CN113565466B - 一种电控液驱式井下流量控制阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电控液驱式井下流量控制阀，包括电磁液压控制总成、流量阀本体总成、金属密封总成和位置传感器总成；本发明通过地面中控装置传递信号，控制指定产层的井下流量控制阀的电磁液压模块进行液压通道的切换，进而控制芯轴移动，同时结合位置传感器的反馈信号，当位置传感器监测到所设定的开度时向地面中控装置反馈位置信号，地面中控装置接收到该信号时，地面中控装置向电磁液压模块传递关闭信号后电磁阀断电，在复位弹簧的作用下活塞移动，阻断当前液压通道，通过此种方式确控制井下流量控制阀开度大小，理论上可以实现无限级开度调节，同时开度调节相应速度快。
Description
技术领域
本发明属于石油工程完井工具技术领域，具体来说涉及一种电控液驱式井下流量控制阀。
背景技术
在提高油气井长期有效性、作业效率并同时降低综合开采成本中智能完井技术显得越来越重要。智能完井技术可对地层性能进行长期监测和控制，使油井最大限度采油；可控制水、气锥进，延长油井寿命；可控制多层合采、多分支井监控或使单井眼同时具有多项功能；可远程实时遥控入井流量、生产压差，优化采油参数，井下流量控制阀是智能完井系统中的关键一环。常规液控式井下流量控制阀内部设置有分度槽，通过控制管线循环打压实现其开度的调节，但该类工具通过控制管线循环打压结合管线压耗判断开度位置，但这结果受井下温度和压力的影响较大，常出现开度判断错误的情况，无法真正的掌握井下流量控制阀开度，其所需控制管线数量也随着井下流量控制阀数量增加而增加，导致成本及井下管柱复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电控液驱式井下流量控制阀。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种电控液驱式井下流量控制阀，包括电磁液压控制总成、流量阀本体总成、金属密封总成和位置传感器总成；
所述的电磁液压控制总成包括电磁阀本体、线圈护套、激励线圈、铁芯、活塞、电路控制总成，所述的电磁液压控制总成安装在底座上，所述的活塞安装在电磁阀本体的活塞腔内，可在活塞腔内轴向移动，所述的铁芯与所述的活塞连接，且所述铁芯穿过所述的激励线圈内部，所述的激励线圈安装在线圈护套内，所述的线圈护套安装电磁阀本体上端，所述的激励线圈与电路控制总成连接，所述的电磁阀本体上端设置有2个液压的入口、1个电缆入口，其下端设置有4个液压出口、1个电缆出口。
所述的流量阀本体总成包括底座、上护筒、下护筒、第一液压管线、第二液压管线、第三液压管线、第四液压管线、连接短节、芯轴外筒、上密封模块、中间密封模块、下密封模块、孔用卡座、孔用卡簧、轴用卡座，轴用卡簧、连接筒、锁定片、刮泥环、挡圈、挡圈卡簧、调节套、节流套、节流外筒和下接头；所述的连接短节上端连接底座下端，其下端与芯轴外筒上端连接，所述的连接筒上端与芯轴外筒下端连接，其下端与节流外筒上端连接，所述的下接头上端与节流外筒的下端连接；所述的芯轴外筒设置有两条压力传递通道，所述的电磁液压模块通过所述的第三液压管线、四分别连接与所述芯轴两条压力通道连接，所述的上护筒和所述的下护筒安装在底座和芯轴外筒之间，所述的上密封模块安装在芯轴外筒内部，芯轴外筒内部有沟槽，所述的孔用卡座安装在沟槽内限制其轴向移动，所述的孔用卡簧安装卡座内部，所述芯轴上加工有两道沟槽和燕尾槽，所述的中间密封模块设置在两道沟槽之间，所述轴用卡座分别放置在两道沟槽内限制所述的密封模块轴向移动，所述的下密封模块安装芯轴外筒下端的槽内，所述的上模密封、所述的中间模块密封、所述的芯轴外筒和所述的芯轴之间形成第一活塞腔，所述的中间模块密封与所述的下模块密封、所述的芯轴外筒和所述的芯轴之间形成第二活塞腔，所述的轴用卡簧安装所述的轴用卡座外部，所述锁定片安装在所述芯轴的燕尾槽内，所述的刮泥安装所述的连接筒下端内部槽内，所述的挡圈安装刮泥环下部，所述的卡簧安装在所述连接筒下端卡簧槽内，限制刮泥环移动，所述的调节套安装所述的节流筒内部，所述的节流套安装在所述的节流筒内部，位于所述的下接头和所述的金属密封环之间。
