一种钻井导向指令脉冲信号下传执行装置及系统的制作方法

1.本发明属于石油勘探开发技术领域，特别涉及一种钻井导向指令脉冲信号下传执行装置及系统。


背景技术：

2.石油钻井旋转导向技术代表了目前世界最高水平的石油钻井技术，该技术及相关设备发明创造之日起，一直被国外公司垄断。随着经济、技术的发展，石油、天然气资源勘探、开发力度的加大，中国人自己掌握石油钻井旋转导向技术及开发相关设备正成为今后定向井技术发展的方向和研究重点。
3.石油钻井导向技术是根据钻进过程中获取的地质参数，不断改变钻头方向向目的层为方向钻进的技术，具有边滑动边旋转的特点，对井眼轨迹的控制更加精确。要保证钻头按照正确方向钻进，需要通过执行装置向钻头的导向模块发送正确的指令。钻井导向指令脉冲信号下传执行装置的核心为一套可控式节流调节系统，用于按照设定的程序来调节节流调节系统不同时间段通过的泥浆量，从而对钻头的导向模块发送正确的指令。
4.该可控式节流调节系统中的核心为流量调节阀，相关技术中的流量调节阀通过两块堆叠设置的上阀片和下阀片来调节泥浆流量，其中，上阀片和下阀片均开设有通孔，上阀片转动安装在阀体中，下阀片安装在安装座管上，安装座管固定安装在阀体的导流通道内，通过驱动机构来驱动上阀片旋转，从而控制上阀片的通孔与下阀片的通孔的重合度，从而起到控制泥浆流量的作用。
5.然而，经长期实践以及研究发现，现有的此类执行装置在使用过程中，下阀片与安装座管之间连接的位置附近会出现很强的泥浆涡流，而相关技术，下阀片与安装座管之间的连接通常为焊接或者粘接，因此，下阀片与安装座管连接的部位及其容易被泥浆涡流冲刷损伤，以致出现泄露事故，严重时则造成导向指令传达不精确的问题。


技术实现要素：

6.本发明提供一种钻井导向指令脉冲信号下传执行装置，用于解决相关下传执行装置中的阀片与安装座管连接部位易被泥浆涡流冲刷损坏的技术问题。
7.本发明通过下述技术方案实现：一种钻井导向指令脉冲信号下传执行装置，包括：
8.阀体，设有出口、入口以及连通所述出口以及所述入口的通道；
9.开设有通孔的第一阀片和第二阀片，所述通道中可拆卸固定安装有用于导流的座管，所述座管与所述通道连通，所述第一阀片封盖于所述座管的一端，且所述第一阀片的通孔与所述座管连通，并且所述第一阀片与所述座管一体成型，所述第二阀片转动地设于所述通道内且所述第二阀片与所述第一阀片堆叠设置，所述第二阀片位于所述第一阀片的上游；
10.驱动机构，动力输出端连接于所述第二阀片以驱动所述第二阀片在所述通道内转动。
11.进一步地，为了更好的实现本发明，所述阀体的所述入口处一体成型设有一进液管。
12.进一步地，为了更好的实现本发明，所述驱动机构包括转动轴、齿轮轴、齿条以及两个气缸，所述齿条的两端分别与两个所述气缸的活塞栓接，所述齿轮轴与所述齿条啮合，并且所述齿轮轴同轴设有一连接孔，所述转动轴键接于所述连接孔中，所述阀体上开设有一所述通道连通的贯穿孔，所述转动轴密封插装于所述贯穿孔，并且所述转动轴的自由端伸入于所述通道，所述第二阀片连接于所述转动轴的自由端。
13.进一步地，为了更好地实现本发明，两个所述气缸分别为第一气缸和第二气缸，所述第一气缸驱动所述转动轴转动以带动所述第一阀片上的通孔与所述第二阀片上的通孔导通，所述第二气缸驱动所述转动轴转动以带动所述第一阀片上的通孔与所述第二阀片上的通孔错开；
14.所述第二气缸上安装有用于限制所述第二气缸的活塞移动距离的限位机构。
15.进一步地，为了更好地实现本发明，所述限位机构包括：
