CN108533215A - 通过地面管柱声波通信控制的井下回压阀及控制方法 - Google Patents

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杨清海
王斌
李�权
姜领
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Abstract

本发明公开一种通过地面管柱声波通信控制的井下回压阀及控制方法，控制方法如下：a、将井下回压阀上下端连接套管连入管串中，在地面设置地面声波激振器，地面声波激振器声波发射端连接井口；b、将步骤a中连接完成的管串下入井中，当需要控制井下回压阀时，通过地面声波激振器向井口内发射一串带有一定频率变化的声波信号；c、井下回压阀内包含的井下声波探头接收到声波信号后将其传递给井下电路板，声波信号被转化为电信号与井下电路板内置的电信号指令进行匹配，若相同，则井下电路板控制电机转子转动，否则不进行动作。本发明所公开的通过地面管柱声波通信控制的井下回压阀及控制方法可避免现有技术弹簧易腐蚀，可靠性不高的问题。

Description

通过地面管柱声波通信控制的井下回压阀及控制方法
技术领域
本发明涉及油气田钻井技术领域，具体是一种通过地面管柱声波通信控制的井下回压阀及控制方法。
背景技术
在下管柱及井下施工作业过程中，在遇到井下异常高压油气地层时，如果井底压力低于地层压力，就会引起溢流甚至井喷等井下复杂情况；此时为了避免此类井下复杂情况发生，通常在井下管柱下端安装回压阀，防止地层流体向上进入管柱内。目前井下通用的回压阀采用浮球式，依靠弹簧的弹性支撑球体实现自动开启和关闭。这种回压阀在井下使用中最大的问题就是可靠性不高，因为弹簧本身易生锈，影响本身弹性性能，同时井下环境中杂质多，容易在弹簧附近堆积，影响弹簧的伸缩，这些隐患会直接影响到回压阀的使用效果，进一步影响到下管柱及井下施工作业过程的安全性。
发明内容
发明目的：本发明的目的是针对目前技术中的不足，提供一种通过地面管柱声波通信控制的井下回压阀及控制方法，该方法同时满足远程控制、操作简单的要求。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种通过地面管柱声波通信控制的井下回压阀及控制方法，控制方法如下：
a、将井下回压阀上下端连接套管连入管串中，在地面设置地面声波激振器，地面声波激振器声波发射端连接井口；
b、将步骤a中连接完成的管串下入钻井中，当需要控制井下回压阀时，通过地面声波激振器向井口内发射一串带有一定频率变化的声波信号；
c、井下回压阀内包含的井下声波探头接收到声波信号后将其传递给井下电路板，声波信号被转化为电信号与井下电路板内置的电信号指令进行匹配，若相同，则井下电路板控制电机转子转动，否则不进行动作；
所述井下回压阀包括上接头、密封圈、电机外壳体、电机内壳体、联接套、井下电池、电机转子、井下电路板、井下声波探头、下接头、外套筒、球座和隔离球，上接头与外套筒螺纹连接；电机内壳体套接在电机外壳体内，电机内壳体与电机外壳体之间通过两端的密封圈构成密闭空间，井下电池、井下电路板和井下声波探头安装于其中；联接套与电机内壳体通过螺纹丝杆方式连接，电机转子与联接套通过螺纹联接，当电机转子旋转时，联接套可与电机转子一起旋转，电机内壳体可在螺纹丝杆的配合下，沿电机转子轴线方向向上运动；球座位于外套筒内部，为一圈环形凸起，隔离球与电机内壳体为一体，隔离球连接在电机内壳体上端，位于球座和电机内壳体之间，电机内壳体上端穿过上接头内孔延伸入外套筒内，电机内壳体管壁均匀设置有至少两个流通孔，流通孔贯穿电机内壳体管壁。
作为本方案的一种改进，所述球座内孔直径小于隔离球直径，球座内孔与隔离球接触部分经过倒圆处理。
作为本方案的一种改进，所述隔离球表面经过磨砂处理。
作为本方案的一种改进，所述电机内壳体上端具有缩口，所述流通孔均匀设置在缩口部分外壁上。
作为本方案的一种改进，所述流通孔数量为4个。
有益效果：本发明所公开的通过地面管柱声波通信控制的井下回压阀及控制方法，把地面控制指令设置成具有一定规律的频率变化的声波信号，指令通过地面声波激振器向井内发射，声波信号沿井下管柱会迅速向下传递，井下回压阀内置的井下声波探头接收到这个声波信号后，发送给井下电路板进行信号处理及识别，如果识别的信号与井下电路板内置的指令不匹配，井下回压阀不动作；如果识别的信号与井下电路板内置的指令匹配，井下回压阀开始动作，井下电池开始供电使电机转子转动。
