CN111980626A - 找堵水井下开关器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田采油工具技术领域，具体涉及一种找堵水井下开关器。找堵水井下开关器包括上管体、密闭控制舱、密封活塞体、驱动机构、发电机以及电池，上管体中设有中心抽油通道和进液通道，密封活塞体装配在中心抽油通道中，驱动机构接收信号后受控启停，驱动机构具有与密封活塞体传动相连的直线输出端，发电机设于中心抽油通道中，电池用来储存电能。当需要打开或关闭找堵水井下开关器时，驱动机构接收到相应的信号并开始动作，驱动机构的直线输出端带动密封活塞体对应动作，当找堵水井下开关器被打开进行抽油时，油液流经中心抽油通道，驱使发电机进行发电，将电能储存在电池中，为驱动机构供电，实现找堵水管柱长期有效地在井下工作的目的。

Description

找堵水井下开关器

技术领域

本发明涉及油田采油工具技术领域，具体涉及一种找堵水井下开关器。

背景技术

在油井开采的后期由于含油量减小，需注水驱油开采，这样就使油层含水量增大，为了提高产量、提高出油率、实现控水稳油，通过找堵水装置对各个油层进行分层找堵水。机械找堵水技术是油田开发生产中常用的一种堵水技术，通常是将多级不动管柱下放至油井中，管柱内放置卡瓦封隔器以及找堵水开关，根据产层正常生产时产出液的情况来判断各层含水情况，以确定高含水层，通过环空打液压关闭对应产层找堵水开关，达到不动管柱完成找堵水的目的。

授权公告号为CN202866752U的中国实用新型专利文件公开了一种推进式井下找堵水开关器，该找堵水开关器包括控制舱短节，控制舱短节中设置有电源、控制电路、压力传感器和驱动电机，控制电路通过压力传感器传输的压力脉冲信号控制驱动电机正反转，驱动电机控制推进式活塞往复移动，实现活塞进液口和活塞套出液口之间的导通或关闭，进而实现找堵水开关的开合。

虽然上述井下开关器能够实现智能控制找堵水的操作，但是电源的电能有限，电能在不断消耗用尽后会导致驱动电机不能正产工作，影响管柱的使用有效期，需要定期的取出管柱，并更换电源至管柱内，再将管柱下放至规定位置，操作较为麻烦。

发明内容

本发明的目的在于提供一种找堵水井下开关器，用以解决现有技术中找堵水开关器在电源电能耗尽后无法继续使用而导致使用有效期较短的技术问题。

为了实现上述目的，本发明找堵水井下开关器采用如下的技术方案：

找堵水井下开关器，包括

上管体，其具有上连接端，上管体中设有上下延伸贯通的中心抽油通道，上管体侧面设有与中心抽油通道相连通的进液通道；

密闭控制舱，其密封连接在上管体的下端；

密封活塞体，其沿上下密封滑动装配在中心抽油通道中，密封活塞体位于进液通道上方时，进液通道与中心抽油通道上端端口断开连通，位于进液通道下方时，进液通道与中心抽油通道的上端端口连通；

驱动机构，其设于密闭控制舱中，驱动机构接收信号后受控启停，驱动机构具有延伸至中心抽油通道中的可上下往复移动的直线输出端，直线输出端与密封活塞体传动相连；

发电机，发电机设于中心抽油通道中，发电机位于进液通道的上方；

电池，电池位于中心抽油通道或密闭控制舱中，电池用来储存发电机产生的电能，电池与驱动机构供电连接。

上述技术方案的有益效果是：当需要打开或关闭找堵水井下开关器时，驱动机构接收到相应的信号并开始动作，驱动机构的直线输出端带动密封活塞体对应动作，当找堵水井下开关器被打开进行抽油时，油液流经中心抽油通道，驱使位于中心抽油通道中的发电机进行发电，并将电能储存在电池中，为驱动机构供电，实现找堵水管柱长期有效地在井下工作的目的。而驱动机构位于密封的控制舱中，能够防止驱动机构被油液污染导致损坏。

