[实用新型]液控组合阀

说明书

本实用新型涉及一种阀，特别是用于石油和地质勘探开发的油气井钻井作业过程、对井眼轨道进行自动化控制、井下闭环控制系统中的执行机构中的液控组合阀。

井眼轨道自动控制技术是当今世界钻井技术的最新领域，是一项高新技术，该技术能从整体上降低钻井费用、提高钻井成功率和勘探开发的效益。井眼轨道自动控制技术的核心是智能系统，它具有自动跟踪和校正功能，当实钻轨道与设计轨道发生偏差时，即开始纠正这一偏差，这即所谓的井眼轨道井下闭环控制系统。该系统主要由以下四部分组成：测量系统、井底发射器/接收器、井下微处理器和井眼轨道控制执行机构。目前国外主要有美、英、法、德、挪威、意等国的十余家公司在进行竞争，研制的产品如VDS(自动垂直钻井系统)、RCLS(旋转闭环导向系统)、AGS(自动导向系统)、AutoTrack(自动跟踪系统)以及ADD、IDEAL、TRACS等等，一部分已进入现场应用，一部分已开始进行现场实验，显示了很好的控制效果和发展前景。

在井下闭环控制系统的井眼轨道控制执行机构中，通过调节可控稳定器棱块的伸缩量来控制井斜已成为大家的共识。根据导向块是否随钻柱旋转可分为两大类，即旋转式可控稳定器和静止式可控稳定器；根据驱动伸缩稳定器棱块的动力来源又可分为泥浆驱动可控稳定器和液压油驱动可控稳定器。无论可控稳定器是否旋转，还是采用不同的工作介质，它们具有各自的特点。

静止式可控稳定器和旋转式可控稳定器的性能比较可分以下几个方面：①调整平稳性的比较。静止式可控稳定器的导向液压缸放置在静止的外套内，导向时导向活塞调整平稳；旋转式可控稳定器的液压缸布置在旋转的钻柱上，导向时钻头每旋转一周导向活塞伸缩一次，给工具带来较大的冲击和振动。②控制力的比较。静止式可控稳定器利用三个压力控制阀分别调整三个不同方向导向液压缸内的压力，根据力的矢量合成原理控制导向集中力合力的大小及方向；旋转式可控稳定器利用一个伺服方向旋转控制阀控制导向活塞的导向集中力的大小及方向，虽然它不能调整导向液压缸内压力的大小，但它可以控制导向作用力在导向上的作用时间，以此调整导向能力。③扭矩传递方式的比较。静止式可控稳定器的控制器、测量仪器及控制阀等均布置在外套内，利用穿过外套的中心轴传递扭矩，减弱了工具的抗压强度及抗扭强度，因此，静止式可控稳定器的径向尺寸不能较小；旋转式可控稳定器的控制阀、井下控制器和传感器等都布置于钻具的中间，利用外筒带动钻头旋转，可以保证传递较大的扭矩。

采用泥浆作为液力驱动源(如早期的VDS)的重要优点是结构简单，不需要专门的液压系统。然而这种设计带来了应用上的不便：①当钻头压降改变时，分配给液压系统的自动纠偏导向的动力则随之改变。这样，现场作业的依赖性大，灵活性差；②要求液力元件的各种阀门需要做大量的维护和保养，并要求液压部件有较高的耐摩性和抗腐蚀能力；③泥浆液力系统对精确调节伸缩棱块的压力有困难。在可控稳定器的设计中，使用专门的液压油作为液压系统的工作介质(如RCLS)，可以保证活塞达到预定的压力，并与钻头压降无关，同时增加了液压部件工作的可靠性，延长了零件的使用寿命；但因液压线路是独立的，控制结构较复杂。通常在液压控制系统中，每个棱块有各自独立的液压活塞驱动，还包括一个可调压装置和一个涡轮驱动的油泵。

上述可控稳定器在井眼轨道自动控制系统中被广泛应用，在一些地区取得了较好的效果。但因其径向调节范围较小(多数调节范围在半英寸之间)，在多数情况下，它的实用效果受到了限制。如在大斜度井中或造斜率较大的井段，依靠可控稳定器有限的径向调节范围，对井斜的有效控制就很难奏效。因为，液力驱动源中的液压油容量有限，从而驱动液压缸活塞移动的行程也有限。另外，现在的常用的控制阀放在钻井上的地面，控制不便。为了弥补可控稳定器在井下闭环控制系统中所显示出的不足，可采用自控型井下可调弯壳体，提高对井眼轨道的控制能力，从而需要对该可调弯壳体进行驱动并控制的控制阀。

本实用新型的目的在于提供一种用于石油和地质勘探开发的油气井钻井作业过程、对井眼轨道进行自动化控制、井下闭环控制系统中的执行机构液控组合阀。它以专门的液压油为工作介质，把常规液压阀或与之等同功能阀的阀芯阀套集成于井下狭小的环行空间内，具有过载保护、开关控制和锁位功能，具有零件使用寿命长、体积小、控制精确和工作可靠等优点，而且提高了液控组合阀的驱动行程，增大了可控稳定器有限的径向调节范围。