CN107725033B - 一种直读智能气井井下分层测压装置 - Google Patents

Abstract

一种直读智能气井井下分层测压装置，包括连接保护部分、电路电源部分、动力部分、传感器部分、钢管电缆信息传递部分、开关控制部分和气控封隔器的气控管线密封机构部分，本装置主要包括连接保护机构、电路板、数据采集板、钢管电缆、内压压力传感器、外压压力传感器、温度传感器，接收地面钢管电缆的供电，为井下电路部分提供需要的电源，同时接收地面控制器的指令，向直流电机供电。根据指令接通或切断直流电机的电源或正反转。数据采集板则根据地面数控指令将内压压力传感器和外压压力传感器及温度传感器所测的相关数据、信号进行处理并通过钢管电缆传送至地面控制器。

Description

一种直读智能气井井下分层测压装置

技术领域

本发明涉及油田天然气技术开发领域，具体是一种直读智能气井井下分层测压装置。

背景技术

天然气是油田开发的第二种开发能源，在油田开发中的位置举足轻重。随着油田的原油开发已近枯竭，天然气的开发显得更为重要。在天然气开发中分层测压是天然气开发中的关键技术，是掌握气田合理开发的主要手段，由于过去没有专用的天然气气井测压装置，天然气气井测压工作无法完成，导致天然气气田不能合理开采。加之采用的封隔器都是采用液压控制机构，在高压的状态下很难胀封和解封，或延迟打开时间过长，造成分层开采失误失灵，严重影响天然气田的正常开发。

发明内容

本发明的目的是提供一种直读智能气井井下分层测压装置，克服以上所述已有技术存在的缺陷。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：

本发明包括连接保护部分、电路电源部分、动力部分、传感器部分、钢管电缆信息传递部分、开关控制部分和气控封隔器的气控管线密封机构部分，其特征在于：连接保护部分包括接箍01、与接箍螺纹连接的上接头02、与上接头螺纹连接的主体11、与主体上部外周通过销钉连接的大护套12、与大护套下部螺纹连接的开关固定主体33、与开关固定主体通过销钉连接的固定套38、与固定套通过销钉和缩径台连接的下接头39；动力部分和开关控制部分包括设在大护套12与主体11之间环空内一侧上部的直流电机16、与直流电机相连的行星齿轮减速器17、与行星齿轮减速器通过开关控制主体20连接的传导丝杠21及设在开关控制主体20中上部和中下部的左限位开关22和右限位开关24及传导丝杠上的碰块23，通过扭力套筒25、轴承、密封套27、开关套29、柱塞30、密封垫34与传导丝杠21下端连接的扭力丝杠26，及设在扭力丝杠端部的小丝堵35，及穿过开关固定主体33和开关套29的柱塞30的定位螺钉31；钢管电缆信息传递部分包括设在与动力部分同一平面上的钢管电缆和钢管电缆密封机构，钢管电缆密封机构从上向下包括压紧丝堵03、与压紧丝堵螺纹连接的小压紧螺套05、设在压紧丝堵03与小压紧螺套05之间的锥套04、与小压紧螺套05螺纹连接的且穿入主体11纵向孔的密封套09、设在小压紧螺套05与密封套09之间的薄隔垫06和胶圈07、与密封套09外周相套连接的过线套14、设在过线套14上下两端的开口固定环13、套在过线套内周的通过与密封塞座19相套连接的上下小连接套15、设在小连接套与密封塞座19之间的密封塞18、与小连接套15相套连接且在主体11和开关固定主体33同心孔内的长密封套28、与长密封套28下端螺纹相连的小压紧螺套05、与小压紧螺套05螺纹相连的压紧丝堵03和设在小压紧螺套05与压紧丝堵03之间的锥套04；钢管电缆10包括上钢管电缆和下钢管电缆，上钢管电缆从上向下沿钢管电缆密封机构的中心线插入与密封塞座上所设的多路传输接头连接，下钢管电缆从下向上沿钢管电缆密封机构的中心线插入与密封塞座上所设的多路传输接头连接；电路电源部分和传感器部分包括从主体11与大护套12环形空间一侧上部的电路板和电源40，设在下部的主体11和开关固定主体33同心孔上部的内压压力传感器41和下部的丝堵42，设在主体与大护套环形空间另一侧上部的数据采集板43和温度传感器44，设在下部的主体11和开关固定主体33同心孔上部的外压压力传感器45；如图3所示，气控封隔器的气控管线密封机构设在电路电源部分和传感器部分旋转45度的夹角内，包括设在主体11上端部孔内的过线管47，与过线管螺纹连接的过气管48，与过气管螺纹连接的且设在主体下部孔内和开关固定主体33孔内的过线管47，气控管线沿气控封隔器的气控管线密封机构的中心线穿过，在过气管的上下端外周设有开口固定环。

