本發(fā)明涉及一種蓄能裝置，且特別涉及一種可充壓的蓄能器系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著鉆井、完井生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，在鉆完井、整形、打撈過程中，對井筒中作動的井下工具，如隨鉆擴眼器、旋轉(zhuǎn)導向鉆具、完井滑套、分層注采工具等的需求也越來越大。井下工具的動作需要能量驅(qū)動，但受到井下條件限制，常用的能量來源主要由管柱拉壓、井內(nèi)液體循環(huán)和電纜提供。而當管柱拉壓、井內(nèi)液體循環(huán)和電纜供電的方式不適用時，就需要在工具上集成能量儲存裝置，如蓄能器(提供液壓能)、電池(提供電能)等來為井下工具提供能量。由于液壓系統(tǒng)對溫度、壓力的適應性好，因此具有廣闊的應用前景。

然而，現(xiàn)有的井下蓄能器系統(tǒng)由于受到井內(nèi)空間有限的影響，往往造成蓄能器的容量不夠大，進而導致工具動作次數(shù)、幅度、工作時間受到限制的問題。并且，為了盡可能地擴大蓄能器的容量，需要在工具基體上設置更多的蓄能孔，也因而降低了工具基體的結(jié)構(gòu)強度；并且因為蓄能孔的加工精度要求高，因此還造成了加工難度大，生產(chǎn)成本高的問題。此外，由于蓄能器的能量泄露的問題不可避免，不可充壓的蓄能器系統(tǒng)在井下的待機時間常常難以滿足井下作業(yè)的需要。這些問題都限制了蓄能器系統(tǒng)在井下工具中的應用，反過來也限制了井下工具的發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中不可充壓的蓄能器待機時間有限，不能為井下工具提供足夠的能量的問題。

針對上述問題，本發(fā)明提出了一種蓄能器系統(tǒng)，包括：流體供應單元；壓力轉(zhuǎn)換單元，包括：管狀殼體；空心活塞，套接于所述管狀殼體中，受所述流體供 應單元所供應的流體的推動而在所述管狀殼體中移動；以及液壓油腔，用于存儲液壓油；蓄能單元，包括第一蓄能器，所述空心活塞被所述流體推動時，所述液壓油腔內(nèi)的液壓油被壓入所述第一蓄能器；以及控制單元，控制通過所述壓力轉(zhuǎn)換單元的所述流體的流量。

在一個實施例中，所述管狀殼體具有大內(nèi)徑段和小內(nèi)徑段；所述空心活塞包括與所述大內(nèi)徑段密封配合的端部以及與所述小內(nèi)徑段密封配合的桿部，所述大內(nèi)徑段的內(nèi)壁、所述端部、所述桿部的外壁以及所述小內(nèi)徑段圍成第一腔體；所述液壓油腔布置在所述小內(nèi)徑段上，且與所述第一腔體及蓄能單元連通。

在一個實施例中，所述壓力轉(zhuǎn)換單元還包括設置于所述第一腔體內(nèi)的充壓柱，所述充壓柱的一端固定在所述空心活塞的端部上，另一端密封套接于所述液壓油腔中。

在一個實施例中，在所述空心活塞的所述桿部上套設有彈性元件。

在一個實施例中，在所述空心活塞的所述桿部和或充壓柱上套設有彈性元件。

在一個實施例中，所述蓄能單元還包括與所述液壓油腔及第一蓄能器相連通的第二蓄能器，所述第一蓄能器釋放的液壓油流入所述第二蓄能器。

在一個實施例中，所述液壓油腔與所述第一蓄能器之間以及所述液壓油腔與所述第二蓄能器之間分別設置有單向閥。

在一個實施例中，在所述第一蓄能器和所述第二蓄能器之間的通油路中還設置有溢流閥。

在一個實施例中，在所述管狀殼體中設置有用于限制所述空心活塞移動范圍的止擋件。

在一個實施例中，所述端部具有截頂錐形的導向面。

根據(jù)本發(fā)明的蓄能器系統(tǒng)的實施例，可利用井筒中液體的能量為井下工具的蓄能器循環(huán)充壓，從而能夠提高蓄能器的待機時間，減小蓄能器的體積，進而減小蓄能孔的數(shù)量以減輕對井下工具的結(jié)構(gòu)強度造成的損壞，為研發(fā)新的井下工具和新的井下作業(yè)工藝提供了基礎。

