旋转式井壁取芯器及反馈控制阀的制作方法

本实用新型涉及油气勘探测井技术领域，特别涉及一种反馈控制阀，还涉及一种使用该反馈控制阀的旋转式井壁取芯器。

背景技术：

旋转式井壁取芯是一种油田用测井技术，通过旋转式井壁取芯器完成取芯操作，其取芯方法与钻井取芯基本相同。区别在于它是在裸眼井中用金刚石空心钻头垂直井壁钻入地层折取岩心。用这种方法取芯收获率高(这点在硬地层中表现尤为突出)。而且在每次取芯动作完成时，在地面控制台上立即可以显示出岩心是否取到，长度多少。用这种方法取出的岩芯最大的优点是：颗粒大、形状呈规则的圆柱形、能保持原地层的性质，可直接用于孔隙度和渗透率等的测量。

现有的旋转式井壁取芯器主要包括液压马达、钻进缸、钻头、钻进缸供压装置、马达供压装置等，钻进缸供压装置向钻进缸中提供液压动力，马达供压装置向液压马达提供旋转液压动力，钻进缸驱动液压马达推进和后退，钻头与液压马达的输出端连接。目前旋转式井壁取芯器在旋进的过程中容易出现卡钻的情况，导致取芯成功率较低。造成卡钻主要原因是：在旋转式井壁取芯器中的液压马达旋转功率是一定的，在取芯过程中钻进缸进给速度快时，液压马达容易卡死。

综上所述，如何解决旋转式井壁取芯器容易发生卡钻现象的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种反馈控制阀，以避免旋转式井壁取芯器发生卡钻现象发生。

本实用新型的另一个目的在于提供一种使用该反馈控制阀的旋转式井壁取芯器，以避免旋转式井壁取芯器发生卡钻现象发生。

为达到上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种反馈控制阀，包括：

内阀体，所述内阀体内依次设置有弹性组件容置腔、阀芯腔和阀座腔，所述内阀体的两端密封设置，所述内阀体的阀壁上设置有钻进缸油道、马达驱动油道和卸油道；

弹性组件，容置于所述弹性组件容置腔内；

阀芯，所述阀芯为阶梯中空轴结构，所述阀芯的大径段滑动密封地设置于所述弹性组件容置腔内，所述阀芯的小径段滑动密封设置于所述阀芯腔内，所述弹性组件的两端分别弹性预紧作用于内阀体和所述阀芯上；

阀座，密封设置于所述阀座腔内，所述阀座设置有阀针通孔；

阀针，一端端部抵接密封于所述阀针通孔的孔口，另一端设置于所述阀芯的中空结构内，且通过位于所述阀芯的中空结构内的阀针弹性件弹性预紧，所述阀座腔远离所述阀针的一侧与所述钻进缸油道连通，所述阀座腔靠近所述阀针的一侧与所述卸油道连通，所述阀芯的阶梯面所朝向的所述弹性组件容置腔与所述马达驱动油道连通。

优选地，在上述的反馈控制阀中，还包括：

外阀体，所述外阀体的内部开设有安装孔，所述内阀体密封设置于所述安装孔内，所述外阀体的阀壁上设置有钻进缸油路接口、马达驱动油路接口和回油箱接口，所述钻进缸油路接口与所述钻进缸油道连通，所述马达驱动油路接口与所述马达驱动油道连通，所述回油箱接口与所述卸油道连通；

密封盖，密封固定于所述安装孔的孔口；

顶紧件，设置于所述安装孔内，且两端分别弹性作用于所述密封盖的内端面和所述内阀体的端面。

优选地，在上述的反馈控制阀中，所述外阀体的封口端开设有拆卸孔，所述拆卸孔的直径大于等于所述弹性组件的外径，所述反馈控制阀还包括密封设置于所述拆卸孔中的端盖，所述弹性组件的两端分别弹性预紧于所述端盖和所述阀芯上。

优选地，在上述的反馈控制阀中，还包括预紧力调节杆，所述端盖开设有调节孔，所述预紧力调节杆螺纹连接于所述调节孔中，且所述预紧力调节杆的一端抵接于所述弹性组件的端面。

