CN116950940A - 一种行程控制电控阀装置及井下工具 - Google Patents
一种行程控制电控阀装置及井下工具 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116950940A CN116950940A CN202210389878.3A CN202210389878A CN116950940A CN 116950940 A CN116950940 A CN 116950940A CN 202210389878 A CN202210389878 A CN 202210389878A CN 116950940 A CN116950940 A CN 116950940A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ball valve
- pressure
- valve assembly
- annular boss
- valve device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 24
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 16
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 13
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 5
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
- F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
- E21B7/04—Directional drilling
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
- E21B7/28—Enlarging drilled holes, e.g. by counterboring
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
- F15B21/02—Servomotor systems with programme control derived from a store or timing device; Control devices therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Taps Or Cocks (AREA)
Abstract
本发明提供一种行程控制电控阀装置,包括:基体组件,所述基体组件包括管状本体、形成于所述管状本体的外表面且轴向间隔开的第一环形凸台和第二环形凸台,所述第一环形凸台与所述管状本体的端部平齐;两个对称安装在所述第一环形凸台与所述第二环形凸台之间的球阀总成,且两个所述球阀总成中的一个形成为高压球阀总成,另一个形成为低压球阀总成;以及用于对所述高压球阀总成和低压球阀总成进行开关控制的控制单元;其中,在第一状态下,所述控制单元控制所述高压球阀总成开启,并控制所述低压球阀总成关闭,在第二状态下,所述控制单元控制所述低压球阀总成开启,并控制所述高压球阀总成关闭。本发明还提供一种井下工具。
Description
技术领域
本发明属于石油钻井工具技术领域,具体地,涉及一种行程控制电控阀装置。本发明还涉及一种井下工具,尤其是包含行程控制电控阀装置的井下工具。
背景技术
在石油钻井作业过程中,常规的钻井工具受地层条件、钻井施工工艺等影响,难以按照预定的钻井轨迹进行,因此,在井下工具进行钻井作业过程中对于井下工具状态的控制显得尤为重要。为确保实际钻井井眼轨迹满足设计井眼轨迹的要求,现有技术通常利用电控变径稳定器。为满足已钻井眼大小的要求,还需要使用电控扩眼器,这类工具为实现其外径无限次可控变化也涉及到工具内部运动件的轴向行程电动控制,然而,目前国内应用的扩眼器还没有电控,且现有的控制方式无法满足现场需要。
中国专利文献CN204851096U公开了一种电控变径稳定器,该稳定器采用伺服短节进行作为控制部件,伺服短节的内部由减速电机、螺杆机构、阀头等零部件组成,并且均内嵌在外侧开槽本体内,同时所有组成部分沿一条线轴向布置,这不仅降低了工具本体强度,而且增加了工具整体的轴向长度,增加了钻井MWD测量零长。这些都导致现有的稳定器结构复杂,可靠性差,成本高。
