CN110424914A - 用于套管井的液压支撑装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于石油天然气工业测井及钻完井技术领域,尤其是涉及一种用于套管井的液压支撑装置,其特征在于包括地面控制系统,电缆,液控单元,支撑单元,液控单元包括平衡外筒,平衡活塞,引线管,承压盘,电机,液压泵,电磁换向阀Ⅰ和电磁换向阀Ⅱ,电磁换向阀Ⅰ连接至支撑单元,电磁换向阀Ⅱ连接至支撑单元,支撑单元包括主体,设置在此主体上的数个阶梯形孔道,分别设置在每个阶梯形孔道内的活塞,卡瓦,弹簧,压帽,分别与数个阶梯形孔道相连接的一个流道Ⅱ和数个流道Ⅰ。本发明采用液压为动力,推动卡瓦伸出,卡瓦与井筒套管壁啮合,形成锁紧力将仪器固定,以进行下一步施工作业,完成施工后,切换液压进出口,推动卡瓦缩回,解除锚定。

Description

用于套管井的液压支撑装置
技术领域
本发明属于石油天然气工业测井及钻完井技术领域,尤其是涉及一种用于套管井的液压支撑装置。
背景技术
在石油天然气勘探和开发过程中,经常用电缆将仪器下入井内,进行钻孔、取样等作业,施工前首先将仪器固定到井内套管上,目前井下仪器普遍用液压支撑臂实现这一功能,液压支撑臂受其结构特点的影响,和井壁形成的支撑力相对较小,能满足常规作业需求,但面临钻孔解卡等特殊工况时,难以满足要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种以液压为动力,形成锁紧力的用于套管井的液压支撑装置,解决了当前液压支撑臂存在的不足,尤其适合大功率、功能复杂的井下仪器配套使用。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的:
本发明的用于套管井的液压支撑装置,其特征在于包括地面控制系统,与此地面控制系统相连接的电缆,与此电缆相连接的液控单元,与此液控单元相连接的支撑单元,
所述的液控单元包括平衡外筒,设置在此平衡外筒内部且与平衡外筒内壁滑动连接的平衡活塞,设置在所述平衡外筒内的引线管,设置在此引线管内的电线,设置在所述平衡外筒内部的支撑框架,与此支撑框架底部固定连接的承压盘,固定在所述支撑框架上且通过所述电线与所述电缆相连接的电机,与此电机的输出端相连接的联轴器,与此联轴器相连接的液压泵,与此液压泵的输出端相连接的溢流阀,与此溢流阀相连接的三通阀,分别与此三通阀相连接的电磁换向阀Ⅰ和电磁换向阀Ⅱ,所述的电磁换向阀Ⅰ通过液压管Ⅰ经所述的承压盘连接至所述的支撑单元,所述的电磁换向阀Ⅱ通过液压管Ⅱ经所述的承压盘连接至所述的支撑单元,所述的承压盘与所述的平衡外筒固定连接,
所述的支撑单元包括通过螺钉Ⅰ和螺钉Ⅱ与所述平衡外筒固定连接的主体,设置在此主体上且以主体轴对称布置的数个阶梯形孔道,分别设置在每个阶梯形孔道内的活塞,与此活塞通过螺纹连接的卡瓦,设置在所述活塞与卡瓦间的弹簧,与每个阶梯型孔道通过螺纹连接的压帽,分别与所述数个阶梯形孔道相连接的一个流道Ⅱ和数个流道Ⅰ,每个流道Ⅰ均与所述的液压管Ⅰ相连接,所述的流道Ⅱ与所述的主体同轴且与所述的液压管Ⅱ相连接,
每个阶梯型孔道内的卡瓦设置在压帽内且与压帽间隙配合。
所述的平衡活塞为环形结构,在所述的平衡活塞的内圈和外圈均设有密封圈。
所述的电磁换向阀Ⅰ和电磁换向阀Ⅱ均为两位三通换向阀。
所述的承压盘外圈设有密封圈。
所述的主体为下部为圆形或锥形的圆柱体结构。