16.柱塞杆，所述齿条穿过所述第二气缸的一端，所述第二气缸的另一端开设有过孔，所述过孔的孔壁上设置有内螺纹，所述柱塞杆转动插装于所述过孔，并且所述柱塞杆的外壁上设有外螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹螺接，所述柱塞杆的一端位于所述第二气缸内并与所述第二气缸的活塞抵接；
17.手轮，通过弹簧销销接于所述柱塞杆的另一端，所述手轮位于所述第二气缸外；
18.限位销，固设于所述手轮上，所述第二气缸的另一端外壁设置有若干与所述限位销适配的限位卡槽，若干所述限位卡槽环绕所述柱塞杆均匀分布；
19.锁紧时，所述限位销卡接于其中一个所述限位卡槽中。
20.进一步地，为了更好地实现本发明，所述第二气缸的活塞上安装有缓冲垫，所述柱塞杆的一端抵紧于所述缓冲垫。
21.进一步地，为了更好地实现本发明，所述转动轴的自由端为一与所述转动轴同轴的圆管，所述圆管的管壁上开设有流液孔，所述流液孔连通所述入口以及所述圆管的内孔，所述第二阀片封堵连接于所述圆管的管口，且所述第二阀片的所述通孔与所述圆管的内孔连通。
22.进一步地，为了更好地实现本发明，所述第二阀片销接于所述圆管的自由端端面上，所述圆管的自由端端面还开设有沉孔，所述沉孔中安装有用于与所述第二阀片弹性抵接的弹性件；
23.所述阀体上栓接有阀盖，所述所述阀盖盖合于所述阀体的所述出口处，并且所述阀盖上开设有与所述出口连通的出液流道；
24.所述座管套装于一套筒内，所述套筒套接于所述通道内，所述第一阀片销接于所述套筒的一端，所述阀盖压紧于所述套筒的另一端；
25.所述第一阀片和所述第二阀片压紧于所述套筒和所述弹性件之间。
26.进一步地，为了更好地实现本发明，所述弹性件为弹簧，所述沉孔的数量为多个，多个所述沉孔环绕所述圆管的内孔均匀分布，每个所述沉孔中安装一所述弹簧。
27.进一步地，为了更好地实现本发明，所述出液流道套装有耐冲刷导管，所述耐冲刷导管与所述座管对接并连通。
28.进一步地，为了更好地实现本发明，所述耐冲刷导管与所述座管之间榫卯连接。
29.进一步地，为了更好地实现本发明，所述齿轮轴通过第一轴承转动安装于保护壳内，所述齿条和所述转动轴均穿过于所述保护壳。
30.进一步地，为了更好地实现本发明，所述阀体上凸设有一凸管，所述凸管与所述贯穿孔同轴，所述转动轴通过第二轴承转动插装于所述凸管内；
31.所述凸管上套接有一保护管，所述保护管与所述凸管栓接，并且所述保护管与所述保护壳对接。
32.本发明还提供一种钻井导向指令脉冲信号下传执行系统，包括上述钻井导向指令脉冲信号下传执行装置。
33.本发明相较于现有技术具有以下有益效果：
34.(1)本发明提供的钻井导向指令脉冲信号下传执行装置包括阀体、第一阀片、第二阀片、座管以及驱动机构，上述阀体开设有出口、入口以及连通出口和入口的通道，第一阀片和第二阀片均开设有通孔，座管可拆卸固定安装在上述阀体的通道内，并且座管与通道连通，这样，座管对阀体的通道内流通的流体具有导流作用，上述第一阀片封盖于上述座管的一端，并且，第一阀片上的通孔与上述座管连通，也即第一阀片的通孔容许通道中的流体流经上述座管，第二阀片转动地设于通道内且第二阀片与第一阀片堆叠设置，并且第二阀片位于上述第一阀片的上游，驱动机构的动力输出端与第二阀片相连以驱动第二阀片在通道内转动，从而驱动第二阀片上的通孔与第一阀片上的通孔导通或者错开，当第二阀片上的通孔与第二阀片上的通孔错开时，上述第一阀片和第二阀片共同作用，从而堵住上述座管，也即堵住上述阀体内部的通道，此时，阀体的出口不能流出流体，当第二阀片上的通孔与第一阀片上的通孔导通时，上述座管连通设置在阀体内部的通道内，阀体入口进入的流体则能够经通道、第二阀片的通孔、第一阀片的通孔以及上述座管流至阀体的出口排出，上述驱动机构的设置，还可以控制上述第二阀片的通孔与第一阀片的通孔导通的程度，以便控制阀体出口的流量。上述第一阀片与上述座管一体成型。
