CN101988375B - 油田深井智能通井仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油田注水井的疏通装置，是一种油田深井智能通井仪，包括地面供电系统，地面控制系统，通井装置和通井装置收放装置，所述通井装置包括自下而上连接在一起的锥形旋切破碎冲头、冲头驱动装置、进给装置和井下定位装置，本发明，通井装置在井下工作过程中，井下定位装置将通井仪固定在管道中，电机经行星齿轮减速驱动旋切破碎冲头，以有效地破碎阻塞物，在进给装置的推进下，一次可去除长达300mm的阻塞物，通井装置的运行参数通过电缆按CAN总线制式向地面控制系统发送并显示，地面操作人员亦可通过控制台发出控制指令，提高了通井效率，缩短了通井时间，保证了设备的安全，节省了费用，为油田的稳产、高产提供了技术的保证。

Description

油田深井智能通井仪

技术领域

本发明涉及一种油田注水井的疏通装置，特别是涉及一种油田深井智能通井仪。

背景技术

随着油田开发的深入，一次采油的自喷井越来越少，采用注水、注气等二、三次采油方式显著增加，特别是我国，大部油田都是采用了注水方式，在长期注水过程中，化学药剂、原油、石蜡、污水、泥砂等杂质的积垢常常引起注水管线结垢堵塞，造成无法继续进行注水，直接影响了油井的生产。

传统的注水井疏通是采用机械作业，用缆绳垂吊重物下放到注水井中，在井口上下牵动重物，靠重物的重力冲击堵塞物进行疏通，由于缆绳很长，有时长达数千米，在井口手动操作，无法进行有效操控，作业盲目性很大，通井成功率低，时间长，如果通井不成功，就需要停井，吊装取出钢管，在地面进行疏通，不仅造成停产，而且换管作业成本费很高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决油田注水井疏通成功率低、时间长、成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种油田深井智能通井仪，包括地面供电系统、地面控制系统、通井装置和通井装置收放装置，所述地面控制系统包括显示单元和控制单元，所述通井装置收放装置包括钢丝包裹的电缆束，该电缆束一端固定在卷筒上，卷筒固定在地面上，电缆束的另一端与通井装置固定，在卷扬电机的控制下下放和收起通井装置，电缆束中包括一根电源电缆和上、下行两根通讯电缆；所述通井装置包括锥形旋切破碎冲头、冲头驱动装置、进给装置、井下定位装置和井下电机驱动模块，所述冲头驱动装置包括主电机和行星齿轮减速箱，行星齿轮减速箱的输入端连接主电机的输出端，行星齿轮减速箱的输出端连接锥形旋切破碎冲头；所述进给装置包括相互套装的内、外套筒、进给电机和第一丝杠传动副，进给电机设置在外套筒内，外套筒的下端与主电机的定子固定连接，外套筒的上端设有水平隔板，进给电机的端面与水平隔板固定且输出轴向上穿出水平隔板后与第一丝杠连接，内套筒下端面的中心处设有与第一丝杆配合的第一螺母，进给电机的输出轴以及第一丝杠均与外套筒同轴；所述井下定位装置包括支架电机、第二丝杠传动副和定位架，支架电机固定在内套筒内，定位架包括水平支撑板和至少两根支杆，水平支撑板固定设置在内套筒内，水平支撑板下方内套筒的外壁上沿轴向开有与支杆数量相应的条形通槽且所述条形通槽沿内套筒的周向均布设置，支杆分别与所述条形通槽相对设置，支杆的上端分别与水平支撑板铰接，下端为自由端且分别设置在所述条形通槽内，支杆的内侧面上沿其长度方向设有凹槽，第二丝杠传动副中的第二螺母的外圆周面上均布设有与支杆数目相应的销钉，上述销钉的端部分别置于支杆上的凹槽内，支杆上端的铰接点所在圆的直径小于销钉端部所在圆的直径；所述井下电机驱动模块设置在外套筒上的仪表舱内，其输入端与电缆束中的电源电缆连接，输出端分别连接至主电机、进给电机和支架电机。

在上述方案中，所述主电机为外转子永磁无刷直流电机，定子位于中心轴线上，永磁体按装在外转子的内壁上，绕组嵌在定子的外表面的线槽内，外转子与行星齿轮减速箱的输入轴连接，所述地面供电系统上设有300V直流电源，所述井下电机驱动模块连接至主电机的输出为300V三相脉冲电源，连接至进给电机和支架电机为12V直流电源。

进一步地，外套筒上设有接箍探测器、CAN总线收发器和运行参数采集装置，运行参数采集装置包括用于检测主电机电流、电压、转速的传感器以及温度传感器，上述传感器的信号输出端连接至CAN总线收发器的信号接收端口并经CAN总线收发器输出至地面控制系统中的显示单元上进行显示，地面控制系统中的控制单元通过CAN总线向井下CAN总线收发器发送操纵通井装置工作的控制指令。

