石油顶驱液压闭式系统扭矩控制装置制造方法
【专利摘要】一种石油顶驱液压闭式系统多功能扭矩控制装置，包括阀体，阀体具有压力信号输入口和压力信号输出口，阀体内置有压力控制模块，压力控制模块具有与压力信号输入口连接的输入端和输出端，阀体上安装有若干组扭矩控制阀组合，每个扭矩控制阀组合包括通过管路连接的一个限扭使能阀和一个限扭控制阀，限扭使能阀均与压力控制模块的输出端通过管路连接，限扭控制阀均与压力信号输出口通过管路连接，其中的至少一个限扭控制阀为无级压力扭矩控制阀，剩余的限扭控制阀为有级压力扭矩控制阀。本实用新型通过液压阀和压力控制模块的组合实现对钻进驱动系统扭矩的复合控制，简单可靠，适用面广，可以达到提高钻井效率且大幅度地减少卡钻事故的目的。
【专利说明】石油顶驱液压闭式系统扭矩控制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及钻井【技术领域】，尤其是指一种石油顶驱液压闭式系统扭矩控制装置。
【背景技术】
[0002]随着国民经济的发展，对石油能源的需求越来越大，近20年来，顶部驱动钻井装置发展迅速，目前深井钻机配置顶驱正成为常规配置。顶部驱动钻井装置是20世纪80年代兴起的新型钻井技术，是旋转钻井技术的一项重大突破，液压驱动已成为其中一种主要的发展趋势。在中浅井钻机或修井机上配备小型液压顶驱，也正成为一种趋势，同时也是欠平衡钻井、套管钻井、大斜度钻井、水平钻井及老井开窗钻井等许多新的钻井工艺重要的支持装备。
[0003]液压顶驱装置是由液压泵驱动液压马达，将动力从井架的顶部直接驱动钻具进行旋转作业，其钻进、接立根、上卸扣和倒划眼等多种钻井操作的完成及效果基本取决于主液压传动系统尤其是主泵排量(即钻进转速)和压力(即钻进扭矩)两个主要参数的独立和复合控制(即功率控制)。液压系统最重要的两个参数，压力和流量，对应着钻机的扭矩/钻压和转速；钻井作业中需要对转速和扭矩做特别控制的场合为钻杆上卸扣及钻进中遇到负载波动较大发生跳钻、卡钻时。
[0004]如何在较大范围内实现无级调速和自动恒功率调节和实现复杂工况下的扭矩控制是液压顶部驱动钻井装置的关键技术。标准的液压系统设计是采用闭式电比例变量柱塞泵驱动带有行星齿轮减速机的定量或有级变量柱塞马达装置，在司钻台通过手柄或旋钮对闭式液压柱塞变量泵的斜盘摆角进行控制，即可实现对液压马达的转速即钻杆/钻头的转速的控制，而钻进过程中的负载变化和上卸扣时的扭矩值的限定体现在对系统压力的控制上，但绝大多数能选购到的比例闭式液压泵，均不能在无级调节的同时实现对扭矩的多级设定，而只能限制最高值，导致在使用中扭矩和钻压不能满足施工的需求，造成钻机跳动卡钻，钻杆扭断，钻孔周期长等问题和潜在风险。
实用新型内容
[0005]为了解决现有液压泵不能同时进行扭矩的无级和有级调节的问题，本实用新型提出了一种石油顶驱液压闭式系统扭矩控制装置，通过液压阀和压力控制模块的组合控制主泵排量和压力，实现对钻进驱动系统扭矩的复合控制，具有简单可靠，适用面广的优点，达到提闻钻井效率，大幅度地减少卡钻事故的目的。
[0006]本实用新型所采用的技术方案是:一种石油顶驱液压闭式系统多功能扭矩控制装置，包括阀体，所述的阀体具有压力信号输入口和压力信号输出口，阀体内置有压力控制模块，所述的压力控制模块具有与压力信号输入口连接的输入端和输出端，阀体上安装有若干组扭矩控制阀组合，每个扭矩控制阀组合包括通过管路连接的一个限扭使能阀和一个限扭控制阀，所述的限扭使能阀均与压力控制模块的输出端通过管路连接，所述的限扭控制阀均与压力信号输出口通过管路连接，其中的至少一个限扭控制阀为无级压力扭矩控制阀，剩余的限扭控制阀为有级压力扭矩控制阀。
[0007]本实用新型为主泵引入扭矩控制配套装置，将取自主油路高压侧的负载压力作为控制信号，通到各路并联的先导控制阀(若干个限扭使能阀)进口，其中的一路与无级压力扭矩控制阀组合用做无级压力设定与有级压力设定阀构成控制单元，其他各路与有级压力扭矩控制阀组合，分别对应不同规格直径(如2寸7、3寸半和5寸等)的钻杆设定扭矩(恒扭矩)。当操作人员根据钻井工艺和钻进作业需要在司钻台上操作选择按钮和限扭手轮，即可自动执行相应的PLC系统软件程序，一旦达到预先通过电控系统选定油路(各压力控制模块)的设定值，先导压力就会从压力信号输出口反馈到主泵的变量控制腔，实时改变主泵斜盘并实现对扭矩的控制。
[0008]作为优选，所述的压力控制模块为PLC电控模块。采用PLC控制电路，实现压力的有序调节。
[0009]作为优选，所述的扭矩控制阀组合至少有4组。至少四组的扭矩控制组合，限扭控制阀(有级或无级)可根据需要增减。
[0010]作为优选，所述的限扭使能阀在阀体上表面等间距均匀分布。限扭使能阀全部设在阀体顶部，便于使能操作。
