CN105221098B - 一种电动封隔器及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动封隔器，包括外壳、控制机构、执行机构、限位机构、坐封机构和上提解封机构；外壳由下接头、下壳体、安装座和上壳体连接组成；控制机构设于外壳内；执行机构设于外壳内且为执行电机，执行电机与电路板连接；限位机构设于外壳内，与执行机构连接；坐封机构设于外壳内，与限位机构连接；上提解封机构设于外壳内，与坐封机构连接。本发明的有益效果：可随时坐封和解封，并可多次使用；有效解决了沙子等杂质最井下设备的损害问题；采用螺纹传动和液压传动相结合的传动方式；采用更小的低压执行电机，控制精度更高，电路稳定性更强；增加上提强制解封机构，保证不能通过电控解封时管柱可以顺利起出；增加限位机构，保证了可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及油田技术领域，具体而言，涉及一种电动封隔器及其控制方法、使用方法。
背景技术
现有的封隔器只能实现一次坐封，并且只能将封隔器从井下起坐后才能解封，由于是破坏性解封，解封后不能再次使用。现有的可洗井封隔器内设置有洗井通道，在坐封状态下打开洗井通道的方式实现封隔器的上下腔的连通，实现洗井功能。但是在洗井过程中，井内的沙粒等杂质会随洗井液进入管柱，对抽油泵、封隔器、安全网等设备造成损害，以至于产生卡泵、洗井通道无法关闭以及安全阀泄露等后果。因此，有人对电动封隔器进行了进一步的研究和试制，提出了一种胀封式封隔器。这种封隔器采用大功率电机驱动丝杠传动机构从胶筒内部撑起胶筒，从而使封隔器坐封，这种封隔器的缺点是：(1)为了保证足够的坐封压力，采用了供电电压为300V-400V的电压向井下电机供电，在深井供电时这个电压范围在稳定性上不容易保证，即使达到了绝缘要求，制造成本也会大大增加；(2)直接对大功率点击进行控制，控制精度了动作稳定性都难以保证；(3)没有设置强制解封机构，若控制电路故障失效，当发生沙埋等情况或油层层数过多时，由于上提阻力过大，通过破坏胶筒的方式仍难以将管柱拔出，此种情况下，若想将管柱起出，需要大大增加作业成本，造成不必要的损失；(4)只能依靠电流的大小判断是否坐封到位或解封到位，一旦电流发生异常，将无法判断胶筒的膨胀状态，也就无法掌握井下状态，同时不受控的动作也非常容易造成电机的过载损坏了机械结构的变形或断裂失效。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可多次使用、控制精度高、稳定性强、可靠性高的电动封隔器。
本发明提供了一种电动封隔器，包括：
外壳，其由下接头、下壳体、安装座和上壳体连接组成；
控制机构，其设于所述外壳内，所述控制机构由电路板支架、电路板防水罩和电路板组成，所述电路板支架安装在所述电路板防水罩内，所述电路板安装在所述电路板支架上；
执行机构，其为执行电机并设于所述外壳内，所述执行电机与所述电路板连接；
限位机构，其设于所述外壳内，所述限位机构与所述执行机构连接，所述限位机构由限位座、限位传感器、限位块和限位块传动丝杠组成，所述限位块传动丝杠通过轴承安装在所述限位座的中心，所述限位块传动丝杠上靠近所述执行电机的一端通过联轴器与所述执行电机的输出轴连接，所述限位块通过螺纹安装在所述限位块传动丝杠上，两个所述限位传感器分别设在所述限位块的两侧并固定在所述限位座上；
