CN114233193A - 动力头多模式水平定向钻机及其控制方法 - Google Patents

动力头多模式水平定向钻机及其控制方法 Download PDF

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张永华
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卢金龙
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孙杰
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Abstract

本发明提供一种动力头多模式水平定向钻机及控制方法，包括第一泵体、第二泵体、第三泵体、第四泵体、动力头旋转马达、动力头推拉马达、主阀组、第一发动机和第二发动机，主阀组设有旋转阀组和推拉阀组，旋转阀组包括若干个旋转阀，推拉阀组包括若干个推拉阀，第一发动机通过第一泵体和第二泵体连接主阀组，第二发动机通过第三泵体和第四泵体连接主阀组，动力头旋转马达连接主阀组的旋转阀组，动力头推拉马达连接主阀组的推拉阀组。本发明通过主阀组灵活配置，根据定向钻机在不同施工阶段施工时的功率需求特点，实现了总装机功率不变的情况下，现有技术中发动机输出功率无法灵活分配导致的施工效率低下的问题。

Description

动力头多模式水平定向钻机及其控制方法
技术领域
本发明涉及液压控制系统技术领域，具体是动力头多模式水平定向钻机及其控制方法。
背景技术
在目前的水平定向钻机中，动力头旋转装置及推拉装置均由液压系统驱动，且正常钻进过程中动力头旋转与推拉为复合动作。其操作缺点在于，在施工不同阶段旋转泵和推拉泵分配上固定，如两个泵供动力头旋转动作和两个泵供推拉动作，无法灵活配置，而实际施工时，在扩孔时需求旋转功率较大，推拉功率较小，而在拖管阶段，需求旋转功率较小，推拉功率较大。导致扩孔及拖管过程中存在系统提供功率与实际需求功率错位较大，施工效率低下，若旋转泵和推拉泵均按照最大需求功率匹配则造成总装机功率过大，造成较大浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种动力头多模式水平定向钻机及其控制方法。解决了总装机功率不变的情况下，现有技术中泵组无法灵活配置导致的施工效率低下的问题。
本发明是以如下技术方案实现的：动力头多模式控制方法及水平定向钻机，包括第一泵体、第二泵体、第三泵体、第四泵体、动力头旋转马达、动力头推拉马达、主阀组、第一发动机和第二发动机，主阀组设有旋转阀组和推拉阀组，旋转阀组包括若干个旋转阀，推拉阀组包括若干个推拉阀，第一发动机通过第一泵体和第二泵体连接主阀组，第二发动机通过第三泵体和第四泵体连接主阀组，动力头旋转马达连接主阀组的旋转阀组，动力头推拉马达连接主阀组的推拉阀组。
相应地，动力头多模式控制方法及水平定向钻机的控制方法，包括标准模式：旋转阀和推拉阀打开的数量相同，且至少一个旋转阀或推拉阀关闭。
进一步地，还包括旋转优先模式：旋转阀打开的数量大于推拉阀打开的数量。
进一步地，还包括推拉优先模式：推拉阀打开的数量大于旋转阀打开的数量。
进一步地，还包括一键高速模式：推拉阀全部打开，旋转阀全部关闭。
进一步地，动力头多模式控制方法及水平定向钻机，旋转阀组的数量为3个，包括第一旋转阀、第二旋转阀和第三旋转阀；推拉阀组的数量为4个包括第一推拉阀、第二推拉阀、第三推拉阀和第四推拉阀。
相应地，动力头多模式控制方法及水平定向钻机的控制方法，包括标准模式：第一旋转阀和/或第三旋转阀打开供动力头旋转马达执行旋转动作，第二推拉阀和/或第三推拉阀打开供动力头推拉马达执行推拉动作。
进一步地，还包括旋转优先模式：第一旋转阀、第二旋转阀和第三旋转阀打开供动力头旋转马达执行旋转动作，第三推拉阀打开供动力头推拉马达执行推拉动作。
进一步地，还包括推拉优先模式：第一旋转阀打开，供动力头旋转马达执行旋转动作，第二推拉阀、第三推拉阀和第四推拉阀打开供动力头推拉马达执行推拉动作。
进一步地，还包括一键高速模式：第一推拉阀、第二推拉阀、第三推拉阀和第四推拉阀全部打开，3个旋转阀全部关闭。
本发明具有以下优点：本发明的动力头多模式水平定向钻机，通过主阀组灵活配置，根据定向钻机在不同施工阶段施工时的功率需求特点，实现了总装机功率不变的情况下，现有技术中发动机输出功率无法灵活分配导致的施工效率低下的问题。
