一种旋转导向工具液压控制系统的测试装置转让专利
申请号 : CN201910087820.1
文献号 : CN109854569B
文献日 : 2020-07-07
发明人 : 刘庆波 , 底青云 , 王自力 , 陈文轩 , 杨永友 , 杜建生 , 何新振
申请人 : 中国科学院地质与地球物理研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种旋转导向工具液压控制系统的测试装置,所述液压控制系统包括电机组件、柱塞泵组件和控制阀组件,其特征在于,所述测试装置包括:测试筒,所述测试筒内形成有容置腔室,所述容置腔室用于固定安装所述液压控制系统;所述测试筒上还设置有与所述容置腔室连通的进油口、回油口和测压口,所述测压口与所述液压控制系统的压力输出口连通,所述进油口与外部高压油源相连,所述回油口与外部低压油源相连;所述测试筒包括依次连接的压盖、电机泵套、阀座套和回油套,所述压盖、所述电机泵套、所述阀座套和所述回油套共同围成所述容置腔室;所述电机泵套上开设所述进油口,所述回油套上开设所述回油口,所述阀座套上开设所述测压口;所述电机组件和所述柱塞泵组件安装在所述电机泵套内,所述控制阀组件安装在所述阀座套和所述回油套内;
压力检测组件,所述压力检测组件设置在所述测压口处,用于检测所述液压控制系统的输出压力;以及控制组件,所述控制组件用于与所述电机组件电气连接,并检测和控制所述电机组件的转速。
2.根据权利要求1所述的一种旋转导向工具液压控制系统的测试装置,其特征在于,所述测试装置还包括高温测试组件,所述测试筒能够装入所述高温测试组件中,以测试所述液压控制系统在高温环境下的性能指标;其中,所述高温环境是指温度高于150℃的环境。
3.根据权利要求1所述的一种旋转导向工具液压控制系统的测试装置,其特征在于,所述测试装置还包括震动测试组件,所述测试筒能够安装在所述震动测试组件上,以测试所述液压控制系统在震动环境下的性能指标。
4.根据权利要求1所述的一种旋转导向工具液压控制系统的测试装置,其特征在于,所述测试装置还包括流量检测组件,所述流量检测组件设置在所述回油口处,用于检测所述回油口的流量。
5.根据权利要求1所述的一种旋转导向工具液压控制系统的测试装置,其特征在于,所述测试装置包括至少3个所述测试筒,且所有所述测试筒共用一套所述控制组件。
6.根据权利要求1所述的一种旋转导向工具液压控制系统的测试装置,其特征在于,所述测试装置还包括四通组件,所述四通组件与所述测压口连接,所述压力检测组件安装在所述四通组件上;
所述测试装置还包括压力检测和显示组件,所述压力检测和显示组件安装在所述四通组件上。
7.根据权利要求1所述的一种旋转导向工具液压控制系统的测试装置,其特征在于,所述压盖与所述电机泵套之间、所述电机泵套与所述阀座套之间、所述阀座套与所述回油套之间均设置有密封部件。
8.根据权利要求7所述的一种旋转导向工具液压控制系统的测试装置,其特征在于,所述测试装置还包括导向密封连接器,所述导向密封连接器穿过所述压盖将所述电机组件与所述控制组件电气连接。
9.根据权利要求8所述的一种旋转导向工具液压控制系统的测试装置,其特征在于,所述导向密封连接器为多芯承压密封连接器。
说明书 :
一种旋转导向工具液压控制系统的测试装置
技术领域
背景技术
制系统,以在钻柱旋转钻进时能调控井身轨迹的一项技术。利用旋转导向钻井技术进行钻
井作业时,不需要频繁起下钻就可以实现三维井眼轨迹控制,且具有井眼轨迹更光滑、延伸
距离更大的优点,对保证井眼轨迹质量、提高钻井速度和效率、满足钻复杂结构井的需求都
有重要意义。
接驱动方式,利用泥浆动力直接产生钻头侧向力,但是存在液压冲击现象;而比如贝克休斯
公司的Auto Trak系列静态推靠式旋转导向工具则是采用了电机-泵液压系统驱动方式,优
点是能产生静态的偏置力,不存在液压冲击现象,更容易形成井下闭环。
能实现定向钻井和方位调整,但由于缺乏充分的实验研究,很多关键技术仍无法突破。其
中,旋转导向工具液压控制系统是旋转导向工具的核心机构,液压控制系统的控制精度和
