一种用于旋转导向装置的执行机构及其旋转导向装置制造方法及图纸

本申请提供了一种用于旋转导向装置的执行机构及其旋转导向装置，其中，执行机构包括主动阀芯、从动阀芯、第一空腔、第二空腔和高压泥浆驱动通道；第一空腔包括与低压泥浆连通的第一低压口，第一空腔还包括与高压泥浆连通的第一高压口，主动阀芯可选择的开闭第一低压口和第一高压口以调节第一空腔中的压力，从动阀芯两侧分别与第一空腔和第二空腔毗邻，从动阀芯响应于第一空腔和第二空腔之间的压差而移动，从动阀芯与高压泥浆驱动通道连接，高压泥浆驱动通道响应于从动阀芯的移动在打开状态和关闭状态之间进行切换。本申请执行机构通过主动阀芯与从动阀芯的联动作用，能够提高响应速度的基础上，还能有效降低系统功耗。

An actuator and its rotating guide device for rotating guide device

【技术实现步骤摘要】
一种用于旋转导向装置的执行机构及其旋转导向装置
本申请涉及钻井设备
，具体涉及一种用于旋转导向装置的执行机构及其旋转导向装置。
技术介绍
旋转导向属于钻井领域中最尖端的技术之一，得到了广泛的应用。旋转导向是可以按照井眼轨迹的需要，在钻井过程中连续、自动、实时的调节井斜和方位，实现高精度轨迹控制的技术。旋转导向系统是通过控制偏置机构使钻头或钻铤发生轴向偏移来完成导向动作的，其中偏置机构分为推靠式和指向式两种，其中推靠式以斯伦贝谢的PowerDriveX6和贝克休斯的AutoTrack为代表，推靠式偏置机构实现导向动作的原理是在靠近钻头处通过推靠装置推靠钻铤，为钻头提供侧向力。由于推靠式旋转导向系统的部分性能优于指向式旋转导向系统，因此得到了广泛的应用。现有技术中，推靠式旋转导向系统改变钻头钻进方向主要是依靠设置在钻具上的推靠活塞，旋转导向装置中执行机构的作用是钻具在井下工作需要进行导向时为推靠活塞提供推靠力的机构。在专利文件CN110130830A中公开了一种基于钻井液压差的推靠式旋转导向装置，该装置中的执行机构利用驱动机构往复运动带动阀芯往复运动，进而控制钻井液的压力用于驱动推靠活塞。在实际使用中，为了加快推靠活塞的响应速度，就得增大泥浆流量，为了获得大的泥浆流通量就得使用较大体积的阀芯，这样就会增大系统功耗且不利于井下工作环境，所以在现有技术中利用钻井液压差进行推靠的旋转导向装置，执行机构在推靠活塞的响应速度与系统功耗之间很难达到两全其美的效果。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种用于旋转导向装置的执行机构及其旋转导向装置，其中，一种用于旋转导向装置的执行机构包括主动阀芯、从动阀芯、第一空腔、第二空腔和高压泥浆驱动通道；所述第一空腔包括与低压泥浆连通的第一低压口，所述第一空腔还包括与高压泥浆连通的第一高压口，所述主动阀芯可选择的开闭所述第一低压口和所述第一高压口以调节所述第一空腔中的压力，所述从动阀芯两侧分别与所述第一空腔和所述第二空腔毗邻，所述从动阀芯响应于所述第一空腔和所述第二空腔之间的压差而移动，所述从动阀芯与所述高压泥浆驱动通道连接，所述高压泥浆驱动通道响应于所述从动阀芯的移动在打开状态和关闭状态之间进行切换。其中，所述主动阀芯可选择的开闭所述第一低压口和所述第一高压口，解释为：所述主动阀芯能够在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置时，第一低压口打开且第一高压口关闭；当主动阀芯处于第二位置时，第一低压口关闭且第一高压口打开；或者在所述第一位置时，第一低压口关闭且第一高压口打开；当主动阀芯处于第二位置时，第一低压口打开且第一高压口关闭。本申请中的执行机构如果没有从动阀芯，只有主动阀芯也可以进行压力输出，但是主动阀芯为了保证有较大的压力输出力即有较快的响应，主动阀芯中用于高压泥浆流通的流通口要足够大，也就需要较大体积的主动阀芯，主动阀芯的运动需要电机等动力件提供，较大体积的主动阀芯会增加系统功耗，较大的系统功耗不利于井下环境的安全操作；而本申请执行机构通过设置从动阀芯达到进一步提高响应速度的基础上，还能有效降低系统功耗；具体来说，本申请设置主动阀芯可以改变第一空腔中的压力，进而使得第一空腔和第二空腔之间形成压差，达到给从动阀芯提供推动力的目的，完成这个过程仅需要较小的推动力即可，所以主动阀芯只要具备较小的体积就能有效降低系统功耗；从动阀芯由于第一空腔和第二空腔的压差作用下移动进而进行压力输出，在此过程中不需要提供额外的动力，所以从动阀芯可以设置较大体积的结构，可以增大泥浆流量也就可以提供较大的推靠力，即提高了执行机构的推靠响应速度。