CN102162336A - 用于电机泵旋转导向钻井工具的定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机泵旋转导向钻井工具的定位装置，包括控制装置、驱动装置、油源装置、导向装置，特征是：控制装置控制驱动装置中的电动机转速，电动机通过减速机带动液压泵输出有压力的油液，将电信号转化为液压驱动力并最终调节液压泵的输出油液的流量；导向装置包括三位四通换向阀和活塞杆，控制装置还控制三位四通换向阀实现活塞杆的伸出、退回和位置保持。优点是：利用微型电机旋转带动微型泵提供的压力，通过内部控制电路控制微型电磁阀调控不同的液缸能够与外部泥浆压差平衡，从而利用这个压力带动内部活塞伸出，给翼板提供推靠动力，该定位装置所能提供的推靠动力较大，解决了目前定位装置提供推靠动力有限的问题。

Description

用于电机泵旋转导向钻井工具的定位装置

技术领域

本发明属于油田开采技术领域，特别是涉及一种用于电机泵旋转导向钻井工具的定位装置。

背景技术

目前的钻具组合在高效开发复杂油藏方面具有极大的优势，但是它也有自身的不足，那就是在必要的时候该钻井技术仍然需要采用弯壳体马达滑动钻进，这样会造成轨迹过度扭曲。同时，滑动钻进不利于井眼清洁和有效克服摩阻，轨迹控制难度增加，井眼轨迹在达到一定的程度后难以继续向前延伸。旋转导向钻井技术就是为了克服上述缺陷而产生的，其目的就是为了取消滑动钻进工作方式、使钻具在旋转钻进的同时，实现轨迹的控制，在有效克服钻井技术的一些缺陷、提高油藏开发的整体效益、有效避免钻井风险方面有重要意义。

在旋转导向钻井***中，旋转导向工具是旋转导向***中的核心工具，而定位总成装置又是旋转导向工具的关键部件，最终的执行机构。目前的旋转导向工具的定位总成装置都是利用工具外部泥浆压差传递提供的压力，通过内部控制电路控制微型电磁阀调控不同的液缸能够与外部泥浆压差平衡，从而利用这个压力带动内部活塞的伸出，给翼板提供推靠动力。 但是由于钻井过程中内外压差的不足，导致目前的定位总成装置所能提供的推靠动力有限，因此本发明设计一种电机泵动力定位总成。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种用于电机泵旋转导向钻井工具的定位装置，该用于电机泵旋转导向钻井工具的定位装置是利用微型电机旋转带动微型泵提供的压力，通过内部控制电路控制微型电磁阀调控不同的液缸能够与外部泥浆压差平衡，从而利用这个压力带动内部活塞的伸出，给翼板提供推靠动力，该定位装置所能提供的推靠动力较大，解决了目前定位装置所能提供的推靠动力有限的问题。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种用于电机泵旋转导向钻井工具的定位装置，包括控制装置、驱动装置、油源装置、导向装置，驱动装置与油源装置相连，其特征是：

控制装置控制驱动装置中的电动机转速，电动机通过减速机带动液压泵输出有压力的油液，将电信号转化为液压驱动力并最终调节液压泵的输出油液的流量；

所述导向装置包括三位四通换向阀和活塞杆，控制装置还控制三位四通换向阀实现活塞杆的伸出、退回和位置保持。

本发明还可以采用如下技术方案：

所述油源装置包括一橡胶油囊，橡胶油囊位于油囊腔，油囊腔的一端敞口，敞口形成传压孔。所述橡胶油囊通过油囊端紧固件安装在油囊腔上，并通过油囊端密封件密封。所述橡胶油囊与壳体内的第二筒、第三筒相连通。

所述导向装置位于第三筒内，包括活塞杆和位移传感器，活塞杆与位移传感器铁芯固接，位移传感器铁芯嵌入到位移传感器内，位移传感器通过与第三筒螺纹连接的位移传感器限位件安装于第三筒内。

所述电动机通过防转密封接头安装在第二筒内，所述防转密封接头的端部制有防转槽。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、本发明的电机泵动力定位总成，能够根据地面控制***指令自动实时调整，按照预期目标完成定向造斜。而不需要不停地起钻乃至多次凭经验来预测造斜定向效果，从而提高劳动效率，降低作业成本。

2、本发明的电机泵动力定位总成，为国内尚不成熟的导向钻井技术提供了可靠的电液导向解决方案，利用微型电动机带动液压泵为***提供液压油推动活塞，为导向翼板提供驱动力，利用三位四通电磁换向阀的换向功能改变油液流动方向，用以控制活塞杆的伸出和缩回，进而控制翼板张开的角度，这样就使得***结构更为简单。

3、本发明的电机泵动力定位总成，采用嵌入式单片机控制装置，控制装置结构简单，实时性强，体积小，重量轻，更适用于本***空间尺寸有限的特点，大大提高工作效率。

4、本发明的电机泵动力定位总成，采用可压缩的橡胶油囊，通过壳体上的通孔传递外界环境压力，且***中电动机等所有元部件均处于工作油液之中，这样既起到了平衡外压，提高了***的基准油压，降低电动机输出转矩和液压泵工作压力，又能降低***的密封难度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中： 1、第一筒； 2、第二筒； 3、第三筒； 4、橡胶油囊； 5、传压孔； 6、油囊端紧固件； 7、油囊端密封件； 8、电动机； 9、减速机； 10、液压泵； 11、三位四通换向阀； 12、溢流阀； 13、活塞杆； 14、位移传感器； 15、传感器铁芯； 16、位移传感器限位件； 17、防转密封接头。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1，

