CN110965956B - 一种机电一体化分采封隔器 - Google Patents
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Abstract
本发明创造涉及一种机电一体化分采封隔器，上接头螺纹连接中心管的一端，中心管的外圆周设置坐封总成；中心管的另一端螺纹连接中转接头，在中转接头上设有通孔，中转接头的内圆周连接外钢套，外钢套的内圆周通过外构件连接电机系统，电机系统的前端通过传动丝杠连接前端的泵阀系统，泵阀系统中不同的管路与通孔的连通，实现坐封与解封功能；电机系统的后端设有电路系统，电路系统通过控制电缆与电机系统连接；在外钢套的末端螺纹连接下接头。该分采封隔器把油井完井技术进行机电一体化有机地结合，并将电子器件的信息处理和控制功能附加或融合在封隔器的机械装置中，为数字油田生产管理决策平台提供关键技术。
Description
技术领域
本发明创造涉及一种机电一体化分采封隔器，属于油田采油完井技术领域。
背景技术
数字油田展示了油气田开发将进入智能化、自动化、可视化、实时化的闭环新阶段。智能化完井是将现代测控技术、机电一体化技术、计算机与网络多媒体技术等应用于完井工程领域，形成一套可用于多储集层、多分支井油气开采，能够实时动态地进行井下多参数测试、多功能操作，井下自动控制与地面联网协同决策的技术方法体系。所以智能完井系统要具备同时完成井下数据监测和远程控制井下开采两大功能。
虽然国外各大石油公司研发的智能完井系统不尽相同，但油层与油层之间的隔离均采用穿越线缆封隔器或自膨胀封隔器，而穿越线缆封隔器或自膨胀封隔器不能满足上述两大功能要求，在结构和功能上存在有许多不足：
1. 为了满足多储集层分层开采及混合开采的要求，需要向下入液压控制管线或控制电缆，各种管缆必须穿越封隔器才能通入井下控制器，分层越多管缆个数越多，封隔器的设计结构严重影响密封性；
2. 采用多级封隔器串联，解封上提吨位较大，而且不能洗井，一旦地层出砂，给完井管柱解封带来大修作业的风险，耗资巨大；
3. 采用现有的封隔器无法直接判断的其坐封状态和密封状态；
4. 采用现有的封隔器，不能反复坐封、解封，基本一次性使用，。
发明内容
本发明创造要解决的技术问题是提供一种机电一体化分采封隔器，该分采封隔器把油井完井技术与机械、电子信息、传感器、信号变换等多种技术进行机电一体化有机地结合，并将电子器件的信息处理和控制功能附加或融合在封隔器的机械装置中，具有下得去、封得住、起得出、电液两控、参数直读和重复操控的特点，尤其建立了联接地面与井下的闭环信息采集、双向传输和处理的智能完井应用系统，为数字油田生产管理决策平台提供关键技术。
为解决以上问题，本发明创造的具体技术方案如下：一种机电一体化分采封隔器，上接头螺纹连接中心管的一端，中心管的外圆周设置坐封总成；中心管的另一端螺纹连接中转接头，在中转接头上设有通孔，中转接头的内圆周连接外钢套，外钢套的内圆周通过外构件连接电机系统，电机系统的前端通过传动丝杠连接前端的泵阀系统，泵阀系统中不同的管路与通孔的连通，实现坐封与解封功能；电机系统的后端设有电路系统，电路系统通过控制电缆与电机系统连接；在外钢套的末端螺纹连接下接头。
所述的泵阀系统的结构为，在外构件的前端内腔同轴密封配合承转构件，承转构件前端为一体结构的缸套，在缸套的前端设有过滤器；承转构件内同轴配合柱塞杆，在柱塞杆的前端同轴配合与缸套密封配合的柱塞，柱塞和柱塞杆为一体结构，且轴心处设有液体通道，液体通道入口处设有单流阀A，在液体通道的中部和末端分别设有径向小通孔；中部的小通孔与柱塞和承转构件端面之间的空腔相通；在承转构件和外构件上设有与通孔位置对应的通孔，承转构件的通孔内设有单流阀B，承转构件内表面设有导流槽，导流槽一端与液体通道末端的小通孔连通，另一端与单流阀B连通；在承转构件上设有径向的出液孔，在缸套与承转构件的连接位置设有环形槽，环形槽直径大于柱塞的直径；当液体通道末端的小通孔在解封过程中与出液孔相通，且出液孔的底部与通孔相通时，柱塞杆中部的小通孔位于环形槽内。
