一種井下牽引器的液壓控制方法及控制系統與流程
2023-12-08 00:57:46
本發明涉及油氣開發領域，尤其涉及一種井下牽引器的液壓控制方法及控制系統。
背景技術：
在石油開發領域，連續油管應用非常廣泛，連續油管井下作業必須藉助井下牽引器，井下牽引器是一種能在井底提供牽引力的井下工具，石油井下通常為高溫高壓的複雜環境，且空間狹小，井下牽引器與井壁之間充滿鑽井液，因此，井下牽引器必須能適應高溫高壓的複雜環境，體積小並具有足夠的牽引力。
但現有技術中常見的井下牽引器通常存在以下不足：多數液壓驅動的井下牽引器是通過電纜連接電氣組件驅動電機使液壓缸和控制油路轉換工作，這樣的井下牽引器必須設計複雜的液壓管路和電路，同時也很難保證所有電氣元件在高溫高壓的環境下長時間正常工作，這樣就大大降低了井下牽引器的工作持久性和可靠性。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種工作持久性高、可靠性高、行進速度快的井下牽引器的液壓控制方法及控制系統。
為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案：
一種井下牽引器的液壓控制方法，包括以下步驟：
S1：引入用於驅動鑽機鑽井的鑽井液；
S2：所述鑽井液經過濾後形成液壓介質；
S3：所述液壓介質輸入液壓控制單元，經液壓控制單元調控分配進入前後兩組行走單元，驅使前後兩組行走單元交替提供行進牽引力。
作為上述技術方案的進一步改進：
所述步驟S3中液壓控制單元的調控分配按以下分步驟進行：
S31：預設液壓控制單元的主開關閥導通壓力P0，換向開關閥導通壓力P1；
S32：當輸入液壓控制單元的液壓介質壓力大於或等於P0時，主開關閥導通，液壓介質進入主控閥，執行步驟S33；當輸入液壓控制單元的液壓介質壓力小於P0時，主開關閥關閉，井下牽引器停止動作；
S33：所述主控閥根據實時導通工位向一組行走單元的支撐缸和行走缸輸入液壓介質，通過支撐缸驅使該行走單元的支撐機構與井壁固定，通過行走缸提供行進牽引力驅使井下牽引器前進，行走缸在行程的結束階段回位腔與相接的緩衝腔導通，緩衝腔內壓力遞增；
所述主控閥根據實時導通工位同時向另一組行走單元的回位腔供油，通過該回位腔驅使該組行走單元相對井下牽引器前移，進入提供行進牽引力的準備位置；
各行走單元內的低壓液壓介質經液壓控制單元排出至井下牽引器與井壁之間的環形腔；
S34：步驟S33中提供行進牽引力的行走缸內緩衝腔壓力大於或等於P1時，換向開關閥導通，驅使主控閥切換導通工位，循環步驟S33和步驟S34。
一種井下牽引器的液壓控制系統，包括過濾單元、液壓控制單元和前後兩組行走單元，所述過濾單元的輸入端與用於驅動鑽機鑽井的鑽井液輸送管路連通，過濾單元的輸出端與液壓控制單元的輸入端連通，所述液壓控制單元的輸出端與前後兩組行走單元連通，所述前後兩組行走單元的輸出端經液壓控制單元連通井下牽引器與井壁之間的環形腔。
作為上述技術方案的進一步改進：
所述液壓控制單元包括主開關閥、主控閥和兩件換向開關閥，所述行走單元包括支撐缸和行走缸，所述過濾單元的輸出端與主開關閥的輸入端連通，所述主開關閥的輸出端與主控閥的輸入端連通，所述主開關閥設有兩個輸出口，各輸出口與一行走單元支撐缸的支撐驅動腔和行走缸的行走驅動腔連通，並與另一行走單元行走缸的回位腔連通，各換向開關閥的輸入端分別與一行走單元的緩衝腔連通，各換向開關閥的輸出端與主控閥的換向口連通，兩換向開關閥的平衡端相互連通，回位腔與緩衝腔通過單向閥連接。
所述過濾單元設有兩個以上並聯的過濾器。
與現有技術相比，本發明的優點在於：
