[发明专利]气驱多缸增压式井下液压动力装置

说明书

本发明公开了一种气驱多缸增压式井下液压动力装置，包括由上至下依次同轴设置的增压油箱、气动冲击增压泵和输出缸，气动冲击增压泵包括两级或两级以上的增压泵组，每一级增压泵包含一套气动冲击器和一套液压往复泵，各气动冲击器的进气通道和排气通道分别并联，各液压往复泵吸油口依次并联于低压油路、排油口依次并联于高压油路。高压油路汇总出口并联有蓄能器，进一步串接流量控制阀，在液压油路末端配置有末端油路块，末端油路块内设置插装式溢流阀，用于实现过载保护。所述井底液压动力装置用于构成闭式液压系统，该系统具有上置式增压油箱，执行元件的回油、泄油以及过载溢流同时并接在低压油路及增压油箱补油路。

技术领域

本发明涉及一种气体钻井的井下工具，特别是涉及一种气驱多缸增压式井下液压动力装置，主要用于石油天然气钻采、地热井施工等气体钻井领域。

背景技术

气体钻井技术有利于发现和保护油气层，而利用水平井可增加单井作用面积，有效提高抽采产量，延长单井稳产寿命，二者结合，则具有受地表始发地区条件限制小、有利于保护环境、经济效益显著等综合优势。

应用气体钻井进行水平井施工，最为关键的技术就是旋转导向，传统采用转盘或者顶驱驱动钻柱旋转，带动钻头破岩的钻井工艺无法准确地控制井眼轨迹，极大地限制了气体钻井技术的发展和应用。于是业内开始应用空气螺杆马达作为井下动力钻具驱动钻头旋转钻进，但由于气体的压缩性较大，空气螺杆马达的输出转速刚度特性差，难以满足在各类复杂地层中施工的要求。

中国专利文献，文献号CN104213829A公开了一种气体钻井井下动力钻具，包括双作用压气动力短节、双作用液压动力短节、密闭循环的液驱马达和隔液排气传动短节等部件。该气体钻井井下动力钻具通过双作用压气动力短节将气体能量转变为气动活塞的高频往复运动，气动活塞通过连杆将驱动力传递给液压柱塞。双作用液压动力短节通过液压柱塞的往复运动和单向阀实现吸、排油，从而输出高压油以驱动螺杆马达旋转。液压油在该钻具系统中密闭循环。上述井下动力钻具是基于气驱液耦合传动思想的一个应用实例，实质上是采用一套能够自主配气的气动潜孔锤活塞驱动液压缸的柱塞，液压缸的缸筒相对于柱塞固定，于是该液压缸在柱塞往复运动的过程中各腔室的体积能够连续变化，进一步由连接在液压缸各腔室的单向阀实现配流，从而实现吸排油功能，排出的高压油则直接提供给螺杆马达，螺杆马达的回油重新回到吸油口。上述井下动力钻具所存在的技术缺陷体现在如下几个方面：首先，采用气动潜孔锤活塞直接驱动液压缸柱塞难以获得较高的增压比，难以发挥液压系统的性能优势，且液压系统的载荷变化对气动潜孔锤的工作过程影响很大，容易发生干涉现象导致系统失效；其次，气动潜孔锤回程时就作用原理而言缸内气体起到缓冲作用，气动潜孔锤活塞不能有效地提供能量给液压缸柱塞，所述的双作用增压排油功能难以实现；此外，系统未就闭式液压回路管路系统在钻具紧凑的空间内如何布置、如何处理压力流量脉动等问题提出解决方案，尤其严重的是末端作为执行元件的螺杆马达轴向尺寸较大，如何引导其回油返回泵侧，以及液压系统不可避免地存在泄漏的问题，如何补油等问题，均未考虑。这些问题使得专利文献CN104213829A所提出的井下动力钻具在具体研制过程中存在大量技术难点。