Гидравлическая силовая система для скважинного устройства и скважинное устройство
HYDRAULIC POWER SYSTEM FOR A DOWNHOLE APPARATUS AND DOWNHOLE APPARATUS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится без ограничения к области техники геологической разведки, в частности к гидравлической силовой системе для скважинного устройства и к скважинному устройству.
Предпосылки
Некоторые скважинные устройства, применяемые для геологической разведки и испытаний, характеризуются высокими требованиями к управлению усилием и скоростью вследствие специфики условий эксплуатации и эксплуатационных требований. Например, для повышения приспособляемости прибора для колонкового бурения к породе, в ходе эксплуатации прибора для колонкового бурения большого диаметра требуется более высокая точность управления давлением при бурении и скоростью продвижения буровой коронки. Кроме того, диапазон изменений давления и скорости бурения является весьма широким в разных условиях эксплуатации. При колонковом бурении в сложной породе требования в отношении управления давлением и скоростью бурения являются более высокими.
Однако существующие гидравлические системы неспособны удовлетворять требованиям в отношении управления усилием и скоростью при операциях в скважине. Например, современные гидравлические системы неспособны полностью удовлетворять требованиям в отношении давления при бурении и скорости бурения в операциях колонкового бурения большого диаметра, и буровая коронка в процессе колонкового бурения легко прихватывается. При возникновении прихватывания усилие для втягивания буровой коронки является небольшим, а скорость втягивания является низкой, что легко повреждает прибор для колонкового бурения. Кроме того, скоростью бурения нельзя эффективно управлять, что приводит к низкой эффективности колонкового бурения. Кроме того, надежность современных гидравлических систем обычно является неудовлетворительной. Возникновение проблемы серьезно повлияет на эффективность эксплуатации приборов для колонкового бурения. Недостаточная эффективность современных гидравлических систем часто приводит к прихватыванию скважинных приборов, такому как прихваченная буровая коронка и неизвлекаемая буровая коронка, и утилизация прибора будет приводить к серьезным потерям времени и издержкам.
Сущность изобретения
Ниже следует краткое описание объектов изобретения, подробно описанных в данном документе. Это краткое описание не предназначено для ограничения объема правовой охраны формулы изобретения.
В настоящем изобретении предоставляется гидравлическая силовая система для скважинного устройства и скважинное устройство, которое может реализовывать эффективное управление усилием и скоростью при эксплуатации в скважине.
В одном аспекте в настоящем изобретении предоставляется гидравлическая силовая система для скважинного устройства, которая содержит первый двигатель, первый гидравлический насос, второй гидравлический насос, первый основной масляный канал, второй основной масляный канал, модуль управления переключением и первый исполнительный модуль; первый двигатель содержит первый выходной вал и второй выходной вал, при этом первый выходной вал приводит в действие первый гидравлический насос, и выпуск масла первого гидравлического насоса соединен с входным концом первого основного масляного канала; второй выходной вал приводит в действие второй гидравлический насос, и выпуск масла второго гидравлического насоса соединен с входным концом второго основного масляного канала; первый исполнительный модуль соединен с выходным концом первого основного масляного канала; производительность первого гидравлического насоса меньше, чем у второго гидравлического насоса; модуль управления переключением подключен между первым основным масляным каналом и вторым основным масляным каналом, и выполнен с возможностью регулировки рабочего давления первого основного масляного канала и скорости движения первого исполнительного модуля путем управления открытием-закрытием между первым основным масляным каналом и вторым основным масляным каналом.
В другом аспекте в настоящем изобретении предоставляется скважинное устройство, содержащее вышеописанную гидравлическую силовую систему.
Гидравлическая силовая система, предоставляемая настоящим изобретением, может эффективно регулировать рабочее давление первого основного масляного канала и скорость движения первого исполнительного модуля при помощи технологии, в которой один двигатель приводит в действие два насоса совместно с модулем управления переключением, за счет чего поддерживается эффективное управление усилием и скоростью в соответствии с требованиями операций в скважине.
Другие аспекты станут очевидны при прочтении и понимании графических материалов и подробного описания.
Краткое описание графических материалов
Сопроводительные графические материалы используются для обеспечения понимания технических решений настоящего изобретения и составляют часть описания. Они используются совместно с вариантами осуществления настоящего изобретения для разъяснения технических решений настоящего изобретения и не составляют ограничение в отношении технических решений настоящего изобретения.
На фиг. 1 представлено схематическое изображение гидравлической силовой системы для скважинного устройства согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 представлено схематическое изображение гидравлической силовой системы для скважинного устройства согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3 представлено схематическое изображение передачи мощности первого двигателя в иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 4 представлено схематическое изображение передачи мощности второго двигателя в иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 5 представлено схематическое изображение принципа действия гидравлической силовой системы согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 6 представлено схематическое изображение модуля управления переключением согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 7 представлено схематическое изображение модуля управления давлением согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 8 представлено схематическое изображение принципа управления буровым гидравлическим цилиндром согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 9 представлено схематическое изображение принципа управления упорным гидравлическим цилиндром согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 10 представлено схематическое изображение принципа управления скоростью вращения буровой коронки согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
Описание ссылочных позиций:
10, M1 - первый двигатель; М2 - второй двигатель; М3 - гидравлический двигатель; 11, В1 - первый гидравлический насос; 12, В2 - второй гидравлический насос; В3 - третий гидравлический насос; А - первый основной масляный канал; В - второй основной масляный канал; 13 - модуль управления переключением; 14 - первый исполнительный модуль; 15 - второй исполнительный модуль; 16 - модуль управления давлением; K1-K16 - спускной предохранительный клапан; S1-S10 - обратный клапан; X1, Х2 - накопитель; R1-R10 - гидравлический регулирующий обратный клапан; G1, G2 - упорный гидравлический цилиндр; G3 - гидравлический цилиндр для введения буфера; G4 - гидравлический цилиндр для выталкивания керна; G5 - гидравлический цилиндр для реверса тяги; G6 - буровой гидравлический цилиндр; L1-L8 - датчик давления; Р1-Р3 - датчик перемещения; Q - подвижная направляющая; 101 - первый выходной вал; 102 - второй выходной вал;
NC-1, NC-2, NO-3, NC-4, NC-5, NC-6, NC-7, NC-8, NO-9, NC-10, NO-11, NC-12, NO-13, NO-14, NC-15, NO-16, NC-17, NC-18, NC-19 - электромагнитный реверсивный клапан.
Подробное описание
В настоящей заявке описан ряд вариантов осуществления, но это описание является иллюстративным, неограничивающим, и средним специалистам в данной области техники очевидно, что может существовать множество вариантов осуществления и схем реализации в пределах объема, охватываемого вариантами осуществления, описанными в настоящей заявке. Несмотря на то, что многие возможные комбинации признаков представлены в графических материалах и обсуждены в вариантах осуществления, также возможными являются многие другие комбинации описанных признаков. Если это конкретно не ограничено, любой признак или элемент любого варианта осуществления можно использовать в комбинации с любым другим признаком или элементом любого другого варианта осуществления, или им можно заменить любой другой признак или элемент любого другого варианта осуществления.
Настоящее изобретение содержит и предполагает комбинации признаков и элементов, известных средним специалистам в данной области техники. Описанные варианты осуществления, признаки и элементы настоящего изобретения также можно комбинировать с любым другим традиционным признаком или элементом с образованием уникального изобретательского решения, заданного формулой изобретения. Любой признак или элемент любого варианта осуществления также можно скомбинировать с признаком или элементом из другой изобретательской схемы с образованием еще одной уникальной изобретательской схемы, заданной формулой изобретения. Поэтому следует понимать, что любые признаки, представленные и/или обсужденные в настоящей заявке, можно реализовать по отдельности или в любой подходящей комбинации. Поэтому варианты осуществления не ограничены иначе, чем вариантами осуществления, выполненными в соответствии с приложенной формулой изобретения, и их эквивалентами. Кроме того, различные модификации и изменения можно осуществлять в пределах объема правовой охраны приложенной формулы изобретения.
