智能控制可变径稳定器.pdf

本实用新型涉及油田钻井中用的智能控制可变径稳定器，由本体(13)、柱塞(11)、中心管(12)以及智能控制机构组成；本体(13)的扶正棱上开有孔，孔内安装柱塞(11)；在控制接头(1)的上安装有压差传感器(2)，中部的环形凹槽内安装有驱动电机(3)、智能控制单元和动力电池(4)，电机输出轴上安装有驱动齿轮(5)与控制套(6)的从动齿圈相啮合；推力活塞(9)与中心管(12)采用插入式连接；本装置利用泥浆泵产生压力脉冲信号并且由钻井液作为传输介质，传感器、智能控制单元和机械控制单元组合成为机电一体化的控制机构，利用微电子技术所具有的体积小、精度高、智能化和高可靠性的优点，提高了工具的安全可靠性。

1.  智能控制可变径稳定器，其特征在于：主要由本体(13)、柱塞(11)、中心管(12)以及智能控制机构组成；本体(13)的扶正棱上开有孔，孔内安装有柱塞(11)；在控制接头(1)的上端面处安装有压差传感器(2)，其中部的环形凹槽内安装有驱动电机(3)、智能控制单元和动力电池(4)，其下部端面伸出的电机输出轴上安装有驱动齿轮(5)与控制套(6)上的从动齿圈相啮合；控制套(6)的下部设计有均布的凸台，通过滚珠支撑和定位于定位环(8)的上端面，利用本体(13)的内孔台阶和定位螺栓(7)将定位环(8)固定；推力活塞(9)内孔的上部设计有与控制套(6)下部凸台相对应的凸台，并与中心管(12)采用插入式连接，由密封组件(14)实现两者之间的密封；并且中心管(12)的底部与本体(13)下部的内台阶之间装有复位弹簧(15)，在本体(13)与控制接头(1)上压差传感器(2)相对应的位置处钻有连通孔，与环空相连通；中心管(12)的外圆上加工有梯形槽，并与本体(13)的扶正棱上开的孔相对应，而柱塞(11)的底部加工有相应的梯形凸台。

2.  如权利要求1所述的智能控制可变径稳定器，其特征在于：控制套(6)下部均布的凸台数量是2～6个。

3.  如权利要求1所述的智能控制可变径稳定器，其特征在于：控制接头(1)的两端有密封装置，可以是密封圈或涂、注密封胶。

4.  如权利要求1所述的智能控制可变径稳定器，其特征在于：控制套(6)的下部设计有滚道，对应的定位环(8)的上端面也设计有相同滚道，两者之间放置有一定数量的滚珠。