本發明的井下牽引器的液壓控制方法，引入用於驅動鑽機鑽井的鑽井液作為系統動力源，無需設置電氣組件來提供進行動力，大大簡化了井下牽引器的結構和製作成本，解決了電氣元件無法在高溫高壓的環境下長時間正常工作的難題，提高了井下牽引器的工作持久性和可靠性，且鑽井液可提供足夠的工作壓力，確保井下牽引器的快速行進；通過液壓控制單元的調控分配驅使前後兩組行走單元自動交替提供行進牽引力，為實現井下牽引器系統的純液壓控制提供了可行性。
本發明的井下牽引器的液壓控制系統，結構簡單緊湊，所用液壓閥數量降到最低，不僅可以降低設備製作成本，而且減少了故障點，提高系統運行的持久性和可靠性；緩衝腔的巧妙設置不僅實現了兩組行走單元的交替運行，而且可以消除行走驅動腔內活塞對缸體的重載衝擊。
附圖說明
圖1是本發明井下牽引器的液壓控制方法實施例的流程圖。
圖2是本發明井下牽引器的液壓控制系統實施例的井下牽引器結構示意圖。
圖3是本發明液壓控制系統實施例中前行走單元的剖視圖（未視出支撐機構）。
圖4至圖7是本發明液壓控制系統實施例行進過程的分解步驟示意圖。
圖中各標號表示：
1、過濾單元；11、過濾器；2、液壓控制單元；21、主開關閥；22、換向開關閥；23、主控閥；3、行走單元；31、支撐缸；311、支撐驅動腔；32、行走缸；321、回位腔；322、緩衝腔；323、行走驅動腔；33、支撐機構；4、環形腔；5、中心管。
具體實施方式
以下將結合說明書附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
如圖1至圖3所示，本實施例的井下牽引器的液壓控制方法，包括以下步驟：
S1：引入用於驅動鑽機鑽井的鑽井液；
S2：鑽井液經過濾後形成液壓介質；
S3：液壓介質輸入液壓控制單元2，經液壓控制單元2調控分配進入前後兩組行走單元3，驅使前後兩組行走單元3交替提供行進牽引力。
本發明的井下牽引器的液壓控制方法，引入用於驅動鑽機鑽井的鑽井液作為系統動力源，無需設置電氣組件來提供進行動力，大大簡化了井下牽引器的結構和製作成本，解決了電氣元件無法在高溫高壓的環境下長時間正常工作的難題，提高了井下牽引器的工作持久性和可靠性，且鑽井液可提供足夠的工作壓力，確保井下牽引器的快速行進。通過液壓控制單元2的調控分配驅使前後兩組行走單元3自動交替提供行進牽引力，為實現井下牽引器系統的純液壓控制提供了可行性。
本實施例中，步驟S3中液壓控制單元2的調控分配按以下分步驟進行：
S31：預設液壓控制單元2的主開關閥21導通壓力P0，換向開關閥22導通壓力P1；
S32：當輸入液壓控制單元2的液壓介質壓力大於或等於P0時，主開關閥21導通，液壓介質進入主控閥23，執行步驟S33；當輸入液壓控制單元2的液壓介質壓力小於P0時，主開關閥21關閉，井下牽引器停止動作；
S33：主控閥23根據實時導通工位向一組行走單元3的支撐缸31和行走缸32輸入液壓介質，通過支撐缸31驅使該行走單元3的支撐機構33與井壁固定，通過行走缸32提供行進牽引力驅使井下牽引器前進，行走缸32在行程的結束階段回位腔321與相接的緩衝腔322導通，緩衝腔322內壓力遞增；
主控閥23根據實時導通工位同時向另一組行走單元3的回位腔321供油，通過該回位腔321驅使該組行走單元3相對井下牽引器前移，進入提供行進牽引力的準備位置；
各行走單元3內的低壓液壓介質經液壓控制單元2排出至井下牽引器與井壁之間的環形腔4；
S34：步驟S33中提供行進牽引力的行走缸32內緩衝腔322壓力大於或等於P1時，換向開關閥22導通，驅使主控閥23切換導通工位，同時另一換向開關閥22關閉，循環步驟S33和步驟S34。