На фиг. 1 представлено схематическое изображение гидравлической силовой системы для скважинного устройства согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.1, гидравлическая силовая система согласно этому варианту осуществления содержит первый двигатель 10, первый гидравлический насос 11, второй гидравлический насос 12, первый основной масляный канал А, второй основной масляный канал В, модуль 13 управления переключением и первый исполнительный модуль 14. Первый двигатель 10 содержит первый выходной вал 101 и второй выходной вал 102, при этом первый выходной вал 101 приводит в действие первый гидравлический насос 11, и второй выходной вал 102 приводит в действие второй гидравлический насос 12. Выпуск масла первого гидравлического насоса 11 соединен с входным концом первого основного масляного канала А, и выпуск масла второго гидравлического насоса 12 соединен с входным концом второго основного масляного канала В. Производительность первого гидравлического насоса 11 меньше, чем у второго гидравлического насоса 12. Модуль 13 управления переключением подключен между первым основным масляным каналом А и вторым основным масляным каналом В, и выполнен с возможностью регулировки рабочего давления первого основного масляного канала А и скорости движения первого исполнительного модуля 14 путем управления открытием-закрытием между первым основным масляным каналом А и вторым основным масляным каналом В.
В иллюстративном варианте осуществления максимальное рабочее давление первого гидравлического насоса 11 больше, чем у второго гидравлического насоса 12. Модуль 13 управления также может быть выполнен с возможностью регулировки рабочего давления второго основного масляного канала В путем управления открытием-закрытием между первым основным масляным каналом А и вторым основным масляным каналом В.
В иллюстративном варианте осуществления модуль 13 управления переключением может содержать первый блок управления и второй блок управления. Первый блок управления подключен между первым основным масляным каналом А и вторым основным масляным каналом В, и выполнен с возможностью управления перетеканием жидкого масла из первого основного масляного канала А во второй основной масляный канал В, когда рабочее давление первого основного масляного канала А больше, чем второго основного масляного канала В. Второй блок управления подключен между первым основным масляным каналом А и вторым основным масляным каналом В, и выполнен с возможностью управления перетеканием жидкого масла из второго основного масляного канала В в первый основной масляный канал А, когда рабочее давление второго основного масляного канала В больше, чем первого основного масляного канала А.
В иллюстративном варианте осуществления первый блок управления может содержать первый реверсивный клапан и первый обратный клапан, при этом первый масляный порт первого реверсивного клапана соединен с первым соединительным концом первого основного масляного канала, второй масляный порт первого реверсивного клапана соединен с впуском масла первого обратного клапана, и выпуск масла первого обратного клапана соединен с первым соединительным концом второго основного масляного канала. Первый реверсивный клапан выполнен с возможностью управления перетеканием жидкого масла из первого основного масляного канала во второй основной масляный канал последовательно через первый реверсивный клапан и первый обратный клапан;
второй блок управления может содержать второй реверсивный клапан и второй обратный клапан, при этом первый масляный порт второго реверсивного клапана соединен с первым соединительным концом второго основного масляного канала, второй масляный порт второго реверсивного клапана соединен с впуском масла второго обратного клапана, и выпуск масла второго обратного клапана соединен с первым соединительным концом первого основного масляного канала. Второй реверсивный клапан выполнен с возможностью управления перетеканием жидкого масла из второго основного масляного канала в первый основной масляный канал последовательно через второй реверсивный клапан и второй обратный клапан;
при этом первый соединительный конец первого основного масляного канала может находиться в любом месте между входным концом и выходным концом первого основного масляного канала, и первый соединительный конец второго основного масляного канала может находиться в любом месте между входным концом и выходным концом второго основного масляного канала.
В этом иллюстративном варианте осуществления первый блок управления может дополнительно содержать первый спускной предохранительный клапан, при этом впуск масла первого спускного предохранительного клапана соединен с первым масляным портом первого реверсивного клапана, и выпуск масла первого спускного предохранительного клапана соединен с масляным резервуаром. Второй блок управления может дополнительно содержать второй спускной предохранительный клапан, при этом впуск масла второго спускного предохранительного клапана соединен с первым масляным портом второго реверсивного клапана, и выпуск масла второго спускного предохранительного клапана соединен с масляным резервуаром. За счет размещения спускного предохранительного клапана можно предотвратить повышение локального давления и повреждение гидравлического клапана вследствие теплового расширения гидравлического масла в герметичном гидравлическом трубопроводе.
В одном примере и первый реверсивный клапан, и второй реверсивный клапан могут представлять собой 3/2-ходовой нормально закрытый электромагнитный реверсивный клапан. В этом случае первый масляный порт первого реверсивного клапана соединен с первым соединительным концом первого основного масляного канала, второй масляный порт первого реверсивного клапана соединен с впуском масла первого обратного клапана, и третий масляный порт первого реверсивного клапана соединен с масляным резервуаром. Выпуск масла первого обратного клапана соединен с первым соединительным концом второго основного масляного канала. Первый масляный порт второго реверсивного клапана соединен с первым соединительным концом второго основного масляного канала, второй масляный порт второго реверсивного клапана соединен с впуском масла второго обратного клапана, и третий масляный порт второго реверсивного клапана соединен с масляным резервуаром. Выпуск масла второго обратного клапана соединен с первым соединительным концом первого основного масляного канала.
Следует отметить, что в этом варианте осуществления первый масляный порт электромагнитного реверсивного клапана может служить в качестве впуска масла, соединяющего электромагнитный реверсивный клапан с каналом подачи масла системы, который отмечен как порт Р. Второй масляный порт может служить в качестве масляного порта, соединяющего электромагнитный реверсивный клапан с приводным элементом, и он отмечен как порт С.Третий масляный порт может служить в качестве порта возврата масла, соединяющего электромагнитный реверсивный клапан с каналом возврата масла системы, и он отмечен как порт R.
В иллюстративном варианте осуществления первый исполнительный модуль 14 может содержать первый гидравлический цилиндр и модуль управления для первого гидравлического цилиндра. Модуль управления для первого гидравлического цилиндра подключен между выходным концом первого основного масляного канала и первым гидравлическим цилиндром, и выполнен с возможностью управления перемещением поршневого штока первого гидравлического цилиндра под рабочим давлением первого основного масляного канала и регулировки скорости движения поршневого штока первого гидравлического цилиндра под управлением модуля 13 управления переключением.
Модуль управления для первого гидравлического цилиндра может содержать: 3/2-ходовой нормально открытый электромагнитный реверсивный клапан, 3/2-ходовой нормально закрытый электромагнитный реверсивный клапан, первый гидравлический регулирующий обратный клапан и второй гидравлический регулирующий обратный клапан. Первый масляный порт 3/2-ходового нормально закрытого электромагнитного реверсивного клапана соединен с первым основным масляным каналом, второй масляный порт 3/2-ходового нормально закрытого электромагнитного реверсивного клапана соединен, соответственно, с выпуском масла первого гидравлического регулирующего обратного клапана, масляным каналом управления второго гидравлического регулирующего обратного клапана и бесштоковой камерой первого гидравлического цилиндра, и третий масляный порт 3/2-ходового нормально закрытого электромагнитного реверсивного клапана соединен с масляным резервуаром. Первый масляный порт 3/2-ходового нормально открытого электромагнитного реверсивного клапана соединен с первым основным масляным каналом, второй масляный порт 3/2-ходового нормально открытого электромагнитного реверсивного клапана соединен, соответственно, с выпуском масла второго гидравлического регулирующего обратного клапана, масляным каналом управления первого гидравлического регулирующего обратного клапана и штоковой камерой первого гидравлического цилиндра, и третий масляный порт 3/2-ходового нормально открытого электромагнитного реверсивного клапана соединен с масляным резервуаром. Впуск масла первого гидравлического регулирующего обратного клапана соединен с впуском масла второго гидравлического регулирующего обратного клапана, и оба они соединены с масляным резервуаром.