坐封机构，其设于所述外壳内，所述坐封机构与所述限位机构连接，所述坐封机构由液压推进丝杠、滑套、活塞杆、活塞、缸体、液压腔体、转接体、坐封活塞和胶筒组成，所述液压推进丝杠的主体部分通过螺纹安装在所述活塞杆内部，所述液压推进丝杠处于所述活塞杆内的一端通过所述联轴器与所述限位块传动丝杠连接，所述活塞杆外侧设有所述滑套，所述活塞杆通过伸至所述滑套内的导向销钉安装在所述滑套内，所述活塞固定在所述活塞杆端部且位于所述缸体内，所述缸体的一端与所述滑套连接，所述缸体的另一端与所述液压腔体连接，所述液压腔体与所述转接体通过螺纹连接，所述液压腔体和所述转接体内均设有连通所述缸体内部和所述坐封活塞的液压油通道，所述转接体上设有与所述坐封活塞连通的泄压孔，所述泄压孔内设有泄压塞；
上提解封机构，其设于所述外壳内，所述上提解封机构与所述坐封机构连接，所述上提解封机构由锁块、锁块扶持套、解封套、解封活塞、解封销钉、中心管和上接头组成，所述锁块扶持套的一端抵在所述泄压塞上，所述锁块扶持套的另一端通过螺纹连接在所述下接头的外侧，所述锁块安装在所述锁块扶持套上的锁块孔内，所述中心管通过螺纹连接所述上接头的内侧，所述解封套通过螺纹连接在所述转接体上，所述解封活塞安装在所述锁块扶持套和所述中心管之间，所述解封销钉通过螺纹安装在所述解封套上的螺纹孔内，所述解封销钉穿过所述锁块扶持套上的圆孔后伸至所述解封活塞上的环槽内。
作为本发明进一步的改进，所述电路板包括微控制器、电机控制器、限位传感器和液压执行机构；
所述限位传感器将感测结果信号发送至所述微控制器，所述微控制器对该信号进行进一步处理之后通过电缆传输至计算机，所述微控制器将控制信号发送至所述电机控制器，所述电机控制器控制执行电机，所述执行电机带动所述液压执行机构运动，所述液压执行机构触发所述限位传感器。
作为本发明进一步的改进，所述电路板还包括稳压电源电路或者电池组。
作为本发明进一步的改进，所述电路板采用稳压电源电路，该稳压电源电路通过通信编解码电路与微控制器连接，用于为所述电路板和所述执行电机供电。
作为本发明进一步的改进，在所述稳压电源电路和所述计算机之间也设置通信编解码电路。
本发明还提供了一种电动封隔器的使用方法，包括解封方法和坐封方法；
其中，
所述坐封方法包括：通过计算机和电路板控制执行电机，所述执行电机通过联轴器带动限位块传动丝杠和液压推进丝杠同步旋转，所述限位块传动丝杠在两个限位传感器之间移动，所述液压推进丝杠通过螺纹将旋转运动转化为活塞的直线运动，所述活塞向远离所述执行电机的方向运动使液压腔体容积变小，被挤出的液压油进入坐封活塞的腔体内，从而推动所述坐封活塞挤压胶筒，完成电动封隔器的坐封；
所述解封方法包括：通过计算机和电路板控制执行电机，所述执行电机通过联轴器带动限位块传动丝杠和液压推进丝杠同步旋转，所述限位块传动丝杠在两个限位传感器之间移动，所述液压推进丝杠通过螺纹将旋转运动转化为活塞的直线运动，所述活塞向靠近所述执行电机的方向运动使液压腔体容积变大，液压油流出坐封活塞的腔体，泄油塞在内部压力作用下向外移动，使得所述泄油塞打开，液压油外泄，作用在所述坐封活塞上的坐封力消失，所述坐封活塞在负压和所述胶筒恢复形变力的作用下复位，完成电动封隔器的解封。
作为本发明进一步的改进，在所述电动封隔器的坐封和解封过程中，所述限位块在极限位置触发所述限位传感器使所述执行电机停止，控制所述活塞的运动范围。
本发明的有益效果为：
1、可随时坐封和解封，并且解封后仍可再次坐封，多次使用；
2、通过控制坐封和解封可以在生产状态和洗井或冲砂状态之间切换(坐封时为生产状态，解封后为洗井或冲砂状态)，当封隔器在井下解封后，便连通管套和封隔器之间的通道，此时采用正洗的方式洗井，带有杂质洗井液不必流经管柱内部，这种属性有效解决了沙子等杂质最井下设备的损害问题；
3、采用了螺纹传动和液压传动相结合的传动方式，将执行电机的输出力转换成足以满足坐封要求的坐封力，与单纯采用传动机构相比，力的变比更大，对执行电机的扭矩和供电压力的要求更小，执行电机的体积也更小；