如圖2至圖7所示，本實施例的井下牽引器的液壓控制系統，包括過濾單元1、液壓控制單元2和前後兩組行走單元3，過濾單元1的輸入端與用於驅動鑽機鑽井的鑽井液輸送管路連通，過濾單元1的輸出端與液壓控制單元2的輸入端連通，液壓控制單元2的輸出端與前後兩組行走單元3連通，前後兩組行走單元3的輸出端經液壓控制單元2連通井下牽引器與井壁之間的環形腔4。本發明的井下牽引器的液壓控制系統，結構簡單緊湊，所用液壓閥數量降到最低，不僅可以降低設備製作成本，而且減少了故障點，提高系統運行的持久性和可靠性。
本實施例中，液壓控制單元2包括主開關閥21、主控閥23和兩件換向開關閥22，行走單元3包括支撐缸31和行走缸32，過濾單元1的輸出端與主開關閥21的輸入端連通，主開關閥21的輸出端與主控閥23的輸入端連通，主開關閥21設有兩個輸出口，各輸出口與一行走單元3支撐缸31的支撐驅動腔311和行走缸32的行走驅動腔323連通，並與另一行走單元3行走缸32的回位腔321連通，各換向開關閥22的輸入端分別與一行走單元3的緩衝腔322連通，各換向開關閥22的輸出端與主控閥23的換向口連通，兩換向開關閥22的平衡端相互連通，回位腔321與緩衝腔322通過單向閥連接。緩衝腔322的巧妙設置不僅實現了兩組行走單元3的交替運行，而且可以消除行走驅動腔323內活塞對缸體的重載衝擊。
過濾單元1可設置兩個以上並聯的過濾器11，本實施例中，設有四個並聯的過濾器11，當某一過濾器11堵塞時，其他過濾器11可正常工作，從而保證鑽井液順利流向液壓控制單元2。
下面結合附圖對本實施例的工作過程作進一步說明：
井下牽引器通過貫穿液壓控制單元2和兩組行走單元3的中心管5引入用於驅動鑽機鑽井的鑽井液，兩組行走單元3分設於液壓控制單元2兩端，各圖中右側為井下牽引器前端，左側為井下牽引器後端。從中心管5引入的鑽井液先經過濾單元1過濾，形成系統液壓介質後再輸入液壓控制單元2。
輸入液壓控制單元2的液壓介質壓力大於P0後主開關閥21導通，液壓介質輸入主控閥23，本實施例中主控閥23的初始狀態為B1、B2口導通，液壓介質經B1口輸出至前部行走單元3支撐缸31的支撐驅動腔311和行走缸32的行走驅動腔323，支撐驅動腔311內液壓增大並經其活塞帶動與其相連的支撐機構33伸展，使支撐機構33撐緊油井內壁，前部行走單元3外壁與油井之間無相對滑動；行走驅動腔323內液壓增大並經其活塞帶動中心管5向前移動。同時，液壓介質經B1口輸出至後部行走單元3行走缸32的回位腔321，回位腔321內液壓增大並推動後部行走單元3相對行走缸32內活塞及中心管5前移，進入提供行進牽引力的準備位置。前部行走單元3的行走缸32在行程的結束階段，回位腔321內壓力遞增直至打通連接緩衝腔322的單向閥，回位腔321與相接的緩衝腔322導通，緩衝腔322內壓力遞增。當緩衝腔322內壓力大於或等於P1時，與其連接的換向開關閥22導通，驅使主控閥23切換導通工位，即主控閥23的B1、B2口關閉，A1、A2口導通，開始通過A2口向行走單元3輸入液壓介質，同時與前部行走單元3的緩衝腔322連接的換向開關閥22關閉，液壓介質的輸送換向完成。此後，後部行走單元3的工作過程與前部行走單元3的工作過程相同，在此不再贅述。如此循環上述動作，井下牽引器可以在全液壓驅動下實現井下的連續行進功能。
在以上工作過程中，各行走單元3內的低壓液壓介質經主控閥23的B2口或A1口回流，最終通過液壓控制單元2排出至井下牽引器與井壁之間的環形腔4。
當輸入液壓控制單元2的液壓介質壓力小於P0時，主開關閥21關閉，井下牽引器停止動作。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍的情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應落在本發明技術方案保護的範圍內。