所述的活塞的外圈设有一组密封圈。
所述的卡瓦为线接触卡瓦或点接触卡瓦,所述卡瓦的外端为弧面结构,此弧面结构的曲率和目标套管井的内径一致。
所述的压帽的内圈设有一组密封圈。
所述的弹簧为圆形或矩形的压缩弹簧。
本发明的优点:
(1)本发明的用于套管井的液压支撑装置,采用液压为动力,推动卡瓦伸出,卡瓦与井筒套管壁啮合,形成锁紧力将仪器固定,以进行下一步施工作业,完成施工后,切换液压进出口,推动卡瓦缩回,解除锚定;
(2)本发明的用于套管井的液压支撑装置,液压力通过活塞直接作用到卡瓦及套管内壁上,其锚定力远大于常规液压支撑臂,并且可以增加活塞数量提高锚定力,工作稳定可靠;
(3)本发明的用于套管井的液压支撑装置,突遇井下仪器故障时,在断电状态下,支撑装置依靠弹簧作用力自动复位,安全性高,便于推广;
(4)本发明的用于套管井的液压支撑装置,可以更换不同的卡瓦结构以满足不同井型和井况的工作需求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的液控单元的结构示意图。
图3为本发明液控单元的工作原理图。
图4为本发明的支撑单元的结构示意图。
图5为本发明图4的A-A视图。
图6为本发明两种卡瓦形式的结构示意图。
图7为本发明的锚定和解封两种工作状态的示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1-7所示,本发明的用于套管井的液压支撑装置,其特征在于包括地面控制系统17,与此地面控制系统17相连接的电缆18,与此电缆18相连接的液控单元19,与此液控单元19相连接的支撑单元20,
所述的液控单元19包括平衡外筒3,设置在此平衡外筒3内部且与平衡外筒3内壁滑动连接的平衡活塞2,设置在所述平衡外筒3内的引线管1,设置在此引线管1内的电线,设置在所述平衡外筒3内部的支撑框架7,与此支撑框架7底部固定连接的承压盘12,固定在所述支撑框架7上且通过所述电线与所述电缆18相连接的电机4,与此电机4的输出端相连接的联轴器5,与此联轴器5相连接的液压泵6,与此液压泵6的输出端相连接的溢流阀8,与此溢流阀8相连接的三通阀9,分别与此三通阀9相连接的电磁换向阀Ⅰ10和电磁换向阀Ⅱ11,所述的电磁换向阀Ⅰ10通过液压管Ⅰ15经所述的承压盘12连接至所述的支撑单元20,所述的电磁换向阀Ⅱ11通过液压管Ⅱ16经所述的承压盘12连接至所述的支撑单元20,所述的承压盘12与所述的平衡外筒3固定连接。
引线管1是一种内外壁光洁的不锈钢管,能承受井内液柱压力,保护其中间的电线;平衡活塞2为环形结构,在平衡活塞2的内圈和外圈均设有密封圈,将井内液体和液控单元19内的液压油隔离,平衡外筒3内壁光洁,以便平衡活塞2沿其轴向移动;联轴器5两端分别连接电机4的输出轴和液压泵6的输入轴,并允许两者存在不同轴;溢流阀8是液压系统的恒压元件,确保系统油压稳定在一个设定值,三通阀9能将一个输入油路分成两个支路,电磁换向阀Ⅰ10是两位三通换向阀,在不通电时处于常开位置,通电后处于连通位置,电磁换向阀Ⅱ11也是两位三通换向阀,电磁换向阀Ⅱ11功能和电磁换向阀Ⅰ10相同,通过切换电磁换向阀Ⅰ10、电磁换向阀Ⅱ11能实现液压支撑装置在锚定和解封两种不同状态的切换,两个电磁换向阀均是常开阀,不通电时处于复位状态,当电磁换向阀Ⅱ11通电时,油压进入液压管Ⅱ16,液压支撑装置锚定,当电磁换向阀Ⅰ10通电时,油压进入液压管Ⅰ15,液压支撑装置解封,两个电磁换向阀不能同时供电;承压盘12固定在支撑框架7上,外圈安装有密封圈,将内部液压油和外部井液隔离,并将电磁换向阀Ⅰ10和电磁换向阀Ⅱ11通过液压管Ⅰ15和液压管Ⅱ16引入到支撑单元20,各元件之间均用液压管连接,液压管是中空的金属管或其他类型管道,中间流通液压油。