В иллюстративном варианте осуществления, когда рабочее давление второго основного масляного канала В (например, рабочее давление второго основного масляного канала В равно максимальному рабочему давлению второго гидравлического насоса 12) больше, чем первого основного масляного канала А, модуль 13 управления переключением управляет перетеканием жидкого масла из второго основного масляного канала В в первый основной масляный канал А, так как производительность первого гидравлического насоса 11 меньше, чем у второго гидравлического насоса 12, при этом расход масла первого основного масляного канала А увеличивается так, что скорость движения первого исполнительного модуля 14, соединенного с первым основным масляным каналом А, может увеличиваться. Когда рабочее давление первого основного масляного канала А (например, рабочее давление первого основного масляного канала А равно максимальному рабочему давлению первого гидравлического насоса 11) больше, чем второго основного масляного канала В (например, рабочее давление второго основного масляного канала В равно максимальному рабочему давлению второго гидравлического насоса 12), модуль 13 управления переключением управляет перетеканием жидкого масла из первого основного масляного канала А во второй основной масляный канал В, и в этот момент жидкое масло под высоким давлением в первом основном масляном канале А поступает во второй основной масляный канал В, и рабочее давление второго основного масляного канала В может повышаться.
В иллюстративном варианте осуществления модуль 13 управления переключением может быть дополнительно выполнен с возможностью управления перетеканием жидкого масла во втором основном масляном канале B в первый основной масляный канал А при отказе первого гидравлического насоса 11 с целью обеспечения рабочего давления для первого основного масляного канала А; или для управления перетеканием жидкого масла в первом основном масляном канале А во второй основной масляный канал В при отказе второго гидравлического насоса 12 с целью обеспечения рабочего давления для второго основного масляного канала В. Иначе говоря, первый гидравлический насос 11 и второй гидравлический насос 12 могут являться резервными друг для друга. Например, при повреждении первого гидравлического насоса 11 модуль 13 управления переключением может управлять перетеканием жидкого масла из второго основного масляного канала B в первый основной масляный канал А с целью обеспечения рабочего давления первого основного масляного канала А. При повреждении второго гидравлического насоса 12 модуль 13 управления переключением может управлять перетеканием жидкого масла из первого основного масляного канала А во второй основной масляный канал В с целью обеспечения рабочего давления второй группы масляных каналов В. Таким образом, даже при повреждении одного из гидравлических насосов может обеспечиваться нормальная работа скважинного устройства, в котором применяется гидравлическая силовая система согласно этому варианту осуществления, за счет чего повышается надежность и безопасность скважинного устройства.
На фиг. 2 представлено схематическое изображение гидравлической силовой системы для скважинного устройства согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. На основе гидравлической силовой системы, показанной на фиг. 1, как показано на фиг. 2, гидравлическая силовая система согласно этому варианту осуществления может дополнительно содержать модуль 16 управления давлением. Модуль 16 управления давлением соединен со вторым соединительным концом первого основного масляного канала А и выполнен с возможностью регулировки рабочего давления первого основного масляного канала А. Второй соединительный конец первого основного масляного канала А может находиться в любом месте между первым соединительным концом первого основного масляного канала А и выходным концом первого основного масляного канала А, и первый соединительный конец первого основного масляного канала А соединен с модулем 13 управления переключением.
В иллюстративном варианте осуществления модуль 16 управления давлением может содержать ряд третьих реверсивных клапанов и спускные предохранительные клапаны во взаимно однозначном соответствии с третьими реверсивными клапанами, первый масляный порт каждого из третьих реверсивных клапанов соединен со вторым соединительным концом первого основного масляного канала, и второй масляный порт каждого из третьих реверсивных клапанов соединен с соответствующим спускным предохранительным клапаном. Третий реверсивный клапан выполнен с возможностью регулировки рабочего давления первого основного масляного канала путем управления открытием-закрытием между первым основным масляным каналом и соответствующим спускным предохранительным клапаном. В одном примере третьи реверсивные клапаны могут представлять собой 3/2-ходовые нормально закрытые электромагнитные реверсивные клапаны. Количество третьих реверсивных клапанов и спускных предохранительных клапанов, заключенных в модуле управления давлением, в настоящем изобретении не ограничено.
В этом иллюстративном варианте осуществления за счет управления открытием-закрытием между первым основным масляным каналом и спускными предохранительными клапанами через третьи реверсивные клапаны можно выбирать разные количества спускных предохранительных клапанов для сообщения с первым основным масляным каналом так, что рабочее давление первого основного масляного канала можно регулировать с целью выполнения управления рабочим давлением первого исполнительного модуля.
Как показано на фиг. 2, гидравлическая силовая система согласно этому варианту осуществления может дополнительно содержать второй исполнительный модуль 15, при этом второй исполнительный модуль 15 содержит второй гидравлический цилиндр и модуль управления для второго гидравлического цилиндра. Модуль управления для второго гидравлического цилиндра подключен между выходным концом второго основного масляного канала В и вторым гидравлическим цилиндром, и выполнен с возможностью управления перемещением поршневого штока второго гидравлического цилиндра под рабочим давлением второго основного масляного канала В. Реализация модуля управления для второго гидравлического цилиндра может ссылаться на реализацию модуля управления для первого гидравлического цилиндра.
В иллюстративном варианте осуществления гидравлическая силовая система может дополнительно содержать: второй двигатель, третий гидравлический насос и третий исполнительный модуль, соединенный с выпуском масла третьего гидравлического насоса, при этом второй двигатель приводит в действие третий гидравлический насос, и третий гидравлический насос приводит в действие третий исполнительный модуль. Гидравлическая силовая система согласно этому варианту осуществления может содержать три гидравлических насоса, которые приводятся в действие двумя независимыми двигателями, при этом, когда два независимых двигателя действуют совместно, обеспечивается возможность операций в скважине с управляемыми усилием и скоростью.
В иллюстративном варианте осуществления первый двигатель и второй двигатель могут представлять собой бесщеточные двигатели постоянного тока, которые получают питание из независимых источников питания постоянного тока. За счет соответствующего питания двух двигателей с помощью двух независимых источников питания постоянного тока можно добиться независимого управления скоростью двух двигателей и, таким образом, повысить надежность управления скоростью.
В следующем описании в качестве примера прибора для колонкового бурения взято скважинное устройство. В ходе колонкового бурения от прибора для колонкового бурения требуется выполнение таких действий, как закрепление упора, бурение буровой коронкой, отрыв керна, втягивание буровой коронки, выталкивание керна, введение буфера, втягивание стержня вытолкнутого керна, создание реверса тяги и т.д., и требуемые от них силовые характеристики являются весьма различными. Среди них, действия создания упора, втягивания буровой коронки, введения буфера, выталкивание керна и т.п.требует быстроты и энергичности, тогда как бурение буровой коронкой требует низкой скорости, но с возможностью точного управления усилием.
В этом примере для повышения приспособляемости прибора для колонкового бурения к породам гидравлическая силовая система содержит три гидравлических насоса, которые, соответственно, приводятся в действие двумя независимыми двигателями (т.е. первым двигателем и вторым двигателем). Первый двигатель приводит в действие первый гидравлический насос и второй гидравлический насос, а второй двигатель приводит в действие третий гидравлический насос. Первый двигатель и второй двигатель могут представлять собой бесщеточные двигатели постоянного тока, такие как высокотемпературные бесщеточные двигатели постоянного тока с обратной связью на основе эффекта Холла. Дополнительно, за счет питания первого двигателя и второго двигателя с помощью двух независимых источников питания постоянного тока можно добиться независимого управления модуляцией двух двигателей, и, таким образом, два двигателя могут действовать скоординированным образом для выполнения операций колонкового бурения с высокой мощностью. Источниками питания для первого двигателя и второго двигателя можно управлять при помощи программного обеспечения, и, таким образом, значительно повысить тщательность и точность управления.
На фиг. 3 представлено схематическое изображение передачи мощности первого двигателя в иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.3, первый двигатель приводит в действие первый гидравлический насос и второй гидравлический насос. Первый гидравлический насос и второй гидравлический насос могут являться резервными друг для друга. Производительность первого гидравлического насоса меньше, чем у второго гидравлического насоса, и максимальное рабочее давление первого гидравлического насоса больше, чем второго гидравлического насоса. В этом случае второй гидравлический насос может быть выполнен с возможностью доставки мощности для таких действий, как закрепление упора, введение буфера, отвод буровой коронки, реверс тяги и выталкивание керна, а первый гидравлический насос может быть выполнен с возможностью доставки мощности для бурения. В ходе колонкового бурения за счет управления скоростью вращения первого двигателя можно управлять выходящим потоком первого гидравлического насоса, и тогда путем выбора разных давлений при бурении можно точно управлять скоростью бурения и усилием при бурении.