4、采用了更小的低压执行电机，控制精度更容易保证，电路的稳定性也得到增强；
5、增加了上提强制解封机构，保证了不能通过电控解封时管柱可以顺利起出；
6、增加了限位机构，进一步保证了结构的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种电动封隔器的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的电路板的示意图；
图3为本发明实施例所述的一种电动封隔器的控制方法的流程示意图；
图4为本发明实施例所述的一种电动封隔器的坐封和解封控制的流程示意图。
图中，
1、下接头；2、下壳体；3、电路板支架；4、电路板防水罩；5、电路板；6、执行电机；7、限位座；8、安装座；9、限位块传动丝杠；10、上壳体；11、滑套；12、缸体；13、胶筒；14、坐封活塞；15、液压腔体；16、转接体；17、锁块扶持套；18、解封套；19、锁块；20、解封活塞；21、解封销钉；22、中心管；23、上接头；24、过液通道；25、联轴器；26、限位传感器；27、限位块；28、液压推进丝杠；29、活塞杆；30、导向销钉；31、活塞；32、泄油塞。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
如图1示出了本发明实施例的一种电动封隔器，包括外壳、控制机构、执行机构、限位机构、坐封机构和上提解封机构。
外壳由下接头1、下壳体2、安装座8和上壳体10连接组成。
控制机构设于外壳内，控制机构由电路板支架3、电路板防水罩4和电路板5组成，电路板支架3安装在电路板防水罩4内，电路板5安装在电路板支架3上。
执行机构设于外壳内，为执行电机6，执行电机6与电路板5连接。
限位机构，其设于外壳内，限位机构与执行机构连接，限位机构由限位座7、限位传感器26、限位块27和限位块传动丝杠9组成，限位块传动丝杠9通过轴承安装在限位座7的中心，限位块传动丝杠9上靠近执行电机6的一端通过联轴器25与执行电机6的输出轴连接，限位块27通过螺纹安装在限位块传动丝杠9上，两个限位传感器26分别设在限位块27的两侧并固定在限位座7上。
坐封机构，其设于外壳内，坐封机构与限位机构连接，坐封机构由液压推进丝杠28、滑套11、活塞杆29、活塞31、缸体12、液压腔体15、转接体16、坐封活塞14和胶筒13组成，液压推进丝杠28的主体部分通过螺纹安装在活塞杆29内部，液压推进丝杠28处于活塞杆29内的一端通过联轴器25与限位块传动丝杠9连接，活塞杆29外侧设有滑套11，活塞杆29通过伸至滑套11内的导向销钉30安装在滑套11内，活塞31固定在活塞杆29端部且位于缸体12内，缸体12的一端与滑套11连接，缸体12的另一端与液压腔体15连接，液压腔体15与转接体16通过螺纹连接，液压腔体15和转接体16内均设有连通缸体12内部和坐封活塞14的液压油通道，转接体16上设有与坐封活塞14连通的泄压孔，泄压孔内设有泄压塞32。上提解封机构设于外壳内，与坐封机构连接，上提解封机构由锁块19、锁块扶持套17、解封套18、解封活塞20、解封销钉21、中心管22和上接头23组成，锁块扶持套17的一端抵在泄压塞32上，锁块扶持套17的另一端通过螺纹连接在下接头1的外侧，锁块19安装在锁块扶持套17上的锁块孔内，中心管22通过螺纹连接上接头23的内侧，解封套18通过螺纹连接在转接体16上，解封活塞20安装在锁块扶持套17和中心管22之间，解封销钉21通过螺纹安装在解封套18上的螺纹孔内，解封销钉21穿过锁块扶持套17上的圆孔后伸至解封活塞20上的环槽内。
