CN103225503B - 分层注水高压验封仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分层注水高压验封仪，包括由下至上依次相连的能收放的支撑机构、能主动扩张和收缩的密封机构、缓冲机构、对接控制器、驱动密封机构扩张和收缩的活塞泵、用于感应位置信息的第一传感器组、用于驱动传动轴转动的驱动电机、用于测量压力的第二传感器组、用于传输控制信号及检测数据信号的控制机构，以及电缆接头；控制机构包括支撑板和线路板，线路板依次与第二传感器组、驱动电机、第一传感器组、活塞泵、对接控制器相连接；第二传感器组包括压力传感器和传感器座，压力传感器设在传感器座内。本发明可一次下井实现全部封隔器验封作业，而且能在地面实时监测分层封隔器的密封状态，可减少操作人员工作量，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及到高压分层注水领域，尤其涉及一种分层注水高压验封仪。
背景技术
众所周知，封隔器是注水井的重要井下工具，而封隔器的密封状态直接影响注水效果。目前，检验封隔器密封状态通常采用钢丝验封工具。现有的钢丝验封工具依靠重力压缩皮碗实现密封，钢丝上提工具实现解封。然而，在高压注水条件下(一般注水压力在40MPa以上称为高压注水)，密封力大，容易出现封不住或拔断钢丝的情况，也无法监测密封状态。现有的钢丝验封仪是下入存储式双通道压力计实现验封测试，需要各个层段的封隔器都测试完毕后，再提到地面进行数据回放来判断验封，因此现有的钢丝验封仪需要将验封堵塞器从井下捞出进行地面回放才能判断封隔器密封状态，不能实时监测分层封隔器的密封状态，容易造成返工，工作量较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够实时监测分层封隔器的密封情况，可减少操作人员工作量，提高工作效率的分层注水高压验封仪，该分层注水高压验封仪主要适用于桥式偏心分层注水管柱的封隔器验封。
为达到上述目的，本发明提供了一种分层注水高压验封仪，采用电缆下入注水井中，包括由下至上依次相连的能收放的支撑机构、能主动扩张和收缩密封机构、缓冲机构、用于控制支撑机构收放的对接控制器、驱动密封机构扩涨的活塞泵、用于感应位置信息的第一传感器组、用于驱动传动轴转动的驱动电机、用于测量压力的第二传感器组、用于传输控制信号及检测数据信号的控制机构，用于连接电缆线的电缆接头以及绞车电缆；所述控制机构包括支撑板和线路板，所述线路板通过固定螺钉设置于所述支撑板上，所述线路板依次与所述第二传感器组、驱动电机、第一传感器组、活塞泵、对接控制器相连接；所述第二传感器组包括压力传感器和传感器座，所述压力传感器设在所述传感器座内。
如上所述的分层注水高压验封仪，其中，所述密封机构为皮囊，所述皮囊为所述双皮囊结构。
如上所述的分层注水高压验封仪，其中，所述传感器座呈圆柱状，在所述传感器座上沿平行于轴向开设有至少三个安装孔，所述安装孔沿所述传感器座的横截面周向均匀布设，在所述安装孔内分别设有用于测量层压的层压传感器、用于测量皮囊压力的囊压传感器和用于测量油压的油压传感器。
如上所述的分层注水高压验封仪，其中，所述电缆接头包括依次连接的上接头、上挡套、模具弹簧座、接线盒，在所述模具弹簧座外部设有呈弧弯状的扶正弹片。
如上所述的分层注水高压验封仪，其中，所述第一传感器组包括设置于所述驱动电机的联轴器上的角度传感器和设置在所述驱动电机的电机座上的位置传感器。
如上所述的分层注水高压验封仪，其中，所述活塞泵包括依次连接传动齿轮、旋转轴和加压活塞，在所述旋转轴与所述加压活塞之间设有液压腔，所述液压腔与所述密封机构相连通，所述传动齿轮驱动所述旋转轴旋转，且所述旋转轴带动所述加压活塞挤压所述液压腔。
