CN111577201B - 一种微型井下液站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型井下液站，属于井下生产设备技术领域。包括井上电气控制系统、智能复合连续套管、井下电气控制系统和井下微型液站；井上电气控制系统通过智能复合连续套管与井下电气控制系统连接，井下电气控制系统再连接井下微型液站；井下电气控制系统和井下微型液站设于同一半圆柱体形的箱体中。本发明通过井上电气系统控制井下液站再开启井下安全阀，极大地改善了传统安全阀控制延时的问题，且对井下安全阀工作状态有了更为实时、精确的监控，对消除井下安全隐患，避免修井作业有较大的帮助。将微型井下液站设计成半圆柱体形环抱石油管道的形式，适应了井下狭窄的工作空间。

Description

一种微型井下液站

技术领域

本发明涉及一种微型井下液站，属于井下生产设备技术领域。

背景技术

井下安全阀(SSSV)(SubSurface Safety Valve)是一种装在油气井内，在生产设施发生火警、管线破裂、以及发生不可抗拒的自然灾害(如地震、冰情、强台风等)等非正常情况时，能紧急关闭，防止井喷、保证油气井设施、生产安全的井下工具。井下安全阀在系统发生非正常状况时紧急关闭油路，防止井喷，是石油开采完井工具中的关键设施。传统的井下安全阀是通过井上液压系统远程控制安全阀的启闭，传统的地面控制井下安全阀的一般原理为：从地面加液压，高压液体经控制管线进入活塞腔，推动活塞下行，压缩弹簧，并顶开阀板，实现打开；保持地面控制压力，即保持开启状态；泄掉地面控制压力，阀板在弹簧作用下复位，实现关闭。传统的井下安全阀是通过井上液压系统远程控制安全阀启闭，由于油路传输距离较远，控制有一定的延时性。

目前油井中被广泛采用的智能复合连续管道是一种非金属材料多层复合基材与嵌入内部的通讯线、加热线、电缆组成的智能管道，单根管长达几千米(中间无接头)，可大大减少完井，开采作业时间，提高采油效率和效益，提升油井系统的安全性；结合相应配套完井工具的开发，可实现整套石油系统装备的升级换代。

发明内容

本发明的目的是为解决传统的通过井上液压系统远程控制井下安全阀的启闭，油路外置逐根连接捆绑于输送油管的外部，每根油管都需要护罩捆绑，作业效率低、磕碰损坏风险高，完井修井成本高，而且由于油路传输距离较远，长距离液压控制有一定延时性且存在检修不便的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种微型井下液站，包括井上电气控制系统、智能复合连续套管、井下电气控制系统和井下微型液站；井上电气控制系统通过智能复合连续套管与井下电气控制系统连接，井下电气控制系统与井下微型液站连接；所述井下电气控制系统和井下微型液站设于同一半圆柱体形的箱体中，所述智能复合连续套管的一端连接所述箱体的一端。

优选地，所述井下电气控制系统包括电力载波机二、远程数据采集传送模块和继电器；所述电力载波机二中设有电力载波模块二，电力载波机二通过远程数据采集传送模块与继电器的一端连接，继电器的另一端与井下微型液站连接。

优选地，所述井下微型液站包括油箱、电机、微型柱塞泵、溢流阀、常闭式电磁阀一、常闭式电磁阀二、单向阀、压力传感器、过滤器和单作用液压缸；所述单作用液压缸设有油路入口，所述油箱通过常闭式电磁阀一与单作用液压缸设有的油路入口连接；油箱与常闭式电磁阀一之间设有微型柱塞泵，微型柱塞泵与电机连接；所述常闭式电磁阀一与单作用液压缸的油路入口之间设有单向阀；所述油箱通过常闭式电磁阀二与单作用液压缸设有的油路入口连接；所述油箱与常闭式电磁阀一之间设有溢流阀；所述电机、常闭式电磁阀一和常闭式电磁阀二与所述继电器连接；所述单作用液压缸设有的油路入口设有压力传感器，压力传感器与所述井下远程数据采集传送模块连接；所述油箱与微型柱塞泵之间设有过滤器。

优选地，所述设有井下电气控制系统和井下微型液站的半圆柱体形的箱体包括液站外壳和顶盖；所述顶盖设为中空的半圆筒形壳体；所述液站外壳设有长方形本体，长方形本体两端各设有半圆形的封堵壳体；所述液站外壳和顶盖密封连接设有中空的腔体。

优选地，所述液站外壳内侧面上设有用于安装井下微型液站所需的电气及液压元器件的安装板；液站外壳一端连接智能复合连续套管；液站外壳内部远离智能复合连续套管的一侧设有井下微型液站；液站外壳内部靠近智能复合连续套管的一侧设有井下电气控制系统。

