CN110107252A - 井下开关以及可实时监测的井下管柱系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种井下开关以及可实时监测的井下管柱系统，井下开关包括壳体、开关体以及控制器，壳体呈沿上下向的柱状设置，且上下贯通地设有内腔，内腔的下端设有内孔，内孔形成有朝上的锥形限位面，开关体沿上下向延伸且可伸缩地设于壳体的内腔，其下端设有可上下活动的开关部，内部为中空设置，且周壁上贯设有通道，开关部的形状与内孔适配，并与内孔形成沿上下向的滑动配合，用以控制通道与内腔相连通的大小，控制器用以对应控制开关体。可实时监测的井下管柱系统包括设于井内的井下管柱和设于地面的地面控制设备，井下管柱内设有监测仪器和井下开关，地面控制设备与监测仪器和井下开关电性连接，用以控制监测仪器和井下开关。
Description
技术领域
本发明属井下作业领域，具体涉及一种井下开关以及可实时监测的井下管柱系统。
背景技术
注水、注气采油是目前广泛采用的一种采油方式，是利用注水、注气设备把质量合乎要求的水、气注入地层，保持地层压力，驱替地下原油至油井。现有技术中都是采用单流阀或者反复投捞堵塞器来实现注水、注气通道的打开和关闭。但是如果只采用单流阀，则会存在密封不严而且容易被卡的情况，反复投捞堵塞器则存在作业工序多，费用高等缺点。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种井下开关以及可实时监测的井下管柱系统，井下开关可根据井下作业工况准确打开和关闭注水、注气通道，可实时监测的井下管柱系统可通过地面监测井下注水、注气参数，调整井下注水、注气电动开关以满足参数要求。
本发明提出一种井下开关，用于井下管柱的注水、注气作业，所述井下开关包括：
壳体，呈沿上下向延伸的柱状设置，所述壳体上下贯通地设有内腔，所述内腔的下端设有内径上大下小的内孔，以形成有朝上的锥形限位面；
开关体，沿上下向延伸且可伸缩地设于所述壳体的内腔，所述开关体的下端设有可上下活动的开关部，所述开关部的内部为中空设置，且周壁上贯设有通道，所述开关部的形状与所述内孔适配，并与所述内孔形成沿上下向的滑动配合，用以控制所述通道与所述内腔相连通的大小；以及，
控制器，设于所述壳体的内腔，所述控制器与所述开关体以及所述井下管柱的电缆线电性连接，用以对应控制所述开关体。
可选地，所述开关体还包括：
驱动装置，与所述控制器电性连接，所述控制器用以控制所述驱动装置；
传动装置，可上下伸缩，并与所述驱动装置的下端传动连接，所述传动装置的下端与所述开关部固定连接，用以带动所述开关部上下活动。
可选地，所述驱动装置设有转动轴，所述控制器用以控制所述转动轴逆时针转动或顺时针转动；
所述传动装置包括丝杠和丝杠副，所述丝杠的上端与所述驱动装置驱动连接，下端插入地安装于所述丝杠副，且与所述丝杠副形成上下活动配合，所述丝杠副的下端与连接杆的上端固定连接，所述连接杆的下端与所述开关部的上端固定连接。
可选地，所述丝杠副的内部设有第一台阶，所述第一台阶形成有朝上的锥形限位面，用以在所述丝杠副向上活动时与所述丝杠接触而阻挡所述丝杠副；
所述开关部的上端向外凸出形成第二台阶，所述第二台阶形成有朝下的锥形限位面，用以在所述开关部向下活动时接触所述内孔接触而阻挡所述开关部。
可选地，所述壳体包括通过螺纹上下对接的第一接头、第二接头、第三接头以及第四接头，所述第一接头的下端套设于所述第二接头的上端内，所述第二接头的上端套设于所述第三接头的上端内，所述第三接头的下端套设于所述第四接头的上端内；
所述开关体还包括套设于所述驱动装置外周的固定座，所述第二接头的内壁对应所述固定座的外周缘凹设有第三台阶，所述第三台阶形成有朝下的锥形限位面，用以使所述固定座的上部伸入所述第三台阶内，且抵接所述第三台阶处的底壁；