可靠性直接决定旋转导向工具的性能和可靠性。为了促进旋转导向工具的快速发展,亟需
旋转导向工具液压控制系统的测试装置,通过在地面条件下模拟进行旋转导向工具液压控
制系统的性能指标测试,大大提高旋转导向工具的可靠性和市场竞争力,为旋转导向工具
液压控制系统的真正市场化应用提供了测试手段。
样机中,安装比较麻烦,而且当旋转导向工具的性能指标测试不满足要求时,还需要对各部
件进行拆卸更换调整,费时费力,工作量较大。也有的测试装置将液压控制系统的各部件安
装在测试台架上,各部件之间通过管路连接,能够对液压控制系统的关键部件(例如柱塞
泵)进行功能检测和性能评估;但是,这些测试装置没有考虑液压控制系统因为油路发生变
化而产生的流阻变化,导致测试结果与实际使用时的情况存在偏差,实用性较低。
发明内容
可以用来对旋转导向工具液压控制系统进行性能指标测试,结构简单,使用方便,测试结果
接近真实工作情况,实用性强,为液压控制系统真正市场化应用提供测试手段。
述测试筒内形成有容置腔室,所述容置腔室用于固定安装所述液压控制系统;所述测试筒
上还设置有与所述容置腔室连通的进油口、回油口和测压口,所述测压口与所述液压控制
系统的压力输出口连通,所述进油口与外部高压油源相连,所述回油口与外部低压油源相
连;所述测试筒包括依次连接的压盖、电机泵套、阀座套和回油套,所述压盖、所述电机泵
套、所述阀座套和所述回油套共同围成所述容置腔室;所述电机泵套上开设所述进油口,所
述回油套上开设所述回油口,所述阀座套上开设所述测压口;所述电机组件和所述柱塞泵
组件安装在所述电机泵套内,所述控制阀组件安装在所述阀座套和所述回油套内;压力检
测组件,所述压力检测组件设置在所述测压口处,用于检测所述液压控制系统的输出压力;
以及控制组件,所述控制组件用于与所述电机组件电气连接,并检测和控制所述电机组件
的转速。
指温度高于150℃的环境。
述压力检测和显示组件安装在所述四通组件上。
真实工作情况,更加准确可靠;避免了液压控制系统与旋转导向工具的多次拆装,省时省
力,测试效率高;而且测试装置的结构简单,使用方便,为液压控制系统的真正市场化应用
提供测试手段,实用性强。
求,实用性较强。
强。
靠。
附图说明
具体实施方式
解为对本实用新型的限制。
是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可
以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
中,参考术语“一个方案”、“一些方案”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该方案或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个方案或示
例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的方案或示例。而且,
描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个方案或示例中以合适的方式结
合。
其中,测试筒1内形成有容置腔室,容置腔室用于固定安装旋转导向工具的液压控制系统
200;测试筒1上还设置有与容置腔室连通的进油口11、回油口12和测压口13,测试筒1通过
进油口11和回油口12与外部油路连接,测压口13与液压控制系统200的压力输出口连通。压
力检测组件2设置在测压口13处,用于检测液压控制系统200的压力输出口的输出压力;压
力检测组件2可以是压力传感器。控制组件用于与液压控制系统200的电机组件201电气连
接,并检测和控制电机组件201的转速。进油口11通过转换接头3与外部高压油源(图中未示
出)相连,转换接头3为整个测试装置100的液压油进口,可以有效解决外部高压油源出口接
口不统一的问题;而且转换接头3作为易损件,与测试装置100相连后一般情况下不更换,作
为测试装置100的一部分,用于频繁与外部高压油源的连接和拆卸,避免进油口11直接与外