如上所述的分层注水高压验封仪，其中，所述对接控制器包括依次连接的第一传动轴、离合器和第二传动轴，所述第一传动轴与所述驱动电机相连接，所述第二传动轴与所述支撑机构相连接。
如上所述的分层注水高压验封仪，其中，所述缓冲机构为设置在所述密封机构外周的弹簧。
如上所述的分层注水高压验封仪，其中，在所述支撑机构的下端连接有配重杆。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：
1、本发明通过电缆携带验封仪下入到最下一级配水器处，地面控制双皮囊主动密封，地面对油管压力做“开关开”控制，地面直接获得油管压力、地层压力和皮囊压力数据，实时反映验封结果，一次下井完成全部验封作业，实时监测分层封隔器的密封情况，可减少操作人员工作量，提高工作效率。
2、本发明主要适用于目前广泛应用的桥式偏心分层注水管柱的封隔器验封。
3、本发明在测试完成后，地面通过电缆直接控制验封仪器双皮囊主动收回解封，保证可靠解封，避免高压下拉断钢丝的风险，在高压环境下适应性强。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明分层注水高压验封仪的整体结构示意图；
图2为本发明的电缆接头的结构示意图；
图3为本发明的控制机构的结构示意图；
图4为本发明的第二传感器组的轴向剖面结构示意图；
图5为本发明的第二传感器组的横向剖面结构示意图；
图6为本发明的第一传感器组的结构示意图；
图7为本发明的活塞泵的结构示意图；
图8为本发明的对接控制器的结构示意图；
图9为本发明的支撑机构、皮囊、密封机构、缓冲机构及配重杆相组合的结构示意图。
附图标记说明：
1-电缆接头；11-上接头；12-上挡套；13-模具弹簧座；14-接线盒；15-扶正弹片；
2-控制机构；21-支撑板；22-线路板；23-固定螺钉；3-第二传感器组；31-压力传感器；32-传感器座；33-安装孔；34-层压传感器；35-囊压传感器；36-油压传感器；4-驱动电机；
5-第一传感器组；51-角度传感器；52-位置传感器；6-活塞泵；61-传动齿轮；62-旋转轴；63-加压活塞；64-液压腔；7-对接控制器；71-第一传动轴；第二传动轴72；73-离合器；
8-缓冲机构；9-密封机构；10-支撑机构；100-皮囊；101-配重杆。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
请参考图1至图8，分别为图1是本发明分层注水高压验封仪的整体结构示意图；图2是本发明的电缆接头的结构示意图；图3是本发明的控制机构的结构示意图；图4是本发明的第二传感器组的结构示意图；图5是本发明的第二传感器组的横向剖面结构示意图；图6是本发明的第一传感器组的结构示意图；图7是本发明的活塞泵的结构示意图；图8是本发明的对接控制器的结构示意图；图9是本发明的支撑机构、皮囊、密封机构、缓冲机构及配重杆相组合的结构示意图。
如图1、图3、图4、图5所示，本发明提出一种分层注水高压验封仪，采用电缆下入注水井中，包括由下至上依次相连的能收放的支撑机构10，用于与井下配水器对接后支撑着验封仪；能主动扩张和收缩密封机构9，密封机构9为皮囊100，皮囊100采用双皮囊结构，起到密封测量层段的作用；缓冲机构8，使得仪器对接前后起缓冲作用，起到保护仪器不受到过强冲击力的作用；用于控制支撑机构收放的对接控制器7、控制皮囊收缩和扩张的活塞泵6、用于感应位置信息的第一传感器组5、用于驱动传动轴转动的驱动电机4、用于测量压力的第二传感器组3、用于传输控制信号及检测数据信号的控制机构2，以及用于连接电缆线的电缆接头1以及绞车电缆；如图3所示，控制机构2包括支撑板21和线路板22，线路板22通过固定螺钉23设置于支撑板21上，在本发明中，两线路板22固定于支撑板21的两侧。