如图1所示，所述大护套12设为圆柱形，上端部内径小于下部内径，上端部周侧设有销钉孔，内周设有密封圈，下端部设有母螺纹。

如图4-8所示所述主体11设为圆柱形，上部和下部外径相同，中部外径小于上部外径和下部外径，上部内径大于中部和下部内径，内周设有母螺纹，在内孔的外周一侧设有钢管电缆密封机构孔和气控管线密封机构孔，夹角45度，另一侧设有销钉孔；下部的钢管电缆密封机构孔的对应侧设有扭力套筒25，扭力套筒的下部设有同轴心的推力轴承孔，在钢管电缆密封机构孔的夹角各自90度的两侧的一侧上部设有内压压力传感器孔，下部设有与开关固定主体33的连接孔，另一侧上部设有外压压力传感器孔，下部设有与开关固定主体33的连接孔。

如图9-11所示，所述开关固定主体33设为圆柱形，两端设有公螺纹，中心设有通孔，在通孔外周180度线的上部设有开关套29，下部设有长密封套28，在通孔外周与上述180度线垂直的180度线的右边设有开关固定主体孔，左边设有与通孔连通的开关固定主体孔，在长密封套与右边开关固定主体孔之间设有气孔管线孔，相互之间夹角45度。

如图12、13所示，所述下接头39设为圆柱形，上端部外周设有密封圈槽，上端下部设有扩径台，在下端部设有油管接头，在扩径台纵向上设有钢管电缆穿孔和气控管线穿孔，在钢管电缆穿孔和气控管线穿孔的对应侧的横向上设有销钉孔。

本发明的优点：

1、实现了直读：即可实时监测气井井下分层压力、温度变化，并可实时记录保存井下分层压力和温度数据。

2、智能控制：通过地面控制采集箱及软件，可通过地面指令实现各分层的控制装置的电机开关与各气层的生产和关闭。并根据需要设置采集数据，实现存储直读一体化。

3、在一个分层测压装置内设置两个压力传感器，一个用于测气层的压力，一个用于测油管内的压力。并在每个装置上装有温度传感器，了解不同深度的温度资料。

4、通过内外压传感器的压力数据可了解井下分层封隔器的工况。

5、根据地面指令，井下分层测压装置内装有的的电路控制部分可按照地面控制指令，能有效打开或关闭分层开关。并能将各层的内外压力、温度等数据采集并及时上传地面控制系统。

6、通过各层的控制装置，可测的各层的压力恢复、压降、流压、静压数据。通过这些数据了解气田的地层储能、产能，以指导气田合理开发，提高气田的采收率和经济效益。

附图说明

图1-本发明的结构示意刨面图；

图2-图1的A-A的刨面图；

图3-图2的D-D的刨面图；

图4-主体的结构示意图；

图5-图4的E-E的截面图；

图6-图4的F-F的截面图；

图7-图4的G-G的截面图；

图8-图4的H-H的截面图；

图9-开关固定主体结构示意图；

图10-图9的C-C的截面示意图；

图11-图9的B-B的截面示意图；

图12-下接头的刨面示意图；

图13-图12的截面示意图；

图中01-接箍、02-上接头、03-压紧丝堵、04-锥套、05-小压紧螺套、06-薄隔垫、07-胶圈、08-厚隔垫、09-密封套、10-钢管电缆、11-主体、12-大护套、13-开口固定环、14-过线套、15-小连接套、16-直流电机、17-行星齿轮减速器、18-密封套、19-密封塞座、20-开关控制主体、21-传导丝杠、22-左限位开关、23-碰块、24-有限位开关、25-扭力套筒、26-扭力丝杠、27-密封套、28-长密封套、29-开关套、30-柱塞、31-定位螺钉、32-铜垫、33-开关固定主体、34-密封垫、35-小丝堵、36-传压套、37-开口密封套、38-固定套、39-下接头、40-电路板和电源、41-内压压力传感器、42-丝堵、43-数据采集板、44-温度传感器、45-外压压力传感器、46-气控管线、47-过线管、48-过气管。

