CN113914836B - 一种中空力矩电机驱动的配水与配产器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配水与配产器领域，更具体的说是一种中空力矩电机驱动的配水与配产器。一种中空力矩电机驱动的配水与配产器，包括电机腔体，以及设置在电机腔体内部的中空力矩电机，以及中空力矩电机包括的电机输出法兰，其特征在于：还包括安装在中空力矩电机内部且与电机输出法兰传动连接的旋转中心管，以及安装在旋转中心管左端的阀门，所述旋转中心管用于驱动通过旋转实现开闭的所述阀门进行开闭。旋转式调节阀的形式，可实现过流通道的快速开关切换，提高调控速率；旋转式调节阀运动方式为径向旋转开关，无轴向位移动作，可有效避免井下高压差工况下对阀体动作的产生运动阻力，保证开关稳定性。

Description

一种中空力矩电机驱动的配水与配产器

技术领域

本发明涉及配水与配产器领域，更具体的说是一种中空力矩电机驱动的配水与配产器。

背景技术

随着我国油田开发的不断深入，大庆等主力油田已步入高含水期、特高含水期。地下油层小层数较多，渗透率级差大，油水分布极为复杂，剩余油高度分散，各层段产液、含水随开发动态变化而变化。注入水在高渗透层内形成优势通道会进一步加剧油藏的非均质性，导致注水效率低甚至无效循环。分层注采是提高非均质油藏动用程度和水驱效率的关键技术。分层注水技术已经历四个发展阶段，由合注发展到目前的第四代智能精细分注技术，比合注合采提高采收率3-5%，并能有效抑制含水上升速度，扩大水驱波及体积，提高中低渗层的动用程度。相比分层注水，分层采油仍停留在初级阶段，未能对各层段压力、产液量等参数进行实时监测，更难以在此基础上对各层产液进行精细调控，因此难以与分层精细注水相配套、实现油田均衡注采，目前现有常规配水器与配产器工具存在驱动动力小、过流面积小、工具过长、难以实现同心全通径和稳定性差等问题。

发明内容

本发明提供一种中空力矩电机驱动的配水与配产器，目的是可以有效避免井下高压差工况对阀体动作产生运动阻力，以保证开关稳定性。

上述目的通过以下技术方案来实现：

一种中空力矩电机驱动的配水与配产器，包括电机腔体，以及设置在电机腔体内部的中空力矩电机，以及中空力矩电机包括的电机输出法兰，还包括安装在中空力矩电机内部且与电机输出法兰传动连接的旋转中心管，以及安装在旋转中心管左端的阀门，所述旋转中心管用于通过旋转的方式驱动实现所述阀门进行开闭。

其中所述旋转中心管的内通径为40mm以上。

还包括开口螺套和外管Ⅰ；所述阀门包括阀体，以及通过转阀密封件安装在阀体内部的阀芯；其中所述阀体通过一个开口螺套和外管Ⅰ安装在电机腔体的左端，旋转中心管与阀芯之间花键连接，阀芯和旋转中心管连通且内径相同并同轴线设置。

所述阀芯采用对开式鸭嘴形状的阀口。

本发明一种中空力矩电机驱动的配水与配产器的有益效果为：

旋转式调节阀的形式，可实现过流通道的快速开关切换，提高调控速率；旋转式调节阀运动方式为径向旋转开关，无轴向位移动作，可有效避免井下高压差工况下对阀体动作的产生运动阻力，保证开关稳定性。

附图说明

图1显示了整体结构图；

图2显示了阀芯关闭状态；

图3显示了阀芯打开状态；

图4显示了上接头、上端电缆接头护罩、电缆接头组件Ⅰ、阀芯、转阀密封件、开口螺套和阀体；

图5显示了过线连接管Ⅰ、过渡密封件、外管Ⅰ、旋转中心管、电机腔体、中空力矩电机、外管Ⅱ、轴承挡圈和电机输出法兰；

图6显示了轴承挡圈、角接触轴承、动密封座Ⅱ、过线连接管Ⅱ、传感器固定座、压力传感器、电路板外壳和控制电路板；

图7显示了中心管、过渡段、电缆接头组件Ⅱ、下端电缆接头护罩、单芯电缆和下接头。

具体实施方式

结合附图1，一种中空力矩电机驱动的配水与配产器包括主体框架部分，所述主体框架部分包括上接头1、上端电缆接头护罩2、电缆接头组件Ⅰ3、开口螺套6、阀体7、过渡密封件9、外管Ⅰ10、电机腔体12、外管Ⅱ14、传感器固定座19、电路板外壳21、过渡段24、电缆接头组件Ⅱ25、下端电缆接头护罩26、单芯电缆27、下接头28、固定座29和电机输出法兰30；