进一步地，中心抽油通道或进液通道中设有控制液体由地层至中心抽油通道单向流动的单向阀，上管体中设有上下延伸贯通的偏心过液通道，中心抽油通道与偏心过液通道均用于与上方管柱相连，密闭控制舱连接在中心抽油通道的下端，开关器还包括连接在上管体下端外部的下管体，密闭控制舱与下管体形成与偏心过液通道连通的环形通道，密闭控制舱中还设有控制部分，控制部分包括控制器和压力传感器，压力传感器用于检测偏心过液通道中压力，压力传感器与控制器通讯连接而将压力信号传输至控制器中，控制器与所述驱动机构控制连接，控制器对压力信号进行处理后控制驱动机构启停，控制部分与电池供电连接。将控制部分设于密闭控制舱中，使用时地面打压，压力传感器感受压力并给控制器输出压力信号，控制器再控制驱动机构启停，缩短了控制器和驱动机构的传输距离，使得控制更加准确，不易出错。

进一步地，所述密闭控制舱包括通过连接接头连接的上舱体和下舱体，上舱体与连接接头形成驱动机构安装腔，驱动机构设于驱动机构安装腔中，下舱体与连接接头形成控制部分安装腔，控制部分设于控制部分安装腔中，驱动机构和控制器均设置在连接接头的相应端上。通过设置连接接头，方便分别安装驱动机构和控制器。

进一步地，控制器与驱动机构通过控制线控制相连，所述连接接头上设有供控制线穿过的控制线穿孔。通过控制线连接控制器和驱动机构，信号传输更加准确。

进一步地，所述压力传感器设于连接接头中，连接接头上设有用于将环形通道内的液体引导至压力传感器处的引压孔。压力传感器设置在连接接头中，使得驱动机构、控制器以及压力传感器均集成于连接接头上，实现集成化设计和加工。

进一步地，所述上舱体包括上连接头和筒体，上连接头与中心抽油通道的下端密封相连，筒体下端与连接接头密封相连，所述驱动机构的直线输出端由上连接头中穿出。上舱体由分体布置的上连接头和筒体构成，结构上更易设计和加工。

进一步地，所述电池安装在发电机上，电池与驱动机构和控制器通过导线供电相连，所述导线贯穿中心抽油通道与偏心过液通道之间的侧壁，并经过偏心过液通道、环形通道以及连接接头连接驱动机构和控制部分。电池直接安装在发电机上，便于集成安装。

进一步地，所述发电机通过安装支架设于中心抽油通道中，发电机包括发电机主体和叶轮，发电机主体设于安装支架上方，叶轮设于安装支架的下方，所述安装支架上设有供液流上行通过的过流孔。具体到发电机的安装方式，叶轮在下能够更好地被冲击转动，过流孔能够保证液流的正常流动。

进一步地，所述单向阀设于中心抽油通道中，所述驱动机构包括驱动电机和直线输出杆，直线输出杆构成所述驱动机构的直线输出端，直线输出杆的上端与所述密封活塞体连接，下端与驱动电机螺纹连接。采用驱动电机的方式更加简单，而单向阀设置在中心抽油通道中，无论密封活塞体处于哪个位置，密封活塞体均被地层中的液体上下顶压，保证驱动电机在转动时可以带动密封活塞体上下移动。

附图说明

图1为本发明找堵水井下开关器的俯视图；

图2为图1中找堵水井下开关器在打开时沿A-A方向的剖视图；

图3为图1中找堵水井下开关器在关闭时沿A-A方向的剖视图；

图4为图2中叶轮的立体结构示意图；

附图标记说明：1-单向阀，2-上管体，3-偏心过液通道，4-堵头，5-电池，6-导线，7-发电机主体，8-安装支架，9-叶轮，901-键槽，10-进液通道，11-直线输出杆，12-上连接头，13-驱动电机，14-筒体，15-下管体，16-连接接头，17-引压孔，18-压力传感器，20-控制器，21-中心抽油通道，22-环形通道，23-密封活塞体，24-上舱体，25-下舱体。

