CN109372496A - 注水井脉冲发生器高压自补偿机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了注水井脉冲发生器高压自补偿机构，包括腔体、中间体、封堵体，所述腔体为密封油腔体，所述中间体为中空驱动主轴，所述封堵体为浮动活塞，所述密封油腔体的腔体内为密封油腔，所述中空驱动主轴中心开设活塞腔，活塞腔中安装浮动活塞，所述中空驱动主轴径向开设压力自补偿通道，所述压力自补偿通道一端连通活塞腔，另一端连通密封油腔，所述压力自补偿通道直径小于活塞腔直径。本发明在驱动系统工作过程中，通过液压油腔的体积自适应进行压力补偿，改善密封件单向承压受力状态，平衡环境流体的冲击力，同时能够润滑内部轴承等部件，提高脉冲发生器的工作可靠性。

Description

注水井脉冲发生器高压自补偿机构

技术领域

本发明涉及油田注水工艺中脉冲发生装置的压力补偿技术，具体地说是注水井脉冲发生器高压自补偿机构。

背景技术

油田注水开发过程中，为了获取井下各注水层的注水量，需要井口提放流量计进行分层测试。随着机电一体化技术、智能注采控制技术的进步，对分层测试技术也提出了简单易行的技术要求，为此开展了井下压力脉冲信号传输技术的研究，利用井下脉冲发生器将采集的分层流量数据通过压力波传输至井口。脉冲发生器工作在注水井井下高温高压环境中，恶劣的井下条件对脉冲发生器的寿命是一个巨大的挑战。

现有的钻井用井下脉冲发生器在运动过程中通过泥浆流动驱动涡轮，涡轮和内部磁钢同步转动来驱动液压柱塞泵工作，柱塞泵通过油路循环将涡轮的旋转运动转化成节流阀的上下往复运动，油路循环过程中实现了系统的润滑和冷却。

注水井中，水流量小，空间小，无法依靠驱动涡轮形成有效的动力，需要采用电机驱动，电机输出的动力经过减速器，磁力耦合器，驱动轴来驱动脉冲阀旋转运动，从而形成压力脉冲，整个驱动系统在密封油腔中工作，驱动轴受到脉冲阀传递的轴向水力冲击，轴承在高温环境下需要润滑工作，液压油腔由于高温膨胀形成高压，容易与水环境形成大压差，同时外部水流对轴承等部件也会造成冲击，内外压力的不平衡，导致密封件漏失失效，影响井下脉冲发生器的工作寿命，针对上述问题设计了注水井脉冲发生器高压自补偿机构。

经检索专利文献，申请号：201210065479.8，公开日2014-09-10公开了一种压力补偿装置，该压力补偿装置包括腔体、安装体和封堵件，其中，腔体具有能够自由收缩和膨胀的腔室主体和位于该腔室主体一端的开口部；安装体在内部具有流道，且该流道的一端与腔体的开口部密闭连接，另一端安装有封堵件。当环境的压力升高时，压力补偿装置能够通过腔体的收缩来使其内部的液压油等流体的压力增大，从而阻止仪器的进一步变形，实现压力补偿功能。反之，当环境的压力降低时，所述压力补偿装置的腔体能够发生膨胀以降低压力补偿装置内部的压力，从而阻止仪器的进一步变形，实现压力补偿功能。

公开文献中腔体通过腔室主体的收缩和膨胀(腔室主体由能够发生弹性变形的材料构成，)来改变体积的，本申请中密封油腔体由密封圈座、中空驱动主轴、浮动活塞和零部件间隙构成，且上述零部件均由刚性材料制成，密封油腔体的体积通过浮动活塞的运动来改变。该装置能够平衡外界冲击力以及润滑油升温造成的压力不平衡。

与公开文献对比，本申请应用于油田注水工艺中的脉冲发生装置，通过密封圈座、中空驱动主轴、浮动活塞和零部件间隙构成密闭油腔体，没有单独的腔体，节省了空间；构成密闭油腔体的零部件都为刚体，密封油腔体的体积通过浮动活塞的运动来改变，本申请润滑油和环境流体分开，不会对润滑系统造成损害。

发明内容

本发明的目的在于提供注水井脉冲发生器高压自补偿机构，在驱动系统工作过程中，通过液压油腔的体积自适应进行压力补偿，改善密封件单向承压受力状态，平衡环境流体的冲击力，同时能够润滑内部轴承等部件，提高脉冲发生器工作可靠性。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，注水井脉冲发生器高压自补偿机构，包括腔体、中间体、封堵体，所述腔体为密封油腔体，所述中间体为中空驱动主轴，所述封堵体为浮动活塞，所述密封油腔体的腔体内为密封油腔，所述中空驱动主轴中心开设活塞腔，活塞腔中安装浮动活塞，所述中空驱动主轴径向开设压力自补偿通道，所述压力自补偿通道一端连通活塞腔，另一端连通密封油腔。