发明内容
针对如上所述的技术问题,本发明旨在提出一种行程控制电控阀装置,该行程控制电控阀装置能够增强工具本体强度,且轴向结构紧凑,能够显著缩短工具整体轴向长度,有利于降低钻井MWD测量零长,非常有利于提高井下工具的钻井性能。
为此,根据本发明的第一方面,提供了一种行程控制电控阀装置,包括:
基体组件,所述基体组件包括管状本体、形成于所述管状本体的外表面且轴向间隔开的第一环形凸台和第二环形凸台,所述第一环形凸台与所述管状本体的端部平齐;
两个对称安装在所述第一环形凸台与所述第二环形凸台之间的球阀总成,且两个所述球阀总成中的一个形成为高压球阀总成,另一个形成为低压球阀总成;以及
用于对所述高压球阀总成和低压球阀总成进行开关控制的控制单元;
其中,在第一状态下,所述控制单元控制所述高压球阀总成开启,并控制所述低压球阀总成关闭,
在第二状态下,所述控制单元控制所述低压球阀总成开启,并控制所述高压球阀总成关闭。
在一个实施例中,所述第一环形凸台内设有高压孔和低压孔,所述高压孔与所述高压球阀总成连通,所述低压孔与所述低压球阀总成连通。
在一个实施例中,所述高压孔沿轴向贯穿所述第一环形凸台,所述低压孔包括轴向孔道和与所述轴向孔道连通的径向孔道,所述轴向孔道从所述第一环形凸台的轴向下端面沿轴向延伸至所述第一环形凸台的内部。
在一个实施例中,所述球阀总成包括:
球阀单元,所述球阀单元包括同轴布置的第一中心管和第二中心管,以及设置在所述第一中心管与所述第二中心管的轴向之间的阀体;
驱动单元,所述驱动单元包括牵引壳体、设置在所述牵引壳体内的驱动套,以及动力组件;
其中,所述驱动套套设在所述球阀单元上,所述动力组件能够驱动所述牵引壳体带动所述驱动套沿轴向运动,从而控制所述阀体转动,以使所述第一中心管与所述第二中心管之间导通或关闭。
在一个实施例中,所述阀体构造成圆筒状,在所述阀体的轴向端面的中心设有旋转销,且在所述阀体的轴向端面上设有沿直径方向延伸的滑槽,在所述滑槽中安装有驱动销,
所述驱动套设有用于安装所述旋转销的直槽孔和用于安装所述驱动销的驱动孔,所述驱动套轴向运动能够使所述驱动销沿所述滑槽滑动,从而驱动所述阀体绕所述旋转销转动。
在一个实施例中,所述牵引壳体构造成包括安装腔体和传动套,以及连接所述安装腔体和所述传动套的弧形连接部,
所述传动套用于传递所述动力组件的动力,所述驱动套固定安装在所述安装腔体内。
在一个实施例中,在所述驱动套与所述第一中心管之间设有上密封垫,在所述驱动套与所述第二中心管之间设有下密封垫,且所述上密封垫和所述下密封垫分别布置在所述驱动套的轴向两端。
在一个实施例中,在所述第一中心管上设有上堵头,所述上堵头设有卡槽,所述安装腔体的上端部设有固定扣件,
所述固定扣件能够与所述卡槽适配而将所述驱动套固定在所述安装腔体内,并使所述上堵头压紧所述上密封垫。
在一个实施例中,所述第二环形凸台上设有用于安装所述球阀总成的贯穿孔,
所述第一中心管的上端延伸至所述第一环形凸起的内部并与相应的所述高压孔或所述低压孔连通,所述第二中心管的下端插入相应的所述贯穿孔内,并在所述贯穿孔的下端安装压紧帽,以轴向压紧所述球阀单元。
在一个实施例中,在所述第一中心管与相应的所述高压孔及所述低压孔之间分别设有第一密封件,在所述第二中心管与所述贯穿孔之间设有第二密封件。
在一个实施例中,所述动力组件包括电机和与所述电机的输出轴连接的螺杆,
所述螺杆与所述传动套适配连接,所述电机能够驱动所述螺杆转动而带动所述传动套沿轴向运动,从而带动所述牵引壳体沿轴向运动。
在一个实施例中,所述电机通过电机安装架与所述第一环形凸台固定连接,在所述第二环形凸起的上端面安装有轴承,所述螺杆的下端与所述轴承形成转动连接。
在一个实施例中,在所述第一环形凸台的下端面设有定位槽和安装槽,所述定位槽与所述安装槽在周向上间隔开分布,
所述安装腔体的上端部分对应安装在所述定位槽内,所述电机安装架固定安装在所述安装槽内。
在一个实施例中,所述控制单元通过电缆与各所述电机连接,在所述第一环形凸台上设有沿轴向贯穿的电缆孔,所述电缆穿过所述电缆孔连接所述电机,在所述电缆与所述电缆孔之间设有密封塞。
根据本发明的第二方面,提供了一种井下工具,包括:
筒状外壳,所述筒状外壳设有低压通孔;