具体实施方式

为进一步公开本发明的技术方案，下面结合说明书附图，通过实施例作详细说明：

如图1所示，本发明包括连接保护部分、电路电源部分、动力部分、传感器部分、钢管电缆信息传递部分、开关控制部分和气控封隔器的气控管线密封机构部分，其特征在于：连接保护部分包括接箍01、与接箍螺纹连接的上接头02、与上接头螺纹连接的主体11、与主体上部外周通过销钉连接的大护套12、与大护套下部螺纹连接的开关固定主体33、与开关固定主体通过销钉连接的固定套38、与固定套通过销钉和缩径台连接的下接头39；动力部分和开关控制部分包括设在大护套12与主体11之间环空内一侧上部的直流电机16、与直流电机相连的行星齿轮减速器17、与行星齿轮减速器通过开关控制主体20连接的传导丝杠21及设在开关控制主体20中上部和中下部的左限位开关22和右限位开关24及传导丝杠上的碰块23，通过扭力套筒25、轴承、密封套27、开关套29、柱塞30、密封垫34与传导丝杠21下端连接的扭力丝杠26，及设在扭力丝杠端部的小丝堵35，及穿过开关固定主体33和开关套29的柱塞30的定位螺钉31；钢管电缆信息传递部分包括设在与动力部分同一平面上的钢管电缆和钢管电缆密封机构，钢管电缆密封机构从上向下包括压紧丝堵03、与压紧丝堵螺纹连接的小压紧螺套05、设在压紧丝堵03与小压紧螺套05之间的锥套04、与小压紧螺套05螺纹连接的且穿入主体11纵向孔的密封套09、设在小压紧螺套05与密封套09之间的薄隔垫06和胶圈07、与密封套09外周相套连接的过线套14、设在过线套14上下两端的开口固定环13、套在过线套内周的通过与密封塞座19相套连接的上下小连接套15、设在小连接套与密封塞座19之间的密封塞18、与小连接套15相套连接且在主体11和开关固定主体33同心孔内的长密封套28、与长密封套28下端螺纹相连的小压紧螺套05、与小压紧螺套05螺纹相连的压紧丝堵03和设在小压紧螺套05与压紧丝堵03之间的锥套04；钢管电缆10包括上钢管电缆和下钢管电缆，上钢管电缆从上向下沿钢管电缆密封机构的中心线插入与密封塞座上所设的多路传输接头连接，下钢管电缆从下向上沿钢管电缆密封机构的中心线插入与密封塞座上所设的多路传输接头连接；如图2所示，电路电源部分和传感器部分包括从主体11与大护套12环形空间一侧上部的电路板和电源40，设在下部的主体11和开关固定主体33同心孔上部的内压压力传感器41和下部的丝堵42，设在主体与大护套环形空间另一侧上部的数据采集板43和温度传感器44，设在下部的主体11和开关固定主体33同心孔上部的外压压力传感器45；如图3所示，气控封隔器的气控管线密封机构设在电路电源部分和传感器部分旋转45度的夹角内，包括设在主体11上端部孔内的过线管47，与过线管螺纹连接的过气管48，与过气管螺纹连接的且设在主体下部孔内和开关固定主体33孔内的过线管47，气控管线沿气控封隔器的气控管线密封机构的中心线穿过，在过气管的上下端外周设有开口固定环。

工作原理：

1、井下分层测压装置的构成及工作原理：由电路板40、数据采集板43、φ4钢管电缆10、内压压力传感器41、外压压力传感器45、温度传感器44等组成。

接收地面钢管电缆10的供电，为井下电路部分提供需要的电源，同时接收地面控制器的指令，向直流电机16供电。根据指令接通或切断直流电机16的电源或正反转。数据采集板43则根据地面数控指令将内压压力传感器41和外压压力传感器45及温度传感器44所测的相关数据、信号进行处理并通过钢管电缆10传送至地面控制器。

2、动力部分的构成：主要由直流电机16、行星齿轮减速器17、传导丝杠21、左限位开关22、右限位开关24、碰块23、扭力丝杠26、密封套27等组成。

工作原理：当井下电路向直流电机16供电时，直流电机16带动行星齿轮减速器17传动，行星齿轮减速器17的输出轴又带动传导丝杠21转动，传导丝杠21又带动碰块23前后移动。当直流电机16正转时，碰块23会向左右移动，同时传导丝杠21又带动柱塞30向左移动，柱塞30又带动密封垫34和小丝堵35一同在开口密封套37向左移动。直至打开开关套29使地层与主体通道连通，使井下产气层中的天然气通过分层测压装置中间流到地面输气管道。当碰块23继续向左移至左限位开关22时，就切断直流电机16的电源，这一工作过程停止。当需要关闭该层的通道时将反向供电，一切将按反向工作，柱塞30又返回原位置，碰块23又碰触右限位开关24，切断直流电机16供电，进气通道被关闭，停止该气层的产气。

