CN103015953A - 井下电控无级流量控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种井下电控无级流量控制阀，所述井下电控无级流量控制阀包括：基管以及套设在所述基管上的电机、减速装置、传动装置和阀口套件，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)的并相对所述基管(2)上下移动。

Description

井下电控无级流量控制阀

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无级流量控制阀，其主要功能为远程控制井下流量阀的阀口大小调节。

背景技术

在分层开采、分层精细注水、水平井控水堵水等技术中，井下流量控制工具是关键环节之一，该工具需要具备根据地质情况的变化实现分层流量调节的功能，从而实现优化开采或注入，进一步提高注水效果、防止提前水淹和提高采收率。井下流量控制工具的实现原理均是通过改变井下工具内筒状部件的相对位置关系，实现流动控制水嘴的打开、关闭和流动截面大小调节的功能。

现有的流量控制工具从操作方式方面分为提放管柱、机械驱动、液压驱动、电液驱动等，其动作方式和原理分别为：1)提放管柱。该方式通过将管柱起出，改变管柱上流动控制工具的水嘴大小，再将管柱下入。该方式最为简单，但效率较低，且对管柱结构限制较大。2)机械驱动。该方式在井内下入控制工具，与井下流动控制工具连接后，通过提放控制工具改变井下工具内筒状部件的位置，实现井下流动通道的开闭。该方式操作简单，但需要下入工具，效率较低，难以应用在采油井内，且不能实现流量调节，仅能实现开关控制。3)液压驱动。该方式使用液压管线连接地面液压泵站和井下流量控制工具，通过地面远程遥控井下流量控制工具的动作，实现井下工具内水嘴的打开和关闭。该方式虽然下井工艺较复杂，但不需要起下管柱即可完成分层流量的调整，控制简单方便，可以根据流动控制要求随时、多次调解井下工具，且可以实现多级流量控制。但该方式存在水嘴大小无法反馈、无法实现无级流量调解、液压管线数量多等问题。4)电液驱动。该方式仍采用液压驱动方式实现井下流量控制工具的开关和多级控制，但通过井下电磁阀控制液压通路并选通某个流量控制阀。相比液压驱动方式，该方式减少了液压管线的数量，但其他问题仍然存在。

发明内容

本发明提供一种井下电控无级流量控制阀，以解决现有的流量控制工具不能在井下无级调节分层内流量阀的阀口大小的问题。本发明还可以解决现有技术不能在井下不同压差情况下的流量准确调节的问题。

为此，本发明提出一种井下电控无级流量控制阀，所述井下电控无级流量控制阀包括：基管以及套设在所述基管上的电机、减速装置、传动装置和阀口套件，

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，通过螺接套设在所述螺纹管6外并相对所述基管2上下移动；

所述阀口套件包括：螺接在所述传动螺母套9下方的阀套11，所述阀套11上设有阀口111，所述阀套11可移动地套设在所述基管外，所述基管上设有开口121，所述开口121随所述阀套11的移动切换与所述阀口111的连通或关闭。

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10螺纹连接的上基管1和下基管12，所述螺纹管6套设在所述上基管1上，所述阀套11可移动地套设在所述下基管12上，所述开口121设置在所述下基管12上。

进一步地，所述井下电控无级流量控制阀还包括：套设在所述阀套11和所述传动螺母套9之外的筛管13，所述筛管13与所述传动螺母套9通过花键连接，所述传动螺母套9可上下移动的设置在所述筛管13中。

进一步地，所述井下电控无级流量控制阀还包括：套接在所述上基管1上方的上接头2，所述上接头2包围在所述电机外。

进一步地，所述下基管12在开口121处设有密封圈。

进一步地，所述井下电控无级流量控制阀还包括：螺接在所述传动螺母套9上方的套筒8。

进一步地，所述井下电控无级流量控制阀还包括：密封连接在所述下基管12与所述筛管13之间的连接环14，所述连接环14位于所述阀套11之下。

进一步地，所述筛管13包围在所述环形的NN型少齿差行星齿轮减速器5和所述套筒8之外。

本发明的基管上设有开口121，所述开口121随所述阀套11的移动切换与所述阀口111的连通或关闭，阀套11通过电机、减速装置、螺纹管6和传动螺母套9的传动实现相对基管的上下移动，因而，可以实现基管上的开口121与阀口111之间相对位置关系的变化，从而，可以实现阀口的连通或关闭。由于开口121与阀口111之间相对位置关系的变化是通过螺纹传动来实现的，所以，开口121与阀口111之间相对位置关系的变化可以做到连续的无级调节。