附图说明
图1是本发明的液压原理示意图；
图2是本发明的主阀组原理示意图；
图3是本发明的控制方法的流程示意图；
图中：1、第一泵体，2、第二泵体，3、动力头旋转马达，4、主阀组，5、动力头推拉马达，6、第四泵体，7、第三泵体，8、第一旋转阀，9、第二旋转阀，10、第三旋转阀，11、第四推拉阀，12、第三推拉阀，13、第二推拉阀，14、第一推拉阀。
具体实施方式
如图1至图2所示的动力头多模式水平定向钻机包括第一泵体1、第二泵体2、第三泵体7、第四泵体6、动力头旋转马达3、动力头推拉马达5和主阀组4，所述的主阀组4包括第一旋转阀8、第二旋转阀9、第三旋转阀10、第一推拉阀14、第二推拉阀13、第三推拉阀12、第四推拉阀11，所述主阀组包含四个进油口，进口油P1与第一泵体1出油口连通，进油口P2与第二泵体2出油口连通，进油口P3与第三泵体7出油口连通，进油口P4与第四泵体6出油口连通。所述的主阀组出口A1、主阀组出口A2、主阀组出口A3、主阀组出口A4通过阀块内部沟通，同时外部与动力头旋转马达3 A口相连；主阀组出口B1、主阀组出口B2、主阀组出口B3、主阀组出口B4通过阀块内部沟通，同时外部与动力头旋转马达3 B口相连；主阀组出口C1、主阀组出口C2、主阀组出口C3、主阀组出口C4通过阀块内部沟通，同时外部与动力头推拉马达5A口相连；主阀组出口D1、主阀组出口D2、主阀组出口D3、主阀组出口D4通过阀块内部沟通，同时外部与动力头推拉马达5 B口相连。所述的主阀组回油口T1与液压油箱相连。所述主阀组通过线束与控制器相连，每一联旋转阀及推拉阀对应控制器不同端口，可单独控制输出。
本发明的动力头多模式水平定向钻机，通过程序控制，分为四种控制模式，分别为标准模式、旋转优先模式、推拉优先模式、一键高速模式。一般地，在导向阶段时，由于动力头旋转动作和推拉动作需求功率较为均衡且较小，此时可用标准模式施工；在扩孔阶段时，由于动力头旋转动作需求功率较大而推拉动作需求功率较小，此时可用旋转优先模式施工，满足旋转大功率需求；在拖管阶段时，动力头推拉动作需求功率较大而旋转动作需求功率较小，此时可用推拉优先模式施工，其中4个泵中3个泵（第二泵体2、第三泵体7、第四泵体6）供推拉动作，1个泵（第一泵体1）供旋转动作，满足推拉大功率需求；另外在换杆过程中，动力头旋转无需动作，要求推拉速度越快越好，此时可用一键高速实现，四个泵均供推拉动作。如此，通过控制器分配控制阀的不同控制模式，可以实现在总装机功率不变的情况下，现有技术中发动机输出功率无法灵活分配导致的施工效率低下的问题。
如图3所示，考虑第一发动机和第二发动机存在不同时开启的情况，本发明技术方案的控制方法为：
步骤一、第一发动机、二均启动，当旋扭旋至标准模式时，控制器根据旋扭当前所处位置，旋转手柄动作时电流输出至第一旋转阀8和第三旋转阀10，推拉手柄动作时电流输出至第二推拉阀13和第三推拉阀12，即第一泵体1、第三泵体7同时供动力头旋转动作，而第二泵体2、第四泵体6同时供动力头推拉动作。
步骤二、第一发动机、二均启动，当旋扭旋至旋转优先模式时，控制器根据旋扭当前所处位置，旋转手柄动作时电流输出至第一旋转阀8、第二旋转阀9和第三旋转阀10，推拉手柄动作时电流输出至第三推拉阀12，即第一泵体1、第二泵体2和第三泵体7同时供动力头旋转动作，而第四泵体6供动力头推拉动作。
步骤三、第一发动机、二均启动，当旋扭旋至推拉优先模式时，控制器根据旋扭当前所处位置，旋转手柄动作时电流输出至第一旋转阀8，推拉手柄动作时电流输出至第二推拉阀13、第三推拉阀12和第四推拉阀11，即第一泵体1供动力头旋转动作，而第二泵体2、第三泵体7、第四泵体6同时供动力头推拉动作。
步骤四、第一发动机、二均启动，当按扭按至一键高速模式时，控制器根据按扭当前所处状态，旋转手柄动作时无电流输出，推拉手柄动作时电流输出至第一推拉阀14、第二推拉阀13、第三推拉阀12和第四推拉阀11，即第一泵体1、第二泵体2、第三泵体7、第四泵体6同时供动力头推拉动作。
步骤五、第一发动机启动，第二发动机不启动，当旋扭旋至标准模式时，控制器根据旋扭当前所处位置，旋转手柄动作时电流只输出至第一旋转阀8，推拉手柄动作时电流只输出至第二推拉阀13，即第一泵体1供动力头旋转动作，而第二泵体2供动力头推拉动作。