且本申请中通过主动阀芯与从动阀芯的联动配合完成压力输出的过程，相比于单一结构，即比仅使用主动阀芯传输过程更稳定、且可以根据实际应用场景灵活变化，即改变从动阀芯的结构可以改变输出力的大小、输出响应速度等。进一步的，所述第二空腔包括与低压泥浆连通的第二低压口，所述第二空腔还包括与高压泥浆连通的第二高压口，所述主动阀芯在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置时，第一低压口打开且第一高压口关闭；在所述第二位置时，第一低压口关闭且第一高压口打开；所述从动阀芯在第三位置和第四位置之间移动，在所述第三位置时，第二低压口打开且第二高压口关闭，在所述第四位置时，第二低压口关闭且第二高压口打开；当所述主动阀芯从第一位置移动至第二位置，所述从动阀芯响应于所述主动阀芯而移动，所述从动阀芯从第三位置移动至第四位置；所述高压泥浆驱动通道与所述第二空腔相连通。本申请利用主动阀芯的移动调节第一空腔中的压力并使第一空腔和第二空腔之间形成压差，进而驱使从动阀芯移动，从动阀芯的移动用于控制高压泥浆驱动通道的开闭，使得执行机构可选择的进行压力输出或不输出。本执行机构通过主动阀芯和从动阀芯的配合能调节压力输出响应速度的同时，还能有效降低系统功耗。进一步的，还包括第一限位部和第二限位部，所述从动阀芯在所述第一限位部和第二限位部之间移动，所述第一限位部设置于所述第一空腔与所述从动阀芯之间，所述第二限位部设置于所述第二空腔与所述从动阀芯之间。本申请设置第一限位部和第二限位部可以对从动阀芯的运动起到限定作用，对从动阀芯的运动轨迹进行限定，提高从动阀芯的工作效率和工作精确度。进一步的，还包括外壳体，所述主动阀芯和所述从动阀芯沿轴向设置于所述外壳体的内部，所述主动阀芯通过所述第一空腔与所述从动阀芯相连，所述外壳体侧壁在所述主动阀芯处分别开设有所述第一低压口和所述第一高压口，所述外壳体侧壁在所述从动阀芯处分别开设有所述第二低压口和所述第二高压口。本申请中外壳体起到的作用是，利用外壳体将主动阀芯和从动阀芯集成为一个整体，一方面使得主动阀芯和从动阀芯的安装更方便，另一方面是更方便执行机构可拆卸的进行安装、维修。进一步的，所述外壳体内壁设置有第一卡接凹槽和第二卡接凹槽，所述第一卡接凹槽设置于所述从动阀芯靠近所述第一空腔的一侧，所述第二卡接凹槽设置于所述从动阀芯靠近所述第二空腔的一侧，所述从动阀芯在所述第一卡接凹槽和所述第二卡接凹槽之间移动。本申请中设置两个卡接凹槽的作用一方面是为了从动阀芯进行往复运动时，在两个方向对从动阀芯进行限位，即从动阀芯沿轴向只能在第一卡接凹槽和第二卡接凹槽之间运动，对从动阀芯的运动进行限定；另一方面，由于卡接凹槽的存在，在径向方向上增大从动阀芯的直径，进而增大其体积，有利于增大泥浆通过从动阀芯的流通量进而提高压力输出力。进一步的，所述主动阀芯包括驱动件和阀芯轴，所述阀芯轴一端与所述驱动件相连，所述阀芯轴另一端与所述第一空腔相邻，所述阀芯轴靠近所述第一空腔的一端分别开设有第一连接孔和第二连接孔，所述第一空腔通过所述第一连接孔与所述第一低压口相连通，所述第一空腔通过所述第二连接孔与所述第一高压口相连通；所述驱动件为电磁阀，所述阀芯轴通过弹簧与所述电磁阀相连。本申请中主动阀芯中的驱动件用于驱动阀芯轴，使得阀芯轴进行往复运动，进而实现第一空腔中的压力变化。本申请中第一连接孔和第二连接孔设置的作用，一方面是为了尽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于旋转导向装置的执行机构，其特征在于，包括：主动阀芯、从动阀芯、第一空腔、第二空腔和高压泥浆驱动通道；/n所述第一空腔包括与低压泥浆连通的第一低压口，所述第一空腔还包括与高压泥浆连通的第一高压口，所述主动阀芯可选择的开闭所述第一低压口和所述第一高压口以调节所述第一空腔中的压力，/n所述从动阀芯两侧分别与所述第一空腔和所述第二空腔毗邻，所述从动阀芯响应于所述第一空腔和所述第二空腔之间的压差而移动，/n所述从动阀芯与所述高压泥浆驱动通道连接，所述高压泥浆驱动通道响应于所述从动阀芯的移动在打开状态和关闭状态之间进行切换。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于旋转导向装置的执行机构，其特征在于，包括：主动阀芯、从动阀芯、第一空腔、第二空腔和高压泥浆驱动通道；
所述第一空腔包括与低压泥浆连通的第一低压口，所述第一空腔还包括与高压泥浆连通的第一高压口，所述主动阀芯可选择的开闭所述第一低压口和所述第一高压口以调节所述第一空腔中的压力，
所述从动阀芯两侧分别与所述第一空腔和所述第二空腔毗邻，所述从动阀芯响应于所述第一空腔和所述第二空腔之间的压差而移动，
所述从动阀芯与所述高压泥浆驱动通道连接，所述高压泥浆驱动通道响应于所述从动阀芯的移动在打开状态和关闭状态之间进行切换。