具体实施方式

下面结合对附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明找堵水井下开关器的具体实施例：

如图1至图3所示，找堵水井下开关器包括上管体2，上管体2包括中间上下贯通延伸的中心抽油通道21、偏心设置的偏心过液通道3以及进液通道10，上管体2的下方外部连接有下管体15，下管体15具有用于与下部管柱连接的下连接端，上管体2的下方内侧连接有密闭控制舱，密闭控制舱内设置有驱动机构，驱动机构可以带动设置在中心抽油通道21内的密封活塞体23上下移动以导通或断开进液通道10与上管体2上端端口。密闭控制舱内还设置有用于控制驱动机构的控制部分，控制部分能够发出信号至驱动机构以实现驱动机构的受控启停，找堵水井下开关器还包括设置在中心抽油通道21中、进液通道10上方的发电机，发电机的上方还设置有电池5，当找堵水井下开关器被打开进行抽油时，油液流经中心抽油通道21，驱使位于中心抽油通道21中的发电机进行发电，并将电能储存在电池中，为驱动机构供电，实现找堵水管柱长期有效地在井下工作的目的。本实施例中，为了避免液体对电池5进行侵害，将电池5安装在电池箱体中，电池箱体固定在发电机上。

具体的，如图2和图3所示，上管体2的顶部设置有外螺纹段，外螺纹段形成上连接端，用于与上部管柱连接，上管体2的中间具有上下贯通延伸的中心抽油通道21，中心抽油通道21的顶部设置有单向阀1，单向阀1用于控制液体由地层至中心抽油通道21单向流动，具体的，单向阀1在受上部液流压力时关闭，在受下部液流压力时打开。如图1所示，上管体2还包括偏心设置的上下贯通的偏心过液通道3，中心抽油通道21与偏心过液通道3均与上方管柱的中心孔相连，偏心过液通道3包括间隔布置的两处弧形通道，这样保证了液流能够便捷地通过偏心过液通道3。

如图2和图3所示，进液通道10设置在上管体2的侧面并与中心抽油通道21连通，当驱动机构带动密封活塞体23下行以打开进液通道10时，油液可以沿箭头O的方向向上经过中心抽油通道21、单向阀1被抽出。

发电机通过安装支架8设置在中心抽油通道21中，具体的，发电机包括发电机主体7和叶轮9，安装支架8为筒形结构，安装支架8一侧开口，另一侧具有盖板，且开口侧朝下，盖板在上，发电机主体7通过螺栓连接固定在安装支架8的盖板上，安装支架8的外周面上设置有外螺纹，中心抽油通道21上相应的设置有内螺纹，安装支架8和中心抽油通道21通过螺纹连接。安装支架8的盖板中部设置有供发电机的电机轴穿过的过孔，安装支架8的盖板上还设有供液流上行通过的过流孔，叶轮9设置在安装支架8的下端并套装在电机轴上，如图4所示，叶轮9的内周面上设置有键槽901，电机轴与叶轮9通过键与键槽901配合以实现止转连接。

电池5设置在发电机的上方，当驱动机构带动密封活塞体23下行以打开进液通道10时，液流可以沿箭头O的方向向上被排出，在液流通过叶轮9时，液流压力会带动叶轮9转动，叶轮9带动发电机的电机轴转动，实现工作发电，电能被储存至电池5内，并不断地为控制部分和驱动机构提供电能。

密闭控制舱密封连接在中心抽油通道21的下端，如图2和图3所示，密闭控制舱包括通过连接接头16连接的上舱体24和下舱体25，上舱体24与连接接头16形成驱动机构安装腔，驱动机构设于驱动机构安装腔中，下舱体25与连接接头16形成控制部分安装腔，控制部分设于控制部分安装腔中，控制部分具有控制器20和压力传感器18，驱动机构、控制器20以及压力传感器18均设置在连接接头16的相应端上。

具体的，如图2和图3所示，上舱体24包括上连接头12和筒体14，上连接头12的下端与筒体14螺纹密封连接，以形成上舱体24。上连接头12与上管体2的中心抽油通道21的下端螺纹密封连接，以实现密闭控制舱与中心抽油通道21的连接，上连接头12的中部还设置有上下延伸的以供驱动机构的直线输出端上下移动的贯穿通道，驱动机构的直线输出端能够由上连接头12中穿出，这样使得驱动机构的直线输出端的运行轨迹更加稳定。

