[发明专利]一种页岩气钻井旋转导向系统液压执行机构及其控制方法

说明书

本发明公开一种页岩气钻井旋转导向系统液压执行机构及其控制方法，所述液压执行机构包括电机、油泵、油囊、插装阀、柱塞；其中，所述电机的输出端与油泵相连，驱动油泵转动；所述油泵的出口连接至柱塞的作用面腔，柱塞的外部抵在井壁内侧面；所述插装阀连接在油泵上，用于调节液压执行机构的工作压力；所述油囊为液压执行机构提供工作介质。本发明提供的液压执行机构功率密度比大，控制精度灵活，结构模块化程度高、环境适应性能力强。

技术领域

本发明涉及一种液压执行机构，具体涉及一种页岩气钻井旋转导向系统液压执行机构及其控制方法。

背景技术

随着社会对清洁能源需求的不断扩大，页岩气开采技术在不断提高。在页岩气钻井开采中，旋转导向系统得到了广泛应用。旋转导向系统大致可以分为静态推靠式、动态推靠式、静态指向式和动态指向式。不同形式的旋转导向系统，其导向方法也不同。早期，采用滑动导向钻井，旋转导向系统需要进行导向作业时，更换导向钻头并以滑动方式导向钻进。后期，采用地面控制导向钻井，弯外壳马达配合可调弯接头进行导向。目前，采用旋转自动导向钻进，自动调整井斜和方位，大大提高钻井效率和井眼精度。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种功率密度比大，控制精度灵活，结构模块化程度高、环境适应性能力强的用于旋转导向系统的液压执行机构。

实现本发明目的的技术方案为：所述液压执行机构主要由电机、油泵、油囊、插装阀、柱塞、压力传感器、集成块及其他液压辅件等部件组成。液压执行机构中各部件嵌入在集成块中，仅通过电连接器与外界控制器相连。所述电机与油泵装配形成桶状结构，直接浸入在油液中，通过两道径向O型密封圈将油泵出口与入口进行隔离。液压执行机构工作时，应用阻尼阀的节流原理，建立液压执行机构的工作压力，油泵出口高压油液直接进入柱塞作用面腔，推动柱塞，输出液压力。液压执行机构停止工作时，柱塞在井壁的反作用力下恢复初始位置。液压执行机构中油囊为柔性材料，油囊容腔内部注满液压油，为液压执行机构提供工作介质。油囊外表面与井下工作环境接触，平衡液压执行机构与井内泥浆的压力差。电机中霍尔传感器输出转速信号，实现液压执行机构的速度闭环控制。压差传感器采集油泵两端的压差信号，实现液压执行机构的压力闭环控制。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：本发明设计合理，控制精度好，模块化成度高，环境适应能力强；模块化的集成结构设计与现有技术相比，具有安装简单，现场维护方便；所述的油囊采用橡胶材料（氟硅橡胶或者丁腈橡胶），具有耐井下高温的能力，油囊安装处设置透气孔及滤网能够适应不同井下深度；所述液压执行机构应用节流阀阻力建立油液工作压力与传统利用溢流阀建立工作压力相比，具有工作压力稳定，系统效率高的特点；所述柱塞采用静密封与动密封组合密封的方式与传统一道动密封相比，密封可靠性大大提高。

附图说明

图1是本发明旋转导向液压执行机构的结构图；

图2是本发明旋转导向液压执行机构的原理图；

图3 是本发明液压执行机构在旋转导向系统中的工作示意图；

图中，1-阻尼阀，2-油泵，3-油囊，4-电机，5-集成块，6-压力传感器，7-透气孔及滤网，8-柱塞，9-安全阀，10-井壁，11-翼板，12-液压执行机构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图，对本发明中实施例的技术方案进行描述。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例1

结合图3旋转导向系统中均匀分布（呈120°）三个液压执行机构12，液压执行机构12输出液压力推动翼板11，控制液压执行机构12输出的液压力及位移，从而控制旋转导向系统的运动方向。