На фиг. 4 представлено схематическое изображение передачи мощности второго двигателя в иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.4, второй двигатель может приводить во вращение третий гидравлический насос и, таким образом, приводить в действие гидравлический двигатель для непосредственного приведения в действие кольцевой буровой коронки, что улучшает динамические характеристики буровой коронки. Кроме того, путем регулировки напряжения источника питания наземного источника питания постоянного тока может достигаться цель регулировки скорости вращения второго двигателя (бесщеточного двигателя постоянного тока) так, что скорость вращения кольцевой буровой коронки можно регулировать с целью повышения приспособляемости скважинного устройства к породе, и входная мощность второго двигателя является высокой, поэтому выходная мощность буровой коронки является достаточной.
В этом примере за счет совместного действия двух двигателей и трех гидравлических насосов можно выполнить управляемую операцию колонкового бурения и, таким образом, повысить коэффициент успешности операции колонкового бурения и удовлетворить требования к операциям в различных сложных породах. Принцип действия гидравлической силовой системы в ходе операции колонкового бурения более подробно описан ниже.
На фиг. 5 представлена схема принципа действия гидравлической силовой системы согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В этом примере первый исполнительный модуль содержит буровой гидравлический цилиндр G6, модуль управления для бурового гидравлического цилиндра и модуль управления накопителем, при этом первый основной масляный канал может называться просто буровым основным масляным каналом. Второй исполнительный модуль содержит: упорные гидравлические цилиндры G1, G2, модуль управления для упорных гидравлических цилиндров, гидравлический цилиндр G3 для введения буфера, модуль управления для гидравлического цилиндра для введения буфера, гидравлический цилиндр G4 для выталкивания керна, модуль управления для гидравлического цилиндра для выталкивания керна, гидравлический цилиндр G5 для реверса тяги и модуль управления для гидравлического цилиндра для реверса тяги, при этом второй основной масляный канал может называться просто упорным основным масляным каналом.
Как показано на фиг. 5, первый двигатель M1 представляет собой двигатель с двумя выходными валами, и два его конца, соответственно, одновременно приводят в действие первый гидравлический насос В1 (также называемый сверхмалым насосом) и второй гидравлический насос В2 (также называемый малым насосом). Первый выходной вал первого двигателя М1 соединен с приводным валом первого гидравлического насоса В1, и второй выходной вал первого двигателя M1 соединен с приводным валом второго гидравлического насоса В2. Производительность первого гидравлического насоса В1 меньше, чем второго гидравлического насоса В2, а максимальное рабочее давление первого гидравлического насоса В1 больше, чем у второго гидравлического насоса В2. Впуски масла первого гидравлического насоса В1 и второго гидравлического насоса В2, соответственно, соединены с масляным резервуаром, выпуск масла первого гидравлического насоса В1 соединен с первым основным масляным каналом, и выпуск масла второго гидравлического насоса В2 соединен со вторым основным масляным каналом.
Как показано на фиг. 5, выпуск масла первого гидравлического насоса В1 соединен с впуском масла спускного предохранительного клапана K2 (соответствующего вышеупомянутому третьему спускному предохранительному клапану), и выпуск масла спускного предохранительного клапана K2 соединен с масляным резервуаром. Рабочее давление первого гидравлического насоса В1 может быть установлено с помощью спускного предохранительного клапана K2. Выпуск масла второго гидравлического насоса В2 соединен с впуском масла спускного предохранительного клапана K1 (соответствующего четвертому спускному предохранительному клапану), и выпуск масла спускного предохранительного клапана K1 соединен с масляным резервуаром. Рабочее давление второго гидравлического насоса В2 может быть установлено с помощью спускного предохранительного клапана K1.
Как показано на фиг. 5, выпуск масла первого гидравлического насоса В1 дополнительно соединен с датчиком L2 давления, выполненным с возможностью обнаружения рабочего давления, установленного при помощи спускного предохранительного клапана K2. Выпуск масла второго гидравлического насоса В2 дополнительно соединен с датчиком L1 давления, выполненным с возможностью обнаружения рабочего давления, установленного при помощи спускного предохранительного клапана K1.
Как показано на фиг. 5, выпуск масла первого гидравлического насоса В1 дополнительно соединен с впуском масла обратного клапана S4, и выпуск масла обратного клапана S4 соединен с масляным резервуаром. Выпуск масла второго гидравлического насоса В2 дополнительно соединен с впуском масла обратного клапана S1, и выпуск масла обратного клапана S1 соединен с масляным резервуаром. Выпуск масла первого гидравлического насоса В1 соединен с впуском масла обратного клапана S5 через фильтр. Выпуск масла обратного клапана S5 может быть соединен с модулем управления переключением, модулем управления давлением и первым исполнительным модулем. Выпуск масла второго гидравлического насоса В2 соединен с впуском масла обратного клапана S2 через фильтр, и выпуск масла обратного клапана S2 соединен с впуском масла обратного клапана S3. Впуск масла обратного клапана S3 также может быть соединен с модулем управления переключением, и выпуск масла обратного клапана S3 может быть соединен с накопителем X1 и вторым исполнительным модулем.
Как показано на фиг.5, когда первый двигатель M1 вращается в обратном направлении, второй гидравлический насос В2 может пополнять масло через обратный клапан S1, изолироваться от модуля управления переключением при помощи обратного клапана S2 и изолировать накопитель X1 при помощи обратного клапана S3 (что предотвращает поступление гидравлического масла из накопителя X1 в первый гидравлический насос В1 и влияние на втягивание упорного гидравлического цилиндра при освобождении накопителя X1); первый гидравлический насос В1 может пополнять масло через обратный клапан S4 и изолироваться от последующих масляных каналов при помощи обратного клапана S5.
Как показано на фиг. 5, когда первый двигатель M1 вращается в прямом направлении (т.е. в ходе нормальной эксплуатации) жидкое гидравлическое масло проходит через обратный клапан S2 и обратный клапан S3, и поступает в следующие масляные каналы (в том числе масляные каналы упорного гидравлического цилиндра, гидравлического цилиндра для введения буфера, гидравлического цилиндра для выталкивания керна и гидравлического цилиндра для реверса тяги) с целью управления действиями соответствующих гидравлических цилиндров, и гидравлическое масло поступает в следующие масляные каналы (в том числе масляный канал бурового гидравлического цилиндра) через обратный клапан S5.
На фиг. 6 представлено схематическое изображение модуля управления переключением согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.6, модуль управления переключением содержит электромагнитные реверсивные клапаны NC-1, NC-2, обратные клапаны S6 и S7, и спускные предохранительные клапаны K3 и K4. Оба электромагнитных реверсивных клапана NC-1 и NC-2 представляют собой 3/2-ходовые нормально закрытые электромагнитные реверсивные клапаны, первый масляный порт (порт Р) электромагнитного реверсивного клапана NC-1 (соответствующего вышеупомянутому первому реверсивному клапану) соединен с первым соединительным концом первого основного масляного канала и выпуском масла спускного предохранительного клапана K3 (соответствующего вышеупомянутому первому спускному предохранительному клапану), второй масляный порт (порт С) электромагнитного реверсивного клапана NC-1 соединен с впуском масла обратного клапана S7 (соответствующего вышеупомянутому первому обратному клапану), и третий масляный порт (порт R) электромагнитного реверсивного клапана NC-1 соединен с масляным резервуаром. Выпуск масла обратного клапана S7 соединен с первым соединительным концом второго основного масляного канала. Выпуск масла спускного предохранительного клапана K3 соединен с масляным резервуаром. Первый масляный порт (порт Р) электромагнитного реверсивного клапана NC-2 (соответствующего вышеупомянутому второму реверсивному клапану) соединен с первым соединительным концом второго основного масляного канала и впуском масла спускного предохранительного клапана K4 (соответствующего вышеупомянутому второму спускному предохранительному клапану), второй масляный порт (порт С) электромагнитного реверсивного клапана NC-2 соединен с впуском масла обратного клапана S6 (соответствующего вышеупомянутому второму обратному клапану), и третий масляный порт (порт R) электромагнитного реверсивного клапана NC-2 соединен с масляным резервуаром. Выпуск масла обратного клапана S6 соединен с первым соединительным концом первого основного масляного канала, и выпуск масла спускного предохранительного клапана K4 соединен с масляным резервуаром.
