一种双作用油缸水下节流阀步进驱动装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及海洋石油、天然气勘探钻采装备领域，特别是涉及一种双作用油缸水下节流阀步进驱动装置及其使用方法。


背景技术：

2.水下采油树被广泛应用在水下油气田开采过程中，是采油过程中极为重要的设备。水下可回收节流阀是水下采油树主要部件之一，位于采油树生产通道，其主要作用是调节生产介质流量，稳定介质压力，控制油气层能量，延长自喷期，优化油气井生产等作用。
3.水下节流阀是集机、电、液为一体的复杂系统，服役工况恶劣，要求实现精准流量调节的同时，具备耐外部海水压力和海水腐蚀、远程控制、电信号传输及数据反馈等功能。
4.常规深水水下节流阀与控制系统集成在水下采油树上，节流阀与控制系统的距离较短，通常为3m-4m，回油管路短，且回油可以直接排海。用于浅水的可回收节流阀，通常与控制系统分离，控制系统安装在距离节流阀20m-50m的水下管汇；同时，根据环保要求，浅水海域存在回油不允许排海的许可，要求回油返回至距离节流阀数公里外的海上平台。
5.水下节流阀的驱动器具有多种，其中双作用油缸驱动装置是一种较为常用的用于驱动水下节流阀的驱动器，如申请号为202210663640.5的发明专利公开了一种长距离高效驱动水下可回收式节流阀，其中公开了采用双作用油缸驱动装置驱动水下节流阀的具体方案；另外，该专利一方面通过采用双弹簧增加了油缸卸压时弹簧驱动活塞复位的回弹力，使弹簧有足够的推动力将油缸内的控制油推回至数公里外液压泵系统；另一方面通过设计短行程并且小直径的驱动油缸，缩小了油缸中驱动腔的面积，从而降低了回油管路中回油速度，进而实现了降低回油管道中的阻压，降低了油缸回油时间。
6.然而，经实践发现，虽然申请号为202210663640.5的发明专利在一定程度地提高了油缸的回油能力，然而由于其仅通过弹簧推动油缸的活塞复位，但活塞复位时需推动油缸的驱动腔中的油进入回油管线返回液压系统的油箱或通入排海单流阀排海，由于回油管线往往长达数公里且排海单流阀排放压力为100psi，导致回油阻力大；同时由于回油速率主要受弹簧弹力限制，因驱动器空间限制，弹簧设计较小，推活塞产生的压力较小，需要克服排海单流阀排放压力和回油管线流阻，导致节流阀驱动器回油速率慢，驱动器驱动效率低，所以上述现有专利仍然难以满足数公里的长距离回油工况和深水水下节流阀控制液排海工况要求。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种双作用油缸水下节流阀步进驱动装置及其使用方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高水下节流阀的驱动器中油缸的回油速率，进而提高水下节流阀的驱动效率。
8.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
9.本发明提供一种双作用油缸水下节流阀步进驱动装置，开路油缸包括第一驱动腔
和第一回油腔，所述开路油缸的活塞位于所述第一驱动腔和所述第一回油腔之间，关路油缸包括第二驱动腔和第二回油腔，所述关路油缸的活塞位于所述第二驱动腔和所述第二回油腔之间；所述第一驱动腔通过第一油道与所述第二回油腔连通，所述第二驱动腔通过第二油道与所述第一回油腔连通；
10.所述第一油道与供油管连通时，所述第一油道与回油管之间的连通中断；所述第一油道与所述回油管连通时，所述第一油道与所述供油管之间的连通中断；
11.所述第二油道与供油管连通时，所述第二油道与回油管之间的连通中断；所述第二油道与所述回油管连通时，所述第二油道与所述供油管之间的连通中断。