图2示出了本发明实施例的电路板的示意图。电路板5包括微控制器、电机控制器、限位传感器26和液压执行机构。限位传感器26将感测结果信号发送至微控制器，微控制器对该信号进行进一步处理之后通过电缆传输至计算机，微控制器将控制信号发送至电机控制器，电机控制器控制执行电机6，执行电机6带动液压执行机构运动，液压执行机构触发限位传感器26。
进一步的，电路板5还包括稳压电源电路或者电池组。
更进一步的，电路板5采用稳压电源电路，该稳压电源电路通过通信编解码电路与微控制器连接，用于为电路板5和执行电机6供电，根据各组件的需要为相应组件提供5V,12V和/或24V的电压。该优选方式中，可在稳压电源电路和便携式计算机之间也设置通信编解码电路。
本发明采用的上述稳压电源电路耐高温性能好，稳定性高，适合在极端环境下使用。
图3示出了本发明实施例所述的电动封隔器的控制方法，具体包括如下步骤：
步骤1，初始化；
步骤2，读取预设参数并校验；
步骤3，等待指令，若收到指令，则执行下一步，若未收到指令，则返回步骤2；
步骤4，校验指令，若校验成功则执行下一步，若校验不成功，则返回步骤3；
步骤5，执行指令；
步骤6，向计算机返回指令处理状态；
重复执行步骤3至步骤6。
图4示出了电动封隔器的解封和坐封控制方法的流程，具体包括如下步骤：
步骤S1，计算机收到坐封或解封指令；
步骤S2，计算机判断接收到的指令类型，如果接收到的指令为坐封指令，则执行步骤S3，如果接收到的指令为解封指令，则执行步骤S6；
步骤S3，执行电机顺时针旋转；
步骤S4，读取限位传感器状态，判断坐封是否完成，如果坐封完成，则执行步骤S5，如果坐封未完成，则执行步骤S3；
步骤S5，向计算机返回坐封成功指令，并执行步骤S9；
步骤S6，执行电机逆时针旋转；
步骤S7，读取限位传感器状态，判断解封是否完成，如果解封完成，则执行步骤S8，如果解封未完成，则执行步骤S6；
步骤S8，向计算机返回解封成功指令，并执行步骤S9；
步骤S9，计算机等待指令。
本发明还提供了该电动封隔器的使用方法，包括解封方法和坐封方法。
坐封方法包括：通过计算机和电路板5控制执行电机6，执行电机6通过联轴器25带动限位块传动丝杠9和液压推进丝杠28同步旋转，限位块传动丝杠9在两个限位传感器26之间移动，液压推进丝杠28通过螺纹将旋转运动转化为活塞31的直线运动，活塞31向远离执行电机6的方向运动使液压腔体15容积变小，被挤出的液压油进入坐封活塞14的腔体内，从而推动坐封活塞14挤压胶筒13，完成电动封隔器的坐封。
解封方法包括：通过计算机和电路板5控制执行电机6，执行电机6通过联轴器25带动限位块传动丝杠9和液压推进丝杠28同步旋转，限位块传动丝杠9在两个限位传感器26之间移动，液压推进丝杠28通过螺纹将旋转运动转化为活塞31的直线运动，活塞31向靠近执行电机6的方向运动使液压腔体15容积变大，液压油流出坐封活塞14的腔体，泄油塞32在内部压力作用下向外移动，使得泄油塞32打开，液压油外泄，作用在坐封活塞14上的坐封力消失，从而推动胶筒13恢复形变力，坐封活塞14在负压和胶筒13恢复形变力的作用下复位，完成电动封隔器的解封。
进一步的，在电动封隔器的坐封和解封过程中，限位块27在极限位置触发限位传感器26使执行电机6停止，控制活塞31的运动范围。
当控制电路出现故障时，可通过上提管柱的方式使电动封隔器解封而不至于发生无法解封的情况。在对本电动封隔器进行安装时，需要将上接头连接在作业管柱的上下套管中，然后向作业管柱内打压以使丢手接头分离。在向作业管柱内打压时，解封活塞在压力作用下动作，将解封销钉上位于环槽内的部分切断后向上接头方向移动，锁块的作用是将锁块扶持套锁死以防止运输和安装过程中解封销钉在锁块扶持套的作用下意外切断。当解封活塞和锁块的相对面不再重合时，锁块在轴心方向的运动不再受限制，此时锁块不再具有做锁块扶持套锁死作用，也就是说安装完成后锁块不再起作用。当控制电路出现故障时，上提管柱，解封销钉位于锁块扶持套上的圆孔内的部分被剪断，锁块扶持套与解封套发生相对运动，由于失去了锁块扶持套的作用力，泄油塞在内部压力的作用下向外移动。当锁块扶持套的运动距离大于泄油塞的密封长度时，泄油孔打开，液压油外泄，作用是在坐封活塞上的坐封力消失，坐封活塞在负压和胶筒恢复形变力的作用下复位，电动封隔器解封。