优选地，在上述的反馈控制阀中，所述弹性组件包括弹簧和弹簧座，所述弹簧套设于所述弹簧座上。

优选地，在上述的反馈控制阀中，所述阀芯与所述内阀体之间通过格莱圈密封。

优选地，在上述的反馈控制阀中，所述顶紧件为蝶簧或弹性橡胶。

优选地，在上述的反馈控制阀中，所述阀针弹性件为阀针弹簧或弹性橡胶。

优选地，在上述的反馈控制阀中，所述阀座与所述内阀体之间、所述密封盖与所述外阀体之间、所述端盖与所述外阀体之间以及所述内阀体与所述外阀体之间均通过密封圈密封。

本实用新型还提供了一种旋转式井壁取芯器，包括液压马达、钻进缸、钻进缸供压装置、马达供压装置、供油箱和回油箱，所述液压马达与所述马达供压装置连接，所述钻进缸供压装置的供油端与所述钻进缸的推进腔连通，所述钻进缸供油装置的回油端与所述钻进缸的回退腔连通，所述钻进缸的推进端与所述液压马达推进连接；

还包括如以上任一项所述的反馈控制阀，所述反馈控制阀的钻进缸油道与所述钻进缸的推进腔连通，所述反馈控制阀的马达驱动油道与所述液压马达的进油道连通，所述反馈控制阀的卸油道与所述回油箱连通。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的反馈控制阀中，内阀体内由一端向另一端依次设置有弹性组件、阀芯、阀针和阀座，弹性组件弹性预紧在阀芯的一端，阀芯为阶梯中空结构，大径段滑动密封设置于弹性组件容置腔内，小径段滑动密封设置于阀芯腔内，阀座密封设置于阀座腔内，阀针的一端端部抵接密封于阀针通孔的孔口，另一端设置于阀芯的中空结构内，且与中空结构内的阀针弹性件弹性预顶紧，从而使阀针抵接密封阀针通孔的孔口，阀座腔远离阀针的一侧与钻进缸油道连通，阀座腔靠近阀针的一侧与卸油道连通，阀芯的阶梯面所朝向的弹性组件容置腔与马达驱动油道连通，钻进缸油道用于与钻进缸的推进油路连通，马达驱动油道用于与液压马达的旋转驱动油路连通，卸油道用于与回油路连通。

在进行正常井壁取芯时，阀座腔位于阀座的两侧腔室通过阀针抵接密封阀针通孔实现隔离，钻进缸能够进行正常推进，液压马达正常钻进，当液压马达在取芯过程中遇卡或钻进缸进给过快时，马达驱动油路的压力会升高，由于马达驱动油路通过马达驱动油道与阀芯的阶梯面所朝向的弹性组件容置腔连通，因此，当压力升高到大于弹性组件的预紧力时，阀芯向远离阀座的一侧移动，带动阀针向远离阀座的一侧移动，阀针通孔被打开，阀座两侧连通，从而将钻进缸油道与卸油道连通，对钻进缸进行泄压，钻进缸进给速度下降直至停止，消除了卡钻，此时马达驱动油路压力就会下降，液压马达恢复正常工作。当马达驱动油路压力下降后，阀芯在弹性组件的弹性作用下复位，阀针再次封堵阀针通孔，钻进缸压力恢复正常，继续钻进。如此反复作用，直至取芯动作完成。通过反馈控制阀将钻进缸油路与马达驱动油路建立连接，使马达驱动油路成为压力反馈油路，实现了旋转式井壁取芯器的自动控制，避免了卡钻的情况，提高了取芯成功率。

本实用新型提供的旋转式井壁取芯器采用了本申请中的反馈控制阀，因此具有与上述相同的技术效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种反馈控制阀的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种反馈控制阀的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种旋转式井壁取芯器的连接示意图。

其中，1为端盖、2为密封圈、3为弹簧座、4为内阀体、41为卸油道、42为阀座腔、43为钻进缸油道、44为阀芯腔、45为马达驱动油道、46为弹性组件容置腔、5为弹簧、6为格莱圈、7为阀芯、8为阀针、9为阀座、10为顶紧件、11为密封盖、12为限位件、13为阀针弹性件、14为垫圈、15为挡圈、16为调节杆、17为外阀体、18为第二电机、19为第二油泵、20为供油箱、21为回油箱、22为环形阀、23为钻进缸、24为第一电机、25为第一油泵、26为液压马达、27为钻头、28为反馈控制阀、A为钻进缸油路接口、B为马达驱动油路接口、C为回油箱接口。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供了一种反馈控制阀，能够避免旋转式井壁取芯器的卡钻现象发生。

本实用新型还提供了一种使用该反馈控制阀的旋转式井壁取芯器，避免了旋转式井壁取芯器发生卡钻现象发生。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1-图3，本实用新型实施例提供了一种反馈控制阀28，包括内阀体4、弹性组件、阀芯7、阀座9、阀针8和阀针弹性件13。