筒体14的下端与连接接头16螺纹连接，如图2和图3所示，驱动机构包括驱动电机13和直线输出杆11，直线输出杆11构成了直线输出端，驱动电机13通过螺栓连接固定在连接接头16的上部，驱动电机13的电机轴朝上布置，电机轴的上端的外周面设置有外螺纹，直线输出杆11的包括相连的大径段和小径段，小径段在上，大径段在下，大径段为开口朝下的柱状结构，大径段的内侧设置有内螺纹，大径段通过内螺纹与驱动电机13的电机轴的外螺纹实现螺纹连接，直线输出杆11向上穿过连接接头16，直线输出杆11与连接接头16的贯穿通道间隙配合且用O型环密封，直线输出杆11的上端与密封活塞体23固连。

本实施例中，密封活塞体23始终受到地层中油液施加的上下方向的作用力，使得密封活塞体23不易发生转动，当驱动电机13正向转动时，直线输出杆11在与驱动电机13的电机轴的螺纹配合下上行，并推动密封活塞体23上行至进液通道10的上方，进液通道10与中心抽油通道21上端端口断开连通，实现找堵水开关器的关闭。当驱动电机13反向转动时，直线输出杆11在电机轴的带动下下行至进液通道10的下方，进液通道10与中心抽油通道21的上端端口连通，实现找堵水开关器的开启。

控制器20设置在连接接头16的下端，具体的，控制器20实际为电路板，电路板螺纹安装在连接接头16的下端。

连接接头16上设置有连接控制器20和驱动电机13的控制线穿孔，控制线穿孔内设置有控制线，控制器20通过控制线实现与驱动电机13的通讯连接。

控制器20的上方设置有压力传感器18，压力传感器为现有技术，具体型号为MIDA-MG-70-P25，此处不再赘述。连接接头16的下端设置有放置槽，压力传感器18螺纹装配在连接接头16的放置槽中，连接接头16上还设置有用于将液流引导至压力传感器18的引压孔17，压力传感器18能够将压力信号传递给控制器20，控制器20根据压力信号的时间差异来命令驱动电机13的启停，进而通过直线输出杆11来控制活塞密封体23的上下运行。

具体的，密闭控制舱与下管体15合围成环形通道22，偏心过液通道3与环形通道22的上端相通，当在井口向下打压时，单向阀1关闭，液体沿偏心过液通道3与环形通道22流动至引压孔17，压力传感器18随即将压力信号传递给控制器20以命令驱动电机13启停。

电池5与驱动电机13和控制器20通过导线6实现供电连接，具体的，中心抽油通道21的侧壁上设置有径向过孔，并在径向过孔内安装有堵头4，导线6的上端通过堵头4贯穿中心抽油通道21与偏心过液通道3之间的侧壁以与电池5连接，堵头4方便了导线6的安装，同时也保证了偏心过液通道3与中心抽油通道21之间不会出现液体互流。导线6的下端经过偏心过液通道3、环形通道22以及连接接头16连接驱动电机13和控制器20，以为驱动电机13和控制器20供电。

本发明找堵水井下开关器在工作时，与封隔器、丝堵、丢手工具等组成找堵水管柱，封隔器坐封后丢手，通过地面打压设备向井内打压，根据不同的稳压时间控制找堵水井下开关器的启闭，单向阀1在受到上部液压后关闭，液流经偏心过液通道3、环形通道22、引压孔17传递至压力传感器18，并沿图3中箭头I方向传压，压力传感器18将压力信号传递给控制器20，控制器20根据信号时长差异命令驱动电机13正反转动并带动直线输出杆11上下运行以开启或关闭进液通道10。