所述内孔设于所述第三接头，所述第四接头的上端设于所述内孔的下方，使所述开关部在向下活动时进入所述第四接头，所述第四接头的内径大于所述内孔。
可选地，所述开关部的底部为开口设置，且周壁上贯设有多个通孔，所述多个通孔呈上下间隔设置。
本发明还提出一种可实时监测的井下管柱系统，该系统包括：
管柱，沿上下向延伸，用以设于井内，所述管柱内设有监测仪器和所述井下开关；
地面控制设备，用以设于地面，通过电缆与所述监测仪器以及所述井下开关电性连接，用以控制所述监测仪器以及所述井下开关。
可选地，所述管柱内还包括沿上下向依次布设的第一油管、第二油管、第三油管；以及，
沿上下向依次布设的安全接头、封隔器、电缆内外转接器和单流阀；
其中，所述第一油管的下端依次与所述安全接头和所述封隔器连接，所述第二油管的上端与所述封隔器连接，下端与所述井下开关的上端连接，所述井下开关的下端与所述第三油管的上端连接，所述第三油管的下端与所述单流阀的上端连接，所述电缆内外转接器设于所述封隔器的下方，且与所述第二油管连接。
可选地，所述电缆内外转换器包括通过螺纹上下依次对接的上接头、偏孔接头和下接头，所述偏孔接头开设有偏心的流道孔，所述偏孔接头的外侧壁形成有凹陷部，所述凹陷部的侧壁上下贯设有电缆密封件安装孔，所述电缆密封件安装孔的上下两端设有挡板，用以将所述电缆密封件安装孔压紧于所述偏孔接头内，所述上接头、所述偏孔接头和所述下接头之间均设有密封圈。
可选地，所述单流阀的底部设有筛管丝堵。
本发明提供的技术方案中，井下开关的开关体可控制开关部的上下活动，进而控制开关部中的通道与内腔相连通的大小，达到控制流量的目的，实现最优的注入方案。在可实时监测的井下管柱系统中，监测仪器可实时监测井下注水、注气的参数，以及井下地层的各项参数，再根据参数和施工需要切换井下开关的工作状态，调整开关部与井下开关内腔的通道大小，以满足不同注入方案的实施。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的井下开关打开时的剖视结构示意图；
图2为图1中的井下开关关闭时的剖视结构示意图；
图3为本发明一实施例的可实时监测的井下管柱系统的结构示意图；
图4为图3中的电缆内外转换器的剖视结构示意图；
图5为图4中的电缆内外转换器的横截面结构示意图。
附图标号说明：
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参阅图1-图2，本发明提出的一种井下开关的一实施例，本实施例中，井下开关640用于井下管柱的注水、注气作业，具体包括壳体、开关体以及控制器120，壳体呈沿上下向的柱状设置，壳体上下贯通地设有内腔，内腔的下端设有内径上大下小的内孔340，以形成有朝上的锥形限位面，开关体沿上下向延伸且可伸缩地设于壳体的内腔，开关体的下端设有可上下活动的开关部320，开关部320的内部为中空设置，且周壁上贯设有通道，开关部320的形状与内孔340适配，并与内孔340形成沿上下向的滑动配合，用以控制通道与内腔相连通的大小，控制器120设于壳体的内腔，与开关体以及井下管柱的电缆710线电性连接，用以对应控制开关体，控制器120的上端设有电缆710接头110，外周套设有用以保护控制器120的控制器座130。
在下管柱以及施工作业过程中，需要根据设计的流量要求进行注水或者注气，本实施例的开关体可控制开关部320的上下活动，进而控制开关部320中的通道与内腔相连通的大小，达到控制流量的目的，实现最优的注入方案，通道可以是孔状或者条状，本实施例中，也可以使通道与内腔完全隔断。
