CN109505563A - 井下电动驱动机械接口及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下电动驱动机械接口及其工作方法，井下电动驱动机械接口包括上接头、外筒、电池、电路板、步进电机、螺杆、下接头和心轴，上接头和下接头连接，外筒设置在上接头和下接头之间，在外筒和上接头之间形成一个环空，电池和电路板设置在环空中，步进电机设置在下接头内，步进电机通过螺杆和心轴相连，下接头和被执行工具的套筒相连，心轴和被执行工具的心轴相连，电池为电路板和步进电机提供动力，电路板用于控制步进电机开启和关闭。本发明直接利用电动驱动的机械接口结构简单，可以实现多次开启和关闭，适用范围广，可靠性高。

Description

井下电动驱动机械接口及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种井下电动驱动机械接口及其工作方法，主要应用在井下作业中，特别是在应用在井下作业工具中。

背景技术

在井下作业中往往需要通过操作井下工具实现特定的作业目的，如利用压差打开滑套，上提下放管柱实现桥塞坐封等。大多数井下工具的操作通过压差或者通过移动管柱驱使心轴和套筒之间相对运动来实现。随着技术进步，也有部分工具如专利201020138311.1，其公开日为2010-11-03，再如201080059963 .9，其公开日为2017-07-28，利用了一种电驱液，然后利用液压驱动组件实现井下工具的功能。

但上述现有技术还存在如下不足：

（1）采用电驱液的方式，利用液压驱动组件驱动中的液动阀等液动元件，结构较复杂，降低了井下工具的可靠性。

（2）需要依赖钢丝、电缆、光纤等介质传递开启关闭信号，采用压力传感器等信号获取部件，需要井口操作环空压力，操作复杂，作业成本高。

（3）采用电驱液的方式，受动力限制，无法实现多次开启和关闭。

（4）上述技术将井下运动的功能分散在多个工具上，可扩展性不强。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种井下电动驱动机械接口及其工作方法。本发明直接利用电动驱动的机械接口结构简单，可以实现多次开启和关闭，适用范围广，可靠性高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种井下电动驱动机械接口，其特征在于：包括上接头、外筒、电池、电路板、步进电机、螺杆、下接头和心轴，上接头和下接头连接，外筒设置在上接头和下接头之间，在外筒和上接头之间形成一个环空，电池和电路板设置在环空中，步进电机设置在下接头内，步进电机通过螺杆和心轴相连，下接头和被执行工具的套筒相连，心轴和被执行工具的心轴相连，电池为电路板和步进电机提供动力，电路板用于控制步进电机开启和关闭。

所述步进电机设置在下接头的壁内，心轴上端位于下接头内腔中。

所述电路板包括电池管理模块、可编程控制器和中央处理器，电池管理模块与电池连接，可编程控制器与中央处理器连接，通过可编程控制器和中央处理器控制现步进电机开启和关闭。

一种井下电动驱动机械接口的工作方法，其特征在于：在地面通过操作电路板，预先设置步进电机工作参数，然后将设置完成的井下电动驱动机械接口通过不同机械接头和被执行的井下工具相连，随作业管柱下放至井下；在预设的开启时间开始工作，驱使心轴和下接头之间相对运动来实现被执行工具心轴和套筒之间相对运动，完成井下工具的功能。

所述方法中，步进电机和螺杆相连，步进电机转动角位移，通过螺杆将角位移转化为纵向位移，从而控制心轴的位移。

采用本发明的优点在于：

（1）采用电机直接驱动，取消了电驱液，然后利用液压驱动组件驱动中的液动阀等液动元件，结构大幅简化，提高了井下工具的可靠性。

（2）本发明无需依赖钢丝、电缆、光纤等介质传递开启关闭信号，也没有压力传感器等信号获取部件，仅依靠时间设置实现井下工具的操作，其动力源来源于电池，不需要井口操作环空压力，操作简单，适用于工程需求明确的井下作业中。采用这种方法还可以降低作业成本，特别适合一些无需取出直接丢弃的井下工具的作业中。

（3）由于采用电动驱动，本发明可以实现多次开启和关闭，其开关次数仅依赖井下电池动力限制。

（4）本发明将井下运动的功能集成在一个工具上，仅通过更换不同机械连接方法即可和井下工具执行部件相连，可扩展性强。

综上，相比电驱液，然后利用液压驱动组件的方法，本发明直接利用电动驱动的机械接口结构简单，适用范围广，可靠性高，是目前井下工具驱动的发展方向。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图中标记为：1、上接头，2、外筒，3、电池，4、电路板，5、步进电机，6、螺杆，7、下接头，8、心轴。

