专利名称：液控组合阀的制作方法
技术领域：
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。
本实用新型的目的是这样实现的一种液控组合阀，该液控组合阀设有连通于液压驱动源的进油口P和连通于油箱的出油口T，该液控组合阀还设有驱动口A和回油口B分别连通于液压缸活塞两侧的油腔，该液控组合阀的进油口P至驱动口A通过电磁换向阀模块、双向液压锁模块与回油口B至出油口T通过双向液压锁模块、电磁换向阀模块同时构成通路，该液控组合阀的进油口P至回油口B通过电磁换向阀模块、双向液压锁模块与驱动口A至出油口T通过双向液压锁模块、电磁换向阀模块同时构成通路。所述的连通进油口的油路和连通出油口的油路之间连通有向进油口方向导通的溢流阀。所述的连通进油口的油路上设有进油方向导通的单向阀单向阀与进油口之间的油路和连通出油口的油路之间连通有出油口至进油口方向导通的单向阀。所述的双向液压锁模块设有双向液压锁阀体，该阀体两端设有单向阀阀芯组件，单向阀阀芯朝向中间顶在阀口上，阀腔内两单向阀阀芯之间设有两端设有尖端的阀杆，每个单向阀阀口两侧均连通有油路。所述的电磁换向阀模块设有两个电磁换向阀，该电磁换向阀的进出油口通过由电磁驱动的电磁阀块的移动与两分支口中的一个构成通路。所述的液控组合阀的阀体呈环形，液控组合阀中间设有可容动力传动轴穿过的通孔，液控组合阀外侧环设有壳体，液控组合阀嵌套在壳体中。所述的液控组合阀的阀体设为可分开的多个模块，各模块之间通过紧固螺钉连接为一个整体。所述的各模块之间的油路交接面设有密封装置。所述的液控组合阀上与外部连接的油路交接面设有密封装置。
本实用新型的工作原理是这样的本实用新型的液控组合阀，油路的P口与液力驱动源相连，T口通油箱；A、B口分别与液压缸活塞左右侧的油腔连接。
当需要调节液压缸活塞的位移时，液压系统有控制信号输入，高压油经P口进入组合阀，经单向阀S1到达常闭型电磁换向阀a和b，然后控制信号产生以下两种动作之一①使a通电，电磁换向阀打开，液压油经过a，打开液控单向阀L1和L2，高压油进入液压缸活塞的左腔，与此同时，L2与电磁换向阀b的回油路构成活塞右腔液压油的回油通路，高压油不断进入液压缸活塞的左腔，推动活塞向右移动；a断电后，双向液压锁前端的油压消失，L1和L2关闭，液压缸的输出位置被锁定。
②使b通电，高压油进入液压缸活塞的右腔，被打开的L1与a的回油路构成活塞左腔的回油通路，活塞左移；b断电后，双向液压锁锁定液压缸的位置。
当高压油经P口进入组合阀、a和b不通电时，高压油经S1、打开溢流阀f、经T口流回油箱；当液力驱动源从油箱吸油时，液压油由T口、经单向阀S2和P口，进入驱动源。
应用本实用新型的液控组合阀，具有如下有益之处1、本实用新型以液压油为工作介质，液压系统的零部件使用寿命长，无需做大量的维护和保养，对液压部件的耐摩性和抗腐蚀能力不做太高的要求。
2、本实用新型的主要液压部件为常规液压阀或与之等同功能阀的阀芯和阀套，成本低，制造工艺简单，易于推广和普及。
3、本实用新型采用了集成阀块的形式，结构紧凑，体积小，易于在井下有限的空间内布置。
4、本实用新型的液压系统简单，工作性能可靠。
5、本实用新型的功能较强，具有过载保护、开关控制和锁位功能，特别是其锁位功能，能够根据设计需要实现对液压缸的多次供油，使液压缸活塞输出较大的行程。
6、本实用新型为控制执行机构液控系统的核心阀组，可广泛推广应用于井下自动控制系统其它执行机构的液压系统中。
以下结合附图进一步详细说明本实用新型。
图1为本实用新型的原理图。
图2为本实用新型各模块的布置图。
图3为本实用新型的展开图。
图4为单向阀溢流阀模块油路的俯视图。
图4A为单向阀溢流阀模块油路的展开图。
图5为一个电磁阀模块油路的俯视图。
图5A为一个电磁阀模块油路的展开图。
图6为另一个电磁阀模块油路的俯视图。
图6A为另一个电磁阀模块油路的展开图。
图7为双向液压锁模块油路的俯视图。
图7A为双向液压锁模块油路的一侧展开图。
图7B为双向液压锁模块油路的另一侧展开图。
图8为本实用新型各模块的组装侧视图。
图9为本实用新型各模块的组装图。
请参阅
图1，为本实用新型的原理图。本实用新型的液控组合阀，油路的P口与液力驱动源相连，T口通油箱；A、B口分别与液压缸活塞左右侧的油腔连接。其中G为液压缸，Q为液力驱动源，X为油箱，F为组合阀。