35.具体使用时，从入口注入泥浆，通过控制系统来控制驱动机构动作，从而控制第二阀片相对于第一阀片转动的角度，以便控制两阀片导通的程度，进而控制阀体的通道的流量，达到控制阀体出口流量的效果，通过第一阀片和第二阀片的通孔的导通和关闭，控制泥浆的流通和阻隔，以产生控制井下旋转导向设备正确导向的脉冲指令信号。由于该下传执行装置中的第一阀片和座管一体成型，第一阀片与座管的连接强度大大提升，即便是在第一阀片和座管相接的部位附近产生泥浆涡流，泥浆涡流也不能破坏上述第一阀片和座管之间的连接，从而减小出现泄露事故的几率，延长使用寿命，因此本发明提供的钻井导向指令脉冲信号下传执行装置向井下传递的脉冲信号更加精确。
36.(2)本发明提供的钻井导向指令脉冲信号下传执行系统采用上述钻井导向指令脉冲信号下传执行装置，因此，该钻井导向指令脉冲信号下传执行系统的使用寿命更长，并且下传的信号精度更高。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明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
发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1是本发明实施例提供的钻井导向指令脉冲信号下传执行装置的结构示意图；
39.图2是图1中的a区域局部放大图；
40.图3是图1中的b区域局部放大图；
41.图4是本发明实施例中的第一阀片的结构示意图；
42.图5是本发明实施例中的第二阀片的结构示意图。
43.图中：
44.1-阀体；101-凸管；2-第一阀片；3-第二阀片；4-座管；5-转动轴；501-圆管；6-齿轮轴；7-齿条；8-第一气缸；9-第二气缸；10-柱塞杆；11-手轮；12-限位销；13-限位卡槽；14-弹簧销；15-缓冲垫；16-进液管；17-弹簧；18-阀盖；19-套筒；20-耐冲刷导管；21-第一轴承；22-第二轴承；23-保护管。
具体实施方式
45.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
46.实施例1：
47.本实施例提供一种钻井导向指令脉冲信号下传执行装置，用于解决相关下传执行装置中的阀片与安装座管4连接部位易被泥浆涡流冲刷损坏的技术问题。该钻井导向指令脉冲信号下传执行装置包括阀体1、第一阀片2、第二阀片3、座管4以及驱动机构，其中：
48.上述阀体1开设有出口、入口以及连通出口和入口的通道，这样，流体(泥浆)从入口进入通道后经通道导流至出口排出。
49.第一阀片2和第二阀片3均开设有通孔，座管4可拆卸固定安装在上述阀体1的通道内，并且座管4与通道连通，这样，座管4对阀体1的通道内流通的流体具有导流作用，上述第一阀片2封盖于上述座管4的一端，并且，第一阀片2上的通孔与上述座管4连通，也即第一阀片2的通孔容许通道中的流体流经上述座管4，第二阀片3转动地设于通道内且第二阀片3与第一阀片2堆叠设置，并且第二阀片3位于上述第一阀片2的上游，驱动机构的动力输出端与第二阀片3相连以驱动第二阀片3在通道内转动，从而驱动第二阀片3上的通孔与第一阀片2上的通孔导通或者错开，当第二阀片3上的通孔与第一阀片2上的通孔错开时，上述第一阀片2和第二阀片3共同作用，从而堵住上述座管4，也即堵住上述阀体1内部的通道，此时，阀体1的出口不能流出流体，当第二阀片3上的通孔与第一阀片2上的通孔导通时，上述座管4连通设置在阀体1内部的通道内，阀体1入口进入的流体则能够经通道、第二阀片3的通孔、第一阀片2的通孔以及上述座管4流至阀体1的出口排出。