В этом случае рабочее давление второго гидравлического насоса В2 равно максимальному рабочему давлению второго гидравлического насоса В2 после завершения действия создания упора. При эксплуатации бурового гидравлического цилиндра G6 рабочее давление бурового основного масляного канала (первого основного масляного канала) ниже максимального рабочего давления второго гидравлического насоса В2. При подаче энергии на электромагнитный реверсивный клапан NC-2 масло под высоким давлением из упорного основного масляного канала (второго основного масляного канала) поступает в буровой основной масляный канал через электромагнитный реверсивный клапан NC-2. Так как производительность второго гидравлического насоса В2 больше, чем у первого гидравлического насоса В1, расход гидравлического масла бурового основного масляного канала увеличивается, и, таким образом, скорость движения поршневого штока бурового гидравлического цилиндра может увеличиваться, и может увеличиваться скорость бурения или отвода буровой коронки. Кроме того, вследствие изолирующей функции обратного клапана S3 и функции поддержания давления накопителя X1, усилие упора упорного гидравлического цилиндра не затрагивается.
В этом случае, при включении тяги (поршневой шток бурового гидравлического цилиндра находится во втянутом состоянии), когда рабочее давление первого гидравлического насоса В1 равно максимальному рабочему давлению первого гидравлического насоса В1, и при подаче энергии на электромагнитный реверсивный клапан NC-1, масло под высоким давлением бурового основного масляного канала (первого основного масляного канала) поступает в упорный основной масляный канал через электромагнитный реверсивный клапан NC-1. Так как максимальное рабочее давление первого гидравлического насоса В1 больше, чем у второго гидравлического насоса В2, давление упора упорного гидравлического цилиндра равно максимальному рабочему давлению первого гидравлического насоса В1, и, таким образом, усилие упора упорного плеча увеличивается, и упорное плечо создает более устойчивый упор прибора. Вследствие изолирующей функции обратного клапана S5, буровой гидравлический цилиндр и накопитель Х2 не затрагиваются действиями упорного плеча. Поэтому в ходе операции колонкового бурения устройство прочно фиксируется при помощи упорного плеча, и трос можно ослабить.
В этом варианте осуществления за счет переключения электромагнитного реверсивного клапана NC-1 может выполняться высокоскоростной упор, давление упора является относительно высоким, а потребление энергии первым двигателем является относительно небольшим. В ходе операции колонкового бурения скважинное устройство может прочно фиксироваться за счет обеспечения большего усилия упора так, что трос можно ослабить полностью. В ходе бурения, за счет управления скоростью вращения первого двигателя и выбора давления при бурении, скоростью вращения буровой коронки можно точно управлять с целью предотвращения прихватывания буровой коронки. В этом случае, когда требуется высокоскоростное бурение, под управлением при помощи электромагнитного реверсивного клапана NC-2 можно выполнять высокоскоростное бурение. Когда буровую коронку необходимо быстро втянуть, максимальное рабочее давление первого гидравлического насоса В1 используется для быстрого втягивания буровой коронки, усилие для втягивания буровой коронки является высоким, и, таким образом, можно предотвратить повреждение скважинного устройства. Кроме того, достижимым является то, что первый гидравлический насос В1 и второй гидравлический насос В2 могут являться резервными друг для друга при помощи модуля управления переключением. При повреждении первого гидравлического насоса В1 или второго гидравлического насоса В2 электромагнитный реверсивный клапан NC-1 или NC-2 может выполнять переключение с целью обеспечения надлежащей эксплуатации скважинного устройства и обеспечения надежности и безопасности скважинного устройства.
На фиг. 7 представлено схематическое изображение модуля управления давлением согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. В этом случае положение соединения модуля управления давлением в первом основном масляном канале может находиться в любом месте между положением соединения модуля управления переключением с первым основным масляным каналом и выходным концом первого основного масляного канала. Как показано на фиг. 7, модуль управления давлением содержит электромагнитные реверсивные клапаны NC-5, NC-6, NC-7, NC-17, NC-18 и NC-19 и спускные предохранительные клапаны K10, K11, K12, K13, K14 и K15. В этом случае электромагнитный реверсивный клапан (соответствующий вышеупомянутому третьему реверсивному клапану) соответствующим образом соединен с одним спускным предохранительным клапаном. Все электромагнитные реверсивные клапаны NC-5, NC-6, NC-7, NC-17, NC-18 и NC-19 представляют собой 3/2-ходовые нормально закрытые электромагнитные реверсивные клапаны. Беря в качестве примера электромагнитный реверсивный клапан NC-5, первый масляный порт (порт Р) электромагнитного реверсивного клапана NC-5 соединен с первым основным масляным каналом, второй масляный порт (порт С) электромагнитного реверсивного клапана NC-5 соединен с впуском масла спускного предохранительного клапана K10, и третий масляный порт (порт R) электромагнитного реверсивного клапана NC-5 соединен с масляным резервуаром. Выпуск масла спускного предохранительного клапана K10 соединен с масляным резервуаром. При прекращении подачи энергии на электромагнитный реверсивный клапан NC-5 масло под высоким давлением на впуске электромагнитного реверсивного клапана NC-5 выключается и перекрывается. При подаче энергии на электромагнитный реверсивный клапан NC-5 жидкое масло в первом основном масляном канале поступает в спускной предохранительный клапан K10 через электромагнитный реверсивный клапан NC-5 и возвращается в масляный резервуар. Следует отметить, что количество электромагнитных реверсивных клапанов и спускных предохранительных клапанов, заключенных в модуле управления давлением, в настоящем изобретении не ограничено.
В этом варианте осуществления за счет выбора одного или более из электромагнитных реверсивных клапанов NC-5, NC-6, NC-7, NC-17, NC-18 и NC-19 можно выбрать сообщение первого основного масляного канала с разными спускными предохранительными клапанами, и, таким образом, можно управлять рабочим давлением первого основного масляного канала, что, в свою очередь, управляет давлением при бурении, доставляемым для бурового гидравлического цилиндра так, чтобы удовлетворять требованиям операций колонкового бурения в разных породах. Например, когда требуется большее усилие при бурении или усилие отвода буровой коронки, подача энергии на все электромагнитные реверсивные клапаны NC-5, NC-6, NC-7, NC-17, NC-18 и NC-19 может прекращаться, и для бурения или отвода буровой коронки можно использовать максимальное рабочее давление первого гидравлического насоса.
На фиг. 8 представлено схематическое изображение принципа действия бурового гидравлического цилиндра в иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.8, модуль управления накопителем содержит обратные клапаны S8, S9 и S10 и электромагнитный реверсивный клапан NO-14. В этом случае электромагнитный реверсивный клапан NO-14 представляет собой 3/2-ходовой нормально открытый электромагнитный реверсивный клапан.
Как показано на фиг. 8, первый масляный порт (порт Р) электромагнитного реверсивного клапана NO-14 соединен с накопителем Х2 и выпуском масла обратного клапана S9, второй масляный порт (порт С) электромагнитного реверсивного клапана NO-14 соединен с впуском масла обратного клапана S10, и третий масляный порт (порт R) электромагнитного реверсивного клапана NO-14 соединен с масляным резервуаром. Впуск масла обратного клапана S9 соединен с выпуском масла обратного клапана S8, и впуск масла обратного клапана S8 соединен с выходным концом первого основного масляного канала через фильтр. Выпуск масла обратного клапана S9 дополнительно соединен с накопителем Х2. Выпуск масла обратного клапана S10 соединен с выпуском масла обратного клапана S8.
