CN114165192A - 电动式井口压力脉冲信号发生装置及石油开采设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电动式井口压力脉冲信号发生装置，包括阀块以及安装于阀块的电机，阀块内部设置有芯体腔，芯体腔内安装有阀芯，阀块上设置有连通芯体腔的工作端的高压进口和泄压出口，高压进口连通井口，电机通过传动机构连接阀芯，传动机构能够将电机的旋转运动转换为直线运动。电机的响应快，同时机械式的传动机构更加安全可靠，避免出现泄漏风险，因而产生的压力脉冲信号质量高、稳定性好、可靠性高，同时将控制部分与工作部分分开，装置内的大部分元器件与井内的腐蚀性介质实现了分离，延长了使用寿命，且装置的成本低，减轻了工人劳动强度，适于推广。本发明还公开一种包括上述装置的石油开采设备。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采领域，特别是涉及一种电动式井口压力脉冲信号发生装置。此外，本发明还涉及一种包括上述装置的石油开采设备。
背景技术
目前在石油开采设备中，需要使用注水井，对于注水井的配水方法，主要采用纯机械式的配水器，根据注水需要采用更换不同规格的水嘴来控制配水量，操作复杂、工序多、耗时长，而采用智能配水方法，即在井下安装智能配水器，在地面上通过信号控制井下配水器的工作，调节配水量，则大大缩短了施工的时间，降低了生产作业成本。
在智能配水方法中，如何将地面上的控制信号准确可靠的下传给井下工具，是比较关键的一环。压力脉冲传输是应用最多、最成熟的一种方法，在智能配水方法中，产生压力脉冲信号的地面装置，大多采用高压泵增压的方式，其具体做法是将地面高压泵输出的高压水作为压力源，通过手动操作压力源和井口装置上的阀门，产生相应的压力脉冲信号，传递给井下配水工具，该方法的缺点是采用高压泵设备，导致成本高，采用手动操作，耗时较长，工人劳动强度大，高压泵增压稳定性差，加上手动操作，导致产生的压力脉冲信号质量差，可靠性低，信号频率低，当地层吸水严重时，高压泵很难在井口形成明显压差，影响压力脉冲的产生，且无法接收井下配水工具上传的压力信号。
因此，如何提供一种稳定高效的井口压力脉冲信号发生装置是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动式井口压力脉冲信号发生装置，通过控制电机的正反转，进而由机械方式控制阀芯移动，使高压进口和泄压出口导通或隔绝，在井口产生质量好、可靠性高的压力脉冲信号。本发明的另一目的是提供一种包括上述装置的石油开采设备。
为解决上述技术问题，本发明提供一种电动式井口压力脉冲信号发生装置，包括阀块以及安装于所述阀块的电机，所述阀块内部设置有芯体腔，所述芯体腔内安装有阀芯，所述阀块上设置有连通所述芯体腔的工作端的高压进口和泄压出口，所述高压进口连通井口，所述电机通过传动机构连接所述阀芯，所述传动机构能够将所述电机的旋转运动转换为直线运动；
所述电机正转时，所述传动机构推动所述阀芯向所述芯体腔的工作端移动，使所述阀芯隔绝所述高压进口和所述泄压出口，以保持井内高压；
所述电机反转时，所述传动机构拉动所述阀芯向所述芯体腔的控制端移动，使所述高压进口和所述泄压出口连通，井内压力降低，形成压力脉冲信号。
优选地，所述传动机构包括丝杠和连接筒，所述连接筒的一端连接所述阀芯，所述连接筒的另一端固定安装有滚珠丝杠螺母，所述丝杠的一端连接所述电机输出轴，所述丝杠的另一端穿过所述滚珠丝杠螺母伸入所述连接筒内部，所述电机驱动所述丝杠转动，通过所述滚珠丝杠螺母推动连接筒沿轴向直线移动。
优选地，所述阀块内部并列设置有竖直的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔上端安装有封闭螺母以形成所述芯体腔，所述第一通孔下端开口为所述高压进口，所述泄压出口为连通所述第一通孔的横孔。