12.优选的，所述第一油道通过第一二位三通阀与所述供油管或所述回油管连通；所述第二油道通道第二二位三通阀与所述供油管或所述回油管连通。
13.优选的，所述第一油道与所述第一二位三通阀的p口连通，所述供油管与所述第一二位三通阀的a口连通，所述回油管与所述第一二位三通阀的b口连通；所述第二油道与所述第二二位三通阀的p口连通，所述供油管与所述第二二位三通阀的a口连通，所述回油管与所述第二二位三通阀的b口连通。
14.本发明还提供一种上述的双作用油缸水下节流阀步进驱动装置的使用方法：
15.对所述开路油缸打压时：使第一油道与供油管相通、第二油道与回油管相通，油箱中的油通过所述供油管泵入第一驱动腔和第二回油腔中，第一回油腔的容积缩小，且所述第一回油腔中的油被压入所述回油管中；
16.对所述开路油缸卸压时：使所述第一油道和所述第二油道分别与所述回油管相通，第一驱动腔中的油通过所述第一油道、所述回油管、所述第二油道流入所述第一回油腔中；
17.对所述关路油缸打压时：使所述第二油道与所述供油管相通、所述第一油道与所述回油管相通，所述油箱中的油通过所述供油管泵入所述第二驱动腔和所述第一回油腔中，所述第二回油腔的容积缩小，且所述第二回油腔中的油被压入所述回油管中；
18.对所述关路油缸卸压时：使所述第二油道和所述第一油道分别与所述回油管相通，第二驱动腔中的油通过所述第二油道、所述回油管、所述第一油道流入所述第二回油腔中。
19.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
20.本发明的双作用油缸水下节流阀步进驱动装置及其使用方法提高了水下节流阀的驱动器中油缸的回油速率，进而提高水下节流阀的驱动效率。
21.本发明的双作用油缸水下节流阀步进驱动装置中的开路油缸和关路油缸均为双作用油缸，解决了单作用油缸长距离回油和深海单流阀排海阻力，通过双作用油缸驱动腔打压驱动时将通过活塞将回油腔中的油液压入长距离回油管线或者通过单流阀排海，避免通过弹簧较小的弹力来回油或者排海，回油能力强，回油时间快，驱动效率高。
22.开路油缸的驱动腔与关路油缸的回油腔通过第一油道连通，同时关路油缸的驱动腔与开路油缸的回油腔通过第二油道连通，开路油缸驱动腔打压驱动时通过第一油道将控制液导入到关路油缸的回油腔，使开路驱动时关路棘爪始终处于复位状态，防止外部水压异常因素导致开路油缸驱动时关路油缸受压推动活塞和棘爪啮合驱动齿轮导致误驱动，保证了一路驱动，另一路完全原位，防止损坏驱动棘爪和驱动齿轮传动机构。
23.开路油缸的驱动腔卸压时，开路油缸的驱动腔通过第一油道、回油管及第二油道与开路油缸的回油腔连通，开路油缸的驱动腔中的油自动流入开路油缸的回油腔中，而开路油缸的回油腔中储存的油在开路油缸的驱动腔打压时，在活塞的驱动下，被压入回路管线中，回油速率快、时间短，从而提高了水下节流阀的驱动效率。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明的双作用油缸水下节流阀步进驱动装置的部分结构示意图；
26.图2为图1中a处的局部放大图；
27.图3为本发明的双作用油缸水下节流阀步进驱动装置的部分结构示意图；
28.图4为图1中b处的局部放大图；
29.图5为本发明的双作用油缸水下节流阀步进驱动装置在开路油缸的打压时的液压原理图；
30.图6为本发明的双作用油缸水下节流阀步进驱动装置在开路油缸卸压时的液压原理图；
