀Ⅰ，29-单向阀Ⅱ，30-压力传感器Ⅰ，31-压力传感器Ⅱ，32-安全阀，33-推靠电磁阀。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种新型带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路，包括由电机3带动的双联泵形成的两个液压系统，所述双联泵包括大泵2和小泵1，由大泵带动的液压系统称为大泵系统，由小泵带动的液压系统称为小泵系统；所述大泵系统包括取芯模块A1和切换模块A2，所述小泵系统包括推靠模块A3和测量模块A4；
所述取芯模块A1包括顺次连接的马达电磁换向阀27和液压马达15；所述大泵通过马达电磁换向阀连接液压马达，所述液压马达连接空心钻头，带动空心钻头钻取岩心；所述液压回路还包括伺服控制系统，所述伺服控制系统连接马达电磁换向阀。
所述切换模块A2包括主液压缸(6)及主液压缸前设置的三位四通换向电磁阀(7)，所述主液压缸连接装载有取芯钻头的取芯模块与转载有测量探头(21)的测量模块，用于快速切换取芯机构与探头测量机构；所述取芯钻头内还设置有岩心推针13；
所述推靠模块A3包括推芯缸Ⅰ(10)、推芯缸Ⅱ(16)以及推靠(推芯)电磁阀(33)，推靠电磁阀(33)分别与推芯缸Ⅰ(10)和推芯缸Ⅱ(16)连接；
所述测量模块A4包括4条并联组成的探头液压支路，每条探头液压支路包括小泵连接单向阀引出的一条支路为测量模块输入流量，以及顺次连接的减压阀Ⅱ(18)、流量计(19)、两位三通换向阀(20)和探头(21)。
所述液压马达前还包括顺次连接的调速阀(11)、滑块液压缸(12)和滑块(14)。
本实施例中，所述三位四通换向电磁阀前安装有顺序阀Ⅰ(8)；
所述小泵通过滤油器(5)后再连接推靠模块A3和测量模块A4；
所述双联泵前设置有滤油网(4)；
所述推芯缸Ⅰ连接推靠臂Ⅰ(9)，所述推芯缸Ⅱ连接推靠臂Ⅱ(17)；
所述小泵通过顺序阀Ⅱ(22)与测量模块A4连接。
所述小泵1还包括一条支路串联连接减压阀(26)与溢流阀(23)；
所述小泵1还包括一条支路并联连接蓄能器(24)和滑块位置电磁阀(25)；
所述小泵1通过单向阀Ⅰ(28)连接马达电磁换向阀27，小泵1通过单向阀Ⅱ(29)连接蓄能器(24)；
所述小泵1的出口端连接有压力传感器Ⅱ(31)和安全阀(32)，大泵(2)的出口端连接有压力传感器Ⅰ(30)。
所述伺服控制系统连接三位四通换向电磁阀和推靠电磁阀，以及滑块位置电磁阀。
所述带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路，工作原理如下：
电机开启后，大泵系统和小泵系统开始工作。小泵工作系统首先向蓄能器供油，并建立起工作压力；当推靠(推心)电磁换向阀换向时，推靠缸1、推靠缸2的活塞杆推出，使推靠臂张开，液压系统下部则被稳定地推靠在井壁上，同时液压油进入推芯缸有杆腔，岩心推针从钻头中收回到推芯缸内，为钻取岩心做好准备。当马达电磁阀换向，大泵系统很快建立起工作压力，液压马达以一定转速带动钻头转动。当压力油进入调速器滑块液压缸的活塞杆收回，使液压马达按导板设定轨迹运动，完成钻进取心与折心运动。钻头电磁换向阀复位时，滑块液压缸液压活塞杆收回，使液压马达按导板设定轨迹复位。钻头收回。
切换电磁阀阀芯移动至右位，切换液压缸有杆腔进油，活塞杆上移带动切换安装快运动，实现钻进取心机构与探头测量机构的切换。测试器下入待测层段，探头伸出进行地层测试获得在动态条件下地层流体样品类型、产量、地层压力随测试时间变化曲线、压力衰竭等各种特性资料，对资料分析、计算得到渗透率、地层损害程度、油藏压力等参数。当推芯(推靠)电磁阀换向，推靠缸无杆腔推动活塞杆收回，推靠壁收回。同时液压油进入推芯缸无杆腔，岩心推针伸入空心钻头将岩心推进储心桶中，完成储心任务。
具体包括以下过程：
1)推靠过程：当仪器工作时，电机(3)带动大泵(2)和小泵(1)系统开始工作。小泵(1)系统首先向蓄能器(24)供油，并快速建立起工作压力；当控制推芯缸电磁阀换向时，两个推芯缸的活塞杆伸出，使推靠臂张开将仪器紧紧稳定在井壁上，同时液压油进入推芯缸有杆腔，岩心推针从钻头中收回到推芯缸内，为钻取岩心做好准备；