部高压油源频繁连接可能导致进油口11的损坏,转换接头3损坏时容易更换,有效延长测试
装置100使用寿命。回油口12通过回油管总成4与外部低压油源(图中未示出)相连,低压油
源可以是油箱;回油管总成4为整个测试装置100的液压油出口,同样可以解决外部低压油
源接口不统一的问题,而且容易更换,避免回油口12的损坏,有效延长测试装置100使用寿
命。
液压油泵入控制阀组件203中;控制阀组件203包括高压区、节流阀和安全阀,控制阀组件
203还具有与高压区连通的压力输出口,安全阀可以是溢流阀。液压控制系统200工作时,电
机组件201启动工作,驱动柱塞泵组件202动作,将液压油泵入控制阀组件203中;液压油进
入控制阀组件203后,一部分进入控制阀组件203的高压区,使高压区的压力升高,压力输出
口的输出压力也升高,剩余部分则通过节流阀排出控制阀组件203。电机组件201的转速控
制压力输出口的输出压力,随着电机组件201的转速增加,柱塞泵组件202泵入控制阀组件
203中的液压油增加,高压区的压力升高,压力输出口的输出压力增大。安全阀用于设定高
压区的最高压力,保证液压控制系统200的安全可靠工作,安全阀处于常闭状态;当电机组
件201的转速持续增加,使高压区的压力达到最高压力时,安全阀打开,以将高压区中多余
的液压油排出控制阀组件203,此时电机组件201的转速继续增加时,压力输出口的输出压
力维持不变,压力输出口的输出压力达到最大输出压力。旋转导向工具依靠液压控制系统
200的输出压力产生偏置推力,以在钻柱旋转钻进时调控井身轨迹;旋转导向工具的最大偏
置推力与液压控制系统200的最大输出压力相对应,而钻柱旋转钻进时的井身轨迹能否与
井眼预设轨迹一致,则与偏置推力的控制精度直接相关。因此,液压控制系统200的性能指
标主要包括电机组件201的转速与输出压力的对应关系、最大输出压力、柱塞泵组件202的
排量及容积效率、输出压力控制精度等。
液压控制系统200的核心组件(电机组件201、柱塞泵组件202和控制阀组件203)按照实际使
用状态连接装配成液压控制系统200,然后整体装入测试筒1中进行性能指标测试,省去对
流动阻力影响较小的外部组件,压力输出口与测压口13相连通,压力检测组件2安装在测压
口13处,控制组件与电机组件201电气连接,进油口11与高压油源连接,出油口12与低压油
源连接,液压控制系统200整体浸泡在液压油环境内;测试筒1内部液压油路与外界环境物
理隔离,提供尽可能真实的模拟环境,实际样机中液压控制系统200也是安装在一个与测试
筒1相同尺寸的密闭液压筒中,从而模拟液压控制系统200在实际钻井环境下的工作情况,
保证液压控制系统200内的油路与实际使用时的油路一致,液压控制系统200内的流动阻力
更接近真实工作情况,液压控制系统200内的流动特性也接近真实情况,对液压控制系统
200的性能指标测试结果接近真实工作情况,更加准确可靠。同时,对液压控制系统200的核
心结构整体进行性能指标测试,当测试得到液压控制系统200的性能指标满足要求时,液压
控制系统200可以整体装入旋转导向工具中直接投入生产使用,避免了对旋转导向工具样
机进行测试时的多次拆装,省时省力,实用性强,为液压控制系统200真正市场化应用提供
测试手段。而且测试装置100针对静态推靠式旋转导向工具中电机-泵的液压控制系统200
提出相应的地面测试装置,可以用来对旋转导向工具的液压控制系统200进行性能指标测
试,结构简单,拆装使用方便,测试结果接近真实工作情况,实用性强,为液压控制系统200
真正市场化应用提供测试手段。
分液压油通过回油口12回流到油箱中以实现循环利用,同时通过压力检测组件2检测压力
输出口的输出压力,从而得到电机组件201的转速与输出压力之间的对应关系;通过控制组
件控制电机组件201的转速持续增加,直到压力检测组件2检测到的输出压力不再增加为
止,此时即得到液压控制系统200的最大输出压力。
测组件2实时采集液压控制系统200的输出压力并反馈给控制组件;控制组件根据当前输出