还包括内部结构，所述内部结构包括阀芯4、转阀密封件5、开口螺套6、过线连接管Ⅰ8、旋转中心管11、中空力矩电机13、轴承挡圈15、角接触轴承16、动密封座Ⅱ17、过线连接管Ⅱ18、压力传感器20、控制电路板22和中心管23。

其中，参考图5，所述中空力矩电机13的电机输出法兰30与旋转中心管11花键式相连，旋转中心管11的输出端与阀芯4花键式相连，实现动力传递，带动阀芯旋转实现旋转关阀状态。

所述阀芯4采用对开式鸭嘴形状的阀口，防止因井下结蜡、结垢、泥沙淤积等现象的发生，及满足ICV流量智能调控；

参考图2至4，所述阀芯4与阀体7之间安装转阀密封件5，通过阀芯4与转阀密封件5之间过盈配合实现密封；所述转阀密封件5具有导向结构用以对阀芯4进行扶正。

阀芯4具有两种状态，当中空力矩电机13驱动正转90°时，阀芯4全开状态；此时最大过流截面积1661.9mm2，当中空力矩电机13驱动反转90°时，阀芯4全关状态，由转阀密封件5实现密封作用，避免液体渗漏现象，在控制电路板22的控制下，阀芯4在初始位与旋角90°范围内进行，阀口开度调整，开度控制精度为5′，实现流量的微调。

直流中空力矩电机扭矩大，保证了配水器内外压差不小于10MPa下的正常开启；阀口过流面积大，所述中空力矩电机13的内径不低于50mm，以保证旋转中心管11的内通径不低于40mm，最终确保中空力矩电机驱动的智能配水器与配产器的流量不低于1500m3/d；优选的，所述中空力矩电机13的内径不低于55mm，以保证旋转中心管11的内通径不低于46mm。

所述中空力矩电机13的输出扭矩不低于120Nm，允许的生产压差不低于1MPa，阀口两侧压力差不小于10MPa时，中空力矩电机驱动的智能配水器与配产器能够可靠重复开启、关闭；

参考图5，所述旋转中心管11的左右侧轴端设置有两个相背的角接触球轴承，位于左侧的轴承内圈由旋转中心管11固定，而外圈由过渡密封件9固定，后端轴承内圈由轴承挡圈15固定，外圈由动密封座Ⅱ17固定，保证旋转中心管11同心旋转，保证两侧密封性，防止漏液，对电器元件的损坏；

参考图4和图6，还包括通过一个开口螺套6和外管Ⅱ14安装在电机腔体12右端固接的传感器固定座19，以及分别安装在传感器固定座19内外两侧的两个压力传感器20，所述传感器固定座19与旋转中心管11连通且二者的内通径相同并同轴线设置；所述中空力矩电机13内置对自身旋转角度及定位精度进行控制和检测的传感器，可对中空力矩电机13旋转角度及定位精度进行控制和检测，从而实现开关阀无极调节与定位，开度检测等功能；

所述控制电路板22内置温度传感器，可检测设备在井下工作的温度。两支压力传感器20，一支检测设备内部压力数值，另一支检测设备外部压力数值，数值最终反馈到井上控制系统。

参考图6和图7，还包括固接在传感器固定座19右端的电路板外壳21，以及安装在电路板外壳21内用以控制中空力矩电机13的控制电路板22，以及与传感器固定座19右端固接并连通的中心管23，中心管23与传感器固定座19连通且二者内通径相同并同轴线设置，所述控制电路板22位于电路板外壳21和中心管23之间。

当智能配水与配产器运动到预定位置时，中空力矩电机13接收到控制电路板22发送的开启指令，带动旋转中心管11进而带动阀芯4实现阀芯正转，开启阀口，根据阀口前后压差、注入流量以及阀口开度可以验证智能配水与配产器的工作状态。当配水或配产任务完成，控制电路板22向中空力矩电机13发送关闭指令，中空力矩电机13驱动旋转中心管11实现阀芯反转，过流面积减小直至完全关闭。所述阀芯4与阀体7中间安装转阀密封件5，当中空力矩电机13驱动电机输出法兰30、旋转中心管11、阀芯4正转时，转阀密封件5发生塑性形变进行关阀密封，反转时，转阀密封件5挤压力减小，形成开阀密封。