В этом случае перед операцией колонкового бурения масло под высоким давлением в первом основном масляном канале может поступать в накопитель Х2 через обратный клапан S8 и обратный клапан S9. Когда давление достигает максимального рабочего давления первого гидравлического насоса В1, накопитель Х2 полностью заполняется гидравлическим маслом, и на электромагнитный реверсивный клапан NO-14 подается энергия. Когда необходимо использовать накопитель Х2, подача энергии на электромагнитный реверсивный клапан NO-14 прекращается, и масло под высоким давлением в накопителе Х2 проходит через электромагнитный реверсивный клапан NO-14, а затем поступает в модуль управления для бурового гидравлического цилиндра через обратный клапан S10 с целью реализации аварийного втягивания бурового гидравлического цилиндра.
Как показано на фиг. 8, модуль управления для бурового гидравлического цилиндра содержит электромагнитные реверсивные клапаны NC-15, NO-16, гидравлические регулирующие обратные клапаны R9, R10 и спускной предохранительный клапан K9. В этом случае электромагнитный реверсивный клапан NC-15 представляет собой 3/2-ходовой нормально закрытый электромагнитный реверсивный клапан, и электромагнитный реверсивный клапан NO-16 представляет собой 3/2-ходовой нормально открытый электромагнитный реверсивный клапан.
Как показано на фиг. 8, первый масляный порт (порт Р) электромагнитного реверсивного клапана NC-15 соединен с выпусками масла обратных клапанов S8 и S10, второй масляный порт (порт С) электромагнитного реверсивного клапана NC-15 соединен с выпуском масла гидравлического регулирующего обратного клапана R9, масляным каналом управления гидравлического регулирующего обратного клапана R10 и бесштоковой камерой бурового гидравлического цилиндра G6, и третий масляный порт (порт R) электромагнитного реверсивного клапана NC-15 соединен с масляным резервуаром. Первый масляный порт (порт Р) электромагнитного реверсивного клапана NO-16 соединен с выпусками масла обратных клапанов S8 и S10, второй масляный порт (порт С) электромагнитного реверсивного клапана NO-16 соединен с выпуском масла гидравлического регулирующего обратного клапана R10, масляным каналом управления гидравлического регулирующего обратного клапана R9 и штоковой камерой бурового гидравлического цилиндра G6, и третий масляный порт (порт R) электромагнитного реверсивного клапана NO-16 соединен с масляным резервуаром.
Впуск масла гидравлического регулирующего обратного клапана R9 соединен с впуском масла гидравлического регулирующего обратного клапана R10, и оба они соединены с масляным резервуаром. Впуск масла спускного предохранительного клапана K9 соединен с выпусками масла обратных клапанов S8 и S10, а его выпуск масла соединен с масляным резервуаром.
В этом случае, когда подача питания на электромагнитные реверсивные клапаны NO-16 и NC-15 прекращается (в нормальном положении), масло под высоким давлением поступает в первый масляный порт и поступает в штоковую камеру бурового гидравлического цилиндра G6 (камера на правой стороне бурового гидравлического цилиндра G6) через электромагнитный реверсивный клапан NO-16. В то же время, масло под высоким давлением, проходящее через электромагнитный реверсивный клапан NO-16, открывает гидравлический регулирующий обратный клапан R9, и гидравлическое масло в бесштоковой камере бурового гидравлического цилиндра G6 (камера на левой стороне бурового гидравлического цилиндра G6) возвращается в масляный резервуар через гидравлический регулирующий обратный клапан R9. Таким образом буровой гидравлический цилиндр может втягиваться. Для электромагнитного реверсивного клапана NC-15 впуск масла под высоким давлением закрывается, и часть гидравлического масла в бесштоковой камере бурового гидравлического цилиндра поступает во второй масляный порт электромагнитного реверсивного клапана NC-15 и возвращается в масляный резервуар.
В этом случае, когда на электромагнитные реверсивные клапаны NO-16 и NC-15 одновременно подается энергия, электромагнитные реверсивные клапаны NO-16 и NC-15 действуют в обратном направлении, и масло под высоким давлением поступает в первый масляный порт и поступает в бесштоковую камеру бурового гидравлического цилиндра G6 через электромагнитный реверсивный клапан NC-15. В то же время, масло под высоким давлением, проходящее через электромагнитный реверсивный клапан NC-15, открывает гидравлический регулирующий обратный клапан R10, и гидравлическое масло в штоковой камере бурового гидравлического цилиндра G6 возвращается в масляный резервуар через гидравлический регулирующий обратный клапан R10. Дополнительно, масло под высоким давлением на впуске электромагнитного реверсивного клапана NO-16 выключается и закрывается, и часть гидравлического масла в штоковой камере бурового гидравлического цилиндра возвращается в масляный резервуар через второй масляный порт электромагнитного реверсивного клапана NO-16. Таким образом можно управлять действиями при бурении.
Дополнительно, при подаче энергии на электромагнитный реверсивный клапан NO-16 и прекращении подачи энергии на электромагнитный реверсивный клапан NC-15 гидравлические регулирующие обратные клапаны R9 и R10 закрываются в обратном направлении, и поступление масла на левую и правую стороны бурового гидравлического цилиндра G6 прекращается. За счет сообщения масляных резервуаров с электромагнитными реверсивными клапанами NO-16 и NC-15, поршневой шток бурового гидравлического цилиндра G6 останавливается так, что бурение можно остановить. Поршневой шток бурового гидравлического цилиндра G6 приводит в действие выполнение подвижной направляющей Q останова продвижения буровой коронки.
Как показано на фиг. 8, спускной предохранительный клапан K9 может играть защитную роль. В этом случае, когда буровой гидравлический цилиндр не действует в течение длительного времени, гидравлическое масло, которое заключено в гидравлическом трубопроводе, будет испытывать тепловое расширение, приводящее к повышению давления. Путем разгрузки непосредственно из спускного предохранительного клапана K9 можно осуществлять защиту от избыточного давления.
Как показано на фиг. 8, датчик L7 давления соединен с впуском бесштоковой камеры бурового гидравлического цилиндра G6, и он может обнаруживать давление при бурении в буровом гидравлическом цилиндре G6. Датчик Р3 перемещения соединен с поршневым штоком бурового гидравлического цилиндра G6, он может перемещаться вместе с поршневым штоком и обнаруживать глубину бурения.
Прибор для колонкового бурения, в котором используется гидравлическая силовая система согласно этому иллюстративному варианту осуществления, может эффективно управлять усилием и скоростью бурового гидравлического цилиндра при помощи технологии, в которой один двигатель приводит в действие два насоса и модуль управления переключением, и скорость переключения является высокой. За счет использования бесщеточного двигателя постоянного тока может выполняться бесступенчатая регулировка скорости в широком масштабе, и эффективность регулировки скорости является высокой. При помощи модуля управления давлением, давление при бурении можно регулировать в широком диапазоне и, таким образом, значительно повышать приспособляемость прибора для колонкового бурения к породам.
Далее будут, соответственно, разъяснены масляные каналы упорного гидравлического цилиндра, гидравлический цилиндр для введения буфера, гидравлический цилиндр для выталкивания керна и гидравлический цилиндр для реверса тяги на втором основном масляном канале.
На фиг. 9 представлено схематическое изображение принципа упорного гидравлического цилиндра согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 9, модуль управления для упорного гидравлического цилиндра содержит электромагнитные реверсивные клапаны NC-4, NO-3, гидравлические регулирующие обратные клапаны R1, R2 и спускной предохранительный клапан K5. Электромагнитный реверсивный клапан NC-4 представляет собой 3/2-ходовой нормально закрытый электромагнитный реверсивный клапан, и электромагнитный реверсивный клапан NO-3 представляет собой 3/2-ходовой нормально открытый электромагнитный реверсивный клапан.