线路板22依次与第二传感器组3、驱动电机4、第一传感器组5、活塞泵6、对接控制器7相连接，地面装置通过电缆将控制信号经由线路板22传送至驱动电机4、活塞泵6、对接控制器7，实现相应动作，并且第二传感器组3、第一传感器组5的数据信号通过线路板22和电缆传输至地面装置进行分析和判断。第二传感器组3包括压力传感器31和传感器座32，压力传感器31设在传感器座32内。这样，压力传感器31就能够将所测量到得井下压力数据实时传递至地面，实时反映验封结果，可逐一对各层的封隔器进行验封，一次下井便可对井下各层完成全部验封作业。
如图4、图5所示，传感器座32呈圆柱状，在传感器座32上沿平行于轴向开设有三个安装孔33，三个安装孔33沿传感器座32的横截面周向均匀布设，在安装孔33内分别设有层压传感器34、囊压传感器35和油压传感器36。其中，层压传感器34的感应部位与地层相通，用于测量地层压力；囊压传感器35的感应与皮囊相通，用于测量皮囊压力；油压传感器36的感应部位与油管相通，用于测量油管内压力。上述压力传感器31为半导体压电阻抗扩散压力传感器，是在薄片表面形成半导体变形压力，通过压力使薄片变形而产生压电阻抗效果，从而使阻抗的变化转换成电信号。另外，根据实际需要，传感器座32内可开设四个、五个或更多个安装孔33，用以安装更多个压力传感器31，当然也可以安装温度传感器或其它测量所需的传感器，本发明对此不作限制。
如图2所示，电缆接头1包括依次连接的上接头11、上挡套12、模具弹簧座13、接线盒14等，电缆安装在接线盒14内，电缆接头1作为整个电缆的一端与电气设备连接时的电缆终端接头，在模具弹簧座13外部设有呈弧弯状的扶正弹片15，当仪器处于井下工作时，电缆接头1的扶正弹片15还可以起到扶正的作用。
如图6所示，第一传感器组5包括角度传感器51和位置传感器52，角度传感器51设置于驱动电机4的联轴器上，感应支撑机构10的主轴旋转圈数，然后将数据传输给控制器，由控制器控制主轴的旋转，以达到驱动支撑机构10收放、对接的作用；位置传感器52设置在驱动电机4的电机座上，位置传感器52主要是控制仪器坐封时对皮囊进行打压的起始和终止位置，用于辅助判断皮囊密封状态。
如图7所示，活塞泵6包括依次连接传动齿轮61、旋转轴62和加压活塞63，在旋转轴62与加压活塞63之间设有液压腔64，该液压腔64与皮囊100相连通，传动齿轮61驱动旋转轴62旋转，且旋转轴62带动加压活塞63挤压液压腔64，将液压腔64的液体压入到皮囊100，使皮囊100涨开以达到密封的效果。
如图8所示，对接控制器7包括依次连接的第一传动轴71、离合器73和第二传动轴72，第一传动轴71与驱动电机4相连接，第二传动轴72与支撑机构10相连接。在使用时，驱动电机4驱动第一传动轴71转动，由第一传动轴71通过离合器73带动第二传动轴72转动，再由第二传动轴72的转动控制支撑机构10的收放、对接。支撑机构10对接后，离合器73脱开，驱动电机4驱动第一传动轴71继续转动，控制皮囊动作。
如图9所示，缓冲机构8为设置在皮囊100外周的弹簧，弹簧主要是在仪器对接前后起缓冲作用，保护仪器不受到过强的冲击力。皮囊100为双皮囊结构，适用于主动密封，密封效果较佳。密封机构9主要是通过对皮囊100打压，皮囊100扩张与井下配水器内壁的紧密接触已达到密封的效果，然后进行封隔器验封测量。支撑机构10主要是与井下配水器对接后支撑着仪器，实现仪器和配水器之间的定位。优选地，在支撑机构10的下端连接有配重杆101，配重杆101主要是增加仪器的重量，以便仪器能够顺利下放到井下。