本电动封隔器可以根据需要随时坐封和解封，并且解封后仍可再次坐封，多次使用。使用本电动封隔器，通过控制坐封和解封可以在生产状态和洗井或冲砂状态之间切换(坐封时为生产状态，解封后为洗井或冲砂状态)，当封隔器在井下解封后，便连通管套和封隔器之间的通道，此时采用正洗的方式洗井，带有杂质洗井液不必流经管柱内部，这种属性有效解决了沙子等杂质最井下设备的损害问题，这点对于容易产生砂埋的水平井尤其重要。为了保证坐封力的同时，尽量选用供电电压较小的执行电机。本发明采用了螺纹传动和液压传动相结合的传动方式，将执行电机的输出力转换成足以满足坐封要求的坐封力，与单纯采用传动机构相比，力的变比更大，对执行电机的扭矩和供电压力的要求更小，执行电机的体积也更小。本发明采用了更小的低压执行电机，控制精度更容易保证，电路的稳定性也得到增强；增加了上提强制解封机构，保证了不能通过电控解封时管柱可以顺利起出；增加了限位机构，进一步保证了结构的可靠性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电动封隔器，其特征在于，包括：
外壳，其由下接头(1)、下壳体(2)、安装座(8)和上壳体(10)连接组成；
控制机构，其设于所述外壳内，所述控制机构由电路板支架(3)、电路板防水罩(4)和电路板(5)组成，所述电路板支架(3)安装在所述电路板防水罩(4)内，所述电路板(5)安装在所述电路板支架(3)上；
执行机构，其设于所述外壳内且为执行电机(6)，所述执行电机(6)与所述电路板(5)连接；
限位机构，其设于所述外壳内，所述限位机构与所述执行机构连接，所述限位机构由限位座(7)、限位传感器(26)、限位块(27)和限位块传动丝杠(9)组成，所述限位块传动丝杠(9)通过轴承安装在所述限位座(7)的中心，所述限位块传动丝杠(9)上靠近所述执行电机(6)的一端通过联轴器(25)与所述执行电机(6)的输出轴连接，所述限位块(27)通过螺纹安装在所述限位块传动丝杠(9)上，两个所述限位传感器(26)分别设在所述限位块(27)的两侧并固定在所述限位座(7)上；
坐封机构，其设于所述外壳内，所述坐封机构与所述限位机构连接，所述坐封机构由液压推进丝杠(28)、滑套(11)、活塞杆(29)、活塞(31)、缸体(12)、液压腔体(15)、转接体(16)、坐封活塞(14)和胶筒(13)组成，所述液压推进丝杠(28)的主体部分通过螺纹安装在所述活塞杆(29)内部，所述液压推进丝杠(28)处于所述活塞杆(29)内的一端通过所述联轴器(25)与所述限位块传动丝杠(9)连接，所述活塞杆(29)外侧设有所述滑套(11)，所述活塞杆(29)通过伸至所述滑套(11)内的导向销钉(30)安装在所述滑套(11)内，所述活塞(31)固定在所述活塞杆(29)端部且位于所述缸体(12)内，所述缸体(12)的一端与所述滑套(11)连接，所述缸体(12)的另一端与所述液压腔体(15)连接，所述液压腔体(15)与所述转接体(16)通过螺纹连接，所述液压腔体(15)和所述转接体(16)内均设有连通所述缸体(12)内部和所述坐封活塞(14)的液压油通道，所述转接体(16)上设有与所述坐封活塞(14)连通的泄压孔，所述泄压孔内设有泄压塞(32)；