所述的金属密封总成包括金属密封环和芯轴，所述的金属密封环安装在所述节流套与所属的下接头之间，所述的芯轴穿过所述金属密封环内部，可以轴向移动。
所述的位置传感器总成包括电磁铁、滑槽、盖板、位移杆和控制器，所述的电磁铁安装所述芯轴的矩形槽内，所述的位移杆安装在所述的节流筒的上端面的孔内，所述的滑槽安装盖板内侧，所述的盖板安装所述的节流筒外壁开槽内，所述的控制器与所述的位移杆连接，所述的控制器通过电缆与所述的电磁液压控制模块连接。
在上述技术方案中，所述芯轴外筒上设置有第一压力通道和第二压力通道。
在上述技术方案中，所述的电磁阀本体上端设置有第一液压入口、第二液压入口、电缆入口，下端设置有第一液压出口、第二液压出口、第三液压出口、液压出口、电缆出口，所述的第一液压入口连接第一液压管线，所述的第二液压入口连接第二液压管线，所述的电缆入口连接传递动力和信号的电缆，所述的第一液压出口与所述的第一液压入口直接连通，并连接到下一个井下流量控制阀的电磁阀本体的第一液压入口，所述的第二液压出口与所述的第二液压入口直接连通，并连接到下一个井下流量控制阀的电磁阀本体的第二液压入口，所述的第三液压出口仅当所述的活塞向上移动后才与所述的第一液压入口连通，所述的第四液压出口与所述的第二液压入口直接连通，所述的第三液压出口通过控制管线三连接到第二压力通道，所述的第四液压出口通过控制管线四连接到第一压力通道。
在上述技术方案中，所述的节流筒设置有圆周均匀分布的若干节流通道，所述的节流套设置有圆周均匀分布的若干节流孔。
在上述技术方案中，所述的金属密封环上下两端面设计环形凹槽，其中间部位的内外两侧硫化橡胶，硫化橡胶紧起低压辅助密封作用，所述的芯轴穿过金属密封环内部，隔离环空与芯轴。
在上述技术方案中，所述的电磁铁固定在所述的芯轴上，所述的电磁铁与所述的位移杆平行且紧挨状态，当所述的芯轴向上或向下移动时，所述电磁铁在位移杆内形成感应电压，通过感应电压大小判定芯轴移动位置。
本发明的优点和有益效果为：
本发明通过地面中控装置传递信号，控制指定产层的井下流量控制阀的电磁液压模块进行液压通道的切换，进而控制芯轴移动，同时结合位置传感器的反馈信号，当位置传感器监测到所设定的开度时向地面中控装置反馈位置信号，地面中控装置接收到该信号时，地面中控装置向电磁液压模块传递关闭信号后电磁阀断电，在复位弹簧的作用下活塞移动，阻断当前液压通道，通过此种方式确控制井下流量控制阀开度大小，理论上可以实现无限级开度调节，同时开度调节相应速度快。
附图说明
图1a为一种电控液驱式井下流量控制阀的上半部分结构示意图(一)。
图1b为一种电控液驱式井下流量控制阀的上半部分结构示意图(二)。
图1c为一种电控液驱式井下流量控制阀的下半部分结构示意图(一)。
图1d为一种电控液驱式井下流量控制阀的下半部分结构示意图(二)。
图2a为电磁液压控制总成结构示意图(一)。
图2b为电磁液压控制总成结构示意图(二)。
图3为芯轴外筒结构示意图。
图4为连接筒局部结构示意图。
图5为节流外筒结构示意图。
图6为金属密封环结构示意图。
图7为位置传感器结构示意图。