根据如上所述的行程控制电控阀装置,所述行程控制电控阀装置同心布置在所述筒状外壳内,且所述行程控制电控阀装置上的低压孔与所述低压通孔连通;
设置在所述行程控制电控阀装置下游的芯轴,所述芯轴用于连接下部工具功能机构,且所述管状本体的下端插入所述芯轴内并形成动密封;以及
固定套装在所述芯轴上的动力活塞,所述动力活塞与所述筒状外壳之间形成动密封,在所述动力活塞与所述第二环形凸台之间形成有压力控制腔;
其中,在所述第一状态下,钻井液能够通过高压球阀总成内的高压流道进入所述压力控制腔,以在所述动力活塞的上侧和下侧形成压差,从而推动所述动力活塞带动所述芯轴下行,使所述工具功能机构处于工作状态,
在所述第二状态下,所述压力控制腔通过所述低压球阀总成内的低压流道与环空连通,所述动力活塞的上侧和下侧无压差,所述动力活塞和所述芯轴在所述工具功能机构的复位元件的作用下上行复位,使所述工具功能机构处于非工作状态。
与现有技术相比,本发明的优点之处在于:
根据本发明的行程控制电控阀装置能够同轴布置在井下工具的筒状外壳内,有效减小了对井下工具的强度的影响,增强了钻柱受力后的安全性。行程控制电控阀装置内的球阀单元和驱动单元周向间隔开分布在基体组件的外周,集成化程度高,显著降低了占用空间,使得行程控制电控阀装置轴向结构紧凑,能够显著缩短工具整体轴向长度,有利于降低钻井MWD测量零长。
附图说明
下面将参照附图对本发明进行说明。
图1和图2示意性地显示了根据本发明的行程控制电控阀装置的外部结构。
图3示意性地显示了根据本发明的行程控制电控阀装置的俯视图。
图4是图3中沿线B-B的剖视图。
图5是图3中沿线C-C的剖视图。
图6是图3中沿线D-D的剖视图。
图7示意性地显示了图1所示行程控制电控阀装置中的球阀总成(低压球阀总成、高压球阀总成)的结构。
图8示意性地显示了球阀总成中的球阀单元的结构。
图9示意性地显示了图7所示球阀总成中的驱动套的结构。
图10示意性地显示了驱动套与球阀单元的安装结构。
图11示意性地显示了图7所示球阀总成中的牵引壳体的结构。
图12示意性地显示了根据本发明的井下工具的结构。
在本申请中,所有附图均为示意性的附图,仅用于说明本发明的原理,并且未按实际比例绘制。
具体实施方式
以下通过附图来对本发明进行介绍。需要说明的是,这些介绍仅为出于说明本发明的原理而提供,并不因此而限制了本发明的范围。
为方便理解,将靠近井口的一端定义为上端、上游端或相似用语,而将远离井口的一端定义为下端、下游端或相似用语。另外需要说明的是,本申请中使用的方向性用语或限定词“上”、“下”等均是针对所参照的具体附图而言,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发明的限制。
图1和图2示意性地显示了根据本发明的行程控制电控阀装置100的外部结构。如图1和图2所示,行程控制电控阀装置100包括基体组件1、两个安装到基体组件1上的球阀总成。基体组件1包括管状本体11、形成于管状本体11的外表面的第一环形凸台12和第二环形凸台13。管状本体11的内部形成为钻井液流道111。第一环形凸台12的上端面与管状本体11的上端面平齐,且第一环形凸台12和第二环形凸台13在轴向上间隔开分布,第二环形凸台13处于靠近管状本体11的轴向中部位置处。两个球阀总成对称安装在第一环形凸台12与第二环形凸台13之间,并且其中一个球阀总成形成为高压球阀总成2,另一个球阀总成形成为低压球阀总成3。行程控制电控阀装置100还包括控制单元和电源(未示出),控制单元用于对高压球阀总成2和低压球阀总成3进行开关控制。
行程控制电控阀装置100在实际工作时,通过控制单元能够控制高压球阀总成2和低压球阀总成3中的一个开启而另一个关闭。当控制单元控制高压球阀总成2开启,而控制低压球阀总成3关闭时,行程控制电控阀装置100处于第一状态。当控制单元控制低压球阀总成3开启,而控制高压球阀总成2关闭时,行程控制电控阀装置100处于第二状态。
图4是图3中沿线B-B的剖视图。如图4所示,第一环形凸台12内设有高压孔14和低压孔15。高压孔14与高压球阀总成2连通,低压孔15与低压球阀总成3连通。高压孔14沿轴向贯穿第一环形凸台12。低压孔15包括轴向孔道15a和与轴向孔道15a连通的径向孔道15b,轴向孔道15a从第一环形凸台12的轴向下端面沿轴向延伸至第一环形凸台12的内部,径向孔道15b从第一环形凸台12的外表面沿径向向内延伸至与轴向孔道15a连通。高压孔14和低压孔15在周向上错开分布,优选设置为呈90度分布。