优选地，所述电机固定安装于所述第二通孔的下端开口处，所述丝杠和所述连接筒活动安装于所述第二通孔内，所述连接筒由所述第二通孔的上端开口处伸出。
优选地，所述传动机构还包括支座和杠杆，所述支座固定安装于所述阀块上侧，位于所述第一通孔和所述第二通孔上端开口之间，所述杠杆的一端铰接第一连杆的上端，所述第一连杆的下端铰接所述连接筒的上端，所述杠杆的中部铰接第二连杆的上端，所述第二连杆的下端铰接所述支座，所述杠杆的另一端铰接第三连杆的上端，所述第三连杆的下端穿过所述封闭螺母固定连接所述阀芯的上端，所述第一连杆至所述支座的距离大于所述第三连杆至所述支座的距离。
优选地，所述阀芯外套装有两端开口的阀套，所述阀套侧壁上设置有外侧孔，所述外侧孔对准并连通所述横孔，所述阀芯中部设置有竖直的第三通孔，所述阀芯下端设置有连通所述第三通孔的内侧孔，所述阀芯下端进入所述芯体腔的工作端时，所述内侧孔与所述外侧孔错开，所述阀芯封闭所述横孔，所述阀芯下端退出所述芯体腔的工作端时，所述内侧孔与所述外侧孔对准并连通，所述横孔通过所述第三通孔连通所述高压进口。
优选地，所述第三通孔内设置有过滤器，所述阀芯上端面积大于下端面积。
优选地，所述第二通孔为阶梯孔，所述第二通孔内安装有套装于所述丝杠的滚动推力轴承。
优选地，所述阀块上设置有通信连接电控系统的压力传感器，所述压力传感器的检测口连通所述高压进口。
本发明提供一种石油开采设备，包括注水井井下配水设备以及安装于所述注水井的电动式井口压力脉冲信号发生装置，所述电动式井口压力脉冲信号发生装置具体为上述任意一项所述的电动式井口压力脉冲信号发生装置。
本发明提供一种电动式井口压力脉冲信号发生装置，包括阀块以及安装于阀块的电机，阀块内部设置有芯体腔，芯体腔内安装有阀芯，阀块上设置有连通芯体腔的工作端的高压进口和泄压出口，高压进口连通井口，电机通过传动机构连接阀芯，传动机构能够将电机的旋转运动转换为直线运动。
工作过程中，电机正转时，传动机构推动阀芯向芯体腔的工作端移动，使阀芯隔绝高压进口和泄压出口，以保持井内高压；电机反转时，传动机构拉动阀芯向芯体腔的控制端移动，使高压进口和泄压出口连通，井内压力降低，形成压力脉冲信号。
采用电机作为动力输出源，用机械式的传动机构将电机旋转运动转化为部件的直线运动，再传动至阀芯，可控制阀芯直线运动，利用电控系统的软件程序控制电机的正、反转，进而控制高压进口和泄压出口的导通或隔绝，即可在高压大流量的井口产生压力脉冲信号，操控十分简单，压力脉冲信号能方便的进行调节，频率可通过电控系统的软件程序调节。电机的响应快，同时机械式的传动机构更加安全可靠，避免出现泄漏风险，因而产生的压力脉冲信号质量高、稳定性好、可靠性高，同时将控制部分与工作部分分开，装置内的大部分元器件与井内的腐蚀性介质实现了分离，延长了使用寿命，且装置的成本低，减轻了工人劳动强度，适于推广。
本发明还提供一种包括上述装置的石油开采设备，由于上述装置具有上述技术效果，上述石油开采设备也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。
附图说明
图1为本发明所提供的电动式井口压力脉冲信号发生装置的一种具体实施方式的剖面示意图；
图2为本发明所提供的电动式井口压力脉冲信号发生装置的一种具体实施方式中电机正转时的结构原理图；
图3为本发明所提供的电动式井口压力脉冲信号发生装置的一种具体实施方式中电机反转时的结构原理图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种电动式井口压力脉冲信号发生装置，通过控制电机的正反转，进而由机械方式控制阀芯移动，使高压进口和泄压出口导通或隔绝，在井口产生质量好、可靠性高的压力脉冲信号。本发明的另一核心是提供一种包括上述装置的石油开采设备。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图3，图1为本发明所提供的电动式井口压力脉冲信号发生装置的一种具体实施方式的剖面示意图；图2为本发明所提供的电动式井口压力脉冲信号发生装置的一种具体实施方式中电机正转时的结构原理图；图3为本发明所提供的电动式井口压力脉冲信号发生装置的一种具体实施方式中电机反转时的结构原理图。