其中：图1a、1b、1c、1d所示，1、底座，2、线圈保护套，3、激励线圈，4、铁芯，5、电磁阀本体，6、活塞，7、电路控制总成，8、上护筒，9、下护筒，10、连接短节，11、第一液压管线，12、第二液压管线，15、管线接头，16、芯轴外筒，17、上密封模块，18、孔用卡座，19、孔用卡簧，20、芯轴，21、第一活塞腔，22、轴用卡座，23、轴用卡簧，24、中间密封模块，25、第二活塞腔，26、下密封模块，27、防转块，28、固定螺钉，29、连接筒，30、锁定片，31、刮泥环，32、挡圈，33、挡圈卡簧，34、导向销，35、卡簧，36、节流外筒，37、控制器，38、盖板，39、位移杆，40、滑槽，41、电磁铁，42、调节套，43、节流套，44、金属密封环，45、密封圈，46、下接头；
图2a、2b所示，5、电磁阀本体，5-1、第一液压入口，5-2、第二液压入口，5-3、电缆入口，5-4、第一液压出口，5-5、第二液压出口，5-6、第三液压出口，5-7、第四液压出口，5-8、电缆出口，5-9、活塞腔；
图3所示，16、芯轴外筒，16-1、第一压力通道，16-2、第二压力通道；
图4所示，29、连接筒，29-1、第一锁定槽，29-2、第二锁定槽，29-3、第三锁定槽，29-4、第四锁定槽，29-5、第五锁定槽，29-6、第六锁定槽，30、锁定片；
图5所示，36、节流筒，36-1、位移杆穿越孔，36-2、盖板槽，36-3、控制管线槽，36-4、节流孔；
图6所示，44、金属密封环，44-1、第一环形凹槽，44-2、第二环形凹槽，44-3、第一硫化橡胶，44-4、第二硫化橡胶，
图7所示，37、控制器，38、盖板，39、位移杆，40、滑槽，41电磁铁。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例
一种电控液驱式井下流量控制阀，包括电磁液压控制总成、流量阀本体总成、金属密封总成和位置传感器总成。
如图1所示，电磁液压控制总成安装在底座1上，活塞6安装在电磁阀本体5的活塞腔5-9内，可在活塞腔5-9内轴向移动，铁芯4与活塞6连接，且铁芯4穿过激励线圈3内部，激励线圈3安装在线圈护套2内，线圈护套2安装在电磁阀本体5上端，激励线圈3与电路控制总成7连接，电磁阀本体5上端设置有第一液压入口5-1、第二液压入口5-2和电缆入口5-3，电磁阀本体5下端设置有第一液压出口5-4、第二液压出口5-5、第三液压出口5-6、第四液压出口5-7和电缆出口5-8。
连接短节10上端连接底座1下端，其下端与芯轴外筒16上端连接，连接筒29上端与芯轴外筒16下端连接，其下端与节流外筒36上端连接，下接头46上端与节流外筒36的下端连接。
芯轴外筒16设置有两条压力传递通道，分别为第一压力通道16-1和第二压力通道16-2。电磁液压控制总成通过第三液压管线、第四液压管线分别与第一压力通道16-1和第二压力通道16-2连接。
上护筒8和下护筒9安装在底座1和芯轴外筒16之间。
上密封模块17安装在芯轴外筒16内部，芯轴外筒16内部有沟槽，孔用卡座18安装在沟槽内限制其轴向移动，孔用卡簧19安装在孔用卡座18内部。
芯轴20上加工有两道沟槽和燕尾槽，中间密封模块24设置在两道沟槽之间，轴用卡座22分别放置在两道沟槽内限制密封模块轴向移动，轴用卡簧23安装轴用卡座22卡槽内，下密封模块26安装芯轴外筒16下端的槽内，上模密封17、中间模块密封24、芯轴外筒16和芯轴20之间形成第一活塞腔21，中间模块密封24与下模块密封26、芯轴外筒16和芯轴20之间形成第二活塞腔25。
锁定片30安装在芯轴20的燕尾槽内，刮泥环31安装连接筒29下端内部槽内，挡圈32安装在刮泥环31下部，挡圈卡簧32安装在连接筒29下端卡簧槽内，限制刮泥环31移动。
调节套42安装节流外筒36内部，节流套43安装在节流外筒36内部，位于金属密封环44和调节套42之间。
金属密封环44安装在节流套43与所属的下接头46之间，芯轴20穿过金属密封环44内部。
电磁铁41安装芯轴20的矩形槽内，位移杆39安装在节流外筒的36上端面的孔36-1内，滑槽40安装盖板38内侧，盖板38安装节流外筒36外壁开槽36-2内，控制器37与位移杆39连接，控制器37通过电缆与电磁液压控制模块连接。