图5是图3中沿线C-C的剖视图,其显示了高压球阀总成2的剖面结构。图6是图3中沿线D-D的剖视图,其显示了低压球阀总成3的剖面结构。高压球阀总成2和低压球阀总成3均由球阀总成形成,也就是,高压球阀总成2和低压球阀总成3的结构相同。下面以高压球阀总成2为例,详细介绍球阀总成(高压球阀总成2、低压球阀总成3)的结构。
根据本发明,如图5和图7所示,球阀总成包括球阀单元4和驱动单元5。球阀单元4包括同轴布置的第一中心管41和第二中心管42,以及设置在第一中心管41与第二中心管42的轴向之间的阀体43。驱动单元5包括牵引壳体51、设置在牵引壳体5内的驱动套52,以及动力组件53。驱动套52套设在球阀单元4上,动力组件53能够驱动牵引壳体51带动驱动套52沿轴向运动,从而控制阀体43转动,以使第一中心管41与第二中心管42之间导通或关闭。
如图8所示,阀体43构造成圆筒状。阀体43布置在第一中心管41与第二中心管42之间。在阀体43的轴向端面的中心设有旋转销431。优选地,旋转销431设有两个,并且对称分布在阀体43的两个轴向端面上。同时,在阀体43的轴向端面上设有沿直径方向延伸的滑槽432,在滑槽432中安装有驱动销433,驱动销433能够沿滑槽432滑动。
如图9所示,驱动套52大致呈长方体形套筒。驱动套52设有用于安装旋转销431的直槽孔521和用于安装驱动销432的驱动孔522。直槽孔521沿驱动套52的长度方向延伸,旋转销431能够沿直槽孔521运动。图10示意性地显示了驱动套52与球阀单元4的安装结构。如图10所示,驱动套52套装在球阀单元4上,阀体43处于驱动套52的内部,且旋转销431适配安装在直槽孔521内,而驱动销433安装在驱动孔522内。驱动套52通过轴向运动能够带动驱动销432轴向运动,从而使得驱动销432沿滑槽432滑动,进而使驱动销432带动阀体43绕旋转销431转动。由此,实现阀体43的内部流道导通或封堵第一中心管41与第二中心管42,从而实现球阀总成开启或关闭。
如图11所示,牵引壳体51构造成包括安装腔体511和传动套512,以及连接安装腔体511和传动套512的弧形连接部513。传动套512用于传递动力组件53提供的动力。驱动套52与球阀单元4组装完成后固定安装在安装腔体511内。
根据本发明,如图4和图8所示,在驱动套53与第一中心管41之间设有上密封垫44,同时在驱动套53与第二中心管42之间设有下密封垫45。上密封垫44和下密封垫45分别布置在驱动套53的轴向两端。上密封垫44和下密封垫45能够随驱动套53相对于第一中心管41及第二中心管42轴向运动。
在第一中心管41上设有上堵头46,上堵头46设有卡槽461。同时,在安装腔体511的上端部设有固定扣件514。固定扣件514能够与卡槽461适配以将驱动套52固定在安装腔体511内,同时上堵头46将上密封垫44压紧在驱动套53的上端面上,并将下密封垫45压紧在驱动套53的下端面与安装腔体511的底面之间。由此,阀体43和驱动套53被共同密封在安装腔体511的内部,而第一中心管41的上端向上伸出,第二中心管42的下端向下伸出。在牵引壳体51带动驱动套52沿轴向运动时,驱动套52同时带动上堵头46、上密封垫44和下密封垫45整体同步运动。
在一个实施例中,上堵头46设有沿径向向外延伸的凸台,卡槽461形成于凸台上,且对称分布。固定扣件514构造成对称分布在安装腔体511的上端面上的夹持片,在夹持片的内侧壁面上设有向内凸出的凸起部分。组装完成后,夹持片对应卡入相应的卡槽461中,并且凸起部分卡入上堵头46的上端面,从而将上堵头46紧固安装到牵引壳体51的安装腔体511。
根据本发明,如图4所示,第二环形凸台13设有用于安装球阀总成的贯穿孔。第一中心管41的上端部分延伸至第一环形凸起12的内部并与相应的高压孔14或低压孔15连通,第二中心管42的下端部分插入相应的贯穿孔内,并在贯穿孔的下端安装压紧帽47,以轴向压紧球阀单元。
为了保证第一中心管41与相应的高压孔14及低压孔15之间连接处的密封性,以及第二中心管42与贯穿孔之间连接处的密封性,在第一中心管41与相应的高压孔14及低压孔15之间分别设有第一密封件411,在第二中心管42与相应的贯穿孔之间分别设有第二密封件421。第一密封件411和第二密封件421优选可以采用O型密封圈。