附圖說明

在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發(fā)明進行更詳細的描述。其中：

圖1是本發(fā)明的實施例的蓄能器系統(tǒng)的框架示意圖；

圖2是本發(fā)明的實施例的蓄能器系統(tǒng)的蓄能單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3a是本發(fā)明的實施例的壓力轉(zhuǎn)換單元的第一實施例的截面示意圖；

圖3b是本發(fā)明的實施例的壓力轉(zhuǎn)換單元的第一實施例沿圖3a中的A-A'線的剖面示意圖；

圖4是本發(fā)明的實施例的壓力轉(zhuǎn)換單元的第二實施例的截面示意圖；

圖5是本發(fā)明的的實施例的壓力轉(zhuǎn)換單元的第三實施例的截面示意圖；以及

圖6是本發(fā)明的實施例的壓力轉(zhuǎn)換單元的變化實施例的截面示意圖。

在附圖中，相同的部件使用相同或相應的附圖標記。附圖并未按照實際的比例繪制。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

圖1示意性地顯示了本發(fā)明的實施例的蓄能器系統(tǒng)10的框架圖，其包括控制單元100、流體供應單元200、壓力轉(zhuǎn)換單元300以及蓄能單元400。在石油井下作業(yè)中，流體供應單元200可為向井筒內(nèi)泵入鉆井液、壓裂液等井液的井泵。相應地，控制單元100用于控制液體供應單元200向井筒內(nèi)供應的井液的流量，進而控制壓力轉(zhuǎn)換單元300所受到的井液的壓力。壓力轉(zhuǎn)換單元300和蓄能單元400設置在井筒內(nèi)，為井下作業(yè)工具M的作動提供液壓能。根據(jù)本發(fā)明的蓄能器系統(tǒng)10，控制單元100控制液體供應單元200向壓力轉(zhuǎn)換單元300供應的液體流量，壓力轉(zhuǎn)換單元300將液體的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，并存儲在蓄能單?00中，從而實現(xiàn)對蓄能單元400的充壓。蓄能單元400存儲的液壓能用于驅(qū)動井下工具M的作動。

圖2顯示了本發(fā)明的實施例的蓄能器系統(tǒng)10的蓄能單元400的結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，控制單元100通過控制液體供應單元200向壓力轉(zhuǎn)換單元300中供應的液體的流量發(fā)生周期性的變化，進而使控制壓力轉(zhuǎn)換單元300所受到的井液的壓力也會發(fā)生周期性的變化，實現(xiàn)對蓄能單元400循環(huán)充壓， 進而能夠長時間為井下工具M提供能量。

具體地，通過圖2可以看到，本發(fā)明的實施例的蓄能單元400包括第一蓄能器401、第二蓄能單元402以及單向閥403、404。蓄能單元的一端通過液壓油管與壓力轉(zhuǎn)換單元300相連，另一端連接于井下工具M。所述壓力轉(zhuǎn)換單元300中存儲有液壓油，當其將井筒中的液體的能量轉(zhuǎn)化為液壓能時，壓力轉(zhuǎn)換單元300中的液壓油受到壓力的作用被壓入高壓蓄能器，即第一蓄能器401中。第一蓄能器401作用于井下工具M，液壓油通過井下工具M的液壓執(zhí)行回路后變?yōu)榈蛪阂簤河?，并流入到低壓蓄能器，即第二蓄能?02中。為實現(xiàn)對蓄能單元400的循環(huán)充壓，本發(fā)明的實施例中的壓力轉(zhuǎn)換單元300被構(gòu)造為能夠?qū)⒌诙钅芷?02中的低壓液壓油吸回到壓力轉(zhuǎn)換單元300中，以進行下一次充壓。

由于壓力轉(zhuǎn)換單元300與第一蓄能器401和第二蓄能器402之間分別設置有單向閥403、404，從而能夠保證從壓力轉(zhuǎn)換單元300流出的高壓液壓油只能流入第一蓄能器401中，并且壓力轉(zhuǎn)換單元300也只能將第二蓄能器402中的液壓油吸回到壓力轉(zhuǎn)換單元300中，進而實現(xiàn)了液壓油在壓力轉(zhuǎn)換單元300與蓄能單元400之間的循環(huán)流動。

優(yōu)選地，為防止系統(tǒng)因壓力過高而損壞，如圖2所示，在第一蓄能器401與第二蓄能器402之間的油路上還布置有溢流閥405，當?shù)谝恍钅芷鲀?nèi)的壓力達到設定壓力后，溢流閥405打開，多余的液壓油將通過溢流閥405流入第二蓄能器402中，等待被重新吸回到壓力轉(zhuǎn)換單元300中。