步骤六、第一发动机启动，第二发动机不启动，当按扭按至一键高速模式时，控制器根据按扭当前所处状态，旋转手柄动作时无电流输出，推拉手柄动作时电流输出至第一推拉阀14、第二推拉阀13，即第一泵体1、第二泵体2同时供动力头推拉动作。
步骤七、第二发动机启动，第一发动机不启动，当旋扭旋至标准模式时，控制器根据旋扭当前所处位置，旋转手柄动作时电流只输出至第三旋转阀10，推拉手柄动作时电流只输出至第三推拉阀12，即第三泵体7供动力头旋转动作，而第四泵体6供动力头推拉动作。
步骤八、第二发动机启动，第一发动机不启动，当按扭按至一键高速模式时，控制器根据按扭当前所处状态，旋转手柄动作时无电流输出，推拉手柄动作时电流输出至第三推拉阀12、第四推拉阀11，即第三泵体7、第四泵体6同时供动力头推拉动作。
需要说明的是，在本文中，诸如 “步骤一”“步骤二”以及类似的词语不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同情况的应用场景。同样，除非上下文清楚地指明其他情况，否则单数形式的“步骤一”“模式”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。同时在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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发明的限制。且在本发明的附图中，填充图案只是为了区别图层，不做其他任何限定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.动力头多模式控制方法及水平定向钻机，其特征在于：包括第一泵体（1）、第二泵体（2）、第三泵体（7）、第四泵体（6）、动力头旋转马达（3）、动力头推拉马达（5）、主阀组（4）、第一发动机和第二发动机，主阀组（4）设有旋转阀组和推拉阀组，旋转阀组包括若干个旋转阀，推拉阀组包括若干个推拉阀，第一发动机通过第一泵体（1）和第二泵体（2）连接主阀组（4），第二发动机通过第三泵体（7）和第四泵体（6）连接主阀组（4），动力头旋转马达（3）连接主阀组（4）的旋转阀组，动力头推拉马达（5）连接主阀组（4）的推拉阀组。
2.如权利要求1所述的动力头多模式控制方法及水平定向钻机的控制方法，其特征在于，包括标准模式：旋转阀和推拉阀打开的数量相同，且至少一个旋转阀或推拉阀关闭。
3.如权利要求1所述的动力头多模式控制方法及水平定向钻机的控制方法，其特征在于，包括旋转优先模式：旋转阀打开的数量大于推拉阀打开的数量。
4.如权利要求1所述的动力头多模式控制方法及水平定向钻机的控制方法，其特征在于，包括推拉优先模式：推拉阀打开的数量大于旋转阀打开的数量。
5.如权利要求1所述的动力头多模式控制方法及水平定向钻机的控制方法，其特征在于，包括一键高速模式：推拉阀全部打开，旋转阀全部关闭。
6.如权利要求1所述的动力头多模式控制方法及水平定向钻机，其特征在于，旋转阀组的数量为3个，包括第一旋转阀（8）、第二旋转阀（9）和第三旋转阀（10）；推拉阀组的数量为4个包括第一推拉阀（14）、第二推拉阀（13）、第三推拉阀（12）和第四推拉阀（11）。
7.如权利要求6所述的动力头多模式控制方法及水平定向钻机的控制方法，其特征在于，包括标准模式：第一旋转阀（8）和/或第三旋转阀（10）打开供动力头旋转马达（3）执行旋转动作，第二推拉阀（13）和/或第三推拉阀（12）打开供动力头推拉马达（5）执行推拉动作。
8.如权利要求6所述的动力头多模式控制方法及水平定向钻机的控制方法，其特征在于，包括旋转优先模式：第一旋转阀（8）、第二旋转阀（9）和第三旋转阀（10）打开供动力头旋转马达（3）执行旋转动作，第三推拉阀（12）打开供动力头推拉马达（5）执行推拉动作。
9.如权利要求6所述的动力头多模式控制方法及水平定向钻机的控制方法，其特征在于：包括推拉优先模式：第一旋转阀（8）打开，供动力头旋转马达（3）执行旋转动作，第二推拉阀（13）、第三推拉阀（12）和第四推拉阀（11）打开供动力头推拉马达（5）执行推拉动作。
10.如权利要求6所述的动力头多模式控制方法及水平定向钻机的控制方法，其特征在于，包括一键高速模式：第一推拉阀（14）、第二推拉阀（13）、第三推拉阀（12）和第四推拉阀（11）全部打开，3个旋转阀全部关闭。
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