全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统

文档序号:1812369 发布日期:2021-11-09 浏览:11次 >En<

阅读说明:本技术 全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统 (Full-intelligent variable-frequency control variable-voltage drilling tool and control system ) 是由 祝效华 程飞龙 石昌帅 于 2021-09-15 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统。由上端钻柱接扣部件,O型密封圈A,碟簧上压板,碟簧组外壳,碟簧组,碟簧组下压板,密封活塞轴,O型密封圈B,控制器外壳,陀螺仪系统装置端盖,压力发电装置端盖,中空变频电机,电机端盖,可旋转喷嘴,下接头,陀螺仪装置,压力发电装置,电缆,O型密封圈C,O型密封圈D,销钉组成。其特征在于:利用射频技术进行数据传输,利用陀螺仪检测方位角的变化,实现智能控制电机的开关,进而控制工具内部压力变化。本发明避免了工具振动对钻柱、井架或其他地面设备的损害,也避免了增加一次起下钻,节约了大量的时间,人力,物力和财力。(The invention relates to a full-intelligent variable-frequency control variable-voltage drilling tool and a control system. The device comprises an upper drill string connecting and buckling component, an O-shaped sealing ring A, a disc spring upper pressing plate, a disc spring group shell, a disc spring group lower pressing plate, a sealing piston shaft, an O-shaped sealing ring B, a controller shell, a gyroscope system device end cover, a pressure power generation device end cover, a hollow variable frequency motor, a motor end cover, a rotatable nozzle, a lower joint, a gyroscope device, a pressure power generation device, a cable, an O-shaped sealing ring C, an O-shaped sealing ring D and a pin. The method is characterized in that: data transmission is carried out by utilizing a radio frequency technology, and the change of an azimuth angle is detected by utilizing a gyroscope, so that the on-off of the motor is intelligently controlled, and further the change of the internal pressure of the tool is controlled. The invention avoids the damage of tool vibration to a drill column, a derrick or other ground equipment, avoids one-time tripping, and saves a great deal of time, labor, material resources and financial resources.)

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统

技术领域

本发明涉及一种全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,属石油、天然气开采钻井工具技术领域。

背景技术

传统增压工具往往是由涡轮钻具或螺杆钻具提供动力实现压力差,触发碟簧组实现振荡冲击提速。传统工具无法实现在震荡工具的开启和关闭,因而在整个钻井过程中工具一直在工作,但是在竖直段钻井过程中工具的振荡对钻柱和井架,尤其是海洋钻井平台钻井时对钻井平台的冲击是无法避免的难点。在现实中为避免冲击损害,往往只有在竖直段钻井是不安装振荡工具,水平段安装,增加一次起下钻工序,浪费大量的时间和财力。

针对以上问题,本文提出了一种全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,该工具利用射频技术进行数据传输,利用陀螺仪检测方位角的变化,实现智能控制电机的开关,进而控制工具内部压力变化。所述工具可以避免对钻柱、井架或其他地面设备的损害,也避免了增加一次起下钻,节约了大量的时间,人力,物力和财力。

发明内容

本发明的目的在于:可以避免对钻柱、井架或其他地面设备的损害,也避免了增加一次起下钻,设计了一种智能变频控制变压振荡工具及控制系统,可实现全智能控制的井下工具。

为达到上述目的,本发明解决此问题所采用的技术方案是:全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统由上端钻柱接扣部件(1),O型密封圈A(2),碟簧上压板(3),碟簧组外壳(4),碟簧组(5),碟簧组下压板(6),密封活塞轴(7),O型密封圈B(8),控制器外壳(9),陀螺仪系统装置端盖(10),压力发电装置端盖(11),中空变频电机(12),电机端盖(13),可旋转喷嘴(14),下接头(15),陀螺仪装置(16),压力发电装置(17),电缆(18),O型密封圈C(19),O型密封圈D(20),销钉(21)组成。

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于碟簧组外壳(4)通过锥形螺纹分别与碟簧上压板(3)和碟簧组下压板(6)连接;

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于上端钻柱接扣部件(1)通过锥形螺纹与密封活塞轴(7);