圖3a至圖6分別顯示了本發(fā)明的壓力轉(zhuǎn)換機構(gòu)的不同實施方式的示意圖。下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例的壓力轉(zhuǎn)換機構(gòu)的工作原理進行詳細地說明。

【第一實施方式】

圖3a顯示了本發(fā)明的壓力轉(zhuǎn)換機構(gòu)300的第一實施方式的截面示意圖，圖3b顯示了沿圖3a中A-A'線的剖面示意圖。從圖3a和圖3b可以看到，壓力轉(zhuǎn)換單元300具有管狀殼體301，在井下作業(yè)中，可將壓力轉(zhuǎn)換單元連接在井內(nèi)的管道上，并作為管道的一部分供井液流動通過。除管狀殼體301外，壓力轉(zhuǎn)換單元300還包括空心活塞302以及液壓油腔303。其中，管狀殼體301包括大內(nèi)徑段3011和小內(nèi)徑段3012?？招幕钊?02包括與大內(nèi)徑段3011密封配合的端部3021以及與小內(nèi)徑段3012密封配合的桿部3022?？招幕钊?02具有與管狀殼體301 同軸的中心通孔，井液通過中心通孔在管狀殼體301中流動。如圖3a所示，大內(nèi)徑段3011的內(nèi)壁、端部3021、桿部3022的外壁以及小內(nèi)徑段3012配合形成第一腔體304。在小內(nèi)徑段3012上布置有液壓油腔303，液壓油腔303與第一腔體304及蓄能單元400連通。在本實施例中，第一腔體304和液壓油腔303中均充滿液壓油。

在對蓄能單元400進行充壓時，控制單元100控制通過壓力轉(zhuǎn)換單元300供應到流量轉(zhuǎn)換單元300中的液體的流量，增大空心活塞302受到的壓力，使空心活塞302在液體的推動下移動，第一腔體304的體積隨之減小，進而將液壓油腔303中的液壓油壓入到蓄能單元400中。結(jié)合對圖2的說明可知，液壓油被壓入到第一蓄能器401中，從而完成一次充壓過程。

在本實施例中，壓力轉(zhuǎn)換單元300還具有套設在空心活塞302的桿部3022上的彈簧305。在第一腔體304被壓縮時，彈簧305也隨之被壓縮，從而存儲彈性勢能。當完成對蓄能單元400的充壓后，可通過控制單元100控制液體供應單元200減少供應到壓力轉(zhuǎn)換單元300中的液體的流量，即減小空心活塞302的端面受到的液體的壓力，彈簧305釋放彈性勢能，從而使空心活塞302在彈簧305的作用下向擴大第一腔體304的方向移動。此時，由于第一腔體304和液壓油腔303構(gòu)成的是密閉的空間，蓄能單元400中的第二蓄能器402中的液壓油會被吸入到液壓油腔303中。吸入到液壓油腔303中的液壓油可用于再次對第一蓄能單元401的充壓，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對蓄能單元400的循環(huán)充壓。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，彈簧305可替換為彈性墊等其他的彈性件，只要能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的即可。

為確保第一腔體304和液壓油腔303的密封性，在空心活塞302上與管狀殼體301接觸的位置處設置有密封件306，從而避免空心活塞302在移動的過程中的壓力泄露。同時，為避免空心活塞302在彈簧305的作用下過度的移動而使空心活塞302的桿部3022脫離管狀殼體301的小內(nèi)徑段3012，即破壞第一腔體304的密封性，優(yōu)選地，在管狀殼體上還設置有限制空心活塞302移動范圍的第一止擋件3071。同時，為了避免彈簧的過度壓縮而受到損壞，在管狀殼體301上還設置有限制空心活塞302移動范圍的第二止擋件3072。在圖3a顯示的實施方式中，止擋件3072設置在第一腔體304中，在充壓過程中，空心活塞302壓縮彈簧305移動到一定程度后，第二止擋件3072會阻擋端部3021，以使空心活塞302不會 繼續(xù)移動。

此外，在圖3a及圖3b中僅顯示了一個液壓油腔303，而實際應用中可根據(jù)需要選擇兩個或更多個的液壓油腔303，本發(fā)明不對其數(shù)量做具體的限定。

【第二實施方式】

圖4顯示了本發(fā)明的壓力轉(zhuǎn)換單元300'的第二實施方式，其中與第一實施方式相同或相應的部件采用與第一實施方式相同或相應的附圖標記。為方便起見，下文僅描述與第一實施方式的區(qū)別點。第二實施方式與第一實施方式的不同之處在于，在第一腔體304中還設置有充壓柱308，其一端固定在空心活塞302的端部3021上，另一端套接于液壓油腔303中。此時，液壓油腔303和第一腔體304被分隔為兩個相互獨立的密閉空間。為了確保二者的密封性，優(yōu)選地，在充壓柱308上與液壓油腔303接觸的位置處還設有密封件306。