进一步地，内孔340内设有多个沿上下分布的密封圈500，在开关部320上下活动时可以保证壳体的密封性。
本实施例中，开关部320的内部为中空，且底部为开口设置，开关部320的周壁上贯设有多个通孔330，多个通孔330呈上下间隔设置，内腔通过多个通孔330与开关部320的内部连通，进而与底部的开口连通，同时通过开关部320的上下活动，呈上下间隔设置的通孔330可以实现对流道大小更精确地控制。
更进一步的，开关体还包括驱动装置140和传动装置，驱动装置140与控制器120电性连接，控制器120用以控制驱动装置140，本实施例中，驱动装置140为电机，可实现更精确、更迅速的控制，使井下开关640的运行更准确可靠，根据电机的输入电压大小，控制器120使电机的旋转方向不同，从而实现对驱动方向的控制，传动装置可上下伸缩，并与驱动装置140的下端传动连接，传动装置的下端与开关部320固定连接，用以带动开关部320上下活动。
具体地，驱动装置140设有转动轴，控制器120用以控制转动轴逆时针转动或顺时针转动，传动装置包括丝杠250和丝杠副240，丝杠250的上端与驱动装置140驱动连接，下端插入地安装于丝杠副240，且与丝杠副240形成上下活动配合，丝杠副240的下端与连接杆270的上端固定连接，连接杆270的下端与开关部320的上端固定连接，由于井下开关640的内腔为狭长的通道而且长度有限，因此必须将驱动装置140的旋转运动转化为被驱动装置的往复运动，因此本实施例中，通过丝杠250和丝杠副240的配合，将驱动轴的逆时针转动或顺时针转动转化为上下运动，节省了井下开关640的内部空间，相应地，本实施例中在驱动装置140和丝杠250之间设有联轴器230。
具体地，丝杠副240的内部设有第一台阶260，第一台阶260形成有朝上的锥形限位面，用以在丝杠副240向上活动时与丝杠250接触而阻挡丝杠副240，当丝杠副240向上受到阻挡时，表明开关部320已经达到最高点，控制器120使电机自动停止运转，丝杠副240向上的行程结束。
开关部320的上端向外凸出形成第二台阶310，第二台阶形成有朝下的锥形限位面，用以在开关部320向下活动时接触内孔340接触而阻挡开关部320，当开关部320向下受到阻挡时，表明开关部320达到最低点，控制器120使电机自动停止运转，丝杠副240向下的行程结束。
壳体包括通过螺纹上下对接的第一接头100、第二接头200、第三接头300以及第四接头400，方便安装和拆卸，各接头之间均设有密封圈500，保证壳体的密封性，各密封圈500的大小根据各接头的内径设定，第一接头100的下端设于第二接头200的上端内，第二接头200的上端套设于第三接头300的上端内，第三接头300的下端套设于第四接头400的上端的内腔，开关体还包括套设于驱动装置140外周的固定座210，第二接头200的内壁对应固定座210的外周缘凹设有第三台阶220，第三台阶形成有朝下的锥形限位面，
用以使第一接头100的下端与第三台阶220上下夹持固定座210，本实施例中，固定座210的上端与控制器座130螺纹连接，提高密封性，在安装开关体时可以方便找到驱动装置140以及固定座210的安装位置，在拆卸时可以在拆开第一接头100和第二接头200时取出驱动装置140以及固定座210，使井下开关640更方便安装或拆卸，内孔340设于第三接头300，第四接头400的上端设于内孔340的下方，使开关部320在向下活动时进入第四接头400，第四接头400的内径大于内孔340，使内腔与壳体底部的开口形成流道。
更进一步的，第三台阶220的内壁沿周向设有多个键槽(附图未示出)，固定座210的外周壁对应设有多个凸起(附图未示出)，多个键槽与多个凸起形成配合，当丝杠250和丝杠副240在旋转时，键槽与凸起使电机位置稳固，避免被带动一起旋转。