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于上端钻柱接扣部件(1)与碟簧组外壳(4)中间安装有碟簧组(5);

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于控制器外壳(9)通过锥形螺纹与碟簧组下压板(6)相连接,所述控制器外壳(9)通过普通螺纹与下接头(15)连接,安装有O型密封圈D(20);

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于陀螺仪装置(16),压力发电装置(17)安装在控制器外壳(9)径向方向上设计的内孔中,分别用陀螺仪系统装置端盖(10),压力发电装置端盖(11)密封和定位;

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于陀螺仪装置(16)和压力发电装置(17)依靠射频识别系统进行数据传输;

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于中空变频电机(12)通过电机端盖(13)安装在控制器外壳(9)内孔,且轴线同向;

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于中空变频电机(12)中空主轴通过普通螺纹和可旋转喷嘴(14)连接。

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于可控制系统由陀螺仪侧方位系统、压力发电系统、动力系统组成;陀螺仪测方位系统和压力发电系统依靠射频识别技术实现数据传输;压力发电系统通过电缆进行电力传输,二者之间不进行信息数据传输;

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于陀螺仪方位传感器感知工具整体方位角,当工具旋转的方位角与初始方位角的夹角大于70°时,通过陀螺仪内置射频装置发送射频信号至中央处理器,中央处理器对信息进行解码数据化后再通过射频技术将信号传输至压力发电系统的信号阅读器,信号阅读器获取信息后控制蓄电池首先判断发电装置是否工作,若工作则蓄电装置不使用电缆(18)对其供电,反之对动力系统的中空变频电机(12)进行供电,工具工作;

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于当工具工作后,工具腔内高低压力交替变化触发压力传感器激活压力发电装置,一方面直接给电机供电,另一方面对蓄电池进行充电;当工具旋转的方位角与初始方位角的夹角小于70°时,通过信息传递后直接通过断电处理器断开电机的电源供给,电机停机,工具仅做钻井液的流道,压力发电机停机不工作。

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于当电机运转后,工具腔内压力将出现高低交替变化;当腔内压力升高时,密封活塞轴(7)将在压力作用小压缩碟簧组(5),将水利能转换为碟簧组(5)的弹性势能,当压力降低时,又将碟簧组(5)储存的弹性势能转换为动能,实现振荡冲击。

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于陀螺仪侧方位系统集成于陀螺仪装置内部。所述陀螺仪系统正、反方向输入角速率大于+/-300degree/sec,额定电压5V,输出灵敏度小于8degree/s;陀螺仪初始轴线与工具轴向同向。

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于压力发电机内置蓄电装置和压力发电装置,所述压力发电机装置额定功率2kw,输出电压110-240v,内部电流通过内置电路完成。

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于当蓄电装置电量满容后,压力发电装置将不再对所述蓄电装置充电,发电电量全部用于中空变频电机(12)旋转。

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于可旋转喷嘴(14)和下接头(15)内孔可为圆、椭圆、矩形。

本发明与现有技术比较,其有益效果是:(1)本发明主体结构简单,可全智能控制震荡频率,可智能控住工具的打开和关闭;(3)本发明采用非接触式的射频识别技术和陀螺仪测方位技术,信号稳定,精度高;(4)本发明安全可靠、适应性强、对下部钻具影响小;(5)本发明可减小对其他地面设备的损害,降低钻井成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图;

图2为本发明的控制系统工作示意图;

1-上端钻柱接扣部件1,2-O型密封圈A,3-碟簧上压板,4-碟簧组外壳,5-碟簧组,6-碟簧组下压板,7-密封活塞轴,8-O型密封圈B,9-控制器外壳,10-陀螺仪系统装置端盖,11-压力发电装置端盖,12-中空变频电机,13-电机端盖,14-可旋转喷嘴,15-下接头,16-陀螺仪装置,17-压力发电装置,18-电缆,19-O型密封圈C,20-O型密封圈D,21-销钉

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本发明的具体实施方式。

在此描述的本发明的具体实施方式,仅用于解释本发明的目的,而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下,技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变,这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是,当元件被称为“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

