CN112554793A - 一种实时调节液压装置推力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实时调节液压装置推力的方法，该方法包括：步骤S1、建立坐标系，令y轴方向与第一液压装置的推力F₁方向相同；步骤S2、将第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃在坐标系中合成，得到合成后的合力∑F；步骤S3、基于合成后的合力∑F和钻头的期望侧向合力F求出推力系数K；步骤S4、基于液压装置的最大值和最小值求出初始化推力值f₀；步骤S5、基于钻头的期望侧向合力F、钻头的期望侧向合力F与第一液压装置的推力F₁的夹角δ、初始化推力值f₀和推力系数K求出第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃。本发明可以根据三个液压装置相对于重力高边的位置实时调节三个液压装置的推力，从而保证钻头侧向力的大小和方向恒定。

Description

一种实时调节液压装置推力的方法

技术领域

本发明涉及液压装置技术领域，尤其涉及一种实时调节液压装置推力的方法。

背景技术

推靠式旋转导向系统的工作原理是调节钻井仪器上液压装置的推力，从而给钻头提供侧向力，进而控制井眼轨迹。

现有的旋转导向系统，三个液压装置在一个平面上相互间隔120°分布在旋转导向系统上。旋转导向系统在钻井过程中，由于三个液压装置相对于重力高边的位置在变化，所以需要实时调节三个液压装置的推力使钻头得到一个恒定大小和方向的力，从而控制钻头往设定方向钻进。

目前，没有相关的技术可以保证钻头侧向力的大小和方向恒定。

发明内容

本发明提供了一种实时调节液压装置推力的方法，根据三个液压装置相对于重力高边的位置实时调节三个液压装置的推力，能够解决钻头侧向力的大小和方向恒定的技术问题。

解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种实时调节液压装置推力的方法，该方法包括：

步骤S1、建立坐标系，令y轴方向与第一液压装置的推力F₁方向相同；

步骤S2、将第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃在坐标系中合成，得到合成后的合力ΣF；

步骤S3、基于合成后的合力ΣF和钻头的期望侧向合力F求出推力系数K；

步骤S4、基于第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃的最大值和最小值求出初始化推力值f₀；

步骤S5、基于钻头的期望侧向合力F、钻头的期望侧向合力F与第一液压装置的推力F₁的夹角δ、初始化推力值f₀和推力系数K求出第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃。

优选的，通过下述等式基于钻头的期望侧向合力F、钻头的期望侧向合力F与第一液压装置的推力F₁的夹角δ、初始化推力值f₀和推力系数K计算第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃：

F₁＝f₀+KFcosδ；

F₂＝f₀+KFcos(δ-120°)；

F₃＝f₀+KFcos(δ-240°)。

优选的，通过下式求出δ：

δ＝β-θ；

式中，β为钻头的期望侧向合力F与重力高边的夹角；θ为第一液压装置的推力F₁与重力高边的夹角。

优选的，将第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃在坐标系中合成，得到合成后的合力ΣF包括：

在坐标系中对第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃进行x方向上的合成得到x方向的合力F_x；

在坐标系中对第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃进行y方向上的合成得到y方向的合力F_y；

基于x方向的合力F_x和y方向的合力F_y得到合成后的合力ΣF。

优选的，通过下式得到x方向的合力F_x：

F_x＝1.5KFsinδ；

通过下式得到y方向的合力F_y：

F_y＝1.5KFcosδ；

通过下式得到合成后的合力∑F：

优选的，该方法还包括：通过下式验证第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃合成后的合力∑F与钻头的期望侧向合力F方向相同：

优选的，通过下式求出推力系数K：

ΣF＝F。

优选的，通过下式求出初始化推力值f₀：

f₀-0.667F＝M；

f₀+0.667F＝N；

f₀＝0.5(N+M)；

式中，M为第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃的最大值，N为第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃的最小值；所述第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃的最大值相等；所述第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃的最小值相等。