上提解封机构，其设于所述外壳内，所述上提解封机构与所述坐封机构连接，所述上提解封机构由锁块(19)、锁块扶持套(17)、解封套(18)、解封活塞(20)、解封销钉(21)、中心管(22)和上接头(23)组成，所述锁块扶持套(17)的一端抵在所述泄压塞(32)上，所述锁块扶持套(17)的另一端通过螺纹连接在所述下接头(1)的外侧，所述锁块(19)安装在所述锁块扶持套(17)上的锁块孔内，所述中心管(22)通过螺纹连接所述上接头(23)的内侧，所述解封套(18)通过螺纹连接在所述转接体(16)上，所述解封活塞(20)安装在所述锁块扶持套(17)和所述中心管(22)之间，所述解封销钉(21)通过螺纹安装在所述解封套(18)上的螺纹孔内，所述解封销钉(21)穿过所述锁块扶持套(17)上的圆孔后伸至所述解封活塞(20)上的环槽内。
2.根据权利要求1所述的电动封隔器，其特征在于，所述电路板(5)包括微控制器、电机控制器、限位传感器(26)和液压执行机构；
所述限位传感器(26)将感测结果信号发送至所述微控制器，所述微控制器对该信号进行进一步处理之后通过电缆传输至计算机，所述微控制器将控制信号发送至所述电机控制器，所述电机控制器控制执行电机(6)，所述执行电机(6)带动所述液压执行机构运动，所述液压执行机构触发所述限位传感器(26)。
3.根据权利要求2所述的电动封隔器，其特征在于，所述电路板(5)还包括稳压电源电路或者电池组。
4.根据权利要求3所述的电动封隔器，其特征在于，所述电路板(5)采用稳压电源电路，该稳压电源电路通过通信编解码电路与微控制器连接，用于为所述电路板(5)和所述执行电机(6)供电。
5.根据权利要求4所述的电动封隔器，其特征在于，在所述稳压电源电路和所述计算机之间也设置通信编解码电路。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的电动封隔器的使用方法，其特征在于，包括解封方法和坐封方法；
其中，
所述坐封方法包括：通过计算机和电路板(5)控制执行电机(6)，所述执行电机(6)通过联轴器(25)带动限位块传动丝杠(9)和液压推进丝杠(28)同步旋转，所述限位块传动丝杠(9)在两个限位传感器(26)之间移动，所述液压推进丝杠(28)通过螺纹将旋转运动转化为活塞(31)的直线运动，所述活塞(31)向远离所述执行电机(6)的方向运动使液压腔体(15)容积变小，被挤出的液压油进入坐封活塞(14)的腔体内，从而推动所述坐封活塞(14)挤压胶筒(13)，完成电动封隔器的坐封；
所述解封方法包括：通过计算机和电路板(5)控制执行电机(6)，所述执行电机(6)通过联轴器(25)带动限位块传动丝杠(9)和液压推进丝杠(28)同步旋转，所述限位块传动丝杠(9)在两个限位传感器(26)之间移动，所述液压推进丝杠(28)通过螺纹将旋转运动转化为活塞(31)的直线运动，所述活塞(31)向靠近所述执行电机(6)的方向运动使液压腔体(15)容积变大，液压油流出坐封活塞(14)的腔体，泄油塞(32)在内部压力作用下向外移动，使得所述泄油塞(32)打开，液压油外泄，作用在所述坐封活塞(14)上的坐封力消失，所述坐封活塞(14)在负压和所述胶筒(13)恢复形变力的作用下复位，完成电动封隔器的解封。
7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，在所述电动封隔器的坐封和解封过程中，所述限位块(27)在极限位置触发所述限位传感器(26)使所述执行电机(6)停止，控制所述活塞(31)的运动范围。
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