3、连接固定部分的构成主要由：接箍01、上接头02、大护套12、下接头29、固定套38、主体11、开关固定主体33、开口固定环13等组成。

其连接固定的原理是：接箍01连接上接头02、上接头02又与主体11相连接固定，主体11又与开关固定主体33相连接固定，开关固定主体33又与大护套12相连接固定。开关固定主体33又和固定套38相连接固定，固定套38又和下接头39相连接固定。开口固定环13又固定在主体11的中心管上。电路板40、数据采集板43则都固定在开口固定环13上。所有与外部承压部分都装有胶圈，保证井下气体或液体不能进入电路内，保证电路部分在高压高温状态下正常运行。接箍01与下接头39分别连接井下油管，φ4电缆钢管10和气控管线46都同时各自从钢管电缆密封机构和气控管线密封机构内穿过，并保持在密封状态下与下一级分层测压装置保持连接和导通，达到正常工作。

4、钢管电缆与钢管电缆密封机构：包括压紧丝堵03、锥套04、密封套09、过线管14、小连接套15、密封塞18、密封塞座19、长密封套28、和钢管电缆。

φ4电缆钢管10的密封与固定：φ4钢管电缆10与气控管线46的固定都是一样的，只是气控管线46只保证从整个装置内部穿越与井下气控封隔器相导通，用来控制气控封隔器的收缩与膨胀。φ4钢管电缆则不同，既要穿越本身的分层测压装置，又要与下级分层测压装置串联，提供电源和上传数据信号，既保证电路与装置的电路导通还要保证在密封状态下的电路与装置本身的绝缘。这就要求有相关的部件和材料相配合固定、密封、绝缘。其密封、固定、连接的原理如下：

将φ4钢管电缆10穿越整个分层测压装置，在整个分层测压装置内依次装有压紧丝堵03、锥套04、小压紧螺套05、薄隔垫06、胶圈07、厚隔垫08、密封套09、长密封套28。通过用压紧丝堵03和小压紧螺套05压紧薄隔垫06和胶圈07来实现的。φ4钢管电缆10的引出线，一是接入装置内的电路，二是经过密封塞18和密封塞座19从左端又接入下一个装置。

5、开关控制部分构成：开关套29、柱塞30、定位螺钉31、开关固定主体33、密封垫34、小丝堵35、开口密封套37。

工作过程是：柱塞30内螺纹与扭力丝杠26相配合，当扭力丝杠26正向转动时，拉动柱塞30向左移动，为防止柱塞也转动，在柱塞30开有一个纵向槽，由定位螺钉31插进槽内，以防止柱塞30旋转，保证柱塞30只能前后移动，而不能旋转。柱塞右端上装有密封垫34，用小丝堵35固定。密封套27与小丝堵35都是用硬质合金制作，具有高硬度和高耐腐蚀性的双重功能，以防止气层内的粉状高速砂进入和气流损坏开关，当气流从开关套的出口，再通过装置的开口密封套的开口处，气流进入开口密封套37的换向作用（开口密封套37是用硬质合金做的，其主要作用就是耐粉砂冲击，耐腐蚀）通过改变气流的方向，降低气流的流速，使气层来的气体经油管上升到井口地面管道，经管道输出至用户。

Claims (4)