本发明具体实施方式提供一种电动式井口压力脉冲信号发生装置，包括阀块1以及安装于阀块1的电机2，阀块1内部设置有芯体腔，芯体腔内安装有阀芯3，阀芯3能够在芯体腔内移动，将芯体腔分隔成控制端和工作端，即控制端和工作端分别位于阀芯3的两端，阀块1上设置有高压进口P和泄压出口T，高压进口P和泄压出口T连通芯体腔的工作端，高压进口P连通井口4。具体地，可以在高压进口P和泄压出口T处安装接头，通过接头将阀块1安装在井口4上，将井内的高压液体导入高压进口P。电机2通过传动机构连接阀芯3，传动机构能够将电机2的旋转运动转换为直线运动。
工作过程中，电机2正转时，通过传动机构转换运动方式，推动阀芯3向芯体腔的工作端移动，使阀芯3进入芯体腔的工作端，隔绝高压进口P和泄压出口T，井内高压液体无法排除，以保持井内高压。
电机2反转时，通过传动机构转换运动方式，拉动阀芯3向芯体腔的控制端移动，使阀芯3退出芯体腔的工作端，不再影响高压进口P和泄压出口T，高压进口P和泄压出口T连通，井内高压液体由泄压出口T排出，井内压力降低，形成压力脉冲信号。
采用电机2作为动力输出源，用机械式的传动机构将电机2旋转运动转化为部件的直线运动，再传动至阀芯3，可控制阀芯3直线运动，利用电控系统的软件程序控制电机2的正、反转，进而控制高压进口P和泄压出口T的导通或隔绝，即可在高压大流量的井口4产生压力脉冲信号，操控十分简单，压力脉冲信号能方便的进行调节，频率可通过电控系统的软件程序调节。电机2的响应快，同时机械式的传动机构更加安全可靠，避免出现泄漏风险，因而产生的压力脉冲信号质量高、稳定性好、可靠性高，同时将控制部分与工作部分分开，装置内的大部分元器件与井内的腐蚀性介质实现了分离，延长了使用寿命，且装置的成本低，减轻了工人劳动强度，适于推广。
传动机构可以采用多种形式，如采用齿轮齿条结构等，在本发明具体实施方式中，采用丝杠螺母机构，包括丝杠5和连接筒6，连接筒6的一端连接阀芯3，连接筒6的另一端固定安装有滚珠丝杠螺母7，两者可以通过螺栓连接，丝杠5的一端连接电机2输出轴，其中，丝杠5与电机2输出轴可以通过联轴器连接，丝杠5的另一端穿过滚珠丝杠螺母7伸入连接筒6内部。即连接筒6下端设置有安装孔，安装孔下端开口处安装滚珠丝杠螺母7，丝杠5的上端连接滚珠丝杠螺母7，穿过滚珠丝杠螺母7伸入安装孔。
工作过程中，电机2正转时，带动丝杠5转动，并与滚珠丝杠螺母7配合转动，由于丝杠5位置固定，滚珠丝杠螺母7沿轴向向上移动，进而推动连接筒6向上移动，最终推动阀芯3移动。
电机2反转时，带动丝杠5转动，并与滚珠丝杠螺母7配合转动，由于丝杠5位置固定，滚珠丝杠螺母7沿轴向向下移动，进而推动连接筒6向下移动，最终拉动阀芯3移动。
为了保证各部件的稳定安装，阀块1内部设置有第一通孔和第二通孔，第一通孔和第二通孔并列设置且均沿竖直方向延伸，第一通孔上端开口处安装有封闭螺母8以形成芯体腔，第一通孔下端开口为高压进口P，泄压出口T为连通第一通孔的横孔。
电机2固定安装于第二通孔的下端开口处，电机2外周设置有耳板，通过螺栓连接阀块1下侧，丝杠5和连接筒6活动安装于第二通孔内，连接筒6由第二通孔的上端开口处伸出。
进一步地，传动机构还包括支座9和杠杆10，支座9固定安装于阀块1上侧，位于第一通孔和第二通孔上端开口之间，杠杆10的一端铰接第一连杆11的上端，第一连杆11的下端铰接连接筒6的上端，杠杆10的中部铰接第二连杆12的上端，第二连杆12的下端铰接支座9，杠杆10的另一端铰接第三连杆13的上端，第三连杆13的下端穿过封闭螺母8固定连接阀芯3的上端，第一连杆11至支座9的距离大于第三连杆13至支座9的距离。通过杠杆10的力臂设置，将作用力增大并传输过去，从而推动阀芯3工作，这样可大大降低了电机2的功率，进而减少电机的功耗，大大延长电池的使用时间，增加了装置的工作时间。其中，第二通孔为阶梯孔，第二通孔内安装有套装于丝杠5的滚动推力轴承16，还可设置多个限位台阶，限制连接筒6的移动距离。