芯轴外筒16上设置有第一压力通道16-1、第二压力通道16-2。电磁阀本体上端设置有第一液压入口5-1、第二液压入口5-2、电缆入口5-3，下端设置有第一液压出口5-4、第二液压出口5-5、第三液压出口5-6、第四液压出口5-7、电缆出口5-8。液压入口5-1一连接第一液压管线11，第二液压入口5-2连接第二液压管线12，电缆入口5-3连接传递电力和信号的电缆，第一液压出口5-4与第一液压入口5-1直接连通，并连接到下一个井下流量控制阀的电磁阀本体的第一液压入口5-1，第二液压出口5-5与第二液压入口5-2直接连通，并连接到下一个井下流量控制阀的电磁阀本体的第二液压入口5-2，第三液压出口5-6仅当活塞6向上移动后才与第一液压入口5-1连通，第四液压出口5-7与第二液压入口5-2直接连通，第三液压出口5-6通过控制管线三连接到第二压力通道16-2，第四液压出口5-7通过控制管线四连接到第一压力通道16-1。
节流外筒36设置有圆周均匀分布的若干节流通道36-4，节流套43设置有圆周均匀分布的若干节流孔，节流孔过流面积按照特定逻辑关系设计。
金属密封环44上、下两端面设置第一环形凹槽44-1和第二环形凹槽44-2，其中间部位的内外两侧设置第一硫化橡胶44-3和第二硫化橡胶44-4，硫化橡胶紧起低压辅助密封作用，芯轴20穿过金属密封环44内部，隔离环空与芯轴20。
在上述一种控的电控液驱式井下流量控制阀进行使用时，如下所述：
激励线圈3收到地面中控装置开启信号后电路控制器控制7激励线圈3通电并产生电磁力，在电磁力的作用下铁芯4向上移动并带动活塞6移动，当激励线圈3断电时铁芯4向下移动，第一液压入口5-1和第三液压出口5-4的实现连通和断开，当铁芯4向上移动后，第一液压入口5-1和第三液压出口5-4连通，第二液压入口5-2与第四液压出口5-4连通，往第一液压管线11内打压液压通过芯轴外筒16第二压力通道16-2传递到第二活塞腔25内此时芯轴20向上移动，第一活塞腔21液压油通过第一压力通道16-1返回到第二液压管线12内，然后返回到地面控制器的油箱内。当第二液压管线12内打压时液压通过芯轴外筒16第一压力通道16-1传递到第一活塞腔21内此时芯轴20向下移动，第二活塞腔25内液压油通过第二压力通道16-2返回到控制管线11内，然后返回到地面控制器的油箱内。
电磁铁41固定在芯轴20上，电磁铁41与位移杆39平行且紧挨状态，当芯轴20向上或向下移动时，电磁铁41在位移杆39内形成感应电压，通过感应电压大小判定芯轴20移动位置。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接联接。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种电控液驱式井下流量控制阀，其特征在于：包括电磁液压控制总成、流量阀本体总成、金属密封总成和位置传感器总成；
所述的电磁液压控制总成包括电磁阀本体、线圈护套、激励线圈、铁芯、活塞、电路控制总成，所述的电磁液压控制总成安装在底座上，所述的活塞安装在电磁阀本体的活塞腔内，可在活塞腔内轴向移动，所述的铁芯与所述的活塞连接，且所述铁芯穿过所述的激励线圈内部，所述的激励线圈安装在线圈护套内，所述的线圈护套安装电磁阀本体上端，所述的激励线圈与电路控制总成连接，所述的电磁阀本体上端设置有2个液压的入口、1个电缆入口，其下端设置有4个液压出口、1个电缆出口；