请参阅图3-图5，本发明提出的一种可实时监测的井下管柱系统的一实施例，本实施例中，可实时监测的井下管柱系统包括管柱(附图未示出)和地面控制设备700，管柱沿上下向延伸，用以设于井内，管柱内设有监测仪器630和井下开关640，其中井下开关640为本发明所提出的井下开关640，地面控制设备700用以设于地面，通过电缆710与监测仪器630以及井下开关640电性连接，用以控制监测仪器630以及井下开关640，监测仪器630可实时监测井下注水、注气的参数，以及井下地层的各项参数，再根据参数和施工需要切换井下开关640的工作状态，调整开关部320与井下开关640内腔的通道大小，以满足不同注入方案的实施。
具体地，管柱内还包括沿上下向依次布设的第一油管611、第二油管612、第三油管613以及沿上下向依次布设的安全接头620、封隔器800、电缆内外转接器900和单流阀650，其中，第一油管611的下端依次与安全接头620和封隔器800连接，第二油管612的上端与封隔器800连接，下端与井下开关640的上端连接，井下开关640的下端与第三油管613的上端连接，第三油管613的下端与单流阀650的上端连接，电缆内外转接器900设于封隔器800的下方，且与第二油管612连接。
安全接头620设在封隔器800的上方，在起管柱遇卡时可投球丢手，然后起出封隔器800的上部管柱和电缆710，再下打捞器打捞即可，封隔器800设于目标地层的上方，起坐封作用，单流阀650设有剪钉，当坐封压力达到剪钉的剪力值时，剪钉断开，单流阀650可防止地层反吐，相应地，根据坐封压力的不同，可以调整剪钉的直径。
在下管柱过程中，井下开关640处于打开状态，地层液体可通过单流阀650进入油管610，下放到指定层位后，油管610开始向下打压，首先坐封封隔器800，不断提高压力后，剪钉断开，油管610内压力下降，说明单流阀650的从上至下的正向通道打开，可开始注水、注气，停注时，通过地面控制设备700给井下开关640供电，进而关闭注入通道。在作业过程中可以根据地面控制设备700采集的数据，分析判断最优的注入方案，通过地面控制设备700调整井下开关640的通道大小。
本实施例中，单流阀650的底部设有筛管丝堵，防止异物进入井下管柱内，起到密封和过滤作用，有效防止井下管柱泄露。
本实施例中，电缆内外转换器900包括通过螺纹上下依次对接的上接头910、偏孔接头920和下接头930，偏孔接头920开设有偏心的流道孔923，偏孔接头920的外侧壁形成有凹陷部，凹陷部的侧壁上下贯设有电缆密封件安装孔921，电缆密封件安装孔921的上下两端设有挡板922，用以将电缆密封件安装孔921压紧于偏孔接头920内，上接头910、偏孔接头920和下接头930之间均设有密封圈500，各密封圈500的大小根据各接头的内径设定。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种井下开关，用于井下管柱的注水、注气作业，其特征在于，包括：
壳体，呈沿上下向延伸的柱状设置，所述壳体上下贯通地设有内腔，所述内腔的下端设有内径上大下小的内孔，以形成有朝上的锥形限位面；
开关体，沿上下向延伸且可伸缩地设于所述壳体的内腔，所述开关体的下端设有可上下活动的开关部，所述开关部的内部为中空设置，且周壁上贯设有通道，所述开关部的形状与所述内孔适配，并与所述内孔形成沿上下向的滑动配合，用以控制所述通道与所述内腔相连通的大小；以及，
控制器，设于所述壳体的内腔，所述控制器与所述开关体以及所述井下管柱的电缆线电性连接，用以对应控制所述开关体。
2.如权利要求1所述的井下开关，其特征在于，所述开关体还包括：
驱动装置，与所述控制器电性连接，所述控制器用以控制所述驱动装置；