本发明，由地面供电系统，地面控制系统，电缆收放机构，井下定位装置、井下进给装置、井下电机及井下旋切机构等部分组成。仪器在井下工作过程中，井下定位装置将通井仪固定在管道中，电机经行星齿轮减速驱动旋切破碎冲头，以有效地破碎阻塞物，在进给装置的推进下，一次可去除长达300MM的阻塞物。通井工具的运行数据，如电流，电压，转速，温升等参数由传感器采集，通过电缆按CAN总线制式向地面控制台发送并在显示屏显示，地面操作人员亦可通过控制台发出控制指令，提高了通井效率，缩短了通井时间，保证了设备的安全，节省了费用，为油田的稳产、降耗提供了技术的保证。

附图说明

图1为本发明通井装置的结构示意图；

图2为主电机结构示意图；

图3进给装置结构示意图；

图4井下定位装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作出详细的说明。

本发明包括地面供电系统、地面控制系统、通井装置和通井装置收放装置，地面供电系统、地面控制系统和通井装置收放装置均采用现有技术实现，其中地面供电系统提供300V直流电源，地面控制系统包括显示单元和控制单元，通井装置收放装置包括钢丝包裹的电缆束7，电缆束7的一端固定在卷筒上，卷筒固定在地面上，电缆束7的另一端与通井装置固定，在卷扬电机的控制下下放和收起通井装置，电缆束7中包括一根电源电缆和两根通讯电缆，钢丝包裹的电缆束7可以承受很大的拉力。

如图1所示，通井装置包括锥形旋切破碎冲头1、冲头驱动装置、进给装置4、井下定位装置5和井下电机驱动模块，冲头驱动装置包括主电机21和行星齿轮减速箱22，主电机21可以是普通直流电机或交流电机，由于该装置是工作在注水的深井之中，深度可达4000多米，水压可达40Mp以上，温度可达110℃，环境条件十分恶劣，而且注水管道的内径小至45mm，在本发明中，主电机21采用的是外转子永磁无刷直流电机，如图2所示，该电机21为无刷电机并且无位置传感器，能更好地适应在高温高压下工作，主电机21外径为38mm，总长260mm，有A，B，C三组绕组线从主电机上端引出，电缆束7中的电源电缆连接至电机驱动模块的输入端，并经电机驱动模块处理后输出一路300V三相脉冲电源和两路12V直流电源，其中300V三脉相冲电源连接至主电机21的A，B，C三组绕组，两路12V直流电源分别给进给电机41和支架电机供电。再结合图2，主电机21的定子211位于中心轴线上，永磁体212安装在外转子的内壁上，绕组A、B、C分别嵌装在定子211的外表面上的线槽213内，外转子214与行星齿轮减速箱22的输入端连接，行星齿轮减速箱22的输出轴连接锥形旋切破碎冲头1；主电机21的外转子214通过行星齿轮箱22驱动锥形旋切破碎冲头1旋转，向下打通注水井的阻塞部位。由于电缆束7长达4000m，电阻可达130欧呣，为了降低电缆功耗，因此本发明采用了300伏的高压直流三相脉冲电源，同时采用直流电源也减少了对电缆束7中并行的两根通讯电缆的干扰。

结合图1和图4，进给装置4包括套装在一起的内、外套筒31、32，进给电机41和第一丝杠传动副42、43。外套筒32的底端与主电机21的定子固定连接，内套筒31的上端与井下定位装置5固定，外套筒32内设有水平隔板44，进给电机41设置在外套筒32内水平隔板44的下方，进给电机41的上端面与水平隔板44固定且该电机41输出轴向上穿出水平隔板44后与第一丝杠传动副中的第一丝杠42连接，进给电机41的输出轴以及第一丝杠42均与外套筒32同轴，第一丝杠传动副中的第一螺母43固定在内套筒31下端面的中心处。随着进给电机41的转动，第一丝杠传动副带动外套筒32向下或向上移动，使外套筒32向下伸出或缩回。例如，当进给电机41正向转动时，通过第一丝杠42使外套筒32向下伸出，反转则缩回。

以上描述的进给装置具体结构仅是进给装置4的一种实施例，实际上，本进给装置的目的是通过进给电机41驱动第一丝杠副实现内、外套筒31、32之间的上下相对移动，至于进给电机41以及第一丝杠传动副可根据实际情况设置，并不仅于上述实施例中所限定的进给电机41固定在外套筒32上而第一丝杠传动副中的第一螺母43固定在内套筒31上，其实反之同样可以实现内、外套筒31、32之间的相对移动，也就是说同样可以实现驱动锥形旋切破碎冲头1向下进给。