50.上述驱动机构的设置，还可以控制上述第二阀片3的通孔与第一阀片2的通孔导通的程度，以便控制阀体1出口的流量。本实施例中，上述第一阀片2与上述座管4一体成型。
51.具体使用时，从入口注入泥浆，通过控制系统来控制驱动机构动作，从而控制第二阀片3相对于第一阀片2转动的角度，以便控制两阀片导通的程度，进而控制阀体1的通道的
流量，达到控制阀体1出口流量的效果，通过第一阀片2和第二阀片3的通孔的导通和关闭，控制泥浆的流通和阻隔，以产生控制井下旋转导向设备正确导向的脉冲指令信号。由于该下传执行装置中的第一阀片2和座管4一体成型，第一阀片2与座管4的连接强度大大提升，即便是在第一阀片2和座管4相接的部位附近产生泥浆涡流，泥浆涡流也不能破坏上述第一阀片2和座管4之间的连接，从而减小出现泄露事故的几率，延长使用寿命，因此本发明提供的钻井导向指令脉冲信号下传执行装置向井下传递的脉冲信号更加精确。
52.更优地，在上述阀体1的入口处一体成型设有一进液管16。现有技术中，此类信号下传装置的阀体1入口处导管通过焊接的方式连接在阀体1入口处，入口导管与入口相接的部位易被泥浆冲蚀。本实施例提供的钻井导向指令脉冲信号下传执行装置，阀体1的入口与进液管16一体成型，连接强度更高，耐冲蚀性能更强，从而进一步延长其使用寿命，进一步降低泄露的风险。
53.本实施例的一种可选实施方式如下：上述驱动机构包括转动轴5、齿轮轴6、齿条7以及两个气缸，齿条7的两端分别伸入于两个气缸内并分别与两个气缸的活塞栓接，上述齿轮轴6与上述齿条7啮合，其中一个气缸推动齿条7朝另一个气缸平移式，驱动齿轮轴6沿第一方向转动，当另一个气缸推动齿条7反向平移式，驱动齿轮轴6沿第二方向转动，第二方向与第一方向相反。上述齿轮轴6同轴开设有一连接孔，上述转动轴5的一端插入上述连接孔并通过键接与齿轮轴6连接固定，这样，齿轮轴6转动时将带动转动轴5同步转动。
54.上述阀体1上开设有一贯穿孔，该贯穿孔与上述阀体1内部的通道连通，转轴密封插装于该贯穿孔内，并且转轴的自由端伸入于上述通道，第二阀片3连接于上述转轴的自由端。通过上述结构，当齿轮轴6带动转动轴5转动时，转动轴5将带动第二阀片3转动，以控制第二阀片3上的通孔与第一阀片2上的通孔导通或者错开。
55.该驱动机构，通过两个气缸协同作用来输出转动，以带动第二阀片3在阀体1的通道中转动，两个气缸均与气源相连，控制系统仅需控制两个气缸协同作用即可，结构更加简单，成本更低，并且运行更加可靠，控制逻辑更加简易，出现故障的几率更低。
56.本实施例的一种可选实施方式如下：定义两个上述气缸分别为第一气缸8和第二气缸9。其中，第一气缸8驱动转动轴5沿第一方向转动，从而带动第二阀片3转至其上的通孔与第一阀片2上的通孔导通；第二气缸9驱动驱动转动轴5沿第二方向转动，从而带动第二阀片3转至其上的通孔与第一阀片2上的通孔错开。也即第一气缸8驱动阀体1的通道打开，而第二气缸9驱动阀体1的通道断开。