所述的支撑单元20包括通过螺钉Ⅰ13和螺钉Ⅱ14与所述平衡外筒3固定连接的主体27,设置在此主体27上且以主体27轴对称布置的数个阶梯形孔道,分别设置在每个阶梯形孔道内的活塞24,与此活塞24通过螺纹连接的卡瓦23,设置在所述活塞24与卡瓦23间的弹簧26,与每个阶梯型孔道通过螺纹连接的压帽25,分别与所述数个阶梯形孔道相连接的一个流道Ⅱ21和数个流道Ⅰ22,每个流道Ⅰ22均与所述的液压管Ⅰ15相连接,所述的流道Ⅱ21与所述的主体27同轴且与所述的液压管Ⅱ16相连接,每个阶梯型孔道内的卡瓦23设置在压帽25内且与压帽25间隙配合。活塞24和卡瓦23螺纹连接,两者中间安装弹簧26,并由压帽25限定在主体27的阶梯孔道内,压帽25和主体27螺纹连接,卡瓦23、活塞24和压帽25在阶梯孔道内形成活塞机构,受流道Ⅰ22和流道Ⅱ21液压作用,控制卡瓦23伸出和缩回;当油压从液控单元19的液压管Ⅱ6进入流道Ⅱ21,推动活塞24和卡瓦23向外伸出,弹簧26推出卡瓦23直至卡瓦23接触到套管壁,实现锚定;反之,当油压从液控单元19液压管Ⅰ15进入流道Ⅰ22时,推动活塞24和卡瓦23复位,实施解封动作,并将卡瓦23复位到压帽25内,当液控单元19的液压管Ⅰ15和液压管Ⅱ16都没有油压时,卡瓦23在弹簧26作用下保持复位状态。
所述的主体27为下部为圆形或锥形的圆柱体结构,便于下入井内。
所述的活塞24的外圈设有一组密封圈。
如图6所示,所述的卡瓦23为线接触卡瓦或点接触卡瓦,图6中a表示的为线接触卡瓦,图6中b表示的为点接触卡瓦。所述卡瓦23的外端为弧面结构,此弧面结构的曲率和目标套管井的内径一致,具体应用时可根据井况选择,卡瓦23表面进行渗碳等表面硬化处理。
所述的压帽25的内圈设有一组密封圈。
所述的弹簧26为圆形或矩形的压缩弹簧。
本发明的用于套管井的液压支撑装置具体实施过程如下:电缆18悬吊液压支撑装置下入到井内,随着井内静液柱压力升高,围压迫使平衡活塞2沿平衡外筒3轴向移动,压缩液控单元19内的液压油,使其与外部液柱压力始终保持平衡,直至下到目标深度后,地面控制系统17通过电缆18向电机4供电,驱动其运行,电机4输出扭矩和转速经联轴器5传递到液压泵6,液压泵6形成油压,由溢流阀8调压使其稳定,然后进入三通阀9分成两个支路,一路进入电磁换向阀Ⅰ10和液压管Ⅰ15,另一路进入电磁换向阀Ⅱ11和液压管Ⅱ16,此时地面控制系统17通过电缆18向电磁换向阀Ⅱ11供电,使其由常开状态切换到连通状态,油压经过电磁换向阀Ⅱ11进入液压管Ⅱ16及支撑单元20的流道Ⅱ21内,油压作用在活塞24上,如图7中a所示,活塞24克服弹簧26作用力推动卡瓦23向外伸出,直至接触到套管内壁,实施锚定,活塞24另一端有杆腔内多余的油液经过流道Ⅰ22、液压管Ⅰ15、电磁换向阀Ⅰ10返回到液控单元19内。
当完成井下施工作业需要解封时,地面控制系统17停止向电磁换向阀Ⅱ11供电,转而向电磁换向阀Ⅰ10供电,油压依次经电磁换向阀Ⅰ10、液压管Ⅰ15、流道Ⅰ22进入活塞24有杆腔内,如图7中b所示,推动活塞24及卡瓦23复位,实现解封,流道Ⅱ21内多余的液压油经过液压管Ⅱ16及电磁换向阀Ⅱ11返回到液控单元19内,当卡瓦23完全返回到压帽25内时,地面控制系统17停止向电机4及电磁换向阀Ⅰ10供电,此时活塞24左右两侧无压力,但受到弹簧26作用,仍保持复位状态,在仪器从井内提出时不会伸出。