根据附图1所示,本发明解决此问题所采用的技术方案是:全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统由上端钻柱接扣部件1,O型密封圈A2,碟簧上压板3,碟簧组外壳4,碟簧组5,碟簧组下压板6,密封活塞轴7,O型密封圈B8,控制器外壳9,陀螺仪系统装置端盖10,压力发电装置端盖11,中空变频电机12,电机端盖13,可旋转喷嘴14,下接头15,陀螺仪装置16,压力发电装置17,电缆18,O型密封圈C19,O型密封圈D20,销钉21组成。

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于碟簧组外壳4通过锥形螺纹分别与碟簧上压板3和碟簧组下压板6连接;

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于上端钻柱接扣部件1通过锥形螺纹与密封活塞轴7;

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于上端钻柱接扣部件1与碟簧组外壳4中间安装有碟簧组5;

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于控制器外壳9通过锥形螺纹与碟簧组下压板6相连接,所述控制器外壳9通过普通螺纹与下接头15连接,安装有O型密封圈D20;

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于陀螺仪装置16,压力发电装置17安装在控制器外壳9径向方向上设计的内孔中,分别用陀螺仪系统装置端盖10,压力发电装置端盖11密封和定位;所述端盖与控制器外壳9均有密封圈。

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于陀螺仪装置16和压力发电装置17依靠射频识别系统进行数据传输;

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于中空变频电机12通过电机端盖13安装在控制器外壳9内孔,且轴线同向;电机端盖13与控制器外壳9内孔通过螺纹连接并通过O型密封圈C19密封。

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于中空变频电机12中空主轴通过普通螺纹和可旋转喷嘴14连接;二者之间还设置有销钉主要承受扭矩。

根据附图2所示,全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于可控制系统由陀螺仪侧方位系统、压力发电系统、动力系统组成;陀螺仪测方位系统和压力发电系统依靠射频识别技术实现数据传输;压力发电系统通过电缆进行电力传输,二者之间不进行信息数据传输。

根据附图1和2所示,全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于陀螺仪方位传感器感知工具整体方位角,当工具旋转的方位角与初始方位角的夹角大于70°时,通过陀螺仪内置射频装置发送射频信号至中央处理器,中央处理器对信息进行解码数据化后再通过射频技术将信号传输至压力发电系统的信号阅读器,信号阅读器获取信息后控制蓄电池首先判断发电装置是否工作,若工作则蓄电装置不使用电缆18对其供电,反之对动力系统的中空变频电机12进行供电,工具工作;

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于当工具工作后,工具腔内高低压力交替变化触发压力传感器激活压力发电装置,一方面直接给电机供电,另一方面对蓄电池进行充电;当工具旋转的方位角与初始方位角的夹角小于70°时,通过信息传递后直接通过断电处理器断开电机的电源供给,电机停机,工具仅做钻井液的流道,压力发电机停机不工作。

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于当电机运转后,工具腔内压力将出现高低交替变化;当腔内压力升高时,密封活塞轴7将在压力作用小压缩碟簧组5,将水利能转换为碟簧组5的弹性势能,当压力降低时,又将碟簧组5储存的弹性势能转换为动能,实现振荡冲击。

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于陀螺仪侧方位系统集成于陀螺仪装置内部,所述陀螺仪系统正、反方向输入角速率大于+/-300degree/sec,额定电压5V,输出灵敏度小于8degree/s;陀螺仪初始轴线与工具轴向同向。

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于压力发电机内置蓄电装置和压力发电装置,所述压力发电机装置额定功率2kw,输出电压110-240v,内部电流通过内置电路完成。

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于当蓄电装置电量充满后,压力发电装置将不再对所述蓄电装置充电,发电电量全部用于中空变频电机12旋转。

全智能可变频控制变压钻进工具及控制系统,其特征在于可旋转喷嘴14和下接头15内孔可为圆、椭圆、矩形。

本发明与现有技术比较,其有益效果是:(1)本发明主体结构简单,可智能控制震荡频率,可简单实现工具的打开和关闭;(3)本发明采用非接触式的射频识别技术,信号稳定,精度高;(4)本发明操作方便、安全可靠、适应性强、对下部钻具影响小;(5)本发明可减小对其他地面设备的损害,降低钻井成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明围之内。

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