相比于提放管柱、机械驱动、液压驱动或电液驱动方式实现井下分层流量的调节工具，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能够实现无级阀口大小调节，从而实现连续的流量调节；③能够方便的从地面获得阀套位置和阀口开度大小；④仅需一根控制缆线既可连接若干个流量控制阀，且可以根据需要打开、关闭或调节所连接的任意一个流量控制阀；⑤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无级流量控制阀能够为分层作业工艺提供新的流量控制工具组件，能够实现地面遥控的阀口打开、关闭和调节操作，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。

附图说明

图1为根据本发明实施例的井下电控无级流量控制阀的剖视结构示意图；

图2用侧视图示出了根据本发明实施例的下基管及其上的上的开口的结构示意图；

图3用侧视图示出了根据本发明实施例的阀套以及阀口的结构示意图。

附图标号说明：

1、上接头，2、上基管，3、电机定子，4、电机转子，5、NN型少齿差行星减速器，6、丝杠，7、内保护筒，8、上套筒，9、传动螺母套，10、基管连接头，11、阀套 12、下基管，13、筛管，14、连接环 111、阀口 121、开口

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，根据本发明实施例的井下电控无级流量控制阀包括：基管以及套设在所述基管上的电机、减速装置、传动装置和阀口套件，

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。电机可以通过铠装电缆连接到井口或通过井下电源供电。

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，通过螺接套设在所述螺纹管6外并相对所述基管2上下移动；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的下端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，可以实现传动螺母套9的无级位置调节。

所述阀口套件包括：螺接在所述传动螺母套9下方的阀套11，所述阀套11上设有阀口111，所述阀套11可移动地套设在所述基管外，所述基管上设有开口121，所述开口121随所述阀套11的移动切换与所述阀口111的连通或关闭。如图2所示，所述开口121为梯形的侧向开口，如图3，阀口111为矩形的侧向开口，以便开口配合阀口打开或关闭时流量的递增或递减。

本发明的基管上设有开口121，所述开口121随所述阀套11的移动切换与所述阀口111的连通或关闭，阀套11通过电机、减速装置、螺纹管6和传动螺母套9的传动实现相对基管的上下移动，因而，可以实现基管上的开口121与阀口111之间相对位置关系的变化，从而，可以实现阀口的连通或关闭。由于开口121与阀口111之间相对位置关系的变化是通过传动螺母套9的螺纹传动来实现的，所以，开口121与阀口111之间相对位置关系的变化可以做到连续的无级调节。

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。

进一步地，所述基管包括：通过基管连接头10螺纹连接的上基管1和下基管12，所述螺纹管6套设在所述上基管1上，所述阀套11可移动地套设在所述下基管12上，所述开口121设置在所述下基管12上。基管的分体设置便于电机、减速装置、传动装置和阀口套件的依次安装。

进一步地，所述井下电控无级流量控制阀还包括：套接在所述上基管1上方的上接头2，所述上接头2包围在所述电机外。上接头2为筒状，与外部结构通过螺纹连接，为固定部件，起到转接和保护的作用。

进一步地，所述井下电控无级流量控制阀还包括：套设在所述阀套11和所述传动螺母套9之外的筛管13。筛管13上设有液体流通的通道，使基管中的液体通过阀口从该通道流出。筛管13相对上基管1或下基管12固定，筛管13例如连接在上接头2的下端。所述筛管13与所述传动螺母套9通过花键连接，所述传动螺母套9可上下移动的设置在所述筛管13中，这样，可以将电机的转动变为传动螺母套9的上下移动。

进一步地，所述下基管12在开口121处设有密封圈123，以保持阀口关闭时的密封。

进一步地，所述井下电控无级流量控制阀还包括：螺接在所述传动螺母套9上方的上套筒8。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。所述井下电控无级流量控制阀还可以包括：内保护筒7，内保护筒7与上接头1通过管螺纹连接并密封；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；筛管13上端与内保护筒7通过管螺纹连接并密封。上套筒8与内保护筒7可以实现密封和保护功能。

进一步地，所述井下电控无级流量控制阀还包括：密封连接在所述下基管12与所述筛管13之间的连接环14，所述连接环14位于所述阀套11之下，密封所述下基管12与所述筛管13的底端。