优选地，所述顶盖的半圆筒形壳体内侧设有用于增加整体强度的加强筋。

优选地，所述井上电气控制系统包括计算机，可编程逻辑控制器PLC和电力载波机一；所述电力载波机一中设有电力载波模块一；所述计算机通过可编程逻辑控制器PLC与电力载波模块一连接。

优选地，所述智能复合连续套管设有非金属材料的多层结构的复合基材；智能复合连续套管内穿设有电力线。

优选地，所述井上电气控制系统设有的电力载波模块一与井下电气控制系统设有的电力载波模块二通过智能复合连续套管中设有的电力线连接。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1.本发明提供的微型井下液站，通过井上电气系统控制井下液站，再通过井下液站作用于其他工作部件，极大地改善了传统井下工作部件控制延时的问题。

2.本发明提供的微型井下液站，通过井上电气系统控制井下液站，再通过井下液站开启井下安全阀，极大地改善了传统安全阀控制延时的问题，且对井下安全阀工作状态有了更为实时、精确的监控，对消除井下安全隐患，避免修井作业有较大的帮助。

3.本发明将微型井下液站设计成半圆柱体形环抱石油管道的形式，适应了井下狭窄的工作空间。

附图说明

图1本发明一种微型井下液站整体控制结构示意图；

图2本发明一种微型井下液站井下部件整体结构示意图；

图3本发明一种微型井下液站液站外壳和顶盖结构示意图；

图4本发明一种微型井下液站井下液站液压系统原理图；

图5本发明一种微型井下液站智能复合连续套管横截面结构示意图；

附图标记：1.安全阀；2.井下微型液站；3.油箱；4.过滤器；5.电机；6.微型柱塞泵；7.溢流阀；8.常闭式电磁阀一；9.常闭式电磁阀二；10.单向阀；11.单作用液压缸；12压力传感器；13.井上电气控制系统；14.井下电气控制系统；15.智能复合连续套管；16.电力线；17.液站外壳；18.顶盖；19.加强筋；20.载波模块；21.远程数据采集传送模块(I/O模块)；22.继电器；

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：

如图1-5所示，本发明提供一种微型井下液站，包括井上电气控制系统13、智能复合连续套管15、井下电气控制系统14和井下微型液站2；井上电气控制系统13通过智能复合连续套管15与井下电气控制系统14连接，井下电气控制系统14与井下微型液站2连接；井下电气控制系统14和井下微型液站2设置于同一半圆柱体形的箱体中，智能复合连续套管15的一端连接箱体的一端。井下电气控制系统14包括电力载波机二、远程数据采集传送模块21和继电器22；电力载波机二中设置有电力载波模块二20，电力载波机二通过远程数据采集传送模块21与继电器22的一端连接，继电器22的另一端与井下微型液站2连接。井下微型液站2包括油箱3、电机5、微型柱塞泵6、溢流阀7、常闭式电磁阀一8、常闭式电磁阀二9、单向阀10、压力传感器12、过滤器4和单作用液压缸11；单作用液压缸11设有油路入口，油箱3通过常闭式电磁阀一8与单作用液压缸11设有的油路入口连接；油箱3与常闭式电磁阀一8之间设有微型柱塞泵6，微型柱塞泵6与电机5连接；常闭式电磁阀一8与单作用液压缸11的油路入口之间设有单向阀10；油箱3通过常闭式电磁阀二9与单作用液压缸11设有的油路入口连接；油箱3与常闭式电磁阀一8之间设有溢流阀7；电机5、常闭式电磁阀一8和常闭式电磁阀二9与继电器22连接；单作用液压缸11设有的油路入口设置有压力传感器12，压力传感器12与井下远程数据采集传送模块21连接；油箱3与微型柱塞泵6之间设有过滤器4。设有井下电气控制系统14和井下微型液站2的半圆柱体形的箱体包括液站外壳17和顶盖18；顶盖18设为中空的半圆筒形壳体；液站外壳17设有长方形本体，长方形本体两端各设有半圆形的封堵壳体；液站外壳17和顶盖18密封连接设有中空的腔体。液站外壳17内侧面上设有用于安装井下微型液站2所需的电气及液压元器件的安装板；液站外壳17一端连接智能复合连续套管15；液站外壳17内部远离智能复合连续套管15的一侧设有井下微型液站2；液站外壳17内部靠近智能复合连续套管15的一侧设有井下电气控制系统14。顶盖18的半圆筒形壳体内侧设有用于增加整体强度的加强筋19。井上电气控制系统13包括计算机，可编程逻辑控制器PLC和电力载波机一；电力载波机一中设有电力载波模块一；计算机通过可编程逻辑控制器PLC与电力载波模块一连接。智能复合连续套管15设有非金属材料的多层结构的复合基材；智能复合连续套管内穿设有电力线16。井上电气控制系统13设有的电力载波模块一与井下电气控制系统14设有的电力载波模块二通过智能复合连续套管15中设有的电力线16连接。