2)钻芯取芯过程：滑块液压缸活塞杆(12)收回，主液压缸(6)活塞杆无动作，通过两个液压缸的配合动作使液压马达沿着滑块导轨的设定轨迹运动，完成钻头伸出和折芯动作。将液压伺服系统置于两个油路之间，该系统将小泵油路通过减压阀(26)、溢流阀(23)后得到一个相对稳定的调控压强，再将调控压强与大泵压强一起组成一个渐变开关，这个渐变开关作用于滑块液压缸、控制钻头的钻进速度。当旋转控制的马达电磁换向阀(27)复位时，滑块液压缸活塞杆(12)推出液压马达按导板轨迹复位，将钻头收回。与此同时，推芯缸活塞推出，将钻头中的岩心推入储芯筒。
3)测量模块
测量模块由四颗探头组成。将小泵油路压强减压，两位三通阀(20)移至左位，使油路导通控制单作用液压缸(21)推动活塞正向运动，从而推出探头进行测量。两位三通阀(20)移至右位时油路接通油箱，单作用液压缸反向运动依靠弹簧力复位，探头收回。
4)模块切换过程
滑块液压缸活塞杆(12)无动作，伺服阀控制主液压缸(6)活塞杆运动，主液压缸活塞杆(6)连接装有钻头与探头的骨架，即液压马达沿滑块径向滑槽移动，且方向保持不变。再通过主液压活塞杆与滑块液压活塞同时动作，使测量探头移动到原钻孔位置，完成取芯模块与测量模块的切换。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路，其特征在于，包括由电机带动的双联泵形成的两个液压系统，所述双联泵包括大泵和小泵，由大泵带动的液压系统称为大泵系统，由小泵带动的液压系统称为小泵系统；所述大泵系统包括取芯模块A1和切换模块A2，所述小泵系统包括推靠模块A3和测量模块A4；
所述取芯模块A1包括顺次连接的马达电磁换向阀和液压马达；
所述切换模块A2包括主液压缸及主液压缸前设置的三位四通换向电磁阀；
所述推靠模块A3包括推芯缸Ⅰ10、推芯缸Ⅱ16以及推靠电磁阀；
所述测量模块A4包括4条并联组成的探头液压支路，每条探头液压支路包括小泵连接单向阀引出的一条支路为测量模块输入流量，以及顺次连接的减压阀Ⅱ、流量计、两位三通换向阀和探头；
所述大泵通过马达电磁换向阀连接液压马达，所述液压马达连接空心钻头。
2.根据权利要求1所述带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路，其特征在于，还包括伺服控制系统，所述伺服控制系统连接马达电磁换向阀。
3.根据权利要求1所述带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路，其特征在于，所述液压马达前还包括顺次连接的调速阀、滑块液压缸和滑块。
4.根据权利要求1所述带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路，其特征在于，所述三位四通换向电磁阀前安装有顺序阀Ⅰ。
5.根据权利要求1所述带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路，其特征在于，所述小泵通过滤油器后再连接推靠模块A3和测量模块A4。
6.根据权利要求1所述带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路，其特征在于，所述双联泵前设置有滤油网。
7.根据权利要求1所述带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路，其特征在于，所述推芯缸Ⅰ连接推靠臂Ⅰ，所述推芯缸Ⅱ连接推靠臂Ⅱ。
8.根据权利要求1所述带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路，其特征在于，所述小泵的出口端连接有压力传感器Ⅱ和安全阀，大泵的出口端连接有压力传感器Ⅰ。
9.根据权利要求2所述带有原位测量装置的地层取芯仪器的液压回路，其特征在于，所述伺服控制系统连接三位四通换向电磁阀和推靠电磁阀。
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