传动装置，可上下伸缩，并与所述驱动装置的下端传动连接，所述传动装置的下端与所述开关部固定连接，用以带动所述开关部上下活动。
3.如权利要求2所述的井下开关，其特征在于，所述驱动装置设有转动轴，所述控制器用以控制所述转动轴逆时针转动或顺时针转动；
所述传动装置包括丝杠和丝杠副，所述丝杠的上端与所述驱动装置驱动连接，下端插入地安装于所述丝杠副，且与所述丝杠副形成上下活动配合，所述丝杠副的下端与连接杆的上端固定连接，所述连接杆的下端与所述开关部的上端固定连接。
4.如权利要求3所述的井下开关，其特征在于，所述丝杠副的内部设有第一台阶，所述第一台阶形成有朝上的锥形限位面，用以在所述丝杠副向上活动时与所述丝杠接触而阻挡所述丝杠副；
所述开关部的上端向外凸出形成第二台阶，所述第二台阶形成有朝下的锥形限位面，用以在所述开关部向下活动时接触所述内孔接触而阻挡所述开关部。
5.如权利要求2所述的井下开关，其特征在于，所述壳体包括通过螺纹上下对接的第一接头、第二接头、第三接头以及第四接头，所述第一接头的下端套设于所述第二接头的上端内，所述第二接头的上端套设于所述第三接头的上端内，所述第三接头的下端套设于所述第四接头的上端内；
所述开关体还包括套设于所述驱动装置外周的固定座，所述第二接头的内壁对应所述固定座的外周缘凹设有第三台阶，所述第三台阶形成有朝下的锥形限位面，用以使所述固定座的上部伸入所述第三台阶内，且抵接所述第三台阶处的底壁；
所述内孔设于所述第三接头，所述第四接头的上端设于所述内孔的下方，使所述开关部在向下活动时进入所述第四接头，所述第四接头的内径大于所述内孔。
6.如权利要求1所述的井下开关，其特征在于，所述开关部的底部为开口设置，且周壁上贯设有多个通孔，所述多个通孔呈上下间隔设置。
7.一种可实时监测的井下管柱系统，其特征在于，包括：
管柱，沿上下向延伸，用以设于井内，所述管柱内设有监测仪器和井下开关，所述井下开关为权利要求1-6中任一项所述的井下开关；
地面控制设备，用以设于地面，通过电缆与所述监测仪器以及所述井下开关电性连接，用以控制所述监测仪器以及所述井下开关。
8.如权利要求7所述的可实时监测的井下管柱系统，其特征在于，所述管柱内还包括沿上下向依次布设的第一油管、第二油管、第三油管；以及，
沿上下向依次布设的安全接头、封隔器、电缆内外转接器和单流阀；
其中，所述第一油管的下端依次与所述安全接头和所述封隔器连接，所述第二油管的上端与所述封隔器连接，下端与所述井下开关的上端连接，所述井下开关的下端与所述第三油管的上端连接，所述第三油管的下端与所述单流阀的上端连接，所述电缆内外转接器设于所述封隔器的下方，且与所述第二油管连接。
9.如权利要求8所述的可实时监测的井下管柱系统，其特征在于，所述电缆内外转换器包括通过螺纹上下依次对接的上接头、偏孔接头和下接头，所述偏孔接头开设有偏心的流道孔，所述偏孔接头的外侧壁形成有凹陷部，所述凹陷部的侧壁上下贯设有电缆密封件安装孔，所述电缆密封件安装孔的上下两端设有挡板，用以将所述电缆密封件安装孔压紧于所述偏孔接头内，所述上接头、所述偏孔接头和所述下接头之间均设有密封圈。
10.如权利要求8所述的可实时监测的井下管柱系统，其特征在于，所述单流阀的底部设有筛管丝堵。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112682005A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-20 | 四川省科学城久利电子有限责任公司 | 一种新型配水器调节结构 |
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