所述的坐封总成由坐封活塞、坐封销钉、胶筒芯轴和胶筒组成；在交通芯轴的外圆周设置胶筒，其胶筒芯轴的前端与上支撑座连接，下端与坐封活塞连接，坐封活塞通过坐封销钉与下支撑座，下支撑座与外钢套密封连接；在中转接头的外端面与坐封活塞的内侧面之间设有压缩弹簧。
所述的坐封活塞与中转接头之间形成的坐封缸内设有缸内压力传感器。
所述的上接头上设有上压力传感器，且上接头的内腔设有与上压力传感器接触头相通的流道；在下接头上设有下压力传感器，且下接头内腔上设有与下压力传感器接触头相通的流道；且上压力传感器和下压力传感器分别通过线缆与电路系统连接。
所述的上支撑座和下支撑座的圆周上分别均匀分布三个扶正器。
所述的电机系统由直流星型减速电机、联轴器、移动丝母和传动丝杠组成，直流星型减速电机位于外构件的腔内，直流星型减速电机的转轴通过联轴器与传动丝杠的一端连接，传动丝杠的另一端螺纹连接移动丝母，移动丝母与泵阀系统连接。
采用上述机电一体化分采封隔器的控制方法，包括以下步骤：
1）打压坐封：从地面向油管内打压，液体通过过滤器和柱塞杆上的单流阀，经过液体通道后从单流阀B流出，压力将坐封销钉剪断并推动坐封活塞压缩胶筒实现坐封；
2）采用电控坐封取代步骤1）：地面计算机控制直流星型减速电机，通过联轴器带动传动丝杠旋转，实现移动丝母的往复运动；当直流星型减速电机带动柱塞的往复运动L距离，即柱塞杆中部的小通孔始终在承转构件的导流槽连通，柱塞后端液体被压缩，通过单流阀B流出，当流出液体在坐封活塞内达到一定压力，将坐封销钉剪断并推动坐封活塞压缩胶筒实现坐封；
3）解封：通过地面计算机控制直流星型减速电机旋转，并使柱塞移动的行程为L+S，即柱塞杆端部的小通孔与出液孔连通，柱塞和柱塞杆中部的小通孔位于环形槽内，柱塞与缸套的密封失效，坐封活塞内压力通过出液孔与上中心管内连通并泄压，卸载坐封载荷，胶筒弹性恢复原状，坐封活塞通过压缩弹簧回到原位，完成机电一体化分采封隔器的解封过程。
该机电一体化分采封隔器，由于采用上述技术方案取得有益效果：
1. 具有地面打压坐封和微机控制泵阀系统加压坐封二种模式，满足现场实际施工要求；
2. 通过微机全过程操作机电一体电路控制往复泵阀系统来完成封隔器坐封和解封动作，且可重复操作、重复使用；
3. 在胶筒两端设置压力传感器，封隔器坐封后随时检测封隔胶筒密封性，具有验封功能；
4 在液压缸内设置压力传感器，可以检测封隔器的坐封压力和保持压力，随时监测其工作状态；
5. 在封隔器两端设置液控扶正器，适用于水平井，确保在水平段封隔器刚体居中和胶筒的密封；
6. 封隔器液压坐封不需要内置液压油，采用本井筒过滤后的液体作为液压介质，不存在液压油泄露问题，并随时增补坐封载荷；
7. 与智能采油流量控制器配套可多级使用，单芯电缆多级控制和数据双向传输。
附图说明
图1为机电一体化分采封隔器的结构示意图。
图2为图1的左部局部放大图。
图3为图1的中部局部放大图。
图4为图1的右部局部放大图。
图5为泵阀系统局部放大图。
图6为扶正器处的剖视图。
具体实施方式
如图1至图4所示，一种机电一体化分采封隔器，上接头1螺纹连接中心管3的一端，中心管3的外圆周设置坐封总成；中心管3的另一端螺纹连接中转接头10，在中转接头10上设有通孔31，中转接头10的内圆周连接外钢套20，外钢套20的内圆周通过外构件12连接电机系统，电机系统的前端通过传动丝杠15连接前端的泵阀系统9，泵阀系统9中不同的管路与通孔31的连通，实现坐封与解封功能；电机系统的后端设有电路系统22，电路系统22通过控制电缆与电机系统连接；在外钢套20的末端螺纹连接下接头24。
如图5所示，所述的泵阀系统9的结构为，在外构件12的前端内腔同轴密封配合承转构件9-5，承转构件9-5前端为一体结构的缸套9-3，在缸套9-3的前端设有过滤器9-1；承转构件9-5内同轴配合柱塞杆9-7，在柱塞杆9-7的前端同轴配合与缸套9-3密封配合的柱塞9-2，柱塞9-2和柱塞杆9-7为一体结构，且轴心处设有液体通道，液体通道入口处设有单流阀A9-4，在液体通道的中部和末端分别设有径向小通孔；中部的小通孔与柱塞9-2和承转构件9-5端面之间的空腔相通；在承转构件9-5和外构件12上设有与通孔31位置对应的通孔，承转构件9-5的通孔内设有单流阀B9-6，承转构件9-5内表面设有导流槽，导流槽一端与液体通道末端的小通孔连通，另一端与单流阀B9-6连通；在承转构件9-5上设有径向的出液孔9-8，在缸套9-3与承转构件9-5的连接位置设有环形槽，环形槽直径大于柱塞9-2的直径；当液体通道末端的小通孔在解封过程中与出液孔9-8相通，且出液孔9-8的底部与通孔31相通时，柱塞杆9-7中部的小通孔位于环形槽内。