本发明的用于套管井的液压支撑装置,采用液压为动力,推动卡瓦23伸出,卡瓦23与井筒套管壁啮合,形成锁紧力将仪器固定,以进行下一步施工作业,完成施工后,切换液压进出口,推动卡瓦23缩回,解除锚定;液压力通过活塞24直接作用到卡瓦23及套管内壁上,其锚定力远大于常规液压支撑臂,并且可以增加活塞24数量提高锚定力,工作稳定可靠;本发明在突遇井下仪器故障时,在断电状态下,支撑装置依靠弹簧26作用力自动复位,安全性高,便于推广;另外本发明可以更换不同的卡瓦23结构以满足不同井型和井况的工作需求。

Claims (9)

1.一种用于套管井的液压支撑装置,其特征在于包括地面控制系统,与此地面控制系统相连接的电缆,与此电缆相连接的液控单元,与此液控单元相连接的支撑单元,
所述的液控单元包括平衡外筒,设置在此平衡外筒内部且与平衡外筒内壁滑动连接的平衡活塞,设置在所述平衡外筒内的引线管,设置在此引线管内的电线,设置在所述平衡外筒内部的支撑框架,与此支撑框架底部固定连接的承压盘,固定在所述支撑框架上且通过所述电线与所述电缆相连接的电机,与此电机的输出端相连接的联轴器,与此联轴器相连接的液压泵,与此液压泵的输出端相连接的溢流阀,与此溢流阀相连接的三通阀,分别与此三通阀相连接的电磁换向阀Ⅰ和电磁换向阀Ⅱ,所述的电磁换向阀Ⅰ通过液压管Ⅰ经所述的承压盘连接至所述的支撑单元,所述的电磁换向阀Ⅱ通过液压管Ⅱ经所述的承压盘连接至所述的支撑单元,所述的承压盘与所述的平衡外筒固定连接,
所述的支撑单元包括通过螺钉Ⅰ和螺钉Ⅱ与所述平衡外筒固定连接的主体,设置在此主体上且以主体轴对称布置的数个阶梯形孔道,分别设置在每个阶梯形孔道内的活塞,与此活塞通过螺纹连接的卡瓦,设置在所述活塞与卡瓦间的弹簧,与每个阶梯型孔道通过螺纹连接的压帽,分别与所述数个阶梯形孔道相连接的一个流道Ⅱ和数个流道Ⅰ,每个流道Ⅰ均与所述的液压管Ⅰ相连接,所述的流道Ⅱ与所述的主体同轴且与所述的液压管Ⅱ相连接,
每个阶梯型孔道内的卡瓦设置在压帽内且与压帽间隙配合。
2.根据权利要求1所述的用于套管井的液压支撑装置,其特征在于所述的平衡活塞为环形结构,在所述的平衡活塞的内圈和外圈均设有密封圈。
3.根据权利要求1所述的用于套管井的液压支撑装置,其特征在于所述的电磁换向阀Ⅰ和电磁换向阀Ⅱ均为两位三通换向阀。
4.根据权利要求1所述的用于套管井的液压支撑装置,其特征在于所述的承压盘外圈设有密封圈。
5.根据权利要求1所述的用于套管井的液压支撑装置,其特征在于所述的主体为下部为圆形或锥形的圆柱体结构。
6.根据权利要求1所述的用于套管井的液压支撑装置,其特征在于所述的活塞的外圈设有一组密封圈。
7.根据权利要求1所述的用于套管井的液压支撑装置,其特征在于所述的卡瓦为线接触卡瓦或点接触卡瓦,所述卡瓦的外端为弧面结构,此弧面结构的曲率和目标套管井的内径一致。
8.根据权利要求1所述的用于套管井的液压支撑装置,其特征在于所述的压帽的内圈设有一组密封圈。
9.根据权利要求1所述的用于套管井的液压支撑装置,其特征在于所述的弹簧为圆形或矩形的压缩弹簧。
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