本发明基于钻头的期望侧向合力F、钻头的期望侧向合力F与第一液压装置的推力F₁的夹角δ、初始化推力值f₀和推力系数K能够求出第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃，可以根据三个液压装置相对于重力高边的位置实时调节三个液压装置的推力，从而保证钻头侧向力的大小和方向恒定。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种液压装置推力分布示意图。

图2为本发明实时调节液压装置推力方法的流程图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、第一液压装置；2、第二液压装置；3、第三液压装置；4、旋转导向系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一种液压装置推力分布示意图。如图1所示，第一液压装置1、第二液压装置2和第三液压装置3分布在旋转导向系统4上，它们在一个平面上，且相互间隔120°。F₁为第一液压装置1的推力，F₂为第二液压装置2的推力，F₃为第三液压装置3的推力，F为钻头的期望侧向合力。

图2为本发明实时调节液压装置推力方法的流程图。参照图2，本发明的一种实时调节液压装置推力的方法，该方法包括：

步骤S1、建立坐标系，令y轴方向与第一液压装置1的推力F₁方向相同；

步骤S2、将第一液压装置1的推力F₁、第二液压装置2的推力F₂和第三液压装置3的推力F₃在坐标系中合成，得到合成后的合力∑F；

步骤S3、基于合成后的合力∑F和钻头的期望侧向合力F求出推力系数K；

步骤S4、基于第一液压装置1的推力F₁、第二液压装置2的推力F₂和第三液压装置3的推力F₃的最大值和最小值求出初始化推力值f₀；

步骤S5、基于钻头的期望侧向合力F、钻头的期望侧向合力F与第一液压装置1的推力F₁的夹角δ、初始化推力值f₀和推力系数K求出第一液压装置1的推力F₁、第二液压装置2的推力F₂和第三液压装置3的推力F₃。

本发明通过下述等式基于钻头的期望侧向合力F、钻头的期望侧向合力F与第一液压装置的推力F₁的夹角δ、初始化推力值f₀和推力系数K计算第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃：

F₁＝f₀+KFcosδ； (1)

F₂＝f₀+KFcos(δ-120°)； (2)

F₃＝f₀+KFcos(δ-240°)。 (3)

本发明通过下式求出钻头的期望侧向合力F与第一液压装置1的推力F₁的夹角δ：

δ＝β-θ； (4)

式中，β为钻头的期望侧向合力F与重力高边的夹角；θ为第一液压装置1的推力F₁与重力高边的夹角。

将第一液压装置1的推力F₁、第二液压装置2的推力F₂和第三液压装置3的推力F₃在坐标系中合成，得到合成后的合力∑F包括如下步骤：

步骤S21、在坐标系中对第一液压装置1的推力F₁、第二液压装置2的推力F₂和第三液压装置3的推力F₃进行x方向上的合成得到x方向的合力F_x：

F_x＝0.866(F₂-F₃)； (5)

基于公式(1)、(2)、(3)、(5)得到x方向的合力F_x＝1.5KFsinδ； (6)

步骤S22、在坐标系中对第一液压装置1的推力F₁、第二液压装置2的推力F₂和第三液压装置3的推力F₃进行y方向上的合成得到y方向的合力F_y：

F_y＝F₁-0.5(F₂+F₃)； (7)

基于公式(1)、(2)、(3)、(7)得到y方向的合力F_y＝1.5KFcosδ； (8)

步骤S23、基于x方向的合力F_x和y方向的合力F_y得到合成后的合力∑F：

本发明中合成后的合力∑F与钻头的期望侧向合力F的大小和方向是相同的。首先，通过下式验证第一液压装置1的推力F₁、第二液压装置2的推力F₂和第三液压装置3的推力F₃合成后的合力∑F与钻头的期望侧向合力F方向是相同的：

然后，基于合成后的合力∑F与钻头的期望侧向合力F的大小相同，通过下式求出推力系数K：

ΣF＝F。 (11)

基于公式(9)和上述公式(10)求出K＝0.667。 (12)

本发明通过下式求出初始化推力值f₀：

f₀-0.667F＝M； (13)

f₀+0.667F＝N； (14)

f₀＝0.5(N+M)； (15)

