CN110645235B - 一种井下作业工具的输出装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种井下作业工具的输出装置。所述装置包括液压系统和控制系统，液压系统包括储油单元、动力单元和第一开闭单元，储油单元储存有油；连接第一开闭单元和外部设备的管道的第一端形成油路出口，所述第一端为该管道背离第一开闭单元的一端；动力单元能够驱使储油单元中的油流出并在管道中流动；第一开闭单元包括至少一个阀门以使管道呈流通或封闭的状态；控制系统包括微处理单元、油路开闭驱动电路和动力驱动电路，微处理单元分别能发出第一控制信号和第二控制信号，分别控制动力单元和开闭单元工作或停止。本发明的有益效果包括：提供一种井下作业工具的输出装置，为井下作业工具提供动力或流量，提高其作业效率，减小作业风险。

Description

一种井下作业工具的输出装置
技术领域
本发明涉及试油测试领域，具体地涉及一种井下作业工具的输出装置。
背景技术
“十三五”后两年重点实施长庆油田持续上产稳产、西南油气田300亿立方米建设、新疆地区5000万吨上产工程和渤海湾2000万吨油气生产区建设。上述工程进一步向“低”、“深”、“海”、“非”油气资源领域延伸，地质工程条件更加复杂。通过地面远程动力传输运转井下设备工程难度和风险越来越高。在工业领域信息化大浪潮推动下，石油工程技术也正在朝着“四化”方向迈进。钻完井装备自动化智能化有助于避免钻完井复杂、提高作业效率，是钻完井领域发展趋势和要求。而这一切存在的问题是：井下执行机构的动力一般来自于地面，但是地面动力在向井下传递的过程中，存在衰减、井筒波动干扰，实际井下动力大小不确定性大，增大了井下控制的难度等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种井下作业工具的输出装置，为井下作业工具提供动力或流量。
为了实现上述目的，本发明提供了一种井下作业工具的输出装置。
所述输出装置可包括液压系统、以及能够控制液压系统的控制系统，其中，液压系统可包括通过管道依次连接并最终连接至外部设备的储油单元、动力单元和第一开闭单元，其中，储油单元可储存有油；连接第一开闭单元和外部设备的管道的第一端可形成油路出口，所述第一端为该管道背离第一开闭单元的一端；动力单元能够驱使储油单元中的油流出并在管道中流动；第一开闭单元可包括至少一个阀门以使管道呈流通或封闭的状态；
控制系统包括微处理单元、油路开闭驱动电路和动力驱动电路，其中，微处理单元可包括单片机并能够向动力驱动电路发出第一控制信号，向油路开闭驱动电路发出第二控制信号；动力驱动电路可与动力单元连接，并在接收第一控制信号后能够驱使动力单元启动或停止；油路开闭驱动电路可与第一开闭单元连接，并在接收第二控制信号后能够驱使第一开闭单元工作或停止。
在本发明的一个示例性实施例中，所述动力单元可包括电机和油泵，其中，电机可与动力驱动电路连接，油泵能够驱动储油单元中的油流入管道中。
在本发明的一个示例性实施例中，所述第一开闭单元可包括并联的第一电磁阀和第二电磁阀，所述油路出口可包括第一子油路出口和第二子油路出口，其中，第一子油路出口可包括第一电磁阀与外部设备连接的管道的第一端，所述第一端为该管道背离第一电磁阀的一端；第二子油路出口可包括第二电磁阀与外部设备连接的管道的第一端，所述第一端为该管道背离第二电磁阀的一端。
在本发明的一个示例性实施例中，所述第一、第二子油路出口还可分别设置有通向储油单元的管道，所述液压系统还可包括与油路驱动电路连接的第二开闭单元，第二开闭单元可包括第三电磁阀和第四电磁阀，第三电磁阀可设置在第一子油路出口通向储油单元的管道上，第四电磁阀可设置在第二子油路出口通向储油单元的管道上。
在本发明的一个示例性实施例中，第一子油路出口通向第一电磁阀的管道、与第一子油路出口和第三电磁阀连接的管道可存在部分重合。
在本发明的一个示例性实施例中，第二子油路出口通向第二电磁阀的管道、与第二子油路出口和第四电磁阀连接的管道可存在部分重合。
在本发明的一个示例性实施例中，所述液压系统还可包括设置在油路出口的传感器，所述控制系统还可包括与微处理单元连接的监测电路，所述传感器能够将在油路出口检测到的流动参数通过监测电路传递给微处理单元。
在本发明的一个示例性实施例中，所述液压系统还可包括溢流阀，所述溢流阀可通过管道分别与第一开闭单元和储油单元连接。
在本发明的一个示例性实施例中，所述液压系统还可包括设置在动力单元和第一开闭单元之间的单向阀。