根据本发明,如图7所示,动力组件53包括电机531和螺杆532,螺杆532与电机531的输出轴连接。传动套512的内部设有能够与螺杆531的外螺纹适配的内螺纹,螺杆532穿过传动套512并与传动套512适配连接,电机531能够驱动螺杆531转动以带动传动套512沿轴向运动,从而带动牵引壳体51沿轴向运动。
在一个实施例中,电机531通过电机安装架533(见图7)与第一环形凸台12固定连接。如图1和图2所示,在第一环形凸台12的下端面设有定位槽121和安装槽122,定位槽121与安装槽122在周向上间隔开分布。牵引壳体51的安装腔体511的上端部分对应安装在定位槽121内。电机安装架533固定安装在安装槽122内。
根据本发明的一个实施例,在第二环形凸起13的上端面固定安装有轴承534。螺杆532的下端与轴承534形成转动连接。由此,传动套512形成于电机531与轴承534之间,电机531能够驱动螺杆532转动,从而带动传动套512沿轴向运动。
根据本发明,控制单元通过电缆6(见图5)与高压球阀总成2和低压球阀总成3中相应的电机531连接。在第一环形凸台12上设有沿轴向贯穿的电缆孔61,电缆6的一端连接控制单元,另一端穿过电缆孔61连接向相应的电机531。在电缆6与电缆孔61之间设有密封塞62,通过密封塞62对电缆孔61形成密封。工作时,控制单元及电源通过电缆6连接在行程控制电控阀装置100的上部,电源为电机531供电,控制单元内储存有工具工作状态的编码,并能接收钻井液脉冲编码信号,对行程控制电控阀装置100内的高压球阀总成2和低压球阀总成3内的阀体43进行开关控制。
本发明还提供了一种井下工具200,如图12所示,井下工具200包括筒状外壳7、如上所述的行程控制电控阀装置100、芯轴72,以及动力活塞73。筒状外壳7设有低压通孔71。行程控制电控阀装置100同心布置在筒状外壳7内并形成轴向固定安装。在一个实施例中,在第一环形凸台12和第二环形凸台13的外周表面设有密封槽,第一环形凸台12上的密封槽可以沿轴向间隔开设有多个,在各密封槽内分别对应安装有密封圈123、131,从而使行程控制电控阀装置100的外表面与筒状外壳7的内壁面之间形成密封。行程控制电控阀装置100上的低压孔15与低压通孔71对应连通。芯轴72设置在行程控制电控阀装置100的下游,芯轴72用于连接下部工具功能机构(未示出)。基体组件1中的管状本体11的下端部分插入芯轴72内并与芯轴72之间形成动密封。在一个实施例中,在管状本体11的外表面上设有密封槽,在密封槽内安装有动密封件112。在芯轴72的内部还设有端面朝上的台阶,管状本体11的下端面能够与台阶接触而对芯轴72形成限定。下部工具功能机构例如可以为电控变径稳定器、电控扩眼器等对轴向运动件有行程控制要求的井下工具机构。行程控制电控阀装置100能够实现井下工具200内部下部工具功能机构的轴向运动的行程控制。例如,电控变径稳定器通过行程控制电控阀装置100实现对井眼轨迹控制,电控扩眼器通过行程控制电控阀装置100实现对井眼大小控制。
动力活塞73固定套装在芯轴72上。在一个实施例中,动力活塞73通过螺纹连接方式固定套装在芯轴72上,并且在动力活塞73与芯轴72之间设有密封件731。动力活塞73与筒状外壳7之间形成动密封。在一个实施例中,在动力活塞73的外表面上设有密封槽,在密封槽内安装有动密封件732。由此,在动力活塞73与第二环形凸台13的轴向之间形成有环状的压力控制腔74。高压球阀总成2和低压球阀总成3中对应的第二中心管42的下端通过对应的压紧帽47与压力控制腔74连通。
井下工具200还可以包括设置在芯轴72的下端的复位元件(未示出),复位元件能够使芯轴72轴向复位。
此外,井下工具200还可以包括平衡活塞(未示出),平衡活塞处于在芯轴72的下部,且安装在芯轴72与筒状外壳7之间。在平衡活塞的上侧、芯轴72外侧及筒状外壳7内侧形成有工具内低压腔8(见图12)。由于平衡活塞下侧与井下工具200外环空相通,且在轴向上可自由运动,这使工具内低压腔8内的压力与井下工具200外环空相等。
井下工具200在实际工作过程中,电源为电机531供电,控制单元按指令要求利用电机531驱动高压球阀总成2和低压球阀总成3的开启或关闭,从而控制井下工具200的高压流道91和低压流道92的通断,使动力活塞73产生或失去轴向运动的动力,以控制井下工具200的内部轴向运动件的行程,从而实现下部工具功能机构相应的井下工具功能。