如设定稳压5分钟为关闭信号，如图3所示，井口打压停止，液流不再沿偏心过液通道3和环形通道22下行，控制器20控制驱动电机13正转带动直线输出杆11上行，密封活塞体23上行至进液通道10的上部，实现关闭进液通道，此时，本层的液流不能进入上部管柱内，而下层管柱内的液流可以沿下部管柱、环形通道22、偏心过液通道3及上部管柱被排出至地面，即沿图3中OL箭头所示方向流动。如设定稳压10分钟为打开信号，如图3所示，井口打压停止，对单向阀1的顶压也停止，控制器20控制驱动电机13反转带动直线输出杆11下行，密封活塞体23下行至进液通道10的下部，此时，进液通道10开启，液流可以通过进液通道10、安装支架8、中心抽油通道21、单向阀1及上部管柱被排出至地面，即图2中O方向流动，而在液流经过叶轮9时，液流能够推动叶轮9转动进而带动发电机的电机轴转动，发电机随即工作发电，并将电能存储于电池5内，电池5通过导线6不断地为驱动电机13提供电能，实现找堵水管柱长期有效地在井下工作。

在本实施例中，所述偏心过液通道包括间隔布置的两处弧形通道。在其他实施例中，偏心过液通道也可以是一处、三处或根据需要选择其他合适的数量。当然在其他实施例中，偏心过液通道也可以是圆形，当偏心过液通道为环形时，上管体被分为了内外两部分，两部分之间可以通过周向间隔布置的多个连接筋相连，而且，此时，为了形成进液通道，需要额外设置进液管，进液管由上管体外部径向穿入上管体的中心抽油通道中。

在本实施例中，所述驱动机构包括驱动电机和直线输出杆，直线输出杆构成所述驱动机构的直线输出端，直线输出杆的上端与所述密封活塞体连接，下端与驱动电机螺纹连接。 在其他实施例中，驱动机构也可以是电推杆，电推杆的输出端与直线输出杆固连。

在本实施例中，所述中心抽油通道上设置有堵头，所述导线穿过堵头以与电池相连，堵头方便了导线的安装，同时也保证了偏心过液通道与中心抽油通道之间不会出现液体互流。在其他实施例中，也可以是在中心抽油通道上设置与导线尺寸适配的过孔供导线穿过，而不再设置堵头。或者采用快速接头进行插装配合，快速方便且没有液体渗漏。

在本实施例中，所述电池安装在发电机上，电池与驱动机构和控制器通过导线供电相连，导线贯穿中心抽油通道与偏心过液通道之间的侧壁，并经过偏心过液通道、环形通道以及连接接头连接驱动机构和控制器。在其他实施例中，也可在上管体以及密闭控制舱体上单独设置上下贯通的通道以供导线通过，而不利用偏心过液通道与环形通道，以避免液压对导线产生影响，但操作较为麻烦。电池也可以不安装在发电机上，而是设置在密闭控制舱内，与驱动机构和控制部分在一个空间内。

在本实施例中，所述上舱体包括上连接头和筒体，驱动机构的直线输出端由上连接接头中穿出，上连接接头包括供驱动机构的直线输出端穿出的通道，使驱动机构的直线输出端的运行轨迹更加稳定，且上舱体由分体布置的上连接头和筒体构成，结构上更易设计和加工。在其他实施例中，上连接头可以和筒体一体成型设置。

在本实施例中，所述压力传感器设于连接接头中，使得驱动机构、控制器以及压力传感器均集成于连接接头上，实现集成化设计和加工。在其他实施例中，压力传感器也可设置在连接接头外部。

在本实施例中，所述密闭控制舱包括通过连接接头连接的上舱体和下舱体，上舱体与连接接头形成驱动机构安装腔，下舱体与连接接头形成控制部分安装腔，驱动机构和控制器均设置在连接接头上。在其他实施例中，驱动机构和控制器可以设置在一处，即可以都安装在上舱体与驱动机构形成的安装腔中。

在本实施例中，控制器与驱动机构通过控制线控制相连，在其他实施例中，控制器与驱动机构也可以是无线通讯连接。此时，控制器也可以不设置在密闭控制舱中，而是设置在地面上，控制器与驱动机构无线通讯连接，即在井下不再设置控制部分，此时需要在驱动机构上设置无线接收模块，而且，为了保证驱动机构能够顺利接收信号，密闭控制舱的材质可以选用非金属的材质。