进一步地，所述筛管13包围在所述环形的NN型少齿差行星齿轮减速器5和所述套筒8之外，筛管13与上接头1形成外套，将电机、减速装置、传动装置和阀口套件都密封和保护起来。

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所示，根据本发明实施例的井下电控无级流量控制阀包括：一个上接头1，一个上基管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9，一个基管连接头10，一个阀套11，一个下基管12，一个筛管13，一个连接环14。

其连接关系为：上接头1与上基管2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1内，通过螺钉与上接头1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随电机输出轴绕基管转动；内保护筒7与上接头1通过管螺纹连接并密封；螺母(传动螺母套)9与螺纹管6通螺旋副(即螺纹)连接，并与筛管13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；阀套11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型密封圈实现与基管接头10和下基管12之间间隙的密封；基管接头10与上基管1下端通过管螺纹连接并密封，并与下基管12上端通过管螺纹连接并密封；筛管13上端与内保护筒7通过管螺纹连接并密封，下端通过O型密封圈实现与连接环14之间间隙的密封；连接环14与下基管12通过螺纹连接。

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、阀套11移动。当阀套11向下移动时，其阀口111越过密封圈123，开口123打开，阀口111与开口123形成液体流通通道，并随移动距离的增加而变大，液体最后从筛管13流出。相反，当阀套11向上移动时，阀口逐渐关小，并随移动距离的增加而减小，最终关闭，液体不再从筛管13流出。

本发明可以通过一根铠装电缆连接井下若干个流量调节阀，例如，电机可以通过铠装电缆连接到井口或通过井下电源供电实现任意一个分层内流量阀的阀口大小调节，且阀口水嘴大小可无级调节，因此分层流量可无级调节。所涉及的井下电控无级流量控制阀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流量控制模块，通过与井下流量监测系统配合，可以实现井下不同压差情况下的流量准确调节，为优化开采和注水提供有效的控制工具。

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)

1.一种井下电控无级流量控制阀，其特征在于，所述井下电控无级流量控制阀包括：基管以及套设在所述基管上的电机、减速装置、传动装置和阀口套件，

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)，通过螺接套设在所述螺纹管(6)外并相对所述基管(2)上下移动；

所述阀口套件包括：螺接在所述传动螺母套(9)下方的阀套(11)，所述阀套(11)上设有阀口(111)，所述阀套(11)可移动地套设在所述基管外，所述基管上设有开口(121)，所述开口(121)随所述阀套(11)的移动切换与所述阀口(111)的连通或关闭。

2.如权利要求1所述的井下电控无级流量控制阀，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所述的井下电控无级流量控制阀，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所述的井下电控无级流量控制阀，其特征在于，所述基管包括：通过基管连接头(10)螺纹连接的上基管(1)和下基管(12)，所述螺纹管(6)套设在所述上基管(1)上，所述阀套(11)可移动地套设在所述下基管(12)上，所述开口(121)设置在所述下基管(12)上。

5.如权利要求1所述的井下电控无级流量控制阀，其特征在于，所述井下电控无级流量控制阀还包括：套设在所述阀套(11)和所述传动螺母套(9)之外的筛管(13)，所述筛管(13)与所述传动螺母套(9)通过花键连接，所述传动螺母套(9)可上下移动的设置在所述筛管(13)中。

6.如权利要求4所述的井下电控无级流量控制阀，其特征在于，所述井下电控无级流量控制阀还包括：套接在所述上基管(1)上方的上接头(2)，所述上接头(2)包围在所述电机外。

7.如权利要求4所述的井下电控无级流量控制阀，其特征在于，所述下基管(12)在开口(121)处设有密封圈。

8.如权利要求5所述的井下电控无级流量控制阀，其特征在于，所述井下电控无级流量控制阀还包括：螺接在所述传动螺母套(9)上方的上套筒(8)。

9.如权利要求4所述的井下电控无级流量控制阀，其特征在于，所述井下电控无级流量控制阀还包括：密封连接在所述下基管(12)与所述筛管(13)之间的连接环(14)，所述连接环(14)位于所述阀套(11)之下。

10.如权利要求8所述的井下电控无级流量控制阀，其特征在于，所述筛管(13)包围在所述环形的NN型少齿差行星齿轮减速器(5)和所述上套筒(8)之外。

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