Как показано на фиг. 5 и фиг. 9, при прекращении подачи энергии на электромагнитные реверсивные клапаны NO-3 и NC-4 (в нормальном положении) масло под высоким давлением поступает во впуск масла под высоким давлением из второго основного масляного канала (гидравлического маслопровода), поступает в регулирующий выпуск 2 через электромагнитный реверсивный клапан NO-3, и масло под высоким давлением на регулирующем выпуске 2 поступает в штоковые камеры упорных гидравлических цилиндров (камеру в верхней части упорного гидравлического цилиндра G1 и камеру на правой стороне упорного гидравлического цилиндра G2). В то же время, масло под высоким давлением, проходящее через электромагнитный реверсивный клапан NO-3, открывает гидравлический регулирующий обратный клапан R1, и гидравлическое масло в бесштоковых камерах упорных гидравлических цилиндров (камере в нижней части упорного гидравлического цилиндра G1 и камере на левой стороне упорного гидравлического цилиндра G2) возвращается в масляный резервуар через гидравлический регулирующий обратный клапан R1. Таким образом, можно втягивать два упорных гидравлических цилиндра и втягивать упорные плечи. Для электромагнитного реверсивного клапана NC-4 впуск масла под высоким давлением закрывается, и часть гидравлического масла в штоковых камерах упорных гидравлических цилиндров поступает во второй масляный порт (порт С) электромагнитного реверсивного клапана NC-4 через регулирующий выпуск 1 и возвращается в масляный резервуар.
Как показано на фиг. 5 и фиг. 9, при одновременной подаче энергии на электромагнитные реверсивные клапаны NO-3 и NC-4, электромагнитные реверсивные клапаны NO-3 и NC-4 действуют в обратном направлении, и масло под высоким давлением поступает во впуск масла под высоким давлением из гидравлического маслопровода, поступает в регулирующий выпуск 1 через электромагнитный реверсивный клапан NC-4, и масло под высоким давлением на регулирующем выпуске 1 поступает в бесштоковые камеры упорных гидравлических цилиндров (камеру в нижней части упорного гидравлического цилиндра G1 и камеру на левой стороне упорного гидравлического цилиндра G2). В то же время, масло под высоким давлением, проходящее через электромагнитный реверсивный клапан NC-4, открывает гидравлический регулирующий обратный клапан R2, и гидравлическое масло в штоковых камерах упорных гидравлических цилиндров возвращается в масляный резервуар через гидравлический регулирующий обратный клапан R2. Дополнительно, масло под высоким давлением на впуске электромагнитного реверсивного клапана NO-3 выключается и закрывается, и часть гидравлического масла в штоковых камерах упорных гидравлических цилиндров поступает во второй масляный порт (порт С) электромагнитного реверсивного клапана NO-3 через регулирующий выпуск 2 и возвращается в масляный резервуар. Таким образом поршни двух упорных гидравлических цилиндров могут приводиться в действие для выдвижения, и упорные плечи могут упираться в стенку скважины для завершения действия создания упора и закрепления.
Как показано на фиг. 9, спускной предохранительный клапан K5 может играть защитную роль. В этом случае, когда упорные гидравлические цилиндры не действуют в течение длительного времени, гидравлическое масло, которое заключено в гидравлическом трубопроводе, будет испытывать тепловое расширение, приводящее к повышению давления, и путем разгрузки непосредственно из спускного предохранительного клапана K5 можно осуществлять защиту от избыточного давления.
Как показано на фиг. 5 и фиг. 9, датчик L3 давления соединен с регулирующим выпуском 1 и может обнаруживать опорное усилие упорного плеча с целью определения того, может ли упорное плечо прочно создавать прочный упор. Датчик Р1 положения соединен с поршнем упорного гидравлического цилиндра G2. В этом случае в процессе развертывания или выдвижения упорного плеча поршень упорного гидравлического цилиндра G2 толкает датчик Р1 перемещения для его перемещения, при этом датчик Р1 перемещения может обнаруживать увеличивающееся расстояние упорного плеча, при помощи которого обнаруживается размер диаметра скважины.
Как показано на фиг. 5, модуль управления для гидравлического цилиндра для введения буфера содержит электромагнитные реверсивные клапаны NC-8, NO-9, гидравлические регулирующие обратные клапаны R3, R4 и спускной предохранительный клапан K6. В этом случае электромагнитный реверсивный клапан NC-8 представляет собой 3/2-ходовой нормально закрытый электромагнитный реверсивный клапан, и электромагнитный реверсивный клапан NO-9 представляет собой 3/2-ходовой нормально открытый электромагнитный реверсивный клапан.
Как показано на фиг. 5, когда подача энергии на электромагнитные реверсивные клапаны NC-8 и NO-9 прекращается (в нормальном положении), масло под высоким давлением поступает во впуск масла под высоким давлением из гидравлического маслопровода и поступает в штоковую камеру гидравлического цилиндра G3 для введения буфера (камера на правой стороне гидравлического цилиндра G3 для введения буфера) через электромагнитный реверсивный клапан NO-9. В то же время, гидравлический регулирующий обратный клапан R3 открывается маслом под высоким давлением, проходящим через электромагнитный реверсивный клапан NO-9. Дополнительно, масло под высоким давлением на впуске электромагнитного реверсивного клапана NC-8 выключается и закрывается, при этом гидравлическое масло в бесштоковой камере гидравлического цилиндра G3 для введения буфера возвращается в масляный резервуар через электромагнитный реверсивный клапан NC-8. Гидравлический регулирующий обратный клапан R4 закрывается, и гидравлическое масло в бесштоковой камере гидравлического цилиндра для введения буфера возвращается в масляный резервуар через гидравлический регулирующий обратный клапан R3 так, что поршневой шток гидравлического цилиндра для введения буфера втягивается.
Как показано на фиг. 5, когда энергия одновременно подается на электромагнитные реверсивные клапаны NO-9 и NC-8, электромагнитные реверсивные клапаны NO-9 и NC-8 действуют в обратном направлении, и масло под высоким давлением поступает во впуск масла под высоким давлением из гидравлического маслопровода и поступает в бесштоковую камеру гидравлического цилиндра G3 для введения буфера (камера на левой стороне гидравлического цилиндра G3 для введения буфера) через электромагнитный реверсивный клапан NC-8. В то же время, гидравлический регулирующий обратный клапан R4 открывается маслом под высоким давлением, проходящим через электромагнитный реверсивный клапан NC-8, и гидравлическое масло в штоковой камере гидравлического цилиндра G3 для введения буфера возвращается в масляный резервуар через гидравлический регулирующий обратный клапан R4. Дополнительно, масло под высоким давлением на впуске электромагнитного реверсивного клапана NO-9 выключается и закрывается, при этом гидравлическое масло в штоковой камере гидравлического цилиндра G3 для введения буфера возвращается в масляный резервуар через электромагнитный реверсивный клапан NO-9, и гидравлический регулирующий обратный клапан R3 закрывается так, что поршневой шток гидравлического цилиндра G3 для введения буфера выдвигается и выполняется действие введения буфера.
Как показано на фиг. 5, спускной предохранительный клапан K6 может играть защитную роль. Когда гидравлический цилиндр G3 для введения буфера не действует в течение длительного времени, при изменении температуры окружающей среды гидравлическое масло, которое заключено в гидравлическом трубопроводе, будет испытывать тепловое расширение, приводящее к повышению давления. Путем разгрузки непосредственно из спускного предохранительного клапана K6 можно осуществлять защиту от избыточного давления.
Как показано на фиг. 5, датчик L4 давления соединен с впуском бесштоковой камеры гидравлического цилиндра G3 для введения буфера и выполнен с возможностью обнаружения усилия поршневого штока гидравлического цилиндра G3 для введения буфера с целью определения введения буфера на место.
Как показано на фиг. 5, модуль управления для гидравлического цилиндра для выталкивания керна содержит электромагнитные реверсивные клапаны NC-10, NO-11, гидравлические регулирующие обратные клапаны R5, R6 и спускной предохранительный клапан K7. Электромагнитный реверсивный клапан NC-10 представляет собой 3/2-ходовой нормально закрытый электромагнитный реверсивный клапан, и электромагнитный реверсивный клапан NO-11 представляет собой 3/2-ходовой нормально открытый электромагнитный реверсивный клапан. Зависимость соединений и принцип управления модуля управления для гидравлического цилиндра для выталкивания керна являются такими же, как для модуля управления для упорного гидравлического цилиндра, и они не будут здесь повторяться.
