浅析FEWVD正脉冲发生器控制阀的改进

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  随着无线测斜仪器的种类和数量的增多,由于正脉冲发生器作为仪器连续工作时间长、施工效率高等优点正越来越成为钻探公司主要的使用仪器,通过几年现场维修过程中遇到的实际问题,为了提高仪器在井下工作时间,并且满足稳定的要求,通过摸索,认识到控制阀的工作性能起到了十分关键的作用,下面我首先简要的介绍一下正脉冲MWD仪器的结构及其工作原理,从而进一步阐述控制阀的关键所在。
  
  一、正脉冲MWD仪器的结构及其工作原理
  
  如图1所示,泥浆正脉冲发生器的针阀与小孔的相对位置能够改变泥浆流道在此的截面积,从而引起钻柱内部泥浆压力的升高,针阀的运动是由探管编码的测量数据通过调制器控制电路来实现。在地面通过连续地检测立管压力的变化,并通过译码转换成不同的测量数据。这种方法的优点是:下井仪器结构简单、尺寸小,使用操作和维修方便,不需要专门的无磁钻铤。
  针对其工作原理将脉冲发生器的结构分为三大部分:第一部分是电磁线圈总成部分,主要是通过定、转子切割磁力线的原理产生电流供仪器串工作时间使用;第二部分是蘑菇头伸缩部分,仪器供电后,通过整套液压系统产生的推力推动活塞,产生向前的运动,由电能转化为机械能,使蘑菇头产生有效运动,从而完成整个循环过程;而整个环节中最重要的是第三部分,也是整套脉冲发生器“大脑”的所在——整套的液压系统,包括主阀、控制阀、液压泵及导管,在这里我主要针对控制阀做一详尽的阐述,因为通过现场的维修总结的经验使我认识到该部分的重要性及其特殊性,如果说液压系统是“大脑”,那控制阀就是控制大脑的“中枢神经”。
  控制阀所处在液压系统的起始端,是整个液压系统的中控部位,它与末端的电磁线圈相连,及机电、液压于一体,由电能转化为液压能,通过磁片带动圆珠,封堵小孔从而改变液压体系中液体流动的截面积,达到改变压差的目的。通过观察与积累,我通过有意的改变其材质、结构及间隙的变化等方面进行调节,达到了延迟使用寿命,更加适合目前高温井的使用要求,下面从以下几个方面进行阐述:
  1.为了满足高温井对仪器的使用要求,首先对电磁线圈的材质部分进行了改良,使用了耐高温材质由原来的125℃增加到200℃,由于其为直流电磁结构的线圈,线圈形状作成瘦高型,电磁铁是靠磁力产生吸力的,通过对磁场反复测试结合产生磁场的磁势计算公式是F NI(N是线圈匝数,I是线圈中的电流),我们知道线圈过热,可以减小电流,但需要增加匝数。
  同时我们通过公式线圈发热Q=I2*R*t,R是线圈电阻,得出增加线圈直径也是一个办法,这就相当于减小了R,从而可以减小发热情况,如果线径比较大,就可以适当增加电流,从而增大吸力。另外,电磁铁的中间插的铁芯材料选择相当重要。一般选择导磁性能很好的材料,就可以增加不小的吸力。为了增加保压的效果,确保仪器在遇到大排量、高转速及高温状态下依然保持足够的稳定,采取了在原有的基础上增加线径和匝数,从而加大截面积,不但满足了保压效果同时还将由原来的额定电压12V上升至18V,可以与中等功率的发电机组相匹配。
  2.在液压系统中液压油的选用也起到了一定的辅助作用,原来从国外进口时选用的液压油浓度较高,有些粘稠,实际运用的效果表现为性能基本稳定,但被高温处理后,其稳定的性能极大的降低,并同时加速了轴承间的磨损,在拆卸过程中放出极其难闻的气味,对环境造成污染,针对于此种情况,经过分析认为,首先应满足液压装置在工作温度下与启动温度下对液体粘度的要求,由于油的粘度变化直接与液压动作、传递效率和传递精度有关,还要求油的粘温性能和剪切安定性应满足不同用途所提出的各种需求。我们在质量要求上侧重于良好的极压抗磨性,以保证油泵、液压马达、控制阀和油缸中的摩擦副在高压、高速苛刻条件下得到正常的润滑,减少磨损;优良的抗氧化安定性、水解安定性和热稳定性,以抵抗空气、水分和高温、高压等因素的影响或作用,使其不易老化变质,延长使用寿命;良好的抗泡性和空气释放值,以保证在运转中受到机械剧烈搅拌的条件下产生的泡沫能迅速消失;并能将混入油中的空气在较短时间内释放出来,以实现准确、灵敏、平稳地传递静压;同时还应该满足温度的要求,一般的液压油达到120℃左右,而目前的井下温度远远超过,对温度的需要更高,综合上述原因,比对不同的油样,最后选用航空2号,得到了预期的效果。
  3.如果说其他的技术指标可以达到量化的程度,而间隙的调节则凭借的是经验,针对不同的井下参数,排量、转子定子的角度、蘑菇头的角度、等需要对间隙进行调节以达到最加使用效果,大则所需要的吸力就大,导致所需电流增加,从而影响整套电路的匹配,太小也不好,使液压系统产生的液压力在摩擦阻力的影响下,无法长时间稳定的提供推力,从而产生不稳定的因素。
  
  二、结语
  
  通过对控制阀严格的理论分析的基础上,进行合理的改进,以此来延长井下工作时间,延长使用寿命,达到了初步的成果。
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