所述的流量阀本体总成包括底座、上护筒、下护筒、第一液压管线、第二液压管线、第三液压管线、第四液压管线、连接短节、芯轴外筒、上密封模块、中间密封模块、下密封模块、孔用卡座、孔用卡簧、轴用卡座，轴用卡簧、连接筒、锁定片、刮泥环、挡圈、挡圈卡簧、调节套、节流套、节流外筒和下接头；所述的连接短节上端连接底座下端，其下端与芯轴外筒上端连接，所述的连接筒上端与芯轴外筒下端连接，其下端与节流外筒上端连接，所述的下接头上端与节流外筒的下端连接；所述的芯轴外筒设置有两条压力传递通道，所述的电磁液压控制总成通过所述的第三液压管线、第四液压管线分别连接与所述芯轴的两条压力通道连接，所述的上护筒和所述的下护筒安装在底座和芯轴外筒之间，所述的上密封模块安装在芯轴外筒内部，芯轴外筒内部有沟槽，所述的孔用卡座安装在沟槽内限制其轴向移动，所述的孔用卡簧安装卡座内部，所述芯轴上加工有两道沟槽和燕尾槽，所述的中间密封模块设置在两道沟槽之间，所述轴用卡座分别放置在两道沟槽内限制所述的密封模块轴向移动，所述的下密封模块安装芯轴外筒下端的槽内，所述的上密封模块、所述的中间密封模块、所述的芯轴外筒和所述的芯轴之间形成第一活塞腔，所述的中间密封模块与所述的下密封模块、所述的芯轴外筒和所述的芯轴之间形成第二活塞腔，所述的轴用卡簧安装所述的轴用卡座外部，所述锁定片安装在所述芯轴的燕尾槽内，所述的刮泥环安装在所述的连接筒下端的内部槽内，所述的挡圈安装在刮泥环下部，所述的卡簧安装在所述连接筒下端卡簧槽内，限制刮泥环移动，所述的调节套安装在所述的节流外筒内部，所述的节流套安装在所述的节流外筒内部，位于所述的下接头和所述的金属密封环之间；
所述的金属密封总成包括金属密封环和芯轴，所述的金属密封环安装在所述节流套与下接头之间，所述的芯轴穿过所述金属密封环内部，可以轴向移动；
所述的位置传感器总成包括电磁铁、滑槽、盖板、位移杆和控制器，所述的电磁铁安装所述芯轴的矩形槽内，所述的位移杆安装在所述的节流外筒的上端面的孔内，所述的滑槽安装盖板内侧，所述的盖板安装所述的节流外筒外壁开槽内，所述的控制器与所述的位移杆连接，所述的控制器通过电缆与电磁液压控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种电控液驱式井下流量控制阀，其特征在于：所述芯轴外筒上设置有第一压力通道和第二压力通道。
3.根据权利要求1所述的一种电控液驱式井下流量控制阀，其特征在于：所述的电磁阀本体上端设置有第一液压入口、第二液压入口、电缆入口，下端设置有第一液压出口、第二液压出口、第三液压出口、第四液压出口、电缆出口，所述的第一液压入口连接第一液压管线，所述的第二液压入口连接第二液压管线，所述的电缆入口连接传递动力和信号的电缆，所述的第一液压出口与所述的第一液压入口直接连通，并连接到下一个井下流量控制阀的电磁阀本体的第一液压入口，所述的第二液压出口与所述的第二液压入口直接连通，并连接到下一个井下流量控制阀的电磁阀本体的第二液压入口，所述的第三液压出口仅当所述的活塞向上移动后才与所述的第一液压入口连通，所述的第四液压出口与所述的第二液压入口直接连通，所述的第三液压出口通过第三液压管线连接到第二压力通道，所述的第四液压出口通过第四液压管线连接到第一压力通道。
4.根据权利要求1所述的一种电控液驱式井下流量控制阀，其特征在于：所述的节流筒设置有圆周均匀分布的若干节流通道，所述的节流套设置有圆周均匀分布的若干节流孔。
5.根据权利要求1所述的一种电控液驱式井下流量控制阀，其特征在于：所述的金属密封环上下两端面设计环形凹槽，其中间部位的内外两侧硫化橡胶，硫化橡胶紧起低压辅助密封作用，所述的芯轴穿过金属密封环内部，隔离环空与芯轴。
6.根据权利要求1所述的一种电控液驱式井下流量控制阀，其特征在于：所述的电磁铁固定在所述的芯轴上，所述的电磁铁与所述的位移杆平行且紧挨状态，当所述的芯轴向上或向下移动时，所述电磁铁在位移杆内形成感应电压，通过感应电压大小判定芯轴移动位置。
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