该液控组合阀设有连通于液压驱动源的进油口P和连通于油箱的出油口T，该液控组合阀还设有驱动口A和回油口B分别连通于液压缸活塞两侧的油腔，该液控组合阀的进油口P至驱动口A通过电磁换向阀模块、双向液压锁模块与回油口B至出油口T通过双向液压锁模块、电磁换向阀模块同时构成通路，该液控组合阀的进油口P至回油口B通过电磁换向阀模块、双向液压锁模块与驱动口A至出油口T通过双向液压锁模块、电磁换向阀模块同时构成通路。
所述的连通进油口的油路和连通出油口的油路之间连通有向进油口方向导通的溢流阀。
所述的连通进油口的油路上设有进油方向导通的单向阀，单向阀与进油口之间的油路和连通出油口的油路之间连通有出油口至进油口方向导通的单向阀。
当需要调节液压缸活塞的位移时，液压系统有控制信号输入，高压油经P口进入组合阀，经单向阀S1到达常闭型电磁换向阀a和b，然后控制信号产生以下两种动作之一①使a通电，电磁换向阀打开，液压油经过a，打开液控单向阀L1和L2，高压油进入液压缸活塞的左腔，与此同时，L2与电磁换向阀b的回油路构成活塞右腔液压油的回油通路，高压油不断进入液压缸活塞的左腔，推动活塞向右移动；a断电后，双向液压锁前端的油压消失，L1和L2关闭，液压缸的输出位置被锁定。
②使b通电，高压油进入液压缸活塞的右腔，被打开的L1与a的回油路构成活塞左腔的回油通路，活塞左移；b断电后，双向液压锁锁定液压缸的位置。
当高压油经P口进入组合阀、a和b不通电时，高压油经S1、打开溢流阀f、经T口流回油箱；当液力驱动源从油箱吸油时，液压油由T口、经单向阀S2和P口，进入驱动源。
请参阅图2和图3所示，为本实用新型各模块的布置图和本实用新型的展开图。
所述的双向液压锁模块设有双向液压锁阀体，该阀体两端设有单向阀阀芯组件，单向阀阀芯朝向中间顶在阀口上，阀腔内两单向阀阀芯之间设有两端设有尖端的阀杆，每个单向阀阀口两侧均连通有油路。
所述的电磁换向阀模块设有两个电磁换向阀，该电磁换向阀的进出油口通过由电磁驱动的电磁阀块的移动与两分支口中的一个构成通路。
所述的液控组合阀的阀体呈环形，液控组合阀中间设有可容动力传动轴穿过的通孔，液控组合阀外侧环设有壳体，液控组合阀嵌套在壳体中。
所述的液控组合阀的阀体设为可分开的多个模块，各模块之间通过紧固螺钉连接为一个整体。
本实用新型由单向阀溢流阀模块、两个电磁阀模块、两个电磁铁模块和双向液压锁模块组成，如图2和图3所示。单向阀溢流阀模块包括有单向阀溢流阀阀体4、单向阀阀芯组件12、溢流阀阀芯组件13、单向阀阀芯组件14，两个电磁阀模块分别由电磁阀阀体3、电磁阀阀芯组件11和电磁阀阀5、电磁阀阀芯组件15组成，两个电磁铁模块分别由电磁铁座2、电磁铁组件10和电磁铁座6、电磁铁组件16组成，双向液压锁模块由双向液压锁阀体1、液控单向阀阀芯组件9组成。
本实用新型可以采用现有的单向阀、直动式溢流阀、球座式电磁换向阀和双向液压锁的阀芯阀套等零部件，装配在重新设计的相应阀体中，由各模块阀体除内圆周表面外的五个面钻深浅不等的孔构成
图1所示的油路。
各阀体的布置和阀芯组件与阀体的装配关系在图2和图3中已给出，下面主要对各模块阀体中的孔构成的油路进行详细说明，在图4至图6中，轴向的孔用“h”表示，径向的孔用“p”表示，所有的展开图按图2中标注的方向展开。
图4所示的单向阀溢流阀模块中含有4种工况的油路①当需要调节液压缸的输出位移时，若电磁换向阀a通电，进油路为P口→单向阀S1→p6→h1→p7；回油路为p4→h4→p10→T口。
②当需要调节液压缸的输出位移时，若电磁换向阀b通电，进油路为P口→单向阀S1→p6→h1→p1→p2→h3→p8；回油路为p3→溢流阀f→p4→h3→p10→T口。
③当高压油由P口进入，电磁阀a和b不通电时，溢流阀f被打开，系统回油，油路为p6→h1→p1→打开溢流阀f→p4→h3→p10→T口。
④当液力驱动源需要从油箱吸油时，油路为T口→单向阀S2→p5→h2→P口。