所述的坐封总成由坐封活塞7、坐封销钉16、胶筒芯轴5和胶筒6组成；在交通芯轴5的外圆周设置胶筒6，其胶筒芯轴5的前端与上支撑座11连接，下端与坐封活塞7连接，坐封活塞7通过坐封销钉16与下支撑座19，下支撑座19与外钢套20密封连接；在中转接头10的外端面与坐封活塞7的内侧面之间设有压缩弹簧14。
所述的坐封活塞7与中转接头之间形成的坐封缸内设有缸内压力传感器8，通过设置地面计算机直读取缸内压力传感器8判断胶筒6坐封压力和保持压力。
所述的上接头1上设有上压力传感器2，且上接头1的内腔设有与上压力传感器2接触头相通的流道；在下接头24上设有下压力传感器23，且下接头24内腔上设有与下压力传感器23接触头相通的流道；且上压力传感器2和下压力传感器23分别通过线缆与电路系统22连接，通过设置地面计算机直读上压力传感器2和下压力传感器23传递的压力数值。如果具有压力差则判断处胶筒6具有密封性，如果上压力传感器2和下压力传感器23传递的压力随着压力同步变化这反映压缩后胶筒6上下连通，说明胶筒6密封差或层间连通。通过设置地面计算机直读缸内压力传感器8判断胶筒6坐封压力和保持压力；
如图6所示，所述的上支撑座11和下支撑座19的圆周上分别均匀分布三个扶正器4，保证水平井水平段封隔器刚体居中，提高胶筒的密封性。
所述的电机系统由直流星型减速电机18、联轴器13、移动丝母17和传动丝杠15组成，直流星型减速电机18位于外构件12的腔内，直流星型减速电机18的转轴通过联轴器13与传动丝杠15的一端连接，传动丝杠15的另一端螺纹连接移动丝母17，移动丝母17与泵阀系统连接。
采用上述机电一体化分采封隔器的控制方法，包括以下步骤：
1）打压坐封：从地面向油管内打压，液体通过过滤器9-1和柱塞杆9-7上的单流阀9-4，经过液体通道后从单流阀B9-6流出，压力将坐封销钉16剪断并推动坐封活塞7压缩胶筒6实现坐封；
2）采用电控坐封取代步骤1：地面计算机控制直流星型减速电机18，通过联轴器13带动传动丝杠15旋转，实现移动丝母17的往复运动；当直流星型减速电机18带动柱塞9-2的往复运动L距离，即柱塞杆9-7中部的小通孔始终在承转构件9-5的导流槽连通，柱塞9-3后端液体被压缩，通过单流阀B9-6流出，当流出液体在坐封活塞7内达到一定压力，将坐封销钉16剪断并推动坐封活塞7压缩胶筒6实现坐封；
3）解封：通过地面计算机控制直流星型减速电机18旋转，并使柱塞9-2移动的行程为L+S，即柱塞杆9-7端部的小通孔与出液孔9-8连通，柱塞9-2和柱塞杆9-7中部的小通孔位于环形槽内，柱塞9-2与缸套9-3的密封失效，坐封活塞7内压力通过出液孔9-8与上中心管3内连通并泄压，卸载坐封载荷，胶筒6弹性恢复原状，坐封活塞7通过压缩弹簧14回到原位，完成机电一体化分采封隔器的解封过程。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种机电一体化分采封隔器，其特征在于：上接头（1）螺纹连接中心管（3）的一端，中心管（3）的外圆周设置坐封总成；中心管（3）的另一端螺纹连接中转接头（10），在中转接头（10）上设有通孔（31），中转接头（10）的内圆周连接外钢套（20），外钢套（20）的内圆周通过外构件（12）连接电机系统，电机系统的前端通过传动丝杠（15）连接前端的泵阀系统（9），泵阀系统（9）中不同的管路与通孔（31）的连通，实现坐封与解封功能；电机系统的后端设有电路系统（22），电路系统（22）通过控制电缆与电机系统连接；在外钢套（20）的末端螺纹连接下接头（24）；