31.其中，1、第一内六角螺栓；2、第一o型圈；3、第一t型密封圈；4、第一耐磨环；5、第二t型密封圈；6、第二耐磨环；7、ptft密封圈；8、活塞；9、第二o型圈；10、第三o型圈；11、第三t型密封圈；12、第三耐磨环；13、油缸盖；14、油缸本体；15、中压丝堵；16、第二油道；17、密封套；18、限位脱离销；19、驱动臂；20、棘爪固定销；21、扭簧；22、棘爪；23、驱动齿轮；24、外弹簧；25、内弹簧；26、导向杆；27、第二内六角螺栓；28、驱动器壳体；29、开路油缸；291、第一驱动腔；292、第一回油腔；30、关路油缸；301、第二驱动腔；302、第二回油腔；31、第一油道；32、第一二位三通阀；33、第二二位三通阀；34、供油管；35、回油管；36、油箱。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.本发明的目的是提供一种双作用油缸水下节流阀步进驱动装置及其使用方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高水下节流阀的驱动器中油缸的回油速率，进而提高水下节流阀的驱动效率。
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
35.如图1-图6所示，本实施例提供一种双作用油缸水下节流阀步进驱动装置，开路油缸29包括第一驱动腔291和第一回油腔292，开路油缸29的活塞8位于第一驱动腔291和第一回油腔292之间，关路油缸30包括第二驱动腔301和第二回油腔302，关路油缸30的活塞8位
于第二驱动腔301和第二回油腔302之间。
36.具体的：本实施例双作用油缸水下节流阀步进驱动装置的油缸主体中包括油缸盖13、油缸本体14和驱动器壳体28，油缸盖13与油缸本体14的一个端面贴合，油缸本体14的另一个端面与驱动器壳体28的外切面贴合；油缸盖13、油缸本体14和驱动器壳体28通过至少两个第一内六角螺栓1紧密连接在一起；油缸盖13与油缸本体14之间夹设有两个用于密封的第一o型圈2。驱动器壳体28的内孔与油缸本体14之间夹设有两个第二o型圈9。
37.在油缸主体内形成有两个双作用油缸，一个双作用油缸作为开路油缸29，另一个双作用油缸作为关路油缸30；两个双作用油缸的结构相同。
38.参照图2，以图2中右侧的双作用油缸为例，本实施例中以图2中右侧的油缸作为关路油缸30，关路油缸30包括第二驱动腔301、活塞8、活塞杆和第二回油腔302，活塞8固定套设在活塞杆上，活塞杆的底面与油缸盖13之间的腔体作为第二驱动腔301，活塞8上方的活塞杆的侧壁与油缸本体14之间的腔体作为第二回油腔302；活塞杆的底端与油缸盖13的盲孔之间设置有两个第一t型密封圈3和一个第一耐磨环4；活塞8的侧壁与油缸本体14的内壁之间夹设有第二t型密封圈5、第二耐磨环6和ptft密封圈7；活塞杆的顶部与油缸体之间设置有密封套17，密封套17的内孔与活塞杆的滑动配合，密封套17的内孔与活塞杆之间夹设有第三t型密封圈11和第三耐磨环12；密封套17的外圆面安装两道第三o型圈10，密封套17的底面与油缸本体14的内端面贴合。图2中左侧的双作用油缸作为开路油缸29，开路油缸29的结构与关路油缸30的结构相同，在此，不再赘述。
39.本实施例双作用油缸水下节流阀步进驱动装置中的两个双作用油缸需要分别通过一个传动机构去驱动节流阀的驱动齿轮23转动，两个传动机构的结构相同，每个传动机构都包括活塞8、驱动臂19、棘爪22、棘爪固定销20、扭簧21、限位脱离销18以及弹簧机构；弹簧机构包括弹簧支撑板和弹簧组件，弹簧组件包括内弹簧25和外弹簧24；驱动器壳体28上设置有导向杆26，导向杆26的顶端通过第二内六角螺栓27与驱动器壳体28连接。
40.需要说明的是，本实施例的双作用油缸水下节流阀步进驱动装置是在申请号为202210663640.5的发明专利公开的一种长距离高效驱动水下可回收式节流阀（以下称为现有技术1）的基础上改进而来，本技术的改进之处主要在于对双作用油缸的改进，而本技术中的节流阀的本体结构以及上述的传动机构在结构和工作原理上与现有技术1中的记载的节流阀的本体结构以及传动机构的结构和工作原理相同，在现有技术1中已有详细记载，故在本实施例中不再赘述。