57.在第二气缸9上安装有用于限制第二气缸9的活塞移动距离的限位机构，借助该限位机构，使得第二气缸9的活塞的移动距离被限制住，这样，则对齿条7的平移距离进行限制，也即对齿轮轴6的转动角度进行限制，从而对转动轴5的转动角度进行限制，进而对第二阀片3的转动角度进行限制，也即对第二阀片3上的通孔与第一阀片2上的通孔的导通程度进行限制，以对阀体1出口的排量进行限制，提高本实施例提供的钻井导向指令脉冲信号下传执行装置信号下传成功率。
58.本实施例的一种可选实施方式如下：上述限位机构包括柱塞杆10、手轮11、限位销12以及弹簧销14，其中：
59.柱塞杆10为一根带有外螺纹的光杆，定义上述齿条7穿过上述第二气缸9的一端，在上述第二气缸9的另一端开设有过孔，在过孔的孔壁上设置有内螺纹，上述柱塞杆10转动
插装于上述过孔中，并且柱塞杆10上的外螺纹与过孔孔壁上的内螺纹螺接，这样，转动柱塞杆10，便可以驱动柱塞杆10在上述过孔中平移，也即驱动柱塞杆10相对第二气缸9的活塞平移，柱塞杆10的一端位于上述第二气缸9内且柱塞杆10的另一端位于第二气缸9外，第一状态，位于第二气缸9内的一端与上述第二气缸9的活塞抵接。这样，通过转动柱塞杆10，改变柱塞杆10伸入上述第二气缸9的长度，从而起到调节第二气缸9的活塞移动距离的效果，具体地，当第二气缸9的活塞移动至与柱塞杆10相抵接时，柱塞杆10则限制上述第二气缸9的活塞不能再移动，从而有效控制第二阀片3上的通孔与第一阀片2上的通孔的导通程度，也即阀体1开启程度。当柱塞杆10伸入上述第二气缸9的长度越长，上述第二气缸9的活塞移动范围则越小，当柱塞杆10伸入上述第二气缸9的长度越短，上述第二气缸9的活塞移动范围则越大。需要说明的时，第一状态以外的其余情形下，上述第二气缸9的活塞在柱塞杆10限制流出的空间范围内移动。
60.手轮11通过弹簧销14销接在柱塞杆10的另一端，该手轮11位于上述第二气缸9外。转动上述手轮11，便可以轻松转动柱塞杆10。
61.上述限位销12固设于上述手轮11上，在上述第二气缸9的另一端外壁设置有若干限位卡槽13，限位卡槽13与限位销12适配，并且若干限位卡槽13环绕柱塞杆10均匀分布。当利用弹簧销14将手轮11销接在柱塞杆10上且使得限位销12朝向背离第二气缸9的一侧时，工作人员借助手轮11以及其上的限位销12，则可以轻松地转动柱塞杆10，从而便捷地对阀体1排量进行调节。调节好之后，拔出弹簧销14，将手轮11反向安装，随后再插入弹簧销14，此时，限位销12朝向靠近第二气缸9的一侧，并且限位销12卡接在其中一个限位卡槽13中，也即利用限位销12、弹簧销14以及手轮11将柱塞杆10锁紧在第二气缸9的外壁上，实现锁紧限位。
62.可以理解的是，本实施例中的手轮11和限位销12也可采用电动机代替，将上述柱塞杆10连接在电动机的转轴上，利用电动机来驱动柱塞杆10转动以及锁止。
63.更优地，在上述第二气缸9的活塞上安装有一缓冲垫15，上述第一状态时，上述柱塞杆10的一端抵紧在上述缓冲垫15上，从而避免柱塞杆10与第二气缸9的活塞直接接触而损伤第二气缸9的活塞。
64.本实施例的一种可选实施方式如下：上述转动轴5的自由端伸入于上述阀体1内部的通道，并且转动轴5的自由端为一与转动轴5同轴的圆管501，该圆管501与上述阀体1内的通道适配，并且该圆管501转动地设于上述阀体1的通道内。在该圆管501的管壁上开设有流液孔，流液孔连通上述阀体1的入口和圆管501的内孔，也即通过流液孔，使得阀体1的入口与上述圆管501的内孔连通。上述第二阀片3封堵连接于上述圆管501的管口，第二阀片3的通孔与圆管501的内孔连通。这样，经阀体1入口进入的泥浆经上述流液孔进入圆管501中，并经圆管501管口处的第二阀片3的通孔流出圆管501。