所述的泵阀系统（9）的结构为，在外构件（12）的前端内腔同轴密封配合承转构件（9-5），承转构件（9-5）前端为一体结构的缸套（9-3），在缸套（9-3）的前端设有过滤器（9-1）；承转构件（9-5）内同轴配合柱塞杆（9-7），在柱塞杆（9-7）的前端同轴配合与缸套（9-3）密封配合的柱塞（9-2），柱塞（9-2）和柱塞杆（9-7）为一体结构，且轴心处设有液体通道，液体通道入口处设有单流阀A（9-4），在液体通道的中部和末端分别设有径向小通孔；中部的小通孔与柱塞（9-2）和承转构件（9-5）端面之间的空腔相通；在承转构件（9-5）和外钢套（20）上设有与通孔（31）位置对应的通孔，承转构件（9-5）的通孔内设有单流阀B（9-6），承转构件（9-5）内表面设有导流槽，导流槽一端与液体通道末端的小通孔连通，另一端与单流阀B（9-6）连通；在承转构件（9-5）上设有径向的出液孔（9-8），在缸套（9-3）与承转构件（9-5）的连接位置设有环形槽，环形槽直径大于柱塞（9-2）的直径；当液体通道末端的小通孔在解封过程中与出液孔（9-8）相通，且出液孔（9-8）的底部与通孔（31）相通时，柱塞杆（9-7）中部的小通孔位于环形槽内；
所述的坐封总成由坐封活塞（7）、坐封销钉（16）、胶筒芯轴（5）和胶筒（6）组成；在胶筒芯轴（5）的外圆周设置胶筒（6），其胶筒芯轴（5）的前端与上支撑座（11）连接，下端与坐封活塞（7）连接，坐封活塞（7）通过坐封销钉（16）与下支撑座（19），下支撑座与外钢套（20）密封连接；在中转接头（10）的外端面与坐封活塞（7）的内侧面之间设有压缩弹簧（14）。
2.如权利要求1所述的机电一体化分采封隔器，其特征在于：所述的坐封活塞（7）与中转接头之间形成的坐封缸内设有缸内压力传感器（8）。
3.如权利要求1所述的机电一体化分采封隔器，其特征在于：所述的上接头（1）上设有上压力传感器（2），且上接头（1）的内腔设有与上压力传感器（2）接触头相通的流道；在下接头（24）上设有下压力传感器（23），且下接头（24）内腔上设有与下压力传感器（23）接触头相通的流道；且上压力传感器（2）和下压力传感器（23）分别通过线缆与电路系统（22）连接。
4.如权利要求1所述的机电一体化分采封隔器，其特征在于：所述的上支撑座（11）和下支撑座（19）的圆周上分别均匀分布三个扶正器（4）。
5.如权利要求1所述的机电一体化分采封隔器，其特征在于：所述的电机系统由直流星型减速电机（18）、联轴器（13）、移动丝母（17）和传动丝杠（15）组成，直流星型减速电机（18）位于外构件（12）的腔内，直流星型减速电机（18）的转轴通过联轴器（13）与传动丝杠（15）的一端连接，传动丝杠（15）的另一端螺纹连接移动丝母（17），移动丝母（17）与泵阀系统连接。
6.一种对权利要求1所述的机电一体化分采封隔器的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
1）打压坐封：从地面向油管内打压，液体通过过滤器（9-1）和柱塞杆（9-7）上的单流阀A（9-4），经过液体通道后从单流阀B（9-6）流出，压力将坐封销钉（16）剪断并推动坐封活塞（7）压缩胶筒（6）实现坐封；
2）采用电控坐封取代步骤1）：地面计算机控制直流星型减速电机（18），通过联轴器（13）带动传动丝杠（15）旋转，实现移动丝母（17）的往复运动；当直流星型减速电机（18）带动柱塞（9-2）的往复运动L距离，即柱塞杆（9-7）底部的小通孔始终在承转构件（9-5）的导流槽连通，柱塞（9-2）后端液体被压缩，通过单流阀B（9-6）流出，当流出液体在坐封活塞（7）内达到一定压力，将坐封销钉（16）剪断并推动坐封活塞（7）压缩胶筒（6）实现坐封；
3）解封：通过地面计算机控制直流星型减速电机（18）旋转，并使柱塞（9-2）移动的行程为L+S，即柱塞杆（9-7）端部的小通孔与出液孔（9-8）连通，柱塞（9-2）和柱塞杆（9-7）中部的小通孔位于环形槽内，柱塞（9-2）与缸套（9-3）的密封失效，坐封活塞（7）内压力通过出液孔（9-8）与上中心管（3）内连通并泄压，卸载坐封载荷，胶筒（6）弹性恢复原状，坐封活塞（7）通过压缩弹簧（14）回到原位，完成机电一体化分采封隔器的解封过程。
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