当行程控制电控阀装置100处于第一状态时,高压球阀总成2打开,而低压球阀总成3关闭。此时,高压球阀总成2的内部流道打开并与高压孔14导通,从而形成井下工具200的高压流道91,大部分钻井液经过行程控制电控阀装置100的钻井液流道111,另一部分钻井液经过高压流道91进入压力控制腔74,使压力控制腔74内为钻柱内钻井液高压,在动力活塞73上侧和下侧形成较大的压差,从而推动动力活塞73带动芯轴72轴向下移,并压缩复位元件,直到限位位置,在该工作状态下井下工具200具有较大的向下的行程运动,使下部工具功能机构产生状态变化而处于工作状态,从而实现相应的井下工具功能。
当行程控制电控阀装置100处于第二状态时,低压球阀总成3打开,而高压球阀总成2关闭。此时,钻井液全部经过行程控制电控阀装置100的钻井液流道111,同时低压球阀总成3的内部流道打开并与低压孔15导通,从而使低压球阀总成3的内部流道、低压孔15以及筒状外壳7上的低压通孔71形成井下工具200的低压流道92。这样,压力控制腔74内的钻井液压力同环空压力相等,在动力活塞73的上侧和下侧无压差,动力活塞73与芯轴72在下部复位元件的作用下上移,直到限位位置而复位。在这一过程中,压力控制腔74内的钻井液通过低压流道92进入环空。在该工作状态下井下工具200无向下的行程运动,下部工具功能机构状态变化为非工作状态。
若需再次改变井下工具200的工作状态,则只需在地面发送钻井液脉冲指令,行程控制电控阀装置100接收后执行即可。
根据本发明的行程控制电控阀装置100能够同轴布置在井下工具200的筒状外壳7内,有效减小了对井下工具200的强度的影响,增强了钻柱受力后的安全性。行程控制电控阀装置100内的球阀单元4和驱动单元5周向间隔开分布在基体组件1的外周,集成化程度高,显著降低了占用空间,使得行程控制电控阀装置100轴向结构紧凑,能够显著缩短工具整体轴向长度,有利于降低钻井MWD测量零长。
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发明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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是,以上所述仅为本发明的优选实施方案而已,并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明,但是对于本领域的技术人员来说,依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (15)
1.一种行程控制电控阀装置,包括:
基体组件(1),所述基体组件包括管状本体(11)、形成于所述管状本体的外表面且轴向间隔开的第一环形凸台(12)和第二环形凸台(13),所述第一环形凸台与所述管状本体的端部平齐;
两个对称安装在所述第一环形凸台与所述第二环形凸台之间的球阀总成,且两个所述球阀总成中的一个形成为高压球阀总成(2),另一个形成为低压球阀总成(3);以及
用于对所述高压球阀总成和低压球阀总成进行开关控制的控制单元;
其中,在第一状态下,所述控制单元控制所述高压球阀总成开启,并控制所述低压球阀总成关闭,
在第二状态下,所述控制单元控制所述低压球阀总成开启,并控制所述高压球阀总成关闭。
2.根据权利要求1所述的行程控制电控阀装置,其特征在于,所述第一环形凸台内设有高压孔(14)和低压孔(15),所述高压孔与所述高压球阀总成连通,所述低压孔与所述低压球阀总成连通。
3.根据权利要求2所述的行程控制电控阀装置,其特征在于,所述高压孔沿轴向贯穿所述第一环形凸台,所述低压孔包括轴向孔道(15a)和与所述轴向孔道连通的径向孔道(15b),所述轴向孔道从所述第一环形凸台的轴向下端面沿轴向延伸至所述第一环形凸台的内部。
4.根据权利要求1所述的行程控制电控阀装置,其特征在于,所述球阀总成包括:
球阀单元(4),所述球阀单元包括同轴布置的第一中心管(41)和第二中心管(42),以及设置在所述第一中心管与所述第二中心管的轴向之间的阀体(43);
驱动单元(5),所述驱动单元包括牵引壳体(51)、设置在所述牵引壳体内的驱动套(52),以及动力组件(53);
其中,所述驱动套套设在所述球阀单元上,所述动力组件能够驱动所述牵引壳体带动所述驱动套沿轴向运动,从而控制所述阀体转动,以使所述第一中心管与所述第二中心管之间导通或关闭。