2.根据权利要求1所述的一种执行机构，其特征在于，所述第二空腔包括与低压泥浆连通的第二低压口，所述第二空腔还包括与高压泥浆连通的第二高压口，
所述主动阀芯在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置时，所述第一低压口打开且所述第一高压口关闭；在所述第二位置时，所述第一低压口关闭且所述第一高压口打开；
所述从动阀芯在第三位置和第四位置之间移动，在所述第三位置时，所述第二低压口打开且所述第二高压口关闭，在所述第四位置时，所述第二低压口关闭且所述第二高压口打开；
当所述主动阀芯从所述第一位置移动至所述第二位置，所述从动阀芯响应于所述主动阀芯而移动，所述从动阀芯从所述第三位置移动至所述第四位置；所述高压泥浆驱动通道与所述第二空腔相连通。


3.根据权利要求1所述的一种执行机构，其特征在于，还包括第一限位部和第二限位部，所述从动阀芯在所述第一限位部和所述第二限位部之间移动，所述第一限位部设置于所述第一空腔与所述从动阀芯之间，所述第二限位部设置于所述第二空腔与所述从动阀芯之间。


4.根据权利要求2所述的一种执行机构，其特征在于，还包括外壳体，所述主动阀芯和所述从动阀芯沿轴向设置于所述外壳体的内部，所述主动阀芯通过所述第一空腔与所述从动阀芯相连，所述外壳体侧壁在所述主动阀芯处分别开设有所述第一低压口和所述第一高压口，所述外壳体侧壁在所述从动阀芯处分别开设有所述第二低压口和所述第二高压口。


5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘庆波，底青云，杨永友，王向阳，谢棋军，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11