井下液控换向阀的设计与应用研究

【摘要】现有的地质岩心钻探取心技术均存在井下控制能力薄弱的问题。具体表现在缺乏先进的自动化井下控制执行机构和智能化井下控制系统。井下控制技术的缺失，使得钻探工程不能高效地解决破碎地层取心和井下事故处理等复杂井下作业问题。为解决这个问题，本文将控制工程学的基本理论与钻探取心技术相结合，设计出一种简单便捷的新型井下控制机构。本文首先介绍了井下控制工程学的基本理论和发展历程，就其技术难点和存在问题进行总结。井下控制技术按照控制方式及自动化程度的不同，分为井下开环、井下半开环和井下闭环。本文主要就井下开环控制技术进行研究。按照控制信号的差异将开环控制机构分成投球控制法、钻压控制法、钻井液排量控制法和电控法四类。通过对开环控制机构的研究，择优选取钻井液排量控制法作为液控换向阀的设计基础。以液控换向阀的信号类型选择、基本尺寸制订、控制链的确定为前提，分别对各个重要机构进行设计。设计的液控换向阀主要包括信号接收机构、换向机构、密封机构及其他机构。换向机构包含两个能够相互旋转的阀盘。上阀盘接通高压控制液流，下阀盘接通低压工作液流。两个阀盘之间每转动一个角度，就会接通不同的工作液流通道，以达到驱动不同执行工具的控制目的。将设计出的井下液控换向阀进行理论计算校核、制图加工组装、室内实物试验等可行性研究。通过验证、修改、再验证的程序，彻底解决换向阀设计过程中存在的问题和不足。基于新型井下液控换向阀设计了一种压卡式绳索取心钻具。这套钻具从技术和经济层面上最优化解决了压卡式取心钻具和绳索取心钻具的结合问题，拓展了两种取心钻具的适用地层范围。钻具的设计即验证了液控换向阀的应用价值，同时为换向阀在其他井下作业控制中的应用提供参照模板。设计的新型井下液控换向阀具有结构简单、控制方便、径向尺寸小、控制模式多、应用范围广等特点，能够初步满足地质岩心钻探井下开环控制需求。
【作者】朱朝发；
【导师】杨甘生；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），地质工程，2014，硕士
【关键词】井下控制工程学；井下开环；控制机构；换向阀；取心钻具；

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