5.  如权利要求1至权利要求4任一一项所述的一种智能控制可变径稳定器，其特征在于：定位环(8)的下端面上设计有一导向杆，与推力活塞(9)的导向孔相配合。

智能控制可变径稳定器
技术领域
本实用新型涉及油田钻井过程中用于对井眼轨迹进行控制的智能控制可变径稳定器，属于石油钻井井下工具类。
背景技术
目前，国内广泛推广使用的水平井钻井工艺及技术在实际使用过程中存在以下问题：在定向井、水平井的钻井作业中，用常规的钻井工具往往受到地层条件、施工工艺程序等因素的影响，在地面难以控制和改变其工作特性，只能通过频繁的起下钻来调整井下钻具组合，方能完成复杂的钻井作业。同时，因调整周期较长使井眼轨迹呈现出“波动”式，会产生附加的扭矩和阻力。因此，常规钻井工具已无法适应目前复杂的定向井、水平井钻井工艺及技术要求，遥控钻井工具的开发已成为现代钻井技术发展的必然趋势。
遥控钻井工具是指由地面操作者发出指令，实现对井下钻井工具的参数、状态的改变。由于井下遥控钻井工具的参数和状态可随时进行调整，因此钻井工程人员可根据井下的实际情况，在不起下钻的情况下，由地面遥控操作及时的调整井下钻具组合，以满足钻井工艺的要求。
国内多家研究机构于九十年代初相继开始进行遥控变径稳定器的研发，参照国外技术经过多年的攻关，在技术上取得了一定突破，并完成了样机的试制。但通过现场试验验证，由于受到设计上的局限，包括本单位以前申请的遥控变径稳定器，均以纯机械机构的设计来实现对工具的遥控控制的，纯机械控制机构的复杂性造成了工具的制造高难度而且运行安全可靠性很低，从而导致推广应用遇阻。
发明内容
为解决上述存在的问题，本实用新型提供一种智能控制可变径稳定器，采用电控(传感器+智能控制单元)与机械控制单元组合控制。
本实用新型主要由本体13、柱塞11、中心管12以及控制机构等组成，本体13的扶正棱上开有数个孔，孔内安装有柱塞11，在控制接头1的上端面处安装有压差传感器2，其中部的环形凹槽内安装有驱动电机3、智能控制单元和动力电池4；其下部端面伸出的电机输出轴上安装有驱动齿轮5与控制套6上的从动齿圈相啮合；控制套6的下部设计有均布的凸台(凸台的数量应大于2的整数，一般为2～6个)，通过滚珠支撑和定位于定位环8的上端面；推力活塞9内孔的上部设计有与控制套6下部凸台相对应的凸台(数量、尺寸均相同)，它与中心管12采用插入式连接，由密封组件14实现两者之间的密封；并且中心管12的底部与本体13下部的内台阶之间有装有复位弹簧15，在本体13与控制接头1上压差传感器2相对应的位置处钻有连通孔，并与环空相连通，中心管12的外圆上加工有梯形槽，并与本体13的扶正棱上开的孔相对应，而柱塞11的底部加工有尺寸相同的梯形凸台；控制套6的下部设计有滚道，对应的定位环8的上端面也设计有相同滚道，两者之间放置有一定数量的滚珠；控制套6的上部设计有从动齿圈；定位环8的下端面上设计有一导向杆，与推力活塞9的导向孔相配合。
本实用新型采用了电控(传感器+智能控制单元)与机械控制机构组合控制设计，利用泥浆泵开泵产生的压差控制信号，由电控(传感器+智能控制单元)与机械控制单元组合形成控制机构，充分利用成熟的微电子技术所具有的体积小、精度高、智能化和高可靠性的优点，实现了工具的制造难度的降低和安全可靠性极大提升，确保推广应用的顺利进行。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型机械控制机构小直径工作状态A-A剖视示意图；
图3为本实用新型机械控制机构大直径工作状态A-A剖视示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行进一步详述。
本实用新型主要由本体13、柱塞11、中心管12以及控制机构等组成，本体13的扶正棱上开有数个孔，孔内安装有柱塞11，在控制接头1的上端面处安装有压差传感器2，其中部的环形凹槽内安装有驱动电机3、智能控制单元和动力电池4；其下部端面伸出的电机输出轴上安装有驱动齿轮5与控制套6上的从动齿圈相啮合；控制套6的下部设计有均布的凸台(凸台的数量应大于2的整数)，通过滚珠支撑和定位于定位环8的上端面；推力活塞9内孔的上部设计有与控制套6下部凸台相对应的凸台(数量、尺寸均相同)，它与中心管12采用插入式连接，由密封组件14实现两者之间的密封；并且中心管12的底部与本体13下部的内台阶之间装有复位弹簧15，在本体13与控制接头1上压差传感器2相对应的位置处钻有连通孔，并与环空相连通，中心管12的外圆上加工有梯形槽，并与本体13的扶正棱上开的孔相对应，而柱塞11的底部加工有尺寸相同的梯形凸台；控制套6的下部设计有滚道，对应的定位环8的上端面也设计有相同滚道，两者之间放置有一定数量的滚珠；控制套6的上部设计有从动齿圈；定位环8的下端面上设计有一导向杆，与推力活塞9的导向孔相配合。
智能控制单元内存储有可变径稳定器多种工作状态的编码。工具下井前首先在钻台上通过对泥浆泵进行开-停泵操作，用发出的压力脉冲编码信号，来检验可变径稳定器变径控制是否工作正常，只有在工具工作正常时方可下井。可变径稳定器的初始状态被设定为小直径，即控制套6下部的凸台与推力活塞9内孔上部相对应的凸台互相对齐，此时控制套6将限止推力活塞9在泥浆压差的作用下推动中心管10下行使柱塞11伸出，使稳定器锁定在小直径状态。当需要将可变径稳定器调整到大直径工作状态时，可通过开-停泵操作发出一个压力脉冲编码信号，由压差传感器2检测到后传输给智能控制单元4，经识别判断后输出控制指令操纵驱动电机3旋转，由驱动齿轮5带动控制套6上的从动齿圈转动使控制套6转动一定的角度，此时控制套下部的凸台与推力活塞9内孔上部相对应的凸台相互错开，控制套6将不在限止其运动，推力活塞9在泥浆压差的作用下推动中心管10下行使柱塞伸出，从而使稳定器变成大直径工作状态直到再次停泵。再次停泵后中心管10在复位弹簧15的推动下上行使柱塞11缩回，稳定器重新返回到初始的小直径工作状态。如果停泵时间没有超过设定的值，则重新开泵后稳定器将继续保持大直径工作状态。如果需要改回小直径工作状态，只需要进行停泵操作并且停泵时间超过设定的值，智能控制单元检测并判断出该脉冲信号后将发出控制指令，操纵驱动电机3旋转，使控制套6再次转动一定的角度，此时控制套下部的凸台与推力活塞9内孔上部相对应的凸台再次相互对齐，控制套6恢复对推力活塞9的运动限止，可变径稳定器被重新设定为小直径状态。在钻井过程中一般的开停泵操作不会引起工具状态的改变。