图1是井下液站2的控制系统原理图，井上和井下信号通过电力载波模块20传输；主动控制时上位机发送信号至PLC，PLC与载波模块20通过485总线通讯，将信号传输至井下；井下I/O模块21通过485总线与载波模块20通讯，完成数字量至模拟量的转换，将信号传输给传感器及继电器22，实现对井下各个元器件的控制；同时各个元器件的工作状态亦通过此方式反馈至上位机，对井下作业安全有着更高的保障。

如图1-3所示，本发明设计了一套井下安全阀开启系统，包括井下微型液站2及井上控制系统13，井上操作人员可通过上位机控制井下微型液站2操动安全阀1启闭。井上与井下的信号传输通过载波模块20实现，电信号通过继电器22实现对井下电机5、电磁阀8、传感器12的开关控制。工作时泵6抽取油箱3中的液压油加压至一定程度推动安全阀1的推杆，打开碟阀，开启安全阀1。井下液站2采取半圆环柱的结构，环抱于井下安全阀1的上部管路上。其内部采用层式结构，将油箱3，液压元件，电气元件等分隔开来，便于元器件及管线的布置。图2-3是井下液站结构总体示意图，井下液站采用半圆柱式结构环抱于安全阀1上侧管道，两侧由卡箍固定，液站长2.5m，直径210mm。井下液站2主要由上下两部分组成，上部分安置电气元件(包含载波模块20、I/O模块21、UPS电源、继电器22)，下部分主要安置液压元件(包含减压阀、溢流阀、电磁换向阀、比例溢流阀、电机、微型柱塞泵、过滤器、油箱)。为适应井下狭窄的工作空间，将液站设计成半圆柱体环抱石油管道的形式，其总长2.5m，最大半径210mm。其主体结构由液站外壳17和顶盖18组成，它们的接触面为长方形，通过螺栓连接，液站外壳17与顶盖18之间设有橡胶密封圈，实现液站内部空间与井下环境的隔离，顶盖18上设有加强筋19，以增加装置的整体强度。液站外壳17上可安置元件安装板，用于安装液站2所需的电气及液压元器件。液站上下两端通过卡箍固定于安全阀1上侧的管道。

图4是井下液站液压系统原理图，整个液压系统由油箱3、过滤器4、电机5、微型柱塞泵6、溢流阀7、常闭式电磁阀一8、常闭式电磁阀二9、单向阀10、单作用液压缸11、压力传感器12组成。打开阀瓣阶段：电机5驱动微型柱塞泵6工作，输出压力最高约为100Mpa，当电磁阀一8向右换向，液压油流入液压缸11右腔，推动活塞杆运动，直至阀瓣打开；保压持续开启阶段：当阀瓣打开后，压力传感器12将此时压力值传输到地面，关闭电磁阀一8，上端油路通过单向阀10进行保压，使阀瓣持续处于开启状态，当压力传感器12检测到压力下降时，电机5和微型柱塞泵6工作，电磁阀一8打开，进行补压，当压力补足压力传感器12开启压力时，电磁阀一8关闭；关闭阀瓣阶段：关闭电磁阀一8，开启电磁阀二9，油路卸荷，阀瓣关闭；遇到突发情况断电时，电磁阀一8失电关闭，而电磁阀二9在备用电源的供电下开启，油路卸荷，阀瓣关闭。

图5是智能复合连续套管15的结构示意图。智能复合连续套管15是非金属材料多层复合基材与嵌入内部的通讯线、加热线、电缆组成的智能管道；其由内芯管、抗压层、填充层、线缆层、抗拉层、外保护层等多层结构组成，具有耐腐蚀、质量轻、抗结垢、抗结蜡等特征；单根管长度达3000米(中间无接头)，大大减少完井，开采作业时间。相较于传统金属管道，智能复合连续套管15内置线缆层，便于在内嵌入信号及电力线16，为本发明提出的微型井下液站的信号及能源传输提供了基础。

一种用于开启井下安全阀的微型井下液站系统工作方法，包括以下步骤：

步骤1：井上电气控制系统做出的开启安全阀的指令由井上计算机通过可编程逻辑控制器PLC和电力载波机一传输，信号通过电力线传输至井下电力载波机二，再通过远程数据采集传送模块与继电器传输至电机；