41.本实施例双作用油缸水下节流阀步进驱动装置中的油缸本体14中开设有第一油道31和第二油道16，第一驱动腔291通过第一油道31与第二回油腔302连通，第二驱动腔301通过第二油道16与第一回油腔292连通。
42.本实施例双作用油缸水下节流阀步进驱动装置能够实现：第一油道31与供油管34连通时，第一油道31与回油管35之间的连通中断；第一油道31与回油管35连通时，第一油道31与供油管34之间的连通中断；第二油道16与供油管34连通时，第二油道16与回油管35之间的连通中断；第二油道16与回油管35连通时，第二油道16与供油管34之间的连通中断。
43.于本实施例中，第一油道31通过第一二位三通阀32与供油管34或回油管35连通；第二油道16通道第二二位三通阀33与供油管34或回油管35连通。具体的：第一油道31与第一二位三通阀32的p口连通，供油管34与第一二位三通阀32的a口连通，回油管35与第一二
位三通阀32的b口连通；第二油道16与第二二位三通阀33的p口连通，供油管34与第二二位三通阀33的a口连通，回油管35与第二二位三通阀33的b口连通。
44.于本实施例中，由于第一油道31和第二油道16都开设在油缸本体14中，而在油缸本体14中不方便设置第一二位三通阀32和第二二位三通阀33，故在油缸本体14中还设置有与第一油道31连通的第一连通通道，以及与第二油道16连通的第二连通通道，第一连通通道在油缸本体14上的端口通过连接管与第一二位三通阀32的p口连通，第二连通通道在油缸本体14上的端口通过连接管与第二二位三通阀33的p口连通；而在第一连通通道和第二连通通道的端口处没有连接连接管时，通常是设置中压丝堵15用于封堵和密封端口。
45.本实施例还提供一种上述的双作用油缸水下节流阀步进驱动装置的使用方法：
46.对开路油缸29打压时：使第一油道31与供油管34相通、第二油道16与回油管35相通，油箱36中的油通过供油管34泵入第一驱动腔291和第二回油腔302中，第一回油腔292的容积缩小，且第一回油腔292中的油被压入回油管35中；
47.对开路油缸29卸压时：使第一油道31和第二油道16分别与回油管35相通，第一驱动腔291中的油通过第一油道31、回油管35、第二油道16自动流入第一回油腔292中；由于第一驱动腔291中的油流入第一回油腔292中，而第一回油腔292中储存的油在开路油缸29下一次打压时，第一驱动腔291中泵入高压油，开路油缸29的活塞8压缩第一回油腔292的容积，在开路油缸29的活塞8的驱动下，第一回油腔292中储存的油通过第二油道16、第二二位三通阀33被压入回路管线中；即在打压的同时实现了回油，回油速率快、时间短，从而提高了水下节流阀的驱动效率。
48.同理，对关路油缸30打压时：使第二油道16与供油管34相通、第一油道31与回油管35相通，油箱36中的油通过供油管34泵入第二驱动腔301和第一回油腔292中，第二回油腔302的容积缩小，且第二回油腔302中的油被压入回油管35中；对关路油缸30卸压时：使第二油道16和第一油道31分别与回油管35相通，第二驱动腔301中的油通过回油管35、第一油道31流入第二回油腔302中。
49.由于对关路油缸30卸压时第二驱动腔301中的油流入第二回油腔302中，而在关路油缸30下一次打压时，第二驱动腔301中泵入高压油，关路油缸30的活塞8压缩第二回油腔302的容积，在关路油缸30的活塞8的驱动下，第二回油腔302中储存的油通过第一油道31、第一二位三通阀32被压入回路管线中；即在打压的同时实现了回油，回油速率快、时间短，从而提高了水下节流阀的驱动效率。