其中，内阀体4内部由一端至另一端依次设置有弹性组件容置腔46、阀芯腔44和阀座腔42，且弹性组件容置腔46的内径大于阀芯腔44的内径，弹性组件容置腔46与阀芯腔44之间优选通过锥形面过渡连接；内阀体4的阀壁上开设有与内阀体4的内部腔室连通的钻进缸油道43、马达驱动油道45和卸油道41。

阀芯7为阶梯中空轴结构，具有大径段和小径段，其中，大径段滑动密封地设置于弹性组件容置腔46内，小径段滑动密封设置于阀芯腔44内，且小径段的端面被阀芯腔44与阀座腔42的环形台肩限位；弹性组件容置于弹性组件容置腔46内，且弹性组件的两端分别弹性预紧作用于内阀体4和阀芯7的端面上；阀座9密封设置于阀座腔42内，且阀座9靠近阀芯7的一侧端面被阀座腔42内的环形台肩限位，阀座9设置有阀针通孔，阀针通孔远离阀芯7的一端为孔口。

阀针8的一端插入阀针通孔内且该端端面抵接密封于阀针通孔的孔口，阀针8的另一端设置于阀芯7的中空结构内，阀针弹性件13设置于阀芯7的中空结构内，且阀针弹性件13的两端分别弹性预紧作用于阀针8和阀芯7上。在内阀体4内装入弹性组件、阀芯7、阀座9、阀针8和阀针弹性件13后，将内阀体4的两端密封。

内阀体4的阀座腔42远离阀针8的一侧与钻进缸油道43连通，阀座腔42靠近阀针8的一侧与卸油道41连通，阀芯7的大径段和小径段相接的阶梯面所朝向的弹性组件容置腔44与马达驱动油道45连通，即阀芯7的阶梯段与内阀体4所围成的腔室与马达驱动油道45连通。其中，钻进缸油道43用于与钻进缸油路连通，马达驱动油道45用于与液压马达驱动油路连通，卸油道41用于与回油箱连通。

上述反馈控制阀28的工作过程和工作原理如下：如图1所示，在进行正常井壁取芯时，阀针8在阀针弹性件13的预紧作用下插入阀座9的阀针通孔内，且阀针8的端部抵接密封阀针通孔的孔口，从而将阀座腔42位于阀座9两侧的腔室隔离，此时，钻进缸油道43不与卸油道41连通，与此同时，阀芯7在弹性组件的预紧作用下处于图1中的右侧位置，被阀芯腔44和阀座腔42之间的环形台阶轴向限位，由于阀芯7的小径段和大径段均与内阀体4的内壁面密封，因此，马达驱动油道45不与卸油道41和弹性组件容置腔46的左侧连通。此时，钻进缸23能够进行正常推进，液压马达26正常钻进，当液压马达26在取芯过程中遇卡或钻进缸23进给过快时，马达驱动油路的压力会升高，由于马达驱动油路通过马达驱动油道45与阀芯7的阶梯面所朝向的弹性组件容置腔46连通，因此，当压力升高到大于弹性组件的预紧力时，阀芯7向远离阀座9的一侧移动，带动阀针8向远离阀座9的一侧移动，阀针通孔被打开，阀座9两侧腔室连通，从而将钻进缸油道43与卸油道41连通，对钻进缸油路进行泄压，钻进缸23进给速度下降直至停止，液压马达26不再推进，消除了液压马达卡钻，此时马达驱动油路压力就会下降，液压马达26恢复正常工作。当马达驱动油路压力下降后，阀芯7在弹性组件的弹性作用下复位，阀针8再次封堵阀针通孔，钻进缸23压力恢复正常，能够继续正常钻进。如此反复作用，直至取芯动作完成。通过反馈控制阀将钻进缸油路与马达驱动油路建立连接，使马达驱动油路成为压力反馈油路，实现了旋转式井壁取芯器的自动控制，避免了卡钻的情况，提高了取芯成功率。

如图2所示，本实施例提供了第二种反馈控制阀，在上述第一种反馈控制阀的基础上，本实施例中的反馈控制阀28还包括外阀体17、密封盖11和顶紧件10。其中，外阀体17的内部开设有安装孔，外阀体17可以为一端封闭、一端敞口的阀体，内阀体4密封设置于安装孔内，即内阀体4的外壁面与外阀体17的内壁面之间密封，从而使卸油道41、钻进缸油道43和马达驱动油道45彼此隔离；外阀体17的阀壁上设置有钻进缸油路接口A、马达驱动油路接口B和回油箱接口C，钻进缸油路接口A与钻进缸油道43连通，马达驱动油路接口B与马达驱动油道45连通，回油箱接口C与卸油道41连通，且钻进缸油路接口A用于和钻进缸油路连通，马达驱动油路接口B用于与马达驱动油路连通，回油箱接口C用于与回油箱21连通。密封盖11密封固定于安装孔的孔口，从而将内阀体4密封于安装孔内，密封盖11可螺纹密封连接于安装孔的孔口，也可以压紧密封；顶紧件10设置于安装孔内，且两端分别弹性作用于密封盖11的内端面和内阀体4的端面，从而将内阀体4轴向定位固定于安装孔内。