65.可选地，上述第二阀片3销接在圆管501的自由端端面上，在圆管501的自由端端面还开设有沉孔，沉孔中安装有弹性件，该弹性件用于与第二阀片3弹性抵接，也即弹性件弹性连接在第二阀片3和沉孔的孔底之间。在上述阀体1上栓接有阀盖18，阀盖18盖合于上述阀体1的出口处，并且阀盖18上开设有与出口连通的出液流道，经阀体1出口出来的泥浆进入出液流道并最终排出阀体1。用于安装上述第一阀片2的座管4套接于一套筒19内，并且座管4与套筒19紧固连接在一起，上述第一阀片2则是销接于套筒19的一端，而该套筒19则是
紧固地套接在上述阀体1的通道内，上述阀盖18则压紧于上述套筒19的另一端，这样，堆叠设置的第一阀片2和第二阀片3则压紧于上述套筒19和上述弹性件之间。借助上述弹性件及泥浆压力，使得第一阀片2和第二阀片3被紧紧地贴合在一起，进一步降低泥浆进入第一阀片2和第二阀片3之间。可以理解的是，上述阀盖18压在套管上，套管在第一阀片2上，第一阀片2压在第二阀片3上。
66.可选地，上述弹性件为弹簧17，并且上述沉孔的数量为多个，多个沉孔环绕上述圆管501的内孔均匀分布，每个沉孔中均安装有一上述弹簧17。具体地，上述沉孔的数量为两个、四个或者六个或者八个。
67.本实施例的一种可选实施方式如下：在上述阀盖18内部的出液流道内还套装有一耐冲刷导管20，该耐冲刷导管20为合金制成的管体结构，该耐冲刷导管20紧固地插装在上述出液流道中，并且耐冲刷导管20与上述座管4之间榫卯连接，则可以进一步降低耐冲刷导管20与座管4接触部位冲蚀的几率，而耐冲刷导管20的设置，则可以降低泥浆对阀盖18内的出液流道的冲刷腐蚀，延长使用寿命。
68.本实施例的一种可选实施方式如下：上述齿轮轴6通过第一轴承21转动安装于保护壳内，保护壳则安装在施工现场的撬装架上，上述齿条7和转动轴5均穿过上述保护壳而伸出。保护壳的设置，不仅对齿轮轴6的转动进行支撑，而且对齿轮轴6以及齿轮的大部分区段进行防护。
69.在上述阀体1上凸设有一凸管101，凸管101与上述贯穿孔同轴设置，并且转动轴5通过第二轴承22转动插装于上述凸管101中，从而对转动轴5的转动进行支撑并使得转动轴5的转动更加灵活。在凸管101上套接有一保护管23，而且该保护管23与上述凸管101栓接在一起，并且上述保护管23与上述保护壳对接，从而对位于保护管23内的转动轴5区段进行防护，借助上述保护管23，使得转动轴5的全段均不会外露，降低空气对转动轴5的腐蚀，并且有效降低外接杂质对转动轴5造成的不良影响。
70.本实施例的一种可选实施方式如下：为了保持良好的密封，在上述柱塞杆10的非螺纹区段与上述过孔孔壁之间、转动轴5与贯穿孔孔壁之间、座管4与套筒19之间、套筒19与阀体1的通道内壁之间、阀盖18与套筒19之间以及耐冲刷导管20与阀盖18的出液流道侧壁之间均设置有密封圈。
71.实施例2：
72.本实施例提供一种钻井导向指令脉冲信号下传执行系统，该钻井导向指令脉冲信号下传执行系统采用上述钻井导向指令脉冲信号下传执行装置，因此，该钻井导向指令脉冲信号下传执行系统的使用寿命更长，并且下传的信号精度更高。
73.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明记载的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。