[0011]作为优选，所述的有级压力扭矩控制阀在阀体上表面等间距均匀分布。有级压力扭矩控制阀均匀排布，协调而不凌乱。
[0012]作为优选，所述的无级压力扭矩控制阀安装在阀体侧表面。将无级压力扭矩控制阀与有级压力扭矩控制阀分开安装，不至于使用者将两者混淆。
[0013]作为优选，所述的无级压力扭矩控制阀为电液比例扭矩控制阀。
[0014]本实用新型的有益效果是:完成对选定规格钻杆的压力控制及扭矩限定，在无级调节转速的基础上叠加恒扭矩钻井的功能，当遇到非均质岩层或扭矩波动较大时，恒扭矩控制能起到保护钻具及提高钻井效率的作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的一种结构示意图。
[0016]图中，1-阀体，2-压力信号输入口，3-压力信号输出口，4-限扭使能阀，5-有级压力扭矩控制阀，6-无级压力扭矩控制阀。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0018]如图1所示，一种石油顶驱液压闭式系统扭矩控制装置，包括长方体形的阀体1，阀体I具有压力信号输入口 2和压力信号输出口 3，阀体I内置有压力控制模块，压力控制模块具有与压力信号输入口 2连接的输入端和输出端。
[0019]阀体I上安装有五组扭矩控制阀组合，分别为第一组、第二组、第三组、第四组和第五组，每个扭矩控制阀组合包括通过管路连接的一个限扭使能阀4和一个限扭控制阀，限扭使能阀4均具有电磁铁线圈，限扭使能阀的电磁铁线圈(DC24V)均与PLC电控系统构成的压力控制模块的输出模块相接，限扭控制阀均与压力信号输出口通过管路连接。其中，五个限扭使能阀4等间距均匀分布在阀体I上表面的后排；第一组至第四组的限扭控制阀为有级压力扭矩控制阀5，等间距均匀分布在阀体I上表面的前排；第五组的限扭控制阀为无级压力扭矩控制阀6，且为电液比例扭矩控制阀，安装在阀体I的侧表面。特别的，与无级压力扭矩控制阀6配套的限扭使能阀可以是电液比例限扭阀。
[0020]本实用新型引入泵主油路高压侧的压力信号，将扭矩控制后的压力信号反馈至顶驱闭式主泵的变量缸控制口。各个限扭使能阀的开关可以由外部控制，如受司钻台上相应的功能按钮/旋钮控制，如顶驱钻杆规格(2寸7、3寸半和5寸等)选择按钮、旋扣动作按钮，而电液比例限扭阀的输入控制可在司钻台上由限扭手轮设定。
[0021]各个限扭控制阀的压力设定值可根据实际工况需要，事先在试验台上设定，即将试验油源提供的压力油由系统压力信号入口接入限扭模块，依次给各组的限扭使能阀通电，观察压力表指示，并手动调节串接在该路的限扭控制阀的压力直至达到所需设定值，在达到设定值时压力信号反馈到变量液压泵的斜盘控制机构中，推动斜盘倾角，使排量与限扭设定值相适应。
[0022]本实用新型，不仅可以应用于顶驱液压主系统上，也可扩展应用到其它使用开式或闭式液压变量泵控系统的压力/扭矩限定，使能阀可以选择常开/常闭型，限扭控制阀(手动设定或电液比例控制式)可根据需要增减。
[0023]以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种石油顶驱液压闭式系统多功能扭矩控制装置，其特征在于:包括阀体，所述的阀体具有压力信号输入口和压力信号输出口，阀体内置有压力控制模块，所述的压力控制模块具有与压力信号输入口连接的输入端和输出端，阀体上安装有若干组扭矩控制阀组合，每个扭矩控制阀组合包括通过管路连接的一个限扭使能阀和一个限扭控制阀，所述的限扭使能阀均与压力控制模块的输出端通过管路连接，所述的限扭控制阀均与压力信号输出口通过管路连接，其中的至少一个限扭控制阀为无级压力扭矩控制阀，剩余的限扭控制阀为有级压力扭矩控制阀。
2.根据权利要求1所述的石油顶驱液压闭式系统多功能扭矩控制装置，其特征在于:所述的压力控制模块为PLC电控模块。
3.根据权利要求1所述的石油顶驱液压闭式系统多功能扭矩控制装置，其特征在于:所述的扭矩控制阀组合至少有4组。
4.根据权利要求1所述的石油顶驱液压闭式系统多功能扭矩控制装置，其特征在于:所述的限扭使能阀在阀体上表面等间距均匀分布。
5.根据权利要求1所述的石油顶驱液压闭式系统多功能扭矩控制装置，其特征在于:所述的有级压力扭矩控制阀在阀体上表面等间距均匀分布。
6.根据权利要求1所述的石油顶驱液压闭式系统多功能扭矩控制装置，其特征在于:所述的无级压力扭矩控制阀安装在阀体侧表面。
7.根据权利要求1或6所述的石油顶驱液压闭式系统多功能扭矩控制装置，其特征在于:所述的无级压力扭矩控制阀为电液比例扭矩控制阀。
【文档编号】F15B13/02GK203835849SQ201420281042
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】朱耀义, 王谦 申请人:杭州爱力领富科技有限公司