1.一种直读智能气井井下分层测压装置，包括连接保护部分、电路电源部分、动力部分、传感器部分、钢管电缆信息传递部分、开关控制部分和气控井下封隔器的气控管线密封机构部分，其特征在于：连接保护部分包括接箍(01)、与接箍螺纹连接的上接头(02)、与上接头螺纹连接的主体(11)、与主体上部外周通过销钉连接的大护套(12)、与大护套下部螺纹连接的开关固定主体(33)、与开关固定主体通过销钉连接的固定套(38)、与固定套通过销钉和缩径台连接的下接头(39)；动力部分和开关控制部分包括设在大护套(12)与主体(11)之间环空内一侧上部的直流电机(16)、与直流电机相连的行星齿轮减速器(17)、与行星齿轮减速器通过开关控制主体(20)连接的传导丝杠(21)及设在开关控制主体(20)中上部和中下部的左限位开关(22)和右限位开关(24)及传导丝杠上的碰块(23)，通过扭力套筒(25)、轴承、密封套(27)、开关套(29)、柱塞(30)、密封垫(34)与传导丝杠(21)下端连接的扭力丝杠(26)，及设在扭力丝杠(26)端部的小丝堵(35)，及穿过开关固定主体(33)和开关套(29)的柱塞(30)的定位螺钉(31)；钢管电缆信息传递部分包括设在与动力部分同一平面上的钢管电缆和钢管电缆密封机构，钢管电缆密封机构从上向下包括压紧丝堵(03)、与压紧丝堵螺纹连接的小压紧螺套(05)、设在压紧丝堵(03)与小压紧螺套(05)之间的锥套(04)、与小压紧螺套(05)螺纹连接的且穿入主体(11)纵向孔的密封套(09)、设在小压紧螺套(05)与密封套(09)之间的薄隔垫(06)和胶圈(07)、与密封套(09)外周相套连接的过线套(14)、设在过线套(14)上下两端的开口固定环(13)、套在过线套(14)内周的通过与密封塞座(19)相套连接的上下小连接套(15)、设在小连接套与密封塞座(19)之间的密封塞(18)、与小连接套(15)相套连接且在主体(11)和开关固定主体(33)同心孔内的长密封套(28)、与长密封套(28)下端螺纹相连的小压紧螺套(05)、与小压紧螺套(05)螺纹相连的压紧丝堵(03)和设在小压紧螺套(05)与压紧丝堵(03)之间的锥套(04)；钢管电缆(10)包括上钢管电缆和下钢管电缆，上钢管电缆从上向下沿钢管电缆密封机构的中心线插入与密封塞座(19)上所设的多路传输接头连接，下钢管电缆从下向上沿钢管电缆密封机构的中心线插入与密封塞座(19)上所设的多路传输接头连接；电路电源部分和传感器部分包括从主体(11)与大护套(12)环形空间一侧上部的电路板和电源(40)，设在下部的主体(11)和开关固定主体(33)同心孔上部的内压压力传感器(41)和下部的丝堵(42)，设在主体(11)与大护套(12)环形空间另一侧上部的数据采集板(43)和温度传感器(44)，设在下部的主体(11)和开关固定主体(33)同心孔上部的外压压力传感器(45)；气控封隔器的气控管线密封机构设在电路电源部分和传感器部分旋转45度的夹角内，包括设在主体(11)上端部孔内的过线管(47)，与过线管螺纹连接的过气管(48)，与过气管(48)螺纹连接的且设在主体(11)下部孔内和开关固定主体(33)孔内的过线管(47)，气控管线沿气控封隔器的气控管线密封机构的中心线穿过，在过气管的上下端外周设有开口固定环(13)；所述开关固定主体(33)设为圆柱形，两端设有公螺纹，中心设有通孔，在通孔外周180度线的上部设有开关套(29)，下部设有长密封套(28)，在通孔外周与上述180度线垂直的180度线的右边设有开关固定主体(33)，左边设有与通孔连通的开关固定主体(33)，在长密封套(28)与右边开关固定主体孔之间设有气孔管线孔，相互之间夹角45度。

2.根据权利要求1所述的一种直读智能气井井下分层测压装置，其特征在于：所述大护套(12)设为圆柱形，上端部内径小于下部内径，上端部周侧设有销钉孔，内周设有密封圈，下端部设有母螺纹。

3.根据权利要求1所述的一种直读智能气井井下分层测压装置，其特征在于：所述主体(11)设为圆柱形，上部和下部外径相同，中部外径小于上部外径和下部外径，上部内径大于中部和下部内径，内周设有母螺纹，在内孔的外周一侧设有钢管电缆密封机构孔和气控管线密封机构孔，夹角45度，另一侧设有销钉孔；下部的钢管电缆密封机构孔的对应侧设有扭力套筒(25)，扭力套筒(25)的下部设有同轴心的轴承孔，在钢管电缆密封机构孔的夹角各自90度的两侧的一侧上部设有内压压力传感器孔，下部设有与开关固定主体(33)的连接孔，另一侧上部设有外压压力传感器孔，下部设有与开关固定主体(33)的连接孔。

4.根据权利要求1所述的一种直读智能气井井下分层测压装置，其特征在于：所述下接头(39)设为圆柱形，上端部外周设有密封圈槽，上端下部设有扩径台，在下端部设有油管接头，在扩径台纵向上设有钢管电缆穿孔和气控管线穿孔，在钢管电缆穿孔和气控管线穿孔的对应侧的横向上设有销钉孔。

Images