由于充壓柱308可在空心活塞302的帶動下來回移動，相比第一實施方式，在對蓄能器400進行充壓時，由于空心活塞302的端部3021的截面較充壓柱308的截面積更大，能夠使液壓油腔303中的液壓油以高于管狀殼體301內(nèi)的壓力被壓入到第一蓄能器401中，從而實現(xiàn)了更好的增壓效果。同時在本實施方式中，由于液壓油腔303和第一腔體304被分隔為兩個相互獨立的密閉空間，因此第一腔體304中可充填液壓油之外的其他液體或氣體，只要確保在增加流體通道中的液體的流量時空心活塞302能夠在液體的推動在移動即可。優(yōu)選地，第一腔體304中的液體或氣體為低壓液體或低壓氣體。

【第三實施方式】

圖5顯示了本發(fā)明的壓力轉(zhuǎn)換單元300”的第三實施方式，其中與第一實施方式和第二實施方式相同或相應的部件采用與第一實施方式和第二實施方式相同或相應的附圖標記。為方便起見，下文僅描述與第一實施和第二實施方式的區(qū)別點。在第二實施方式的基礎上，第三實施方式的不同之處在于，彈簧305套設在充壓柱308的外部，并且壓力轉(zhuǎn)換裝置具有兩個液壓油腔303。增加液壓油腔303的數(shù)量可在一次充壓過程中為蓄能單元400補充更多的液壓能。同時，在兩條彈簧305的作用下，也可更加容易地將第二蓄能器402中的液壓油吸回到液壓油腔303中。

在圖5中示出的下側(cè)的液壓油腔中，液壓油腔具有兩個內(nèi)徑不同的部分3031 和3032，其中，第一部分3031的內(nèi)徑大于第二部分3032的內(nèi)徑。因此，當充壓柱308在空心活塞302的帶動下向液壓油腔303中移動時，第二部分3032的側(cè)壁會限制液壓油柱308的移動范圍，其功能類似于第一實施方式中的第二止擋件3072。

【變化實施方式】

雖然上文中已對本發(fā)明的壓力轉(zhuǎn)換單元給出了三個實施方式。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明的工作原理的情況下，可以設計出各種不同的變化實施方式。

圖6為本發(fā)明的壓力轉(zhuǎn)換單元300”'的一種變化實施方式，其中與第一實施方式至第三實施方式相同或相應的部件采用與第一實施方式至第三實施方式相同或相應的附圖標記。為方便起見，下文僅描述與第一實施至第三實施方式的區(qū)別點。從圖6中可以看到，彈簧305套設在在空心活塞302的桿部3022的一部分上，并且空心活塞302與管狀殼體301配合形成了兩個彼此獨立的空間，即第一腔體3041和第二腔體3042。彈簧305在第二腔體305中移動。如上所述，在第一腔體3041和第二腔體3042內(nèi)可填充有低壓液體或低壓氣體。并且，第一腔體3041的側(cè)壁形成了第二止擋件3072，用以限制空心活塞302的移動范圍。

在圖6所示的變化實施方式中，空心活塞的端面30211形成了截頂錐形的導向面，從而在操作中能夠?qū)罄m(xù)安裝的井下工具M提供定位導向的作用，方便井下工具M順利通過空心活塞302的中心通孔。

通過上面具體實施方式的說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地實施本發(fā)明。本發(fā)明的蓄能器系統(tǒng)可通過控制井筒中流體的流量周期性的變化，進而控制空心活塞受到的井液壓力發(fā)生周期性的變化，使得壓力轉(zhuǎn)換單元在流體壓力和彈簧彈力的聯(lián)合作用下產(chǎn)生往返運動，實現(xiàn)利用井筒中液體的能量為井下工具上的蓄能器循環(huán)充壓。因此，本發(fā)明能夠提高蓄能器的待機時間，減小蓄能器的體積，進而減少因?qū)⑿钅芷鞴潭ǖ骄鹿ぞ呱隙纬傻男钅芸椎臄?shù)量，進而減小對井下工具的結(jié)構(gòu)強度造成的損壞，并為研發(fā)新的井下工具和新的井下作業(yè)工藝提供基礎。

雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，各個實施例中所提到的各項技術(shù)特征均可以任意方式組合起 來。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。