结合图1和图5，井下定位装置5包括支架电机51、第二丝杠传动副53、56和定位架，内套筒31的上端设有第二水平隔板52，支架电机51设置在内套筒31内第二水平隔板52的下方，进给电机51的上端面与第二水平隔板52固定且该支架电机51的输出轴向上穿出第二水平隔板52后与第二丝杠传动副中的第二丝杠53连接，支架电机51的输出轴以及第二丝杠53均与内套筒31同轴，定位架包括水平支撑板54和至少两根支杆，本发明优选的实施例中选用的是三根支杆55，水平支撑板54固定设置在内套筒31内，水平支撑板54下方内套筒31的外壁上沿轴向开有三个条形通槽(图中未示出)且所述三个条形通槽沿内套筒31的周向均布设置，三根支杆55分别与所述三个条形通槽相对设置，支杆55的上端分别与水平支撑板54铰接，下端为自由端且分别设置在所述三个条形通槽内。支杆55的内侧面上沿其长度方向设有凹槽551，第二丝杠传动副中的第二螺母56的外圆周面上均布设有三个销钉561，上述三个销钉561的端部分别置于三个支杆55上的凹槽551内，随第二螺母56的上下移动，该销钉561可沿凹槽551上下滑动。三根支杆55上端的铰接点所在圆的直径小于销钉561端部所在圆的直径，这样，当支架电机51带动第二丝杠53转动时，销钉561随第二螺母56在凹槽551内向上滑动迫使支杆55的上端绕铰接点转动，于是支杆55的下端向外支出顶在注水井的内壁上，在旋切工作时防止通井仪反向扭转。当支架电机51反向转动时，销钉561随第二螺母56在凹槽551内向下滑动，于是支杆55的下端向内缩回，脱离注水井的内壁，于是可以实现通井装置的收放。

外套筒32上设有仪表仓，井下电机驱动模块设置在仪表舱内，仪表仓内同时还设有接箍探测器33、CAN总线收发器和运行参数采集装置34，所述接箍探测器采用现有技术，通井装置下放时，每经过一次注水管连接部位接箍探测器就发一次脉冲信号，以此来计算通井装置下放的深度。运行参数采集装置包括用于检测主电机电流、电压、转速的传感器以及温度传感器，上述传感器采集通井装置的运行参数，采集到的参数信号通过CAN总线收发器经电缆束中的通讯电缆上传至地面控制系统中的显示单元，直观地显示出通井装置运行的各种参数，同时，地面控制系统也可根据上述参数进行调整，并将调整控制信号经通讯电缆下传至CAN总线收发器，对通井装置进行操控，上、下行通讯均采用CAN总线制式。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.油田深井智能通井仪，包括地面供电系统、地面控制系统、通井装置和通井装置收放装置，所述地面控制系统包括显示单元和控制单元，所述通井装置收放装置包括钢丝包裹的电缆束，该电缆束一端固定在卷筒上，卷筒固定在地面上，电缆束的另一端与通井装置固定，在卷扬电机的控制下下放和收起通井装置，电缆束中包括一根电源电缆和上、下行两根通讯电缆，其特征在于：

所述通井装置包括：

锥形旋切破碎冲头；

冲头驱动装置，包括主电机和行星齿轮减速箱，行星齿轮减速箱的输入端连接主电机的输出端，行星齿轮减速箱的输出端连接锥形旋切破碎冲头；

进给装置，包括相互套装的内、外套筒、进给电机和第一丝杠传动副，进给电机设置在外套筒内，外套筒的下端与主电机的定子固定连接，外套筒的上端设有水平隔板，进给电机的端面与水平隔板固定且输出轴向上穿出水平隔板后与第一丝杠连接，内套筒下端面的中心处设有与第一丝杆配合的第一螺母，进给电机的输出轴以及第一丝杠均与外套筒同轴；

井下定位装置，包括支架电机、第二丝杠传动副和定位架，支架电机固定在内套筒内，定位架包括水平支撑板和至少两根支杆，水平支撑板固定设置在内套筒内，水平支撑板下方内套筒的外壁上沿轴向开有与支杆数量相应的条形通槽且所述条形通槽沿内套筒的周向均布设置，支杆分别与所述条形通槽相对设置，支杆的上端分别与水平支撑板铰接，下端为自由端且分别设置在所述条形通槽内，支杆的内侧面上沿其长度方向设有凹槽，第二丝杠传动副中的第二螺母的外圆周面上均布设有与支杆数目相应的销钉，上述销钉的端部分别置于 支杆上的凹槽内，支杆上端的铰接点所在圆的直径小于销钉端部所在圆的直径；

井下电机驱动模块，设置在外套筒上的仪表舱内，井下电机驱动模块的输入端与电缆束中的电源电缆连接，其输出端分别连接至主电机、进给电机和支架电机。

2.如权利要求1所述的油田深井智能通井仪，其特征在于所述主电机为外转子永磁无刷直流电机，定子位于中心轴线上，永磁体安装在外转子的内壁上，绕组嵌在定子的外表面的线槽内，外转子与行星齿轮减速箱的输入轴连接，所述地面供电系统上设有300V直流电源并连接至井下电机驱动模块的输入端，井下电机驱动模块连接至主电机的输出为300V三相脉冲电源，连接至进给电机和支架电机的输出为12V直流电源。

3.如权利要求1或2所述的油田深井智能通井仪，其特征在于外套筒上设有接箍探测器、CAN总线收发器和运行参数采集装置，运行参数采集装置包括用于检测主电机电流、电压、转速的传感器以及温度传感器，上述传感器的信号输出端连接至CAN总线收发器的信号接收端口并经CAN总线收发器输出至地面控制系统中的显示单元上进行显示，地面控制系统中的控制单元通过CAN总线向井下CAN总线收发器发送操纵通井装置工作的控制指令。 

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