式中，M为第一液压装置1的推力F₁、第二液压装置2的推力F₂和第三液压装置3的推力F₃的最大值，N为第一液压装置1的推力F₁、第二液压装置2的推力F₂和第三液压装置3的推力F₃的最小值；所述第一液压装置1的推力F₁、第二液压装置2的推力F₂和第三液压装置3的推力F₃的最大值相等；所述第一液压装置1的推力F₁、第二液压装置2的推力F₂和第三液压装置3的推力F₃的最小值相等。其中液压装置的最大值和最小值由液压装置决定。

本发明基于公式(1)、公式(2)、公式(3)、公式(12)和公式(15)得到第一液压装置1的推力F₁、第二液压装置2的推力F₂和第三液压装置3的推力F₃：

F₁＝0.5(M+N)+0.667Fcosδ； (16)

F₂＝0.5(M+N)+0.667Fcos(δ-120°)； (17)

F₃＝0.5(M+N)+0.667Fcos(δ-240°)。 (18)

基于公式(16)、公式(17)和公式(18)，可以根据三个液压装置相对于重力高边的位置实时调节三个液压装置的推力，从而保证钻头侧向力的大小和方向恒定。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种实时调节液压装置推力的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤S1、建立坐标系，令y轴方向与第一液压装置的推力F₁方向相同；

步骤S2、将第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃在坐标系中合成，得到合成后的合力∑F；

步骤S3、基于合成后的合力ΣF和钻头的期望侧向合力F求出推力系数K；

步骤S4、基于第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃的最大值和最小值求出初始化推力值f₀；

步骤S5、基于钻头的期望侧向合力F、钻头的期望侧向合力F与第一液压装置的推力F₁的夹角δ、初始化推力值f₀和推力系数K求出第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃。

2.根据权利要求1所述的一种实时调节液压装置推力的方法，其特征在于，通过下述等式基于钻头的期望侧向合力F、钻头的期望侧向合力F与第一液压装置的推力F₁的夹角δ、初始化推力值f₀和推力系数K计算第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃：

F₁＝f₀+KF cosδ；

F₂＝f₀+KF cos(δ-120°)；

F₃＝f₀+KF cos(δ-240°)。

3.根据权利要求2所述的一种实时调节液压装置推力的方法，其特征在于：通过下式求出钻头的期望侧向合力F与第一液压装置的推力F₁的夹角δ：

δ＝β-θ；

式中，β为钻头的期望侧向合力F与重力高边的夹角；θ为第一液压装置的推力F₁与重力高边的夹角。

4.根据权利要求3所述的一种实时调节液压装置推力的方法，其特征在于：将第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃在坐标系中合成，得到合成后的合力∑F包括：

在坐标系中对第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃进行x方向上的合成得到x方向的合力F_x；

在坐标系中对第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃进行y方向上的合成得到y方向的合力F_y；

基于x方向的合力F_x和y方向的合力F_y得到合成后的合力ΣF。

5.根据权利要求4所述的一种实时调节液压装置推力的方法，其特征在于：通过下式得到x方向的合力F_x：

F_x＝1.5KF sinδ；

通过下式得到y方向的合力F_y：

F_y＝1.5KF cosδ；

通过下式得到合成后的合力∑F：

6.根据权利要求3所述的一种实时调节液压装置推力的方法，其特征在于：该方法还包括：通过下式验证第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃合成后的合力ΣF与钻头的期望侧向合力F方向相同：

7.根据权利要求5所述的一种实时调节液压装置推力的方法，其特征在于：通过下式求出推力系数K：

ΣF＝F。

8.根据权利要求2所述的一种实时调节液压装置推力的方法，其特征在于：通过下式求出初始化推力值f₀：

f₀-0.667F＝M；

f₀+0.667F＝N；

f₀＝0.5(N+M)；

式中，M为第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃的最大值，N为第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃的最小值；所述第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃的最大值相等；所述第一液压装置的推力F₁、第二液压装置的推力F₂和第三液压装置的推力F₃的最小值相等。

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