本发明提出的分层注水高压验封仪，适用于目前广泛应用的桥式偏心分层注水管柱的封隔器验封工作。该验封仪通过地面电缆直接控制双皮囊主动密封、解封，保证高压环境下仪器能够可靠密封解封。同时，地面能够直接获得油管压力、地层压力和皮囊压力数据，实时反映验封结果，一次下井完成全部验封作业，避免返工。本发明分层注水高压验封仪的发明解决了一直困扰油田的高压注水井封隔器密封测试难题。
本发明的工作过程如下：
本发明分层注水高压验封仪由测调联动电缆绞车电缆下入高压注水井，到达最下一层配水器上面时，地面控制支撑机构10打开，到达桥式偏心配水器位置时，地面控制支撑臂10定位、坐入台阶，然后地面再通过活塞泵6控制皮囊100打压密封，通过囊压、层压、油压传感器将数据反馈到地面，地面，再通过囊压数据判断密封装置9是否密封。地面对油管做“开关开”控制，地面观察地层压力是否跟随油管压力变化而变化，进而判断封隔器是否密封。该层测试完成后，地面控制皮囊泄压解封，地面控制支撑机构10收起。验封仪下放或上提至另一需要测试的层段进行测试，依次完成全井各层段的测试。测试过程可以自下而上或自上而下依次进行，实现一次下井，完成全部验封。
针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。
Claims (9)
1.一种分层注水高压验封仪，采用电缆下入注水井中，其特征在于，所述分层注水高压验封仪包括由下至上依次相连的能收放的支撑机构、能主动扩张和收缩的密封机构、缓冲机构、用于控制支撑机构收放的对接控制器、驱动密封机构扩张和收缩的活塞泵、用于感应位置信息的第一传感器组、用于驱动传动轴转动的驱动电机、用于测量压力的第二传感器组、用于传输控制信号及检测数据信号的控制机构，以及用于连接电缆线的电缆接头以及绞车电缆；所述控制机构包括支撑板和线路板，所述线路板通过固定螺钉设置于所述支撑板上，所述线路板依次与所述第二传感器组、驱动电机、第一传感器组、活塞泵、对接控制器相连接；所述第二传感器组包括压力传感器和传感器座，所述压力传感器设在所述传感器座内。
2.如权利要求1所述的分层注水高压验封仪，其特征在于，所述密封机构为皮囊，所述皮囊为双皮囊结构。
3.如权利要求2所述的分层注水高压验封仪，其特征在于，所述传感器座呈圆柱状，在所述传感器座上沿平行于轴向开设有至少三个安装孔，所述安装孔沿所述传感器座的横截面周向均匀布设，在所述安装孔内分别设有用于测量层压的层压传感器、用于测量皮囊压力的囊压传感器和用于测量油压的油压传感器。
4.如权利要求1所述的分层注水高压验封仪，其特征在于，所述电缆接头包括依次连接的上接头、上挡套、模具弹簧座、接线盒，在所述模具弹簧座外部设有呈弧弯状的扶正弹片。
5.如权利要求1所述的分层注水高压验封仪，其特征在于，所述第一传感器组包括设置于所述驱动电机的联轴器上的角度传感器和设置在所述驱动电机的电机座上的位置传感器。
6.如权利要求1所述的分层注水高压验封仪，其特征在于，所述活塞泵包括依次连接的传动齿轮、旋转轴和加压活塞，在所述旋转轴与所述加压活塞之间设有液压腔，所述液压腔与所述密封机构相连通，所述传动齿轮驱动所述旋转轴旋转，且所述旋转轴带动所述加压活塞挤压所述液压腔。
7.如权利要求1至6中任一项所述的分层注水高压验封仪，其特征在于，所述对接控制器包括依次连接的第一传动轴、离合器和第二传动轴，所述第一传动轴与所述驱动电机相连接，所述第二传动轴与所述支撑机构相连接。
8.如权利要求1所述的分层注水高压验封仪，其特征在于，所述缓冲机构为设置在所述密封机构外周的弹簧。
9.如权利要求1所述的分层注水高压验封仪，其特征在于，在所述支撑机构的下端连接有配重杆。
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