在本实施例中，单向阀设置在中心抽油通道的上方，在其他实施例中，单向阀也可以设置在进液通道内，且当上部管柱液流进入中心抽油通道中时，单向阀关闭，当井内液流向单向阀施加液压时，单向阀打开。

本实施例中，上管体和下管体分体布置，其他实施例中，上管体和下管体可以为一体式结构。

Claims (9)

1.找堵水井下开关器，其特征在于：包括

上管体，其具有上连接端，上管体中设有上下延伸贯通的中心抽油通道，上管体侧面设有与中心抽油通道相连通的进液通道；

密闭控制舱，其密封连接在上管体的下端；

密封活塞体，其沿上下密封滑动装配在中心抽油通道中，密封活塞体位于进液通道上方时，进液通道与中心抽油通道上端端口断开连通，位于进液通道下方时，进液通道与中心抽油通道的上端端口连通；

驱动机构，其设于密闭控制舱中，驱动机构接收信号后受控启停，驱动机构具有延伸至中心抽油通道中的可上下往复移动的直线输出端，直线输出端与密封活塞体传动相连；

发电机，发电机设于中心抽油通道中，发电机位于进液通道的上方；

电池，电池位于中心抽油通道或密闭控制舱中，电池用来储存发电机产生的电能，电池与驱动机构供电连接。

2.根据权利要求1所述的找堵水井下开关器，其特征在于：中心抽油通道或进液通道中设有控制液体由地层至中心抽油通道单向流动的单向阀，上管体中设有上下延伸贯通的偏心过液通道，中心抽油通道与偏心过液通道均用于与上方管柱相连，密闭控制舱连接在中心抽油通道的下端，开关器还包括连接在上管体下端外部的下管体，密闭控制舱与下管体形成与偏心过液通道连通的环形通道，密闭控制舱中还设有控制部分，控制部分包括控制器和压力传感器，压力传感器用于检测偏心过液通道中压力，压力传感器与控制器通讯连接而将压力信号传输至控制器中，控制器与所述驱动机构控制连接，控制器对压力信号进行处理后控制驱动机构启停，控制部分与电池供电连接。

3.根据权利要求2所述的找堵水井下开关器，其特征在于：所述密闭控制舱包括通过连接接头连接的上舱体和下舱体，上舱体与连接接头形成驱动机构安装腔，驱动机构设于驱动机构安装腔中，下舱体与连接接头形成控制部分安装腔，控制部分设于控制部分安装腔中，驱动机构和控制器均设置在连接接头的相应端上。

4.根据权利要求3所述的找堵水井下开关器，其特征在于：控制器与驱动机构通过控制线控制相连，所述连接接头上设有供控制线穿过的控制线穿孔。

5.根据权利要求3或4所述的找堵水井下开关器，其特征在于：所述压力传感器设于连接接头中，连接接头上设有用于将环形通道内的液体引导至压力传感器处的引压孔。

6.根据权利要求3或4所述的找堵水井下开关器，其特征在于：所述上舱体包括上连接头和筒体，上连接头与中心抽油通道的下端密封相连，筒体下端与连接接头密封相连，所述驱动机构的直线输出端由上连接头中穿出。

7.根据权利要求2至4任一项所述的找堵水井下开关器，其特征在于：所述电池安装在发电机上，电池与驱动机构和控制器通过导线供电相连，所述导线贯穿中心抽油通道与偏心过液通道之间的侧壁，并经过偏心过液通道、环形通道以及连接接头连接驱动机构和控制部分。

8.根据权利要求1至4任一项所述的找堵水井下开关器，其特征在于：所述发电机通过安装支架设于中心抽油通道中，发电机包括发电机主体和叶轮，发电机主体设于安装支架上方，叶轮设于安装支架的下方，所述安装支架上设有供液流上行通过的过流孔。

9.根据权利要求2至4任一项所述的找堵水井下开关器，其特征在于：所述单向阀设于中心抽油通道中，所述驱动机构包括驱动电机和直线输出杆，直线输出杆构成所述驱动机构的直线输出端，直线输出杆的上端与所述密封活塞体连接，下端与驱动电机螺纹连接。

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