在本发明的一个示例性实施例中，所述控制系统还可包括设置在微处理单元和油路开闭驱动电路之间的第一隔离电路，设置在微处理单元和动力驱动电路之间的第二隔离电路。
在本发明的一个示例性实施例中，所述输出装置还可包括电源系统，电源系统能够分别为动力单元和第一、第二开闭单元供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果可包括：提供一种井下作业工具的输出装置，为井下作业工具提供动力或流量，提高其作业效率，减小作业风险。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了本发明的井下作业工具的输出装置的一个示例性实施例中的液压系统的一个结构示意图；
图2示出了本发明的井下作业工具的输出装置的一个示例性实施例中的控制系统的一个结构示意图；
图3示出了本发明的井下作业工具的输出装置的一个示例性实施例中的油路出口与外部设备连接的一个示意图；
主要附图标记说明：
1、电机，2、油泵，3、连接器，4、单向阀，5、溢流阀，6、第三电磁阀，7、第一电磁阀，8、第二电磁阀，9、第四电磁阀，10、第一传感器，11、第二传感器，12、第一子油路出口，13、第二子油路出口，14、油箱，15、平衡活塞，16、油路出口，17、O型密封圈，18、外部设备。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的一种井下作业工具的输出装置，本发明中出现的第一、第二、第三和第四不表示先后顺序，仅用于相互区别。
本发明提供了一种井下作业工具的输出装置。
在本发明的一个示例性实施例中，所述井下作业工具的输出装置，可以包括液压系统以及可以用于控制液压系统的控制系统。
所述液压系统可以包括通过管道依次连接并最终连接至外部设备的储油单元、动力单元和第一开闭单元。其中，
储油单元可以存储有油，储油单元可以包括油箱，油箱面对油路的一侧可以设置有平衡活塞，平衡活塞可以用于把井下环境压力传递到油箱，使得油箱获得油压。
动力单元得电后能够驱使储油单元中的油流出并在管道中流动，动力单元可以包括电机和油泵，电机得电后可以带动油泵驱使油箱内的油流入管道中，电机和油泵可以通过连接器连接，进一步地，电机可以包括微型电机，连接器可以包括梅花型弹性联轴器、齿轮减速箱和万向联轴器。
连接第一开闭单元和外部设备的管道的第一端形成油路出口，所述第一端为该管道背离第一开闭单元的一端。第一开闭单元包括至少一个阀门以使管道呈流通或封闭的状态，进一步地，第一开闭单元可以包括两个并联的第一电磁阀和第二电磁阀，更进一步地，电磁阀可以包括二位二通电磁阀，当电磁阀得电时、阀门开启、管道处于流通的状态。油路出口可以包括第一子油路出口和第二子油路出口，第一电磁阀的输出端可以通过管道通向第一子油路出口，第二电磁阀的输出端可以通过管道通向第二子油路出口，第一子油路出口还可以设置有用于检测第一子油路出口油流的流动参数的第一传感器，第二子油路出口也可以设置有用于检测第二子油路出口油流的流动参数的第二传感器，所述流动参数可以包括流速、压力和体积。
在本实施例中，所述输出装置还可以包括第二开闭单元，所述第二开闭单元可以包括至少一个阀门以使管道呈流通或封闭的状态，进一步地，第二开闭单元可以包括第三电磁阀和第四电磁阀，更进一步地，电磁阀可以包括二位二通电磁阀。第一子油路出口可以设置有通向储油单元的管道，第二子油路出口可以设置有通向储油单元的管道，第三电磁阀可以设置在第一子油路出口通向储油单元的管道上，第四电磁阀可以设置在第二子油路出口通向储油单元的管道上。第一子油路出口通向第三电磁阀的管道、与第一电磁阀通向第一子油路出口的管道可以存在部分重合，第二子油路出口通向第四电磁阀的管道、与第二电磁阀通向第二子油路出口的管道可以存在部分重合。
在本实施例中，所述液压系统还可以包括单向阀和溢流阀，单向阀可以设置在油泵和第一开闭单元之间的管路上，单向阀可以用于防止油流回流，同时能够隔离外部液体杂质，防止杂质进入油泵损坏油泵内部的密封件。溢流阀可以设置在第一开闭单元和油箱之间的管路上，溢流阀可以用于当输出超压的时候，得电开启以进行泄压。
在本实施例中，对于油路出口和外部设备的近距离连接，可以选择的是采用对接式O型密封结构连接，对于远距离连接，可以选择的是采用金属高压软管连接。如图3所示，为近距离选择的对接式O型密封结构连接的一个结构示意图。
如图2所示，所述控制系统可以包括微处理单元、油路开闭驱动电路和动力驱动电路，其中，