5.根据权利要求4所述的行程控制电控阀装置,其特征在于,所述阀体构造成圆筒状,在所述阀体的轴向端面的中心设有旋转销(431),且在所述阀体的轴向端面上设有沿直径方向延伸的滑槽(432),在所述滑槽中安装有驱动销(433),
所述驱动套设有用于安装所述旋转销的直槽孔(521)和用于安装所述驱动销的驱动孔(522),所述驱动套轴向运动能够使所述驱动销沿所述滑槽滑动,从而驱动所述阀体绕所述旋转销转动。
6.根据权利要求5所述的行程控制电控阀装置,其特征在于,所述牵引壳体构造成包括安装腔体(511)和传动套(512),以及连接所述安装腔体和所述传动套的弧形连接部(513),
所述传动套用于传递所述动力组件的动力,所述驱动套固定安装在所述安装腔体内。
7.根据权利要求6所述的行程控制电控阀装置,其特征在于,在所述驱动套与所述第一中心管之间设有上密封垫(44),在所述驱动套与所述第二中心管之间设有下密封垫(45),且所述上密封垫和所述下密封垫分别布置在所述驱动套的轴向两端。
8.根据权利要求7所述的行程控制电控阀装置,其特征在于,在所述第一中心管上设有上堵头(46),所述上堵头设有卡槽(461),所述安装腔体的上端部设有固定扣件(514),
所述固定扣件能够与所述卡槽适配而将所述驱动套固定在所述安装腔体内,并使所述上堵头压紧所述上密封垫。
9.根据权利要求8所述的行程控制电控阀装置,其特征在于,所述第二环形凸台上设有用于安装所述球阀总成的贯穿孔,
所述第一中心管的上端延伸至所述第一环形凸起的内部并与相应的所述高压孔或所述低压孔连通,所述第二中心管的下端插入相应的所述贯穿孔内,并在所述贯穿孔的下端安装压紧帽(47),以轴向压紧所述球阀单元。
10.根据权利要求9所述的行程控制电控阀装置,其特征在于,在所述第一中心管与相应的所述高压孔及所述低压孔之间分别设有第一密封件(411),在所述第二中心管与所述贯穿孔之间设有第二密封件(421)。
11.根据权利要求6到10中任一项所述的行程控制电控阀装置,其特征在于,所述动力组件包括电机(531)和与所述电机的输出轴连接的螺杆(532),
所述螺杆与所述传动套适配连接,所述电机能够驱动所述螺杆转动而带动所述传动套沿轴向运动,从而带动所述牵引壳体沿轴向运动。
12.根据权利要求11所述的行程控制电控阀装置,其特征在于,所述电机通过电机安装架(533)与所述第一环形凸台固定连接,在所述第二环形凸起的上端面安装有轴承(534),所述螺杆的下端与所述轴承形成转动连接。
13.根据权利要求12所述的行程控制电控阀装置,其特征在于,在所述第一环形凸台的下端面设有定位槽(121)和安装槽(122),所述定位槽与所述安装槽在周向上间隔开分布,
所述安装腔体的上端部分对应安装在所述定位槽内,所述电机安装架固定安装在所述安装槽内。
14.根据权利要求11所述的行程控制电控阀装置,其特征在于,所述控制单元通过电缆(6)与各所述电机连接,在所述第一环形凸台上设有沿轴向贯穿的电缆孔(61),所述电缆穿过所述电缆孔连接所述电机,在所述电缆与所述电缆孔之间设有密封塞(62)。
15.一种井下工具,包括:
筒状外壳(7),所述筒状外壳设有低压通孔(71);
根据权利要求1到14中任一项所述的行程控制电控阀装置,所述行程控制电控阀装置同心布置在所述筒状外壳内,且所述行程控制电控阀装置上的低压孔与所述低压通孔连通;
设置在所述行程控制电控阀装置下游的芯轴(72),所述芯轴用于连接下部工具功能机构,且所述管状本体的下端插入所述芯轴内并形成动密封;以及
固定套装在所述芯轴上的动力活塞(73),所述动力活塞与所述筒状外壳之间形成动密封,在所述动力活塞与所述第二环形凸台之间形成有压力控制腔(74);
其中,在所述第一状态下,钻井液能够通过高压球阀总成内的高压流道(20)进入所述压力控制腔,以在所述动力活塞的上侧和下侧形成压差,从而推动所述动力活塞带动所述芯轴下行,使所述工具功能机构处于工作状态,