Как показано на фиг. 5, датчик Р2 перемещения соединен с поршневым штоком гидравлического цилиндра G4 для выталкивания керна и выполнен с возможностью измерения положения движения поршневого штока гидравлического цилиндра G4 для выталкивания керна. Датчик L5 давления соединен с впуском бесштоковой камеры гидравлического цилиндра G4 для выталкивания керна и выполнен с возможностью обнаружения давления бесштоковой камеры так, что можно вычислить усилие выталкивания керна, и, таким образом, в соответствии с амплитудой и изменением усилия выталкивания керна можно определить, является ли колонковое бурение успешным.
Как показано на фиг. 5, модуль управления для гидравлического цилиндра для реверса тяги содержит электромагнитные реверсивные клапаны NC-12, NO-13, гидравлические регулирующие обратные клапаны R7, R8 и спускной предохранительный клапан K8. Электромагнитный реверсивный клапан NC-12 представляет собой 3/2-ходовой нормально закрытый электромагнитный реверсивный клапан, и электромагнитный реверсивный клапан NO-13 представляет собой 3/2-ходовой нормально открытый электромагнитный реверсивный клапан. Зависимость соединений и принцип управления модуля управления для гидравлического цилиндра для реверса тяги являются такими же, как для модуля управления для упорного гидравлического цилиндра, и они не будут здесь повторяться.
Как показано на фиг. 5, датчик L6 давления соединен с впуском бесштоковой камеры гидравлического цилиндра G5 для реверса тяги и выполнен с возможностью обнаружения давления бесштоковой камеры.
Как показано на фиг. 5, второй основной масляный канал снабжен накопителем X1. В случае аварии подача энергии в гидравлическую силовую систему полностью прекращается, первый двигатель M1 прекращает работу, и прекращается подача энергии на все электромагнитные реверсивные клапаны, затем обратный клапан S3 может изолировать масляный канал накопителя X1 от второго основного масляного канала, и масло под высоким давлением в накопителе X1 может поступать в основные масляные каналы упорного гидравлического цилиндра, гидравлического цилиндра для выталкивания керна, гидравлического цилиндра для введения буфера и гидравлического цилиндра для реверса тяги так, что все гидравлические цилиндры втягиваются.
На фиг. 10 представлено схематическое изображение принципа управления скоростью вращения буровой коронки согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 10, гидравлическая силовая система согласно этому иллюстративному варианту осуществления может дополнительно содержать второй двигатель М2 и третий гидравлический насос В3, при этом выходной вал второго двигателя М2 соединен с приводным валом третьего гидравлического насоса В3, и выпуск масла третьего гидравлического насоса В3 соединен с гидравлическим двигателем М3. Второй двигатель М2 приводит в действие третий гидравлический насос В3, и масло под высоким давлением из третьего гидравлического насоса В3 непосредственно приводит гидравлический двигатель М3 во вращение, и выходной вал гидравлического двигателя М3 может приводить во вращение буровую коронку. Скоростью вращения буровой коронки можно управлять путем регулировки скорости вращения второго двигателя.
В этом случае выпуск масла третьего гидравлического насоса В3 дополнительно соединен с впуском масла спускного предохранительного клапана K16, и выпуск масла спускного предохранительного клапана K16 соединен с масляным резервуаром. Спускной предохранительный клапан K16 выполнен с возможностью установки рабочего давления третьего гидравлического насоса В3. Датчик L8 давления также соединен с выпуском масла третьего гидравлического насоса В3 и выполнен с возможностью обнаружения рабочего давления третьего гидравлического насоса, установленного спускным предохранительным клапаном K16.
В этом варианте осуществления, так как второй двигатель М2 независимо приводит в действие третий гидравлический насос В3, и масло под высоким давлением непосредственно приводит в действие гидравлический двигатель М3 и приводит во вращение буровую коронку, мощность второго двигателя больше не шунтируется, мощность буровой коронки является относительно достаточной, и скоростью вращения буровой коронки можно независимо управлять в соответствии с требованиями операций колонкового бурения. Кроме того, второй двигатель может представлять собой бесщеточный двигатель постоянного тока, путем регулировки напряжения большого наземного источника питания постоянного тока можно достигнуть цели регулировки скорости вращения бесщеточного двигателя постоянного тока так, что скорость вращения кольцевой буровой коронки можно регулировать с целью повышения приспособляемости к породам, и входная мощность второго двигателя является высокой, а выходная мощность буровой коронки является достаточной.
В этом варианте осуществления давление бурения, скорость бурения и скорость вращения буровой коронки управляются независимо. В этом случае за счет управления подачей энергии на электромагнитные реверсивные клапаны NC-5, NC-6, NC-7, NC-17, NC-18 и NC-19 для управления рабочим давлением бурового гидравлического цилиндра выбираются разные спускные предохранительные клапаны. Поршневой шток бурового гидравлического цилиндра генерирует разные упоры для толкания буровой подвижной направляющей, которая может прикладывать разные давления при бурении к буровой коронке для удовлетворения требований колонкового бурения в отношении разных пород. Путем регулировки скорости вращения первого двигателя можно регулировать скорость движения поршневого штока бурового гидравлического цилиндра, и дополнительно можно управлять скоростью перемещения буровой коронки вперед и назад при помощи подвижной направляющей, а путем управления открытием-закрытием электромагнитного реверсивного клапана NC-2 в модуле управления переключением скорость движения поршневого штока бурового гидравлического цилиндра можно переключать между высокой скоростью и низкой скоростью. За счет использования второго двигателя для независимого управления скоростью вращения буровой коронки можно добиться независимого и точного управления скоростью вращения буровой коронки, и мощность является достаточной. Кроме того, в гидравлической силовой системе согласно этому варианту осуществления спускные предохранительные клапаны рассчитаны и установлены в замкнутых гидравлических трубопроводах. Таким образом, в высокотемпературных условиях в скважине гидравлическое масло, которое заключено в гидравлических трубопроводах, испытывает тепловое расширение, при этом его давление можно сбросить из спускных предохранительных клапанов, что, таким образом, предотвращает повышение локального давления и повреждение гидравлических клапанов вследствие теплового расширения гидравлического масла внутри изолированных гидравлических трубопроводов.
Дополнительно, в варианте осуществления настоящего изобретения предоставляется скважинное устройство, такое как прибор для колонкового бурения, содержащий вышеописанную гидравлическую силовую систему.
В описании настоящего изобретения следует отметить, что взаимосвязи ориентаций или положений, указанные терминами «верхний», «нижний», «одна сторона», «другая сторона», «один конец», «другой конец», «сторона», «относительно», «четыре угла», «периферия», «прямоугольная конструкция» и т.п. основаны на взаимосвязях ориентаций или положений, представленных в графических материалах, которые приведены только для удобства описания, а не указания или предположения того, что упомянутая конструкция имеет конкретную ориентацию, выполнена и эксплуатируется в конкретной ориентации, и, таким образом, их нельзя интерпретировать как ограничение в отношении настоящего изобретения.
В описании вариантов осуществления настоящего изобретения, если иное в явном виде не обусловлено и не ограничено, термины «соединение», «прямое соединение», «косвенное соединение», «неподвижное соединение», «установка» и «сборка» следует понимать в широком смысле, например соединение может представлять собой непрерывное соединение, разъемное соединение или интегрированное соединение; и термины «установка», «соединение» или «неподвижное соединение» могут относиться к прямому соединению или косвенному соединению посредством промежуточных элементов, или могут представлять собой внутреннюю связь между двумя элементами. Для средних специалистов в данной области техники значения приведенных выше терминов в настоящей заявке могут быть поняты в соответствии с ситуациями.
Несмотря на то, что выше описаны реализации, раскрытые в настоящем изобретении, описанное содержимое представляет собой лишь реализации, используемые для облегчения понимания настоящей заявки, и они не предназначены для ограничения настоящего изобретения. Не отступая от сущности и объема, раскрытых в настоящей заявке, любой специалист в данной области техники, к которой относится настоящее изобретение, может вносить любые модификации и изменения в форму и подробности реализации, но объем патентной охраны настоящего изобретения по-прежнему должен быть определен по приложенной формуле изобретения.