微处理单元可以包括单片机并且能够向动力驱动电路发出第一控制信号，向油路开闭驱动电路发出第二控制信号，微处理单元还连接有监测电路，监测电路能够将传感器在油路出口检测到的流动参数传递给微处理单元。
动力驱动电路与电机连接，并在接收到第一控制信号后能够驱动电机启动或停止，动力驱动电路还可以包括反馈模式，可以用于向微处理单元反馈电机的动力参数，进一步地，可以为霍尔反馈模式，由电机自带的霍尔传感器给微处理单元反馈电机真实的转速。
油路开闭驱动单元与开闭单元连接，并在接收到第二控制信号后能够驱动开闭单元开启或封闭。
在本实施例中，控制系统还可以包括设置在微处理单元和油路开闭驱动电路之间的第一隔离电路、设置在微处理单元和动力驱动电路之间的第二隔离电路、设置在微处理单元和监测电路之间的第三隔离电路。
在本实施例中，所述井下作业工具的输出装置，还可以设置有电源系统，分别为动力单元、第一开闭单元、第二开闭单元、溢流阀和传感器供电，所述电源系统可以包括锂电池组，进一步地，可以包括高温锂电池组，输出两路独立供电，高电压为电机供电，低电压为电磁阀、传感器及数据采集供电。隔离电路可以防止电源之间的干扰，确保电源的稳定性，例如一个电源的负载启动后，如果没有隔离电路，可能瞬间把别的电源电压拉低。
在本实施例中，所述井下作业工具的输出装置的液压系统，可以包括以下几种工作情况：
第一电磁阀或第二电磁阀得电开启，第三电磁阀和第四电磁阀不得电关闭，电机得电后带动油泵工作输出高压油流，油液由第一电磁阀或第二电磁阀进入第一子油路出口或第二子油路出口，第一传感器监测第一子油路出口的流动参数或第二传感器监测第二子油路出口的流动参数，可以满足输出高压的功能。
第一电磁阀和第二电磁阀得电开启，第三电磁阀和第四电磁阀不得电关闭，电机得电后带动油泵工作输出高压油流，油液分别由第一电磁阀和第二电磁阀进入第一子油路出口和第二子油路出口，第一传感器监测第一子油路出口的流动参数，第二传感器监测第二子油路出口的流动参数，可以满足双路输出高压的功能。
第一电磁阀和第四电磁阀得电开启，第二电磁阀和第三电磁阀不得电关闭，电机得电后带动油泵工作输出高压油流，油液由第一电磁阀进入第一子油路出口，外部液体由第二子油路出口进入装置并通过第四电磁阀进入油箱，第一传感器监测第一子油路出口的流动参数，可以满足输出高压、回收低压的功能。
第二电磁阀和第三电磁阀得电开启，第一电磁阀和第四电磁阀不得电关闭，电机得电后带动油泵工作输出高压油流，油液由第二电磁阀进入第二子油路出口，外部液体由第一子油路出口进入装置并通过第三电磁阀进入油箱，第二传感器监测第二子油路出口的流动参数，可以满足输出高压、回收低压的功能。
第三电磁阀或第四电磁阀得电开启，第一电磁阀和第三电磁阀不得电关闭，电机不启动，外部液体由第一子油路出口或第二子油路出口进入装置并通过第三电磁阀或第四电磁阀进入油箱，可以满足回收低压的功能。
为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。
示例1
在本示例中，电机可以包括微型电机，油泵可以包括微型柱塞油泵，第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀都可以包括二位二通电磁阀，第一、第二传感器都可以包括电子压力传感器。
如图1所示，本示例中的液压系统可以包括油箱14、微型电机1、微型柱塞油泵2、四个二位二通电磁阀(6、7、8、9)、溢流阀5、两个电子压力传感器(10、11)、两个油流输出口(12、13)。微型柱塞油泵2的转子通过连接器3连接于微型电机1，微型柱塞油泵2的进油口与油箱14连接，微型柱塞油泵2的出油口分成两路分别与电磁阀7及电磁阀8相连，在微型柱塞油泵2的出油口前端依次设置了单向阀4和溢流阀5，溢流阀5与油箱14相连；电磁阀6的进油端与电磁阀7的出油端相连，电磁阀6的出油端与油箱14相连；电磁阀9的进油端与电磁阀8的出油端相连，电磁阀9的出油端与油箱14相连；在油路出口(12、13)分别安装了电子压力传感器10和电子压力传感器11。
当井下膨胀封隔器需要20MPa的油压来执行坐封，需要输出200ml油流，时间控制在10min以内，已知工具下入深度3000m。微处理单元为MCU(微控制单元)。
(1)预制程序编制：
首先预计工具到达井下位置3000m，预计下入时间为10小时，则在MCU里设置液压动力输出系统的启动工作时间为11小时或适当的延后几个小时。