50.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
51.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种双作用油缸水下节流阀步进驱动装置，其特征在于：开路油缸包括第一驱动腔和第一回油腔，所述开路油缸的活塞位于所述第一驱动腔和所述第一回油腔之间，关路油缸包括第二驱动腔和第二回油腔，所述关路油缸的活塞位于所述第二驱动腔和所述第二回油腔之间；所述第一驱动腔通过第一油道与所述第二回油腔连通，所述第二驱动腔通过第二油道与所述第一回油腔连通；所述第一油道与供油管连通时，所述第一油道与回油管之间的连通中断；所述第一油道与所述回油管连通时，所述第一油道与所述供油管之间的连通中断；所述第二油道与供油管连通时，所述第二油道与回油管之间的连通中断；所述第二油道与所述回油管连通时，所述第二油道与所述供油管之间的连通中断。2.根据权利要求1所述的双作用油缸水下节流阀步进驱动装置，其特征在于：所述第一油道通过第一二位三通阀与所述供油管或所述回油管连通；所述第二油道通道第二二位三通阀与所述供油管或所述回油管连通。3.根据权利要求2所述的双作用油缸水下节流阀步进驱动装置，其特征在于：所述第一油道与所述第一二位三通阀的p口连通，所述供油管与所述第一二位三通阀的a口连通，所述回油管与所述第一二位三通阀的b口连通；所述第二油道与所述第二二位三通阀的p口连通，所述供油管与所述第二二位三通阀的a口连通，所述回油管与所述第二二位三通阀的b口连通。4.一种权利要求1-3任意一项所述的双作用油缸水下节流阀步进驱动装置的使用方法，其特征在于：对所述开路油缸打压时：使所述第一油道与所述供油管相通、所述第二油道与所述回油管相通，油箱中的油通过所述供油管泵入所述第一驱动腔和所述第二回油腔中，所述第一回油腔的容积缩小，且所述第一回油腔中的油被压入所述回油管中；对所述开路油缸卸压时：使所述第一油道和所述第二油道分别与所述回油管相通，第一驱动腔中的油通过所述第一油道、所述回油管、所述第二油道流入所述第一回油腔中；对所述关路油缸打压时：使所述第二油道与所述供油管相通、所述第一油道与所述回油管相通，所述油箱中的油通过所述供油管泵入所述第二驱动腔和所述第一回油腔中，所述第二回油腔的容积缩小，且所述第二回油腔中的油被压入所述回油管中；对所述关路油缸卸压时：使所述第二油道和所述第一油道分别与所述回油管相通，第二驱动腔中的油通过所述第二油道、所述回油管、所述第一油道流入所述第二回油腔中。

技术总结
本发明公开一种双作用油缸水下节流阀步进驱动装置及其使用方法，涉及海洋石油、天然气勘探钻采装备领域，开路油缸包括第一驱动腔和第一回油腔，开路油缸的活塞位于第一驱动腔和第一回油腔之间，关路油缸包括第二驱动腔和第二回油腔，关路油缸的活塞位于第二驱动腔和第二回油腔之间；第一驱动腔通过第一油道与第二回油腔连通，第二驱动腔通过第二油道与第一回油腔连通；第一油道与供油管连通时，第一油道与回油管之间的连通中断；第一油道与回油管连通时，第一油道与供油管之间的连通中断；第二油道与供油管连通时，第二油道与回油管之间的连通中断；第二油道与回油管连通时，第二油道与供油管之间的连通中断。本发明提高了水下节流阀的驱动效率。节流阀的驱动效率。节流阀的驱动效率。


技术研发人员：刘书杰 于小涛 王武海 段家明 葛居良 孙雪飞 郭晓晓
受保护的技术使用者：威飞海洋装备制造有限公司
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/7/22