在实际施工过程中，井下回压阀在下井时是处于开启状态，当需要关闭井下回压阀时，通过地面声波激振器向井下发送包含关闭控制命令的声波信号，声波信号从井口沿着井下管串向井下传播，当声波信号经过井下回压阀时，其上安装的井下声波探头接收到声波信号，当井下电路板识别接收到的信号为正确控制命令后，井下电路板控制井下电池供电，电机转子旋转，带动联接套旋转，联接套带动电机内壳体在螺纹丝杆的配合下向上运动一定距离，隔离球座于球座上，堵塞内部管道。当需要再次开启井下回压阀时，再次通过地面声波激振器向井下发送包含开启控制命令的声波信号，声波信号从井口沿着井下管串向井下传播，当声波信号经过井下回压阀时，其上安装的井下声波探头接收到声波信号，当井下电路板识别接收到的信号为正确控制命令后，井下电路板控制电池供电，电机转子反向旋转，带动联接套反向旋转，联接套带动电机内壳体在螺纹丝杆的配合下向下运动一定距离，隔离球与球座分离，使内部管道恢复通畅。
本发明所公开的通过地面管柱声波通信控制的井下回压阀及控制方法，能够实现在地面通过井下管柱向井下发送声波信号的通信方式远程控制井下回压阀，该方法同时满足远程控制、操作简单、开关可靠的要求，可有效避免现有技术弹簧易腐蚀，堵塞，可靠性不高的问题。
附图说明
图1、井下回压阀结构示意图；
图2、井下回压阀井下管串结构示意图；
图3、井下回压阀控制原理图；
图4、井下回压阀关闭状态图；
附图标记列表：1、上接头；2、上密封圈；3、电机外壳体；4、电机内壳体；5、联接套；6、井下电池；7、下密封圈；8、电机转子；9、井下电路板；10、井下声波探头；11、下接头；12、外套筒；13、球座；14、隔离球；15、流通孔；16、套管；17、地面声波激振器；18、井口；19、井下管串；20、井下回压阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1和图2所示是一种井下回压阀20及其管串连接方式。井下回压阀20包括上接头1、密封圈、电机外壳体3、电机内壳体4、联接套5、井下电池6、电机转子8、井下电路板9、井下声波探头10、下接头11、外套筒12、球座13和隔离球14，上接头1与外套筒12螺纹连接；电机内壳体4套接在电机外壳体3内，电机内壳体4与电机外壳体3两端分别设置有上密封圈2和下密封圈7构成密闭空间，井下电池6、井下电路板9和井下声波探头10安装于其中；联接套5与电机内壳体4通过螺纹丝杆方式连接，电机转子8与联接套5通过螺纹联接，当电机转子8旋转时，联接套5可与电机转子8一起旋转，电机内壳体4可在螺纹丝杆的配合下，沿电机转子8轴线方向向上运动；球座13位于外套筒12内部，为一圈环形凸起，隔离球14与电机内壳体4为一体，隔离球14连接在电机内壳体4上端，位于球座13和电机内壳体4之间，球座13内孔直径小于隔离球14直径，球座13内孔与隔离球14接触部分经过倒圆处理。隔离球14表面经过磨砂处理。电机内壳体4上端穿过上接头1内孔延伸入外套筒12内，电机内壳体4上端具有缩口，缩口部分外壁上均匀设置有四个流通孔15，流通孔15贯穿电机内壳体4管壁。
图3所示为井下回压阀20控制原理图。
井下回压阀20的控制方法如下：
a、将井下回压阀20上下端连接套管16连入管串中，在地面设置地面声波激振器17，地面声波激振器17声波发射端连接井口18；
b、将步骤a中连接完成的管串下入钻井中，当需要控制井下回压阀20时，通过地面声波激振器17向井口18内发射一串带有一定频率变化的声波信号；
c、井下回压阀20内包含的井下声波探头10接收到声波信号后将其传递给井下电路板9，声波信号被转化为电信号与井下电路板9内置的电信号指令进行匹配，若相同，则井下电路板9控制电机转子8转动，否则不进行动作。
步骤c中井下回压阀20具体执行的动作如下：
在实际施工过程中，井下回压阀20在下井时是处于开启状态，当需要关闭井下回压阀20时，通过地面声波激振器17向井下发送包含关闭控制命令的声波信号，声波信号从井口18沿着井下管串19向井下传播，当声波信号经过井下回压阀20时，其上安装的井下声波探头10接收到声波信号，当井下电路板9识别接收到的信号为正确控制命令后，井下电路板9控制井下电池6供电，电机转子8旋转，带动联接套5旋转，联接套5带动电机内壳体4在螺纹丝杆的配合下向上运动一定距离，隔离球14座13于球座13上，堵塞内部管道，如图4所示。当需要再次开启井下回压阀20时，再次通过地面声波激振器17向井下发送包含开启控制命令的声波信号，声波信号从井口18沿着井下管串19向井下传播，当声波信号经过井下回压阀20时，其上安装的井下声波探头10接收到声波信号，当井下电路板9识别接收到的信号为正确控制命令后，井下电路板9控制电池供电，电机转子8反向旋转，带动联接套5反向旋转，联接套5带动电机内壳体4在螺纹丝杆的配合下向下运动一定距离，隔离球14与球座13分离，使内部管道恢复通畅，如图1所示。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (5)

1.一种通过地面管柱声波通信控制的井下回压阀及控制方法，其特征在于，控制方法如下：
a、将井下回压阀(20)上下端连接套管（16）连入管串中，在地面设置地面声波激振器(17)，地面声波激振器(17)声波发射端连接井口(18)；
b、将步骤a中连接完成的管串下入井中，当需要控制井下回压阀(20)时，通过地面声波激振器(17)向井口(18)内发射一串带有一定频率变化的声波信号；
c、井下回压阀(20)内包含的井下声波探头（10）接收到声波信号后将其传递给井下电路板(9)，声波信号被转化为电信号与井下电路板(9)内置的电信号指令进行匹配，若相同，则井下电路板(9)控制电机转子(8)转动，否则不进行动作；
所述井下回压阀(20)包括上接头(1)、密封圈、电机外壳体(3)、电机内壳体(4)、联接套(5)、井下电池(6)、电机转子(8)、井下电路板(9)、井下声波探头(10)、下接头(11)、外套筒(12)、球座(13)和隔离球(14)，上接头(1)与外套筒(12)螺纹连接；电机内壳体(4)套接在电机外壳体(3)内，电机内壳体(4)与电机外壳体(3)之间通过两端的密封圈构成密闭空间，井下电池(6)、井下电路板(9)和井下声波探头(10)安装于其中；联接套(5)与电机内壳体(4)通过螺纹丝杆方式连接，电机转子(8)与联接套(5)通过螺纹联接，当电机转子(8)旋转时，联接套(5)可与电机转子(8)一起旋转，电机内壳体(4)可在螺纹丝杆的配合下，沿电机转子(8)轴线方向向上运动；球座(13)位于外套筒(12)内部，为一圈环形凸起，隔离球(14)与电机内壳体(4)为一体，隔离球(14)连接在电机内壳体(4)上端，位于球座(13)和电机内壳体(4)之间，电机内壳体(4)上端穿过上接头(1)内孔延伸入外套筒(12)内，电机内壳体(4)管壁均匀设置有至少两个流通孔(15)，流通孔(15)贯穿电机内壳体(4)管壁。
2.如权利要求1所述的一种通过地面管柱声波通信控制的井下回压阀及控制方法，其特征在于：所述球座(13)内孔直径小于隔离球(14)直径，球座(13)内孔与隔离球(14)接触部分经过倒圆处理。
3.如权利要求2所述的一种通过地面管柱声波通信控制的井下回压阀及控制方法，其特征在于：所述隔离球(14)表面经过磨砂处理。
4.如权利要求3所述的一种通过地面管柱声波通信控制的井下回压阀及控制方法，其特征在于:所述电机内壳体(4)上端具有缩口，所述流通孔(15)均匀设置在缩口部分外壁上。
5.如权利要求4所述的一种通过地面管柱声波通信控制的井下回压阀及控制方法，其特征在于：所述流通孔(15)数量为4个。
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