图5所示的电磁阀为电磁铁断电时的位置钢球在弹簧力作用下封住p13→p12和p17→p16的通路，此时p12→p11和p16→p15相通，系统经p14→h5→p12→p11和p18→h6→p16→p15油路回油；若电磁铁通电，电磁铁推力克服弹簧力及摩擦力推动推杆上移，钢球上移封住阀座下端，即封住p12→p11和p16→p15的通路，此时p13→p12和p17→p16相通，系统经p13→p12→h5→p14和p17→p16→h6→p18油路进油。
该电磁铁模块中只有一条油路，如图2所示，当电磁铁通电时系统经该模块中的油路进油，反之，则回油。
图6所示的双向液压锁模块实质上是由两个单向阀(L1、L2)和推杆组成，为保证两单向阀在系统不供油时能可靠的关闭，模块的A、B口分别与液压缸的左、右腔接通。
当电磁阀a通电，进油路线为p19→h7→p20→p21→p22→h9→A口；回油路线为B口→h10→p25→p24→h8→p23。
当电磁阀b通电，进油路线为p23→h8→p2→p25→h10→B口；回油路线为A口→h9→p22→p21→p20→h7→p19。
综合上述，下面把电磁换向阀进行开关控制的系统进、回油路线简述如下①电磁阀a通电进油路线P口→S1→p6→h1→p7→p13→电磁阀a→p12→h5→p14→电磁铁模块2→p19→h7→p20→L1→p21→p22→h9→A口回油路线B口→h10→p25→L2→p24→h8→p23→电磁铁模块(6)→p18→h6→p16→p15→p4→h4→p10→T口。
②电磁阀b通电进油路线P口→S1→p6→h1→p1→p2→h3→p8→p17→电磁阀b→p16→h6→p18→电磁铁模块(6)→h8→p24→L2→p25→h10→B口回油路线A口→h9→p22→p21→L1→p20→h7→p19→电磁铁模块(2)→p14→h5→p12→p11→p3→p4→h3→p10→T口各模块油路交接面之间的密封采用O型密封圈密封，该阀与外部连接的顶面、地面和侧面油路孔的密封采用球卡环密封形式；各模块之间的连接是用12个紧固螺钉连接，如图7所示。
权利要求1.一种液控组合阀，其特征在于该液控组合阀设有连通于液压驱动源的进油口P和连通于油箱的出油口T，该液控组合阀还设有驱动口A和回油口B分别连通于液压缸活塞两侧的油腔，该液控组合阀的进油口P至驱动口A通过电磁换向阀模块、双向液压锁模块与回油口B至出油口T通过双向液压锁模块、电磁换向阀模块同时构成通路，该液控组合阀的进油口P至回油口B通过电磁换向阀模块、双向液压锁模块与驱动口A至出油口T通过双向液压锁模块、电磁换向阀模块同时构成通路。
2.如权利要求1所述的一种液控组合阀，其特征在于所述的连通进油口的油路和连通出油口的油路之间连通有向进油口方向导通的溢流阀。
3.如权利要求1所述的一种液控组合阀，其特征在于所述的连通进油口的油路上设有进油方向导通的单向阀，单向阀与进油口之间的油路和连通出油口的油路之间连通有出油口至进油口方向导通的单向阀。
4.如权利要求1所述的一种液控组合阀，其特征在于所述的双向液压锁模块设有双向液压锁阀体，该阀体两端设有单向阀阀芯组件，单向阀阀芯朝向中间顶在阀口上，阀腔内两单向阀阀芯之间设有两端设有尖端的阀杆，每个单向阀阀口两侧均连通有油路。
5.如权利要求1所述的一种液控组合阀，其特征在于所述的电磁换向阀模块设有两个电磁换向阀，该电磁换向阀的进出油口通过由电磁驱动的电磁阀块的移动与两分支口中的一个构成通路。
6.如权利要求1或2或3或4或5所述的一种液控组合阀，其特征在于所述的液控组合阀的阀体呈环形，液控组合阀中间设有可容动力传动轴穿过的通孔，液控组合阀外侧环设有壳体，液控组合阀嵌套在壳体中。
7.如权利要求6所述的一种液控组合阀，其特征在于所述的液控组合阀的阀体设为可分开的多个模块，各模块之间通过紧固螺钉连接为一个整体。
8.如权利要求7所述的一种液控组合阀，其特征在于所述的各模块之间的油路交接面设有密封装置。
9.如权利要求7所述的一种液控组合阀，其特征在于所述的液控组合阀上与外部连接的油路交接面设有密封装置。
专利摘要本实用新型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。
文档编号E21B34/06GK2431397SQ00238948
公开日2001年5月23日 申请日期2000年6月22日 优先权日2000年6月22日
发明者苏义脑, 窦修荣 申请人:石油勘探开发科学研究院钻井工艺研究所