压力值信息和期望输出压力值信息计算出合适的电机组件201转速,然后通过控制组件控
制电机组件201的转速进而控制液压控制系统200的输出压力值,形成一个完整的闭环控制
系统。最终得到的实际输出压力与期望输出压力之间的偏差越小,则液压控制系统200的输
出压力控制精度越高;测试装置100可以测试液压控制系统200是否满足输出压力控制精度
要求,一般液压控制系统200的输出压力控制精度要求为10MPa±0.3MPa,即误差不能超过
3%。
量下的液压油产生的压力减小;同时,压力检测组件2、电机组件201的工作性能也会受到温
度的影响。
温测试组件中,尽可能模拟现场作业环境,而且安装在测试筒1中的液压控制系统200的主
要部件与真实工程样机中的相同,更容易测试液压控制系统200整体的环境适应性,以测试
液压控制系统200在高温环境下的性能指标,充分考虑液压控制系统200的实际应用情况,
实用性较强,为液压控制系统200真正市场化应用提供测试手段。
在震动测试组件上,尽可能模拟现场作业环境,而且安装在测试筒1中的液压控制系统200
的主要部件与真实工程样机中的相同,更容易测试液压控制系统200整体的环境适应性,以
测试液压控制系统200在震动环境下的性能指标,充分考虑液压控制系统200的实际应用情
况,实用性较强,为液压控制系统200真正市场化应用提供测试手段。
组件检测并控制电机组件201的转速,从而得到柱塞泵组件202在不同电机组件201转速条
件下的流量特性及容积效率。流量检测组件可以是流量计等传感器元件。
制系统200之间还可能产生相互干扰。测试装置100包括至少3个测试筒1,可以同时对至少3
套独立的液压控制系统200进行性能指标测试,提高测试效率;且所有测试筒1共用一个外
部高压油源,也共用一套控制组件,从而可以实现至少3套液压控制系统200的同步测试,充
分考虑液压控制系统200的实际应用情况,实用性较强,为液压控制系统200真正市场化应
用提供测试手段。
6分别安装在四通组件5上的其中一个测试口51中,从而实现测压口13压力的多路同步检
测,测试效率更高,而且可以实现多种功能。压力表接头6内设置有压力表垫61,压力表接头
6可以是耐震压力表接头。压力检测和显示组件安装在压力表接头6上,也可以直接安装在
四通组件5上;压力检测和显示组件可以是耐震压力表,耐震压力表可以采用数显压力表或
者普通机械式耐震压力表,用于实时检测和显示液压控制系统200的输出压力,方便直接实
时观测液压控制系统200的输出压力值,能够直接观测到被控量,便于直观判断系统的控制
效果,即压力闭环控制效果。
感器。而在将测试筒1整体放置到高温环境中测试液压控制系统200在高温环境下的性能指
标时,也可将压力表接头6换成螺塞7,可以避免高温环境损坏压力表。
阀座套16和回油套17共同围成密闭的容置腔室。电机泵套15上开设进油口11,回油套17上
开设出油口12,阀座套16上开设测压口14;电机组件201和柱塞泵组件202安装在电机泵套
15内,控制阀组件203安装在阀座套16和回油套17内,阀座套16与四通组件5螺纹连接。测试
筒1还包括支撑部件18,支撑部件18与阀座套16固定连接,用于支撑固定测试筒1,便于放置
整套测试装置,支撑部件18处于高压油区附近,使得该处测试筒1壳体厚度较厚,增加了测
试筒1的强度;支撑部件18可以是支撑板。测试筒1的结构简单,制造和使用方便,液压控制
系统200的安装和拆卸方便快捷,省时省力,测试效率高。
内部填充液压油;密封部件8可以是O型圈,也可以是其它类型的密封件。
器,能够将测试筒1内部液压油路与外界环境进行物理隔离,并完成电机组件201与控制组
件的电气连接,防止外界环境对测试结果的干扰,测试结果更加准确可靠。
导向密封连接器9的窜动;连接器压母91与压盖14可以是通过螺纹连接,结构简单,连接牢
固可靠。
施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例
的部分说明即可。
替换、改进等,均应包含在本申请的权利要求范围之内。