参考图7，还包括通过一个开口螺套6与电路板外壳21右端固接的过渡段24，以及与过渡段24右端固接并连通的下接头28，以及与阀体7左端固接并连通的固定座29，以及与固定座29左端固接并连通的上接头1，所述中心管23和过渡段24连通，上接头1、中心管23、过渡段24和下接头28内径相同且同轴线设置。所述下接头28通过螺纹与过渡段24、电缆接头组件Ⅰ3相连，通过螺钉与下端电缆接头护罩26相连，保证线缆密封性和拆卸便利性。所述过线连接管Ⅰ8、过线连接管Ⅱ18、实现单芯电缆27在跨零件安装时的接头部分的密封保护，保证线缆的使用寿命。

参考图6，还包括过渡密封件9、轴承挡圈15、角接触轴承16和动密封座Ⅱ17，所述旋转中心管11的左右侧轴端安装有两个相背的角接触球轴承，位于左侧的角接触球轴承内外圈分别由旋转中心管11和过渡密封件9固定，位于右侧的角接触球轴承内外圈分别由轴承挡圈15和动密封座Ⅱ17固定。参考图5，所述旋转中心管11左侧与过渡密封件9通过动密封及花键连接，旋转中心管11右侧与动密封座17通过动密封件及花键连接，以保证旋转中心管11两侧的密封，线缆的止转。

参考图1、4和7，还包括固接并连通在固定座29左端的上端电缆接头护罩2，固定座29和过渡段24上分别设有电缆接头组件Ⅰ3和电缆接头组件Ⅱ25，阀体7和过渡密封件9之间设有过线连接管Ⅰ8，动密封座Ⅱ17和传感器固定座19之间设有过线连接管Ⅱ18，下端电缆接头护罩26固接在下接头28上，所述上端电缆接头护罩2、电缆接头组件Ⅰ3、过线连接管Ⅰ8、过线连接管Ⅱ18、电缆接头组件Ⅱ25和下端电缆接头护罩26构成电缆通道，在所述电缆通道内设置单芯电缆27，且为钢管单芯电缆，所述单芯电缆27与中空力矩电机13的正负极相连且另一端与地面电源相连。

所述配水器与配产器内置电池组，在无地面供电情况下，实现井下管内压力、管外压力、管外温度、转阀开度等数据不间断测量与存储，存储容量不小于30万组数据，数据采样速率：1组数据/10s。

利用连续油管或其他方式将智能配水与配产器投放到预定工作位置，中空力矩电机经过输出法兰将动力传输至中间旋转中心管11，旋转中心管11与阀芯4进行花键式配合，使阀芯4旋转，变换阀芯4的阀口圆周角度，实现开阀和关阀的状态切换，在阀芯4两端安装转阀密封件，当阀芯4旋转时，可对阀芯4进行扶正功能，减小中空力矩电机旋转的阻力，再由转阀密封件实现阀口的密封，减小关阀状态下的液体渗漏量，实现精准的流量检测。由单芯电缆持续供给能量，使得智能配水与配产器在井下持续稳定工作。

本申请采用传感监测、智能控制，实现注水井与油井流量的分层调控，解决了传动工艺笼统注水或多层段合采无法实现分层测调的问题；由中空力矩电机13驱动调节阀芯4，实现工具全通径、同心结构形式，满足大排量过流需求及测井工具通过；通过中空力矩电机13中空结构形式，在有限的安装空间内，最大限度提升了电机功率，实现大扭矩输出，大幅度提高井下压差环境下的阀开关可靠性以及井下复杂介质的抗卡阻性能；采用单芯电缆27实现井下各层段智能配水/配产器的供电及通信，实现井下压力、温度等参数实时监测及中空力矩电机13动作控制；通过分层开关控制功能，可有效调整注水井高渗透层配注量、油井出水层封堵等，为稳油控水提供有效解决途径，旋转式调节阀结构形式，可实现过流通道的快速开关切换，提高调控速率；旋转式调节阀运动方式为径向旋转开关，无轴向位移动作，可有效避免井下高压差工况下对阀体动作的产生运动阻力，保证开关稳定性；智能配水器与配产器的旋转式调节阀采用中空力矩电机13，以中空力矩电机13输出扭矩作为开关动力，无需其它传动机构，整体结构精炼，减少了传动环节，提高了机械效率，提升了工作可靠性，减小开关阀的阻力，工具整体长度小，保证入井可靠性；在同外径下，比常规配水器和配产器过流面积大。配合连续油管拖动，能够实现单次投放在井下任意位置；可以根据生产的要求实时对流量的监测与控制，提高注水率和采油率，提高生产效率，降低生产成本等。