选择转速：选择的泵转速为2000r/min，每转输出20ml，输出效率为0.9，理论出口排量36ml/min，则输出时间为5.6min，满足要求。
电机驱动电路功率输出参数设置，根据液压泵输出功率：
Figure BDA0002223094530000071
综合效率取0.85，则输入功率为
Figure BDA0002223094530000072
执行程序设置：第一电磁阀得电、电机得电，第二、第三和第四电磁阀不得电。电机得电后带动柱塞泵工作，油液经由电磁阀进入第一子油路出口，第二子油路出口处于关闭状态，传感器监控油流路口的流动参数。
(2)工序执行：
当阈值程序启动后，系统持续输出油流，传感器监控第一子油路出口的流动参数，如果达到设置的流量体积和压力后，反馈信号给MCU，系统停止工作，任务完成，为了保护设备，可以设置一个工作时间阈值，例如当一次工作消耗自带电池电量的2/3以上时，仍然没有达到所需的输出参数，系统自动停止。
综上所述，本发明的井下作业工具的输出装置的优点可包括：
(1)将传统井下动力来源于地面的方式转变到井下动力直接在井下生成、直接输出，避免传统地面动力向井下传递过程衰减、井筒波动干扰，实际井下动力大小不确定性大，增大了井下控制的难度等问题。
(2)系统可根据设置的流体动力参数，井下输出系统自我判断、自我执行，提高应对井下风险和处理紧急情况的及时性。
(3)采用自带电源和整个控制系统设置在井下，极大简化了传统的通过地面电缆线传输控制指令到井下的操作模式，同时也降低了工程风险。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (4)

1.一种井下作业工具的输出装置，其特征在于，所述输出装置直接在井下生成动力并直接输出，所述输出装置包括液压系统、以及能够控制液压系统的控制系统，其中，
液压系统包括通过管道依次连接并最终连接至外部设备的储油单元、动力单元和第一开闭单元，其中，
储油单元储存有油；连接第一开闭单元和外部设备的管道的第一端形成油路出口，所述第一端为该管道背离第一开闭单元的一端；动力单元能够驱使储油单元中的油流出并在管道中流动；第一开闭单元包括至少一个阀门以使管道呈流通或封闭的状态；
控制系统包括微处理单元、油路开闭驱动电路和动力驱动电路，其中，
微处理单元包括单片机并能够向动力驱动电路发出第一控制信号，向油路开闭驱动电路发出第二控制信号；动力驱动电路与动力单元连接，并在接收第一控制信号后能够驱使动力单元启动或停止；油路开闭驱动电路与第一开闭单元连接，并在接收第二控制信号后能够驱使第一开闭单元工作或停止；
所述第一开闭单元包括并联的第一电磁阀和第二电磁阀，所述油路出口包括第一子油路出口和第二子油路出口，其中，第一子油路出口包括第一电磁阀与外部设备连接的管道的第一端，所述第一端为该管道背离第一电磁阀的一端；第二子油路出口包括第二电磁阀与外部设备连接的管道的第一端，所述第一端为该管道背离第二电磁阀的一端；
所述第一子油路出口还设置有通往储油单元的管道，所述第二子油路出口还设置有通往储油单元的管道，所述液压系统还包括与油路开闭驱动电路连接的第二开闭单元，第二开闭单元包括第三电磁阀和第四电磁阀，第三电磁阀设置在所述第一子油路出口还设置有的通往储油单元的管道上，第四电磁阀设置在所述第二子油路出口还设置有的通往储油单元的管道上；
所述液压系统还包括设置在油路出口的传感器，所述控制系统还包括与微处理单元连接的监测电路，所述传感器能够将在油路出口检测到的流动参数通过监测电路传递给微处理单元；
所述液压系统还包括设置在动力单元和第一开闭单元之间的单向阀；
所述控制系统还包括设置在微处理单元和油路开闭驱动电路之间的第一隔离电路，设置在微处理单元和动力驱动电路之间的第二隔离电路，设置在微处理单元和监测电路之间的第三隔离电路；
所述输出装置还包括电源系统，电源系统能够分别为动力单元和第一、第二开闭单元供电；
所述动力驱动电路包括反馈模式。
2.根据权利要求1所述的井下作业工具的输出装置，其特征在于，所述动力单元包括电机和油泵，其中，电机与动力驱动电路连接，油泵能够驱动储油单元中的油流入管道中。
3.根据权利要求1所述的井下作业工具的输出装置，其特征在于，第一子油路出口通向第一电磁阀的管道、与第一子油路出口和第三电磁阀连接的管道存在部分重合。
4.根据权利要求1所述的井下作业工具的输出装置，其特征在于，所述液压系统还包括溢流阀，所述溢流阀通过管道分别与第一开闭单元和储油单元连接。
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