步骤2：电机驱动微型柱塞泵工作，输出压力最高约为100Mpa，常闭式电磁阀一启动，液压油流入单作用液压缸，推动活塞杆运动，直至安全阀阀瓣打开；

步骤3：当安全阀阀瓣打开后，压力传感器通过远程数据采集传送模块将此时压力值传输回到地面，井上发出指令关闭常闭式电磁阀一，通向单作用液压缸的油路通过单向阀进行保压，使阀瓣持续处于开启状态；

步骤4：当压力传感器检测到压力下降时，电机和微型柱塞泵工作，常闭式电磁阀一打开，进行补压；当压力补足到压力传感器开启压力时，常闭式电磁阀一关闭；

步骤5：井上电气控制系统做出的关闭安全阀的指令由井上计算机通过可编程逻辑控制器PLC和电力载波机一传输，信号通过电力线传输至井下电力载波机二，再通过远程数据采集传送模块与继电器传输至常闭式电磁阀一和常闭式电磁阀二，常闭式电磁阀一关闭，常闭式电磁阀二开启，油路卸荷，安全阀阀瓣关闭；当遇突发断电时，常闭式电磁阀一失电关闭，而常闭式电磁阀二在备用电源的供电下开启，油路卸荷，安全阀阀瓣关闭。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种微型井下液站，其特征在于：包括井上电气控制系统、智能复合连续套管、井下电气控制系统和井下微型液站；井上电气控制系统通过智能复合连续套管与井下电气控制系统连接，井下电气控制系统与井下微型液站连接；所述井下电气控制系统和井下微型液站设于同一半圆柱体形的箱体中，所述智能复合连续套管的一端连接所述箱体的一端；

所述井下电气控制系统包括电力载波机二、远程数据采集传送模块和继电器；所述电力载波机二中设有电力载波模块二，电力载波机二通过远程数据采集传送模块与继电器的一端连接，继电器的另一端与井下微型液站连接；

所述井下微型液站包括油箱、电机、微型柱塞泵、溢流阀、常闭式电磁阀一、常闭式电磁阀二、单向阀、压力传感器、过滤器和单作用液压缸；所述单作用液压缸设有油路入口，所述油箱通过常闭式电磁阀一与单作用液压缸设有的油路入口连接；油箱与常闭式电磁阀一之间设有微型柱塞泵，微型柱塞泵与电机连接；所述常闭式电磁阀一与单作用液压缸的油路入口之间设有单向阀；所述油箱通过常闭式电磁阀二与单作用液压缸设有的油路入口连接；所述油箱与常闭式电磁阀一之间设有溢流阀；所述电机、常闭式电磁阀一和常闭式电磁阀二与所述继电器连接；所述单作用液压缸设有的油路入口设有压力传感器，压力传感器与所述远程数据采集传送模块连接；所述油箱与微型柱塞泵之间设有过滤器。

2.如权利要求1所述的一种微型井下液站，其特征在于：设有井下电气控制系统和井下微型液站的半圆柱体形的箱体包括液站外壳和顶盖；所述顶盖设为中空的半圆筒形壳体；所述液站外壳设有长方形本体，长方形本体两端各设有半圆形的封堵壳体；所述液站外壳和顶盖密封连接设有中空的腔体。

3.如权利要求2所述的一种微型井下液站，其特征在于：所述液站外壳内侧面上设有用于安装井下微型液站所需的电气及液压元器件的安装板；液站外壳一端连接智能复合连续套管；液站外壳内部远离智能复合连续套管的一侧设有井下微型液站；液站外壳内部靠近智能复合连续套管的一侧设有井下电气控制系统。

4.如权利要求3所述的一种微型井下液站，其特征在于：所述顶盖的半圆筒形壳体内侧设有用于增加整体强度的加强筋。

5.如权利要求1所述的一种微型井下液站，其特征在于：所述井上电气控制系统包括计算机，可编程逻辑控制器PLC和电力载波机一；所述电力载波机一中设有电力载波模块一；所述计算机通过可编程逻辑控制器PLC与电力载波模块一连接。

6.如权利要求5所述的一种微型井下液站，其特征在于：所述智能复合连续套管设有非金属材料的多层结构的复合基材；智能复合连续套管内穿设有电力线。

7.如权利要求6所述的一种微型井下液站，其特征在于：所述井上电气控制系统设有的电力载波模块一与井下电气控制系统设有的电力载波模块二通过智能复合连续套管中设有的电力线连接。