一种用于电机泵旋转导向钻井工具的定位装置，包括控制装置、驱动装置、油源装置、导向装置，驱动装置与油源装置相连，其特征是：

控制装置控制驱动装置中的电动机转速，电动机8通过减速机9带动液压泵10输出有压力的油液，将电信号转化为液压驱动力并最终调节液压泵的输出油液的流量；

所述导向装置包括三位四通换向阀11和活塞杆13，控制装置还控制三位四通换向阀实现活塞杆的伸出、退回和位置保持。

所述油源装置包括一橡胶油囊4，橡胶油囊位于油囊腔，油囊腔即处于第一筒1内，油囊腔的一头开口，形成传压孔5。所述橡胶油囊通过油囊端紧固件6安装在第一筒上，并通过油囊端密封件7密封。所述橡胶油囊与壳体内第二筒2中的液压泵10相连通。橡胶油囊通过壳体上的传压孔感受外界泥浆环境压力，为整个液压***提供基准静压，并储存工作油液。对于橡胶油囊端部的密封，既要保证油囊安装及装油的方便，又要考虑密封性能，保证油液不被污染，因此采用分段挤压密封。

所述导向装置位于第三筒内，包括活塞杆13和位移传感器14，活塞杆与位移传感器铁芯15固接，位移传感器铁芯嵌入到位移传感器内，位移传感器通过与第三筒螺纹连接的位移传感器限位件16安装于第三筒3内。

所述电动机通过防转密封接头17安装在第二筒内，由于电动机的转动，在设计时既要考虑密封又要考虑电机的防转，因此在防转密封接头的端部开有防转槽。

控制装置依据指令和实测的位移传感器14、电动机电流等反馈信号，综合控制三位四通换向阀11的换向以及电动机转速。

直流电动机通常采用PWM 调压调速，即可实现该电动机的恒转矩控制。其方法是单片机CPU根据采集、计算得出的速度误差控制量，输出同比例占空比的PWM脉宽调制信号，送入逻辑综合分配单元，去控制三相桥式逆变器，进而使电动机按照一定的规律进行正／反转运行。只要调节转速给定值，就可以调节PWM的占空比，也就调节了加在电动机上的电压，从而实现了电动机转速的无级平滑调速。电动机转速的反馈信号可由转子位置传感器输出脉冲信号间接测量得到，将速度给定信号与转速反馈信号送入单片机进行数据处理，采用速度闭环调节方式，即可实现转速的自动调节和稳速，保证***在一定范围内的准确调速和速度稳定控制。

由于所选液压泵为定量泵，转速由电动机控制，***的工作状态不同，泵的转速也不同。在活塞杆力小时，可以有尽量高的转速，提供较大的流量，以获得尽量高的活塞杆速度；在活塞杆力较大时，由于电动机功率的限制，需要保证供油压力、减小转速。

控制装置可以控制比例换向阀改变油路工作状态，已达到使导向活塞杆伸出和缩回的目的。由于安装尺寸限制，需要设计特殊的三位四通换向阀，在设计换向阀时，为防止***过载，在液压泵出油口和吸油口之间并联一溢流阀12。

本发明的操作方法叙述如下：

当钻井钻头在行进过程中需要导向时，通过地面控制***将预设指令发送给电机泵动力定位总成，电机泵动力定位总成接受到指令信号后，通过以单片机为核心的控制电路控制三位四通电磁换向阀的换向，控制活塞杆的伸出和缩回。同时调节电动机的转速，从而控制液压泵输出油液的流量，在保证输出力的前提下尽可能的提高活塞杆伸出和缩回的速度。

通过检测位移传感器的反馈信号，当活塞杆伸出或缩回到指定位置后，三位四通电磁换向阀切换到中位，实现活塞杆位置保持。当控制装置再次接收调节指令后，将再次控制换向阀换向并调节电动机转速。

电动机、三位四通电磁换向阀的电磁铁、位移传感器的电源线及信号线经密封电气接插件和密封电气接头接到控制装置。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于电机泵旋转导向钻井工具的定位装置，包括控制装置、驱动装置、油源装置、导向装置，驱动装置与油源装置相连，其特征是：

控制装置控制驱动装置中的电动机转速，电动机通过减速机带动液压泵输出有压力的油液，将电信号转化为液压驱动力并最终调节液压泵的输出油液的流量；

所述导向装置包括三位四通换向阀和活塞杆，控制装置还控制三位四通换向阀实现活塞杆的伸出、退回和位置保持。

2.根据权利要求1所述的用于电机泵旋转导向钻井工具的定位装置，其特征是：所述油源装置包括一橡胶油囊，橡胶油囊位于油囊腔，油囊腔的一端敞口，敞口形成传压孔。

3.根据权利要求2所述的用于电机泵旋转导向钻井工具的定位装置，其特征是：所述橡胶油囊通过油囊端紧固件安装在油囊腔上，并通过油囊端密封件密封。

4.根据权利要求2所述的用于电机泵旋转导向钻井工具的定位装置，其特征是：所述橡胶油囊与壳体内的第二筒、第三筒相连通。

5.根据权利要求1所述的用于电机泵旋转导向钻井工具的定位装置，其特征是：所述导向装置位于第三筒内，包括活塞杆和位移传感器，活塞杆与位移传感器铁芯固接，位移传感器铁芯嵌入到位移传感器内，位移传感器通过与第三筒螺纹连接的位移传感器限位件安装于第三筒内。

6.根据权利要求1所述的用于电机泵旋转导向钻井工具的定位装置，其特征是：所述电动机通过防转密封接头安装在第二筒内，所述防转密封接头的端部制有防转槽。

7.如权利要求1所述的电机泵动力定位总成，其特征在于：采用电液驱动装置，通过直流电动机经过减速机带动液压泵输出油液，将电能转化为液压能，将电信号转化为较大的液压驱动力，从而使在有限空间内利用微型电动机和微型液压泵输出较大的力成为可能。

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