具体实施方式

实施例1

一种井下电动驱动机械接口，包括上接头1、外筒2、电池3、电路板4、步进电机5、螺杆6、下接头7和心轴8，上接头1和下接头7连接，外筒2设置在上接头1和下接头7之间，在外筒2和上接头1之间形成一个环空，电池3和电路板4设置在环空中，步进电机5设置在下接头7内，步进电机5通过螺杆6和心轴8相连，下接头7和被执行工具的套筒相连，心轴8和被执行工具的心轴相连，电池3为电路板4和步进电机5提供动力，电路板4用于控制步进电机5开启和关闭。

所述步进电机5设置在下接头7的壁内，心轴8上端位于下接头内腔中。

所述电路板4包括电池管理模块、可编程控制器和中央处理器，电池管理模块与电池3连接，可编程控制器与中央处理器连接，通过可编程控制器和中央处理器控制现步进电机5开启和关闭。

一种井下电动驱动机械接口的工作方法，包括：在地面通过操作电路板，预先设置步进电机工作参数，然后将设置完成的井下电动驱动机械接口通过不同机械接头和被执行的井下工具相连，随作业管柱下放至井下；在预设的开启时间开始工作，驱使心轴8和下接头7之间相对运动来实现被执行工具心轴和套筒之间相对运动，完成井下工具的功能。

所述方法中，步进电机5和螺杆6相连，步进电机5转动角位移，通过螺杆将角位移转化为纵向位移，从而控制心轴8的位移。

实施例2

本实施例结合附图对本发明做进一步说明。

如图所示，本发明所涉及的井下电动驱动机械接口由8个部分组成：上接头1，外筒2，电池3，电路板4，步进电机5，螺杆6，下接头7，心轴8。

上接头1和下接头7上部相连，外筒2放置在上接头1和下接头7之间。电池3和电路板4放置在上接头1和外筒2之间的环空中。步进电机5放置在下接头7里，通过螺杆6和心轴8相连。

电路板4和步进电机5由电池3提供动力。其中电路板4主要是用来控制步进电机5开启和关闭。电路板上具备电池管理模块、可编程控制器和中央处理器，可编程控制器存储控制程序，由中央处理器实现时钟功能。利用可编程控制器和中央处理器即可实现步进电机5开启和关闭。

步进电机5和螺杆6相连，由于步进电机5可实现精确转动角位移，通过螺杆6可将角位移转化为纵向位移。最终实现心轴8的精确位移。如前所述，下接头7和被执行工具的套筒相连，心轴8被执行工具的心轴相连。由此即可实现被执行工具的心轴和套筒相对精确位移，实现被执行工具的功能。通过更换不同机械连接方法可和井下工具执行部件相连。

其技术原理如下所示：在地面通过操作电路板，预先设置步进电机工作开始时间、工作时间、转速等参数，然后将设置完成的井下电动驱动机械接口通过不同机械接头和被执行的井下工具相连，其中下接头7和被执行工具的套筒相连，心轴8和被执行工具的心轴相连，然后随作业管柱下放至井下。在预设的开启时间开始工作，驱使心轴8和下接头7之间相对运动来实现被执行工具心轴和套筒之间相对运动，最终完成井下工具的功能。

Claims (5)

1.一种井下电动驱动机械接口，其特征在于：包括上接头（1）、外筒（2）、电池（3）、电路板（4）、步进电机（5）、螺杆（6）、下接头（7）和心轴（8），上接头（1）和下接头（7）连接，外筒（2）设置在上接头（1）和下接头（7）之间，在外筒（2）和上接头（1）之间形成一个环空，电池（3）和电路板（4）设置在环空中，步进电机（5）设置在下接头（7）内，步进电机（5）通过螺杆（6）和心轴（8）相连，下接头（7）和被执行工具的套筒相连，心轴（8）和被执行工具的心轴相连，电池（3）为电路板（4）和步进电机（5）提供动力，电路板（4）用于控制步进电机（5）开启和关闭。

2.根据权利要求1所述的井下电动驱动机械接口，其特征在于：所述步进电机（5）设置在下接头（7）的壁内，心轴（8）上端位于下接头内腔中。

3.根据权利要求2所述的井下电动驱动机械接口，其特征在于：所述电路板（4）包括电池管理模块、可编程控制器和中央处理器，电池管理模块与电池（3）连接，可编程控制器与中央处理器连接，通过可编程控制器和中央处理器控制现步进电机（5）开启和关闭。

4.根据权利要求1所述的井下电动驱动机械接口的工作方法，其特征在于：在地面通过操作电路板，预先设置步进电机工作参数，然后将设置完成的井下电动驱动机械接口通过不同机械接头和被执行的井下工具相连，随作业管柱下放至井下；在预设的开启时间开始工作，驱使心轴（8）和下接头（7）之间相对运动来实现被执行工具心轴和套筒之间相对运动，完成井下工具的功能。

5.根据权利要求4所述的井下电动驱动机械接口的工作方法，其特征在于：所述方法中，步进电机（5）和螺杆（6）相连，步进电机（5）转动角位移，通过螺杆将角位移转化为纵向位移，从而控制心轴（8）的位移。