设置外阀体17的反馈控制阀28能够方便内阀体4内的各个部件的安装和拆卸，方便内阀体4的两端的密封。当然，上一实施例中的第一种反馈控制阀也可以直接在内阀体4的两端直接通过两个密封盖密封。

为了方便对内阀体4内的弹性组件的拆卸更换，在本实施例中，反馈控制阀28还包括端盖1，外阀体17的封口端开设有拆卸孔，拆卸孔的直径大于等于弹性组件的外径，端盖1密封设置于拆卸孔中，具体可通过螺纹密封连接。将端盖1从拆卸孔中取下，直接从拆卸孔将弹性组件装入内阀体4内，再装上端盖1，弹性组件的两端分别弹性预紧于端盖1和阀芯7上。可见，拆装更换方便，不需要打开密封盖11，将内阀体4取出等复杂操作。

如图1和图2所示，进一步地，在本实施例中，反馈控制阀28还包括调节杆16，端盖1开设有调节孔，调节杆16螺纹连接于调节孔中，且调节杆16的一端抵接于弹性组件的端面。通过调节杆16可以直接在外阀体17的外部直接调节弹性组件施加的预紧力，从而调节马达驱动油路的保护压力。

作为优化，在本实施例中，弹性组件包括弹簧5和弹簧座3，弹簧座3包括分体的外弹簧座和内弹簧座，弹簧5套设于弹簧座3上。这样，弹簧5受力更加均匀，当然，弹性组件也可以只包括弹簧5或弹性橡胶等具有弹性的部件。

为了进一步提高阀芯7与内阀体4之间的密封性能，保证马达驱动油道45与卸油道41以及弹性组件容置腔46左侧之间的绝对隔离，本实施例中的阀芯7与内阀体4之间优选地通过格莱圈6密封，格莱圈6包括一个O形密封圈和一个聚四氟乙烯圈组成，密封性能好。当然，也可以采用其它密封圈。

作为优化，顶紧件10为蝶簧或弹性橡胶，只要能够将内阀体4弹性挤压定位在外阀体17内即可。阀针弹性件13为阀针弹簧或弹性橡胶。

为了进一步保证反馈控制阀28的密封性能，在本实施例中，阀座9与内阀体4之间、密封盖11与外阀体17之间、端盖1与外阀体17之间、调节杆16与端盖1之间以及内阀体4与外阀体17之间均通过密封圈2密封，优选为O形密封圈。

在以上实施例的基础上，本实用新型实施例还提供了一种旋转式井壁取芯器，包括液压马达26、钻进缸23、钻进缸供压装置、马达供压装置、供油箱20、回油箱21、钻头27以及反馈控制阀28。其中，反馈控制阀28为以上全部实施例所描述的反馈控制阀28；液压马达26与马达供压装置连接，钻进缸供压装置的供油端与钻进缸23的推进腔连通，钻进缸供油装置的回油端与钻进缸23的回退腔连通，钻进缸23的伸缩端与液压马达23推进连接；反馈控制阀28的钻进缸油道43与钻进缸23的推进腔连通，反馈控制阀28的马达驱动油道45与液压马达26的进油道连通，反馈控制阀28的卸油道41与回油箱21连通。

具体地，钻进缸供压装置包括第二电机18、第二油泵19、换向阀22和供油箱20，第二电机18驱动第二油泵19从供油箱20中向钻进缸23供油，通过换向阀22的换向，控制钻进缸23的推进和回退，当钻进缸23推进时，则推进液压马达26前进，当钻进缸23回退时，则驱动液压马达26回退。马达供压装置包括第一电机24、第一油泵25和供油箱20，第一电机24驱动第一油泵25从供油箱20中向液压马达26中供油，从而驱动液压马达26旋转。

工作时，通过反馈控制阀28根据马达驱动油路压力进行钻进缸油路压力的卸压，从而自动保护旋转式井壁取芯器，避免卡钻，提高取芯成功率。

本申请中的反馈控制阀28主要用于石油测井仪器，也可用于其它类似对环境适应性和体积性能等有苛刻要求的液压系统中。本申请中的反馈控制阀28体积小、控制灵敏、可承受压力高，并可承受井下的高温高压环境。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。