所述压力自补偿通道直径小于活塞腔直径。

所述浮动活塞外壁设置密封圈，密封于活塞腔内壁。

所述中空驱动主轴外壁设置密封圈座和密封圈，密封于密封油腔体内壁。

所述浮动活塞在中空驱动主轴内运动，中空驱动主轴上端有注油螺钉，所述注油螺钉中心留有注油通道，并且防止活塞冲出主轴腔体。

所述中空驱动主轴外壁还通过轴承和轴承压座连接密封油腔体内壁。

所述中空驱动主轴下端圆周外壁浸没在密封油腔体内的润滑油中

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

中空驱动主轴等零部件在高温环境下通过油润滑工作，液压油腔产生高温膨胀，内压高于环境压力形成大压差，作用在密封圈内部，此时，浮动活塞上移，增大了油腔的体积，降低油腔密封压力，使密封圈单向承压降低；当中空驱动主轴受到外部流体传递的轴向水力冲击或驱动系统停止工作时，密封油腔温度和压力降低，环境压力高于内部油压密封腔形成压差，作用在密封圈外部，此时，浮动活塞下移，挤压密封油腔，使油腔压力与外部水压平衡，实现压力自补偿，如此往复运动，起到润滑轴承、平衡内外压差的作用。

1)浮动活塞的上下运动起到平衡内外压力的作用，减小密封圈承压，提高了工作可靠性；2)浮动活塞实现了油、水腔的有效隔离，在上下冲程范围内满足了压力补偿的需求；3)实现了井下高温高压环境中，密封油腔对运动部件的润滑和降温。

附图说明

图1为本发明注水井脉冲发生器高压自补偿机构的结构示意图。

图中：注油螺钉1、密封圈座2、浮动活塞3、轴承4、压力自补偿通道5、中空驱动主轴6、轴承压座7、密封油腔体8。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅为参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

如附图1所示，注水井脉冲发生器高压自补偿机构，包括腔体、中间体、封堵体，所述腔体为密封油腔体8，所述中间体为中空驱动主轴6，所述封堵体为浮动活塞3，所述中空驱动主轴6下端浸没在密封油腔体中，径向留有压力自补偿通道5与密封油腔体8相通，所述密封油腔体8的腔体内为密封油腔，所述中空驱动主轴6中心开设活塞腔，活塞腔中安装浮动活塞3，所述中空驱动主轴径向开设压力自补偿通道5，所述压力自补偿通道一端连通活塞腔，另一端连通密封油腔。所述压力自补偿通道直径小于活塞腔直径。

所述浮动活塞3外壁设置密封圈，密封于活塞腔内壁。所述中空驱动主轴外壁设置密封圈座2和密封圈，密封于密封油腔体内壁。所述浮动活塞3在中空驱动主轴6内运动，中空驱动主轴上端有注油螺钉1，所述注油螺钉中心留有注油通道，并且防止浮动活塞冲出中空驱动主轴腔体。所述中空驱动主轴与密封油腔体通过密封圈座2、轴承4和轴承压座7连接。所述中空驱动主轴下端圆周外壁与密封油腔体内壁之间形成环空，环空内灌满润滑油，润滑置于其中的轴承等部件，密封油腔体体积的改变还能起到平衡内外压力的作用。

参见附图1，本发明主要由浮动活塞、中空驱动主轴、密封油腔组成。所述浮动活塞装在中空驱动主轴中。驱动系统(包括中空驱动主轴、轴承、减速器等)在密封油腔中工作，轴承在高温环境下通过油润滑工作。中空驱动主轴是驱动系统的一部分。

当液压油腔产生高温膨胀，内压高于环境压力形成大压差时，作用在密封圈内部和浮动活塞上，此时，浮动活塞上移，增大了油腔的体积，降低油腔密封压力，使密封圈单向承压降低；

当中空驱动主轴受到外部流体传递的轴向水力冲击或驱动系统停止工作时，密封油腔温度和压力降低，环境压力高于密封油腔内部压力形成压差，作用在密封圈外部和浮动活塞上，此时，浮动活塞下移，挤压密封油腔，使油腔压力与外部水压平衡，实现压力自补偿，如此往复运动，起到润滑轴承、平衡内外压差的作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。

Claims (7)

1.注水井脉冲发生器高压自补偿机构，包括腔体、中间体、封堵体，其特征在于，所述腔体为密封油腔体，所述中间体为中空驱动主轴，所述封堵体为浮动活塞，所述密封油腔体的腔体内为密封油腔，所述中空驱动主轴中心开设活塞腔，活塞腔中安装浮动活塞，所述中空驱动主轴径向开设压力自补偿通道，所述压力自补偿通道一端连通活塞腔，另一端连通密封油腔。

2.根据权利要求1所述的注水井脉冲发生器高压自补偿机构，其特征在于，所述压力自补偿通道直径小于活塞腔直径。

3.根据权利要求1或2所述的注水井脉冲发生器高压自补偿机构，其特征在于，所述浮动活塞外壁设置密封圈，密封于活塞腔内壁。

4.根据权利要求1或2所述的注水井脉冲发生器高压自补偿机构，其特征在于，所述中空驱动主轴外壁设置密封圈座和密封圈，密封于密封油腔体内壁。

5.根据权利要求1或2所述的注水井脉冲发生器高压自补偿机构，其特征在于，所述浮动活塞在中空驱动主轴内运动，中空驱动主轴上端有注油螺钉，所述注油螺钉中心留有注油通道，并且防止活塞冲出主轴腔体。

6.根据权利要求1或2所述的注水井脉冲发生器高压自补偿机构，其特征在于，所述中空驱动主轴外壁还通过轴承和轴承压座连接密封油腔体内壁。

7.根据权利要求1或2所述的注水井脉冲发生器高压自补偿机构，其特征在于，所述中空驱动主轴下端圆周外壁浸没在密封油腔体内的润滑油中。