在所述第二状态下,所述压力控制腔通过所述低压球阀总成内的低压流道(30)与环空连通,所述动力活塞的上侧和下侧无压差,所述动力活塞和所述芯轴在所述工具功能机构的复位元件的作用下上行复位,使所述工具功能机构处于非工作状态。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210389878.3A CN116950940A (zh) | 2022-04-14 | 2022-04-14 | 一种行程控制电控阀装置及井下工具 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210389878.3A CN116950940A (zh) | 2022-04-14 | 2022-04-14 | 一种行程控制电控阀装置及井下工具 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116950940A true CN116950940A (zh) | 2023-10-27 |
Family
ID=88441308
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210389878.3A Pending CN116950940A (zh) | 2022-04-14 | 2022-04-14 | 一种行程控制电控阀装置及井下工具 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116950940A (zh) |
-
2022
- 2022-04-14 CN CN202210389878.3A patent/CN116950940A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7673705B2 (en) | Compartmentalized MWD tool with isolated pressure compensator | |
CN111287655B (zh) | 一种用于旋转导向装置的执行机构及其旋转导向装置 | |
RU2626096C1 (ru) | Демпфер колебаний | |
CN108222918B (zh) | 一种分体式双平衡系统小直径机械推靠器 | |
EP0222620B1 (en) | Assembly for reducing the force applied to a slot and lug guide | |
CN112412396B (zh) | 井下安全阀 | |
EP0022865B1 (en) | Hydraulically-driven downhole drill | |
CN116950940A (zh) | 一种行程控制电控阀装置及井下工具 | |
CN2906024Y (zh) | 一种流道贯通遥控变径稳定器 | |
US4789032A (en) | Orienting and circulating sub | |
CN111197463A (zh) | 振荡器 | |
EP2744974B1 (en) | Tubing pressure insensitive pressure compensated actuator for a downhole tool and method | |
EP3748120A1 (en) | Insert safety valve (variants) | |
CN108999607B (zh) | 一种钻井液脉冲发生器控制阀短节 | |
RU2208126C2 (ru) | Вращающийся универсальный гидравлический превентор | |
CN114439445B (zh) | 一种防砂滑套 | |
CN108894729B (zh) | 液压推靠式旋转导向工具 | |
CN211974876U (zh) | 一种离合器控制的遥控变径稳定器 | |
CN210829182U (zh) | 一种主动式流量控制装置 | |
CN110374537B (zh) | 一种电控阀式顶封装置 | |
CN217815100U (zh) | 一种具有配合误差调整功能的旋塞阀 | |
CN113356760A (zh) | 一种离合器控制的遥控变径稳定器 | |
RU2284402C2 (ru) | Ориентатор | |
CN113464045A (zh) | 井底动力活塞钻具 | |
CN110656911A (zh) | 一种用于试油完井的内压控制井下工具 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |