CN102979477A - 井下电控压缩式封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种井下电控压缩式封隔器，所述井下电控压缩式封隔器包括：基管以及套设在所述基管上的电机、减速装置、传动装置和封隔装置；所述电机包括：环形的电机输出轴，所述环形的电机输出轴能转动地套设在所述基管上；所述减速装置包括：环形的NN型少齿差行星齿轮减速器(5)，所述NN型少齿差行星齿轮减速器(5)包括：环形的输入轴和输出轴；所述NN型少齿差行星齿轮减速器的输入轴与所述环形的电机输出轴连接；所述传动装置包括：螺纹管(6)、传动螺母套(9)和下套筒(10)。

Description

井下电控压缩式封隔器

技术领域

本发明涉及采油机械领域，具体涉及一种井下电控压缩式封隔器，其主要功能为通过远程控制实现井筒的封隔和解封。

背景技术

随着油藏压力下降、含水上升等问题的不断出现，分层开采、分层精细注水、水平井控水堵水等技术的需求越来越迫切。另外在非常规、低渗透油田的开发中，分层多段压裂也逐步取代笼统压裂，成为油田增产的主要方法之一。在这些分层作业技术中，必须使用封隔器对不同的层段进行划分，以精细控制作业参数，提高作业实效。现有的封隔器按照密封胶筒的膨胀方式可以分为压缩式、扩张式和自封式等，封隔器的坐封方式包括提放管柱、旋转管柱、自封、液压、下工具、热力等，解封方式还包括钻铣。

在现有的压缩式封隔器技术中，均通过改变管柱和封隔器工具之间的相对位置关系实现对封隔器胶筒和卡瓦的压缩和解压缩。提放管柱或旋转管柱方式利用管柱的重量、作业机上提拉力或管柱的旋转动作实现坐封或解封，而液压坐封方式通过向油管内打压，实现工具内液压腔的膨胀，最终对胶筒和卡瓦进行压缩。当在管柱串上使用的封隔器个数较少时，坐封解封操作简单易行，效率较高。但当封隔器个数较多时，存在以下问题：1)坐封解封力过大，且难以准确控制。该问题会导致多个封隔器难以同步坐封或解封，即使通过设计实现多个封隔器的顺序坐封或解封，也难以准确把握每个封隔器的坐封和解封力，造成遇卡甚至管柱拉断的情况。2)难以实现某一个封隔器的单独控制。一旦出现某一个封隔器坐封力不足、卡瓦定位力不足或需要单独进行控制时，需要将所有的封隔器统一进行坐封或解封操作，甚至需要重新起下管柱，作业工艺繁琐，作业方式不够灵活。3)难以实现环空内控制缆线的穿越密封。在一些应用场合如智能完井、智能注水中，要求在环空内下入铠装控制缆线至井底，这就需要封隔器具有穿越缆线并密封的能力。由于现有压缩式封隔器均较长，在基管上加工穿越缆线的细长直孔将非常困难，也会使下井过程中穿越缆线操作繁琐复杂，效率低。

在现有的扩展式封隔器技术中，均通过向油管内打压实现胶筒柱状空间的直接膨胀，再通过帘线式或钢片式结构实现泄压后胶筒的复原，扩张式封隔器多用在压裂等井下作业中，使用简单方便，但一般仅应用在拖动管柱的压裂工艺中，且扩张式的胶筒膨胀方式容易造成接头部件的径向变形，使用次数有限。

发明内容

本发明旨在提供一种井下电控压缩式封隔器，其可以通过一根铠装电缆连接井下若干个压缩式封隔器，实现任意一个封隔器的坐封和解封，同时实现其他铠装电缆、光缆的预置穿越。本发明要能解决现有技术不能分别准确控制多个封隔器的问题。

本发明提供一种井下电控压缩式封隔器，所述井下电控压缩式封隔器包括：基管以及套设在所述基管上的电机、减速装置、传动装置和封隔装置；

所述电机包括：环形的电机输出轴，所述环形的电机输出轴能转动地套设在所述基管上；

所述减速装置包括：环形的NN型少齿差行星齿轮减速器5，所述NN型少齿差行星齿轮减速器5包括：环形的输入轴和输出轴；

所述NN型少齿差行星齿轮减速器的输入轴与所述环形的电机输出轴连接；

所述传动装置包括：能转动地套设在所述基管外并与所述NN型少齿差行星齿轮减速器的输出轴连接的螺纹管6；传动螺母套9，通过螺接套设所述螺纹管6外并相对所述基管2上下移动；下套筒10，螺接在所述传动螺母套9的下端并套设在所述传动螺母套9之外；

所述封隔装置包括：与所述下套筒10邻接并依次位于所述下套筒10下方的第一压环13和第二压环20，所述第一压环13和第二压环20间隔地套设在所述基管上；胶筒，套设在所述基管上并位于所述第一压环13和第二压环20之间；卡瓦套件，套设在所述基管上并位于所述第二压环20之下，所述卡瓦套件包括：依次位于所述第二压环20下方的上楔块21、下楔块25以及位于所述上楔块21和下楔块24之间的卡瓦23。

进一步地，所述电机还包括：环形的转子和套设在所述转子之外的定子，所述转子套设在所述基管外。

进一步地，所述环形的电机输出轴为偏心筒，所述NN型少齿差行星齿轮减速器的输入轴与环形的电机输出轴为一体式结构。

进一步地，所述基管包括：通过基管连接头11螺纹连接的上基管1和下基管14，所述第一压环13设置在所述下基管14上，所述螺纹管6设置在所述上基管1上。

进一步地，所述井下电控压缩式封隔器还包括：上套筒8，螺接在所述传动螺母套9的上端并套设在所述传动螺母套9之外；外保护筒12，套设在所述NN型少齿差行星齿轮减速器5、所述上套筒8和所述下套筒10之外，并与所述第一压环13的上端邻接。

进一步地，所述井下电控压缩式封隔器还包括：通过螺纹连接设置在所述下基管14上并邻接在所述下楔块25之下的调整挡环26。

进一步地，所述卡瓦套件还包括：分别支撑在所述上楔块21和下楔块25上的多个卡瓦套22，所述卡瓦23嵌入所述卡瓦套22上的槽型空间内。

进一步地，所述卡瓦套件还包括：设置在所述卡瓦23和所述卡瓦套22之间的弹簧24。

进一步地，所述胶筒为依次套设在所述下基管14上并间隔设置的多个分套筒。

进一步地，所述井下电控压缩式封隔器还包括：套接在所述上基管1上方的上接头2。

本发明通过环形电机、环形的NN型少齿差行星齿轮减速器实现相对位置调节。本发明利用油套环空的环形空间，在不影响基管液体流动通道的前提下，通过预置缆线，可以实现环空内电缆和光缆的穿越和密封，通过缆线实现机构内部件的相对位置无级调节，实现旋转-直线运动转换，从而将电机的旋转变为最终的卡瓦和胶筒的压缩和拉伸，从而实现坐封和解封压缩式封隔器。

本发明仅需一根控制缆线既可连接若干个压缩式封隔器，且可以根据需要坐封、解封或调节所连接的任意一个封隔器。

本发明所需的地面设备简单，仅需供电既可工作。因此，本发明所涉及的电控压缩式封隔器能够为分层作业工艺提供新的控制封隔工具组件，能够实现地面遥控的坐封、解封和调节操作，数据反馈准确，工艺灵活，智能化程度高，能够作为现有控制工具的有益补充。

本发明全电子化，结构简单，维护方便，可以实现井下卡瓦的无级位置调节。

附图说明

图1为根据本发明实施例的井下电控压缩式封隔器的内部结构示意图；

图2为图1上部分的放大结构；

图3为图1下部分的放大结构。

附图标号说明：

1、上基管，2、上接头，3、电机定子，4、电机转子，5、NN型少齿差行星减速6、丝杠，7、内保护筒，8、上套筒，9、传动螺母套(螺母)，10、下套筒，11、基管连接头，12、外保护筒13、第一压环20、第二压环，14、下基管，15、胶筒，7、胶筒19、胶筒，16、隔环，18、隔环，21、上楔块，22、卡瓦套筒，23、双向卡瓦，24、弹簧，25、下楔块，26、调整挡环

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提供一种井下电控压缩式封隔器，所述井下电控压缩式封隔器包括：基管以及套设在所述基管上的电机、减速装置、传动装置和封隔装置。

所述电机包括：环形的电机输出轴，即空心轴(图中未示出)，所述环形的电机输出轴能转动地套设在所述基管上。所述电机例如为环形电机或环形永磁同步电机。

所述减速装置包括：环形的NN型少齿差行星齿轮减速器5，所述NN型少齿差行星齿轮减速器5包括：环形的输入轴和输出轴(图中未示出)。所述NN型少齿差行星齿轮减速器的输入轴与所述环形的电机输出轴连接。NN型少齿差行星齿轮减速器中的各内齿轮和外齿轮均为环形，NN型少齿差行星齿轮减速器实现减速并增加传动的扭矩，NN型少齿差行星齿轮减速器的结构和工作原理可以参考现有技术。

所述传动装置包括：能转动地套设在所述基管外并与所述NN型少齿差行星齿轮减速器的输出轴连接的螺纹管6；传动螺母套9，通过螺接套设所述螺纹管6外并相对所述基管2上下移动；下套筒10，螺接在所述传动螺母套9的下端并套设在所述传动螺母套9之外。螺纹管6为具有外螺纹的管，相当于管状的丝杠。传动螺母套9，通过螺接套设所述螺纹管6外并相对所述基管上下移动。传动装置通过环形的结构和螺旋传动以及传动装置内各部件的螺纹连接，实现了将减速装置的旋转运动转换为传动螺母套的轴向移动，由于传动螺母套是通过螺纹传动实现上下轴向移动的，螺纹传动是连续的不间断的，因而，可以实现下套筒10的无级位置调节。

所述封隔装置包括：与所述下套筒10邻接并依次位于所述下套筒10下方的第一压环13和第二压环20，所述第一压环13和第二压环20间隔地套设在所述基管上；胶筒，套设在所述基管上并位于所述第一压环13和第二压环20之间；卡瓦套件，套设在所述基管上并位于所述第二压环20之下，所述卡瓦套件包括：依次位于所述第二压环20下方的上楔块21、下楔块25以及位于所述上楔块21和下楔块24之间的卡瓦23。

本发明通过环形电机、环形的NN型少齿差行星齿轮减速器实现相对位置调节。本发明利用油套环空的环形空间，在不影响基管液体流动通道的前提下，通过预置电缆线，可以实现环空内电缆和光缆的穿越和密封(电缆和光缆设置在基管之外的环空内)，通过缆线实现机构内部件的相对位置无级调节，实现旋转-直线运动转换，从而将电机的旋转变为最终的卡瓦和胶筒的压缩和拉伸，从而实现坐封和解封压缩式封隔器。本发明的电机通过电力驱动产生旋转运动，通过环形的电机输出轴将旋转传动到减速装置的环形的偏心传动轴上，通过NN型少齿差行星齿轮减速器实现减速并增加传动的扭矩，通过传动装置接受来自减速装置的旋转力矩，减速装置带动螺纹管旋转，传动螺母套由于被限制转动，所以只能沿轴向移动，并带动上下滑套实现连续的直线运动。

进一步地，所述电机还包括：环形的转子4和套设在所述转子4之外的定子3。所述转子4套设在所述基管外，与环形的电机输出轴连接。例如，转子4与环形的电机输出轴可以通过径向螺钉固定。定子3设置在转子4之外，便于电机设置线圈。

进一步地，所述环形的电机输出轴为偏心筒，所述NN型少齿差行星齿轮减速器的输入轴与环形的电机输出轴为一体式结构。即减速装置的偏心传动轴与电机输出轴均为偏心筒，由于减速装置采用偏心传动轴，才能保证NN型少齿差行星齿轮减速器的正常运行。此外，环形的偏心传动轴与环形的电机输出轴可以为分体结构，电机输出轴可以为对称的、不偏心的，不偏心的电机输出轴可以与偏心传动轴装配后形成连接。本发明将电机输出轴与减速装置的偏心传动轴合二为一，做成一体式偏心结构，实现了电机的转轴与减速装置的转轴的结合与统一，不但减少了电机的转轴与减速装置的转轴为分体结构的装配时间，也减少了NN型少齿差行星齿轮减速器位于井下时由于偏心传动轴受力较大而在与电机连接处产生断裂的危险，而且结构简单节省空间，适应井下狭窄空间。

如图2，进一步地，所述基管包括：通过基管连接头11螺纹连接的上基管1和下基管14，所述第一压环13设置在所述下基管14上，所述螺纹管6设置在所述上基管1上。基管的分体设置便于电机、减速装置、传动装置和封隔装置的依次安装。进一步地，所述井下电控压缩式封隔器还包括：套接在所述上基管1上方的上接头2。上接头2为筒状，与外部结构通过螺纹连接，为固定部件。

进一步地，如图2，所述井下电控压缩式封隔器还包括：上套筒8，螺接在所述传动螺母套9的上端并套设在所述传动螺母套9之外；外保护筒12，套设在所述NN型少齿差行星齿轮减速器5、所述上套筒8和所述下套筒10之外，并与所述第一压环13的上端邻接。通过上套筒8与外保护筒12可以实现密封和保护功能。所述井下电控压缩式封隔器还可以包括：内保护筒7，与上接头1通过管螺纹连接并密封；螺母9与丝杠6通螺旋副连接，并与外保护筒12通过花键连接；上套筒8与螺母(传动螺母套)9通过螺纹连接并使用O型密封圈密封，且通过O型密封圈实现与内保护筒7之间间隙的密封。

进一步地，如图3，所述井下电控压缩式封隔器还包括：通过螺纹连接设置在所述下基管14上并邻接在所述下楔块25之下的调整挡环26。这样，可以调整下楔块25的位置，从而调整卡瓦的坐封和解封。

进一步地，如图3，所述卡瓦套件还包括：分别支撑在所述上楔块21和下楔块25上的多个卡瓦套22，所述卡瓦23嵌入所述卡瓦套22上的槽型空间内，从而实现坐封的紧密和牢固。

进一步地，所述卡瓦套件还包括：设置在所述卡瓦23和所述卡瓦套22之间的弹簧24。这样，通过弹性作用可以较好的实现坐封和解封。

进一步地，所述胶筒为依次套设在所述下基管14上并间隔设置的多个分套筒，分别为分套筒15、分套筒17和分套筒19，较为稳定的实现坐封和解封。

除了上述描述外，下面再列举一个更为具体的实施例及其工作过程：

如图1至图3所示，本发明的井下电控压缩式封隔器包括：一个上基管1，一个上接头2，一个电机定子3，一个电机转子4，一个NN型少齿差行星减速器5，一个螺纹管6，一个内保护筒7，一个上套筒8，一个螺母9，一个下套筒10，一个基管连接头11，一个外保护筒12、两个压环13、20，一个下基管14，三个胶筒，分别为分胶筒15、分胶筒17、分胶筒19，两个隔环，隔环16和隔环18，一个上楔块21，一个卡瓦套筒22，六个双向卡瓦23，六个弹簧24，一个下楔块25，一个调整挡环26。

其连接关系为：上接头2与上基管1通过管螺纹连接并密封，为固定部件；电机定子3装在上接头2内，通过螺钉与上接头2固接，为固定部件；电机转子4与NN型少齿差行星减速器5输入轴固接，输入轴随电机转子4绕基管转动；NN型少齿差行星减速器5的输出轴与螺纹管6固接，螺纹管6随输出轴绕基管转动；内保护筒7与上接头1通过管螺纹连接并密封；螺母9与螺纹管6通螺旋副连接，并与外保护筒12通过花键连接；上套筒8与螺母9通过螺纹连接并使用O型密封圈密封，且通过O型密封圈实现与内保护筒7之间间隙的密封；下套筒10与螺母9通过螺纹连接并使用O型密封圈密封，且通过O型密封圈实现与基管接头11之间间隙的密封；基管接头11与上基管1下端通过管螺纹连接并密封，并与下基管14上端通过管螺纹连接并密封；外保护筒12与内保护筒7通过管螺纹连接并密封；两个压环13、20，为分胶筒15、分胶筒17、分胶筒19和隔环16、隔环18按照图示顺序套在下基管14上，压环13与下套筒10靠紧；上楔块21小端向下套在下基管14上，并与压环20靠紧；六个双向卡瓦23嵌入卡瓦套22上的六个槽型空间内，并套在基管14上，与上楔块21靠紧；下楔块25小端向上套在下基管14上，并与卡瓦靠紧；卡瓦套22两端由上楔块21大端和下楔块25大端支撑，可以随卡瓦沿轴向移动；六个弹簧24的两端分别连接卡瓦23和卡瓦套22，调整环26与下基管14通过螺纹连接并固定。

其运动关系为：电机转子4相对固定的电机定子3产生旋转运动，带动NN型少齿差行星减速器5的输入轴旋转，经过减速后，由减速器5的输出轴输出低速高扭矩旋转运动，并带动螺纹管6转动，与螺纹管6相连的螺母9由于受到花键副的约束，将旋转运动转化为直线运动，并带动上套筒8和下套筒10移动。当封隔器坐封时，压环13受到下套筒10向下的推力，压缩分胶筒15、分胶筒17、分胶筒19，并将推力传递至上楔块21，由于下楔块25在调整环26的限制下不能向下移动，卡瓦在楔面的作用下由卡瓦套22的槽内伸出，同时卡瓦套22随卡瓦向下运动，实现坐封。当封隔器解封时，下套筒10向上运动，胶筒在自身的弹性作用下恢复，楔块间的推力减小，卡瓦在弹簧24弹力作用下收回，实现解封。调整环26用以调整轴向间隙。

本发明可以为井下分层作业提供多样的、更加灵活的封隔工具，其可以通过一根铠装电缆连接井下若干个压缩式封隔器，实现任意一个封隔器的坐封和解封，同时实现其他铠装电缆、光缆的预置穿越。所涉及的井下电控压缩式封隔器通过地面控制系统进行操作，可以直接获得某一个封隔器的坐封力，灵活调整封隔压力，并从地面远程控制任意一个封隔器的坐封或解封状态。所涉及的井下电控压缩式封隔器可以作为智能完井系统、智能分层注水系统、分层多段压裂系统或其他分层作业系统中的智能封隔模块。

相比于其他液压、提放管柱或旋转管柱实现坐封和解封的压缩式封隔器，本发明的优势主要体现在：①全电子化，结构简单，维护方便；②能够实现无级位置调节，从而实现连续的坐封力调节；③能够方便的从地面获得封隔器卡瓦和胶筒的压缩位置和坐封力，从而更加灵活的调节坐封力和封隔压差；④仅需一根控制缆线既可连接若干个压缩式封隔器，且可以根据需要坐封、解封或调节所连接的任意一个封隔器；⑤通过预置缆线，可以实现环空内电缆和光缆的穿越和密封；⑥地面设备简单，仅需供电既可工作。因此，本发明所涉及的电控压缩式封隔器能够为分层作业工艺提供新的控制封隔工具组件，能够实现地面遥控的坐封、解封和调节操作，数据反馈准确，工艺灵活，智能化程度高，能够作为现有控制工具的有益补充。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种井下电控压缩式封隔器，其特征在于，所述井下电控压缩式封隔器包括：基管以及套设在所述基管上的电机、减速装置、传动装置和封隔装置；

所述电机包括：环形的电机输出轴，所述环形的电机输出轴能转动地套设在所述基管上；

所述减速装置包括：环形的NN型少齿差行星齿轮减速器(5)，所述NN型少齿差行星齿轮减速器(5)包括：环形的输入轴和输出轴；

所述NN型少齿差行星齿轮减速器的输入轴与所述环形的电机输出轴连接；

所述传动装置包括：能转动地套设在所述基管外并与所述NN型少齿差行星齿轮减速器的输出轴连接的螺纹管(6)；传动螺母套(9)，通过螺接套设所述螺纹管(6)外并相对所述基管(2)上下移动；下套筒(10)，螺接在所述传动螺母套(9)的下端并套设在所述传动螺母套(9)之外；

所述封隔装置包括：与所述下套筒(10)邻接并依次位于所述下套筒(10)下方的第一压环(13)和第二压环(20)，所述第一压环(13)和第二压环(20)间隔地套设在所述基管上；胶筒，套设在所述基管上并位于所述第一压环(13)和第二压环(20)之间；

卡瓦套件，套设在所述基管上并位于所述第二压环(20)之下，所述卡瓦套件包括：依次位于所述第二压环(20)下方的上楔块(21)、下楔块(25)以及位于所述上楔块(21)和下楔块(24)之间的卡瓦(23)。

2.如权利要求1所述的井下电控压缩式封隔器，其特征在于，所述电机还包括：环形的转子和套设在所述转子之外的定子，所述转子套设在所述基管外。

3.如权利要求1所述的井下电控压缩式封隔器，其特征在于，所述环形的电机输出轴为偏心筒，所述NN型少齿差行星齿轮减速器的输入轴与环形的电机输出轴为一体式结构。

4.如权利要求1所述的井下电控压缩式封隔器，其特征在于，所述基管包括：通过基管连接头(11)螺纹连接的上基管(1)和下基管(14)，所述第一压环(13)设置在所述下基管(14)上，所述螺纹管(6)设置在所述上基管(1)上。

5.如权利要求1所述的井下电控压缩式封隔器，其特征在于，所述井下电控压缩式封隔器还包括：上套筒(8)，螺接在所述传动螺母套(9)的上端并套设在所述传动螺母套(9)之外；外保护筒(12)，套设在所述NN型少齿差行星齿轮减速器(5)、所述上套筒(8)和所述下套筒(10)之外，所述外保护筒(12)与所述第一压环(13)的上端邻接。

6.如权利要求4所述的井下电控压缩式封隔器，其特征在于，所述井下电控压缩式封隔器还包括：通过螺纹连接设置在所述下基管(14)上并邻接在所述下楔块(25)之下的调整挡环(26)。

7.如权利要求1所述的井下电控压缩式封隔器，其特征在于，所述卡瓦套件还包括：分别支撑在所述上楔块(21)和下楔块(25)上的多个卡瓦套(22)，所述卡瓦(23)嵌入所述卡瓦套(22)上的槽型空间内。

8.如权利要求7所述的井下电控压缩式封隔器，其特征在于，所述卡瓦套件还包括：设置在所述卡瓦(23)和所述卡瓦套(22)之间的弹簧(24)。

9.如权利要求4所述的井下电控压缩式封隔器，其特征在于，所述胶筒为依次套设在所述下基管(14)上并间隔设置的多个分套筒。

10.如权利要求4所述的井下电控压缩式封隔器，其特征在于，所述井下电控压缩式封隔器还包括：套接在所述上基管(1)上方的上接头(2)。

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