Claims (5)

1.一种中空力矩电机驱动的配水与配产器，包括电机腔体（12），以及设置在电机腔体（12）内部的中空力矩电机（13），以及位于电机腔体（12）内且与中空力矩电机（13）输出轴连接的电机输出法兰（30），其特征在于：还包括安装在中空力矩电机（13）内部且与电机输出法兰（30）传动连接的旋转中心管（11），以及安装在旋转中心管（11）左端的阀门，所述阀门能够径向旋转开关，所述旋转中心管（11）通过旋转的方式驱动所述阀门进行开闭；

其中所述旋转中心管（11）的内通径为40mm以上；

还包括开口螺套（6）和外管Ⅰ（10）；所述阀门包括阀体（7），以及通过转阀密封件（5）安装在阀体（7）内部的阀芯（4）；其中所述阀体（7）通过一个开口螺套（6）和外管Ⅰ（10）安装在电机腔体（12）的左端，旋转中心管（11）与阀芯（4）之间花键连接，阀芯（4）和旋转中心管（11）连通且内径相同并同轴线设置；

还包括通过一个开口螺套（6）和外管Ⅱ（14）安装在电机腔体（12）右端固接的传感器固定座（19），以及分别安装在传感器固定座（19）内外两侧的两个压力传感器（20），所述传感器固定座（19）与旋转中心管（11）连通且二者的内通径相同并同轴线设置；所述中空力矩电机（13）内置对自身旋转角度及定位精度进行控制和检测的传感器；

还包括固接在传感器固定座（19）右端的电路板外壳（21），以及安装在电路板外壳（21）内用以控制中空力矩电机（13）的控制电路板（22），以及与传感器固定座（19）右端固接并连通的中心管（23），中心管（23）与传感器固定座（19）连通且二者内通径相同并同轴线设置，所述控制电路板（22）位于电路板外壳（21）和中心管（23）之间；

还包括过渡密封件（9）、轴承挡圈（15）、角接触轴承（16）和动密封座Ⅱ（17），所述旋转中心管（11）的左右侧轴端安装有两个相背的角接触球轴承，位于左侧的角接触球轴承内外圈分别由旋转中心管（11）和过渡密封件（9）固定，位于右侧的角接触球轴承内外圈分别由轴承挡圈（15）和动密封座Ⅱ（17）固定。

2.根据权利要求1所述的配水与配产器，所述阀芯（4）采用对开式鸭嘴形状的阀口。

3.根据权利要求1所述的配水与配产器，还包括通过一个开口螺套（6）与电路板外壳（21）右端固接的过渡段（24），以及与过渡段（24）右端固接并连通的下接头（28），以及与阀体（7）左端固接并连通的固定座（29），以及与固定座（29）左端固接并连通的上接头（1），所述中心管（23）和过渡段（24）连通，上接头（1）、中心管（23）、过渡段（24）和下接头（28）内径相同且同轴线设置。

4.根据权利要求1所述的配水与配产器，还包括固接并连通在固定座（29）左端的上端电缆接头护罩（2），固定座（29）和过渡段（24）上分别设有电缆接头组件Ⅰ（3）和电缆接头组件Ⅱ（25），阀体（7）和过渡密封件（9）之间设有过线连接管Ⅰ（8），动密封座Ⅱ（17）和传感器固定座（19）之间设有过线连接管Ⅱ（18），下端电缆接头护罩（26）固接在下接头（28）上，所述上端电缆接头护罩（2）、电缆接头组件Ⅰ（3）、过线连接管Ⅰ（8）、过线连接管Ⅱ（18）、电缆接头组件Ⅱ（25）和下端电缆接头护罩（26）构成电缆通道，在所述电缆通道内设置单芯电缆（27），所述单芯电缆27与中空力矩电机（13的正负极相连且另一端与地面电源相连。

5.根据权利要求2至4任意一项所述的配水与配产器，所述中空力矩电机（13）的输出扭矩在120Nm以上且允许的生产压差在1MPa以上。