在本发明具体实施方式提供的电动式井口压力脉冲信号发生装置中，阀芯3外套装有两端开口的阀套14，阀套14上端与封闭螺母8相抵，阀套14下端与第一通孔的阶梯相抵，阀套14侧壁上设置有外侧孔，外侧孔对准并连通横孔，阀芯3中部设置有竖直的第三通孔，通过第三通孔连通两端的工作端和控制端，同时阀芯3下端设置有连通第三通孔的内侧孔，通过电机2正向转动和传动机构传动，阀芯3下端进入芯体腔的工作端时，内侧孔移动至外侧孔下方，内侧孔与外侧孔错开，通过阀芯3外侧壁封闭横孔，进而隔绝高压进口P和泄压出口T，通过电机2反向转动和传动机构传动，阀芯3下端退出芯体腔的工作端时，内侧孔向上移动，内侧孔与外侧孔对准并连通，横孔通过第三通孔连通高压进口P，高压液体依次经过第三通孔、内侧孔和外侧孔进入横孔，使高压进口P和泄压出口T连通。其中，阀套14内设置限位台阶，限制阀芯3的移动。具体地，第三通孔内设置有过滤器15，阀芯3上端面积大于下端面积，且各部件上对应位置设置有密封圈，保证密封效果。
在上述各具体实施方式提供的电动式井口压力脉冲信号发生装置的基础上，阀块1上设置有通信连接电控系统的压力传感器17，压力传感器17的检测口连通高压进口P，即与井内压力相通，当阀块1打开或关闭时，压力传感器17可将井内的压力信号传输给电控系统进行判断、显示、解码等工作。
具体工作方式为：将装置通过接头安装在井口4上，初始状态下，电控系统控制电机2正转，电机2通过联轴器带动丝杠5旋转，安装于丝杠5上的滚珠丝杠螺母7将丝杠5的旋转运动转化为直线运动，固定在滚珠丝杠螺母7上的连接筒6通过杠杆10及相关机构推动阀芯3向下运动，最终阀芯3运动至行程的最下端，也即阀芯3上的台阶面与阀套14内孔中的台阶面接触，此时，井内的高压液体通过高压进口P进入阀芯3的内部的第三通孔中，由于密封圈的作用，阀芯3下部的内侧孔与阀套14的外侧孔被隔断，也即高压进口P与泄压出口T被隔断，井内的高压液体处于初始的高压状态，同时，井内的高压液体通过阀芯3的第三通孔内的过滤器15后沿第三通孔进入芯体腔的控制端，即阀芯3、阀套14、封闭螺母8三者围成的圆柱形密闭空间内，阀套14上端直径为φb，下端直径为φa，由于第三通孔的连通，空间内压强与井内高压液体压强相等，但由于φa＜φb，在液体压强相等的情况下，导致阀芯3上部的受力大于阀芯3下部的受力，阀芯3因而受到一个向下的合力△F，阀芯3在力△F和电机2的推力下处于行程的最下端，保持高压进口P与泄压出口T处于被隔断的状态。
当电控系统控制电机2反转时，过程与上述过程正好相反，电机2传输过来的作用力克服阀芯3所受液压力△F，通过杠杆10拉动使阀芯3向上运动，阀芯3运动至行程的最上端，与封闭螺母8接触，此时，阀芯3下部的内侧孔与阀套14的外侧孔对准并相通，高压进口P与泄压出口T连通，井内压力降低，形成一个压力脉冲信号。当电机2正转时，阀芯3再次向下运动，高压进口P与泄压出口T再次被隔断，井内压力又上升恢复至初始压力，从而重复上述步骤。
除了上述电动式井口压力脉冲信号发生装置，本发明的具体实施方式还提供一种包括上述电动式井口压力脉冲信号发生装置的石油开采设备，该石油开采设备其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。
以上对本发明所提供的电动式井口压力脉冲信号发生装置及石油开采设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种电动式井口压力脉冲信号发生装置，其特征在于，包括阀块(1)以及安装于所述阀块(1)的电机(2)，所述阀块(1)内部设置有芯体腔，所述芯体腔内安装有阀芯(3)，所述阀块(1)上设置有连通所述芯体腔的工作端的高压进口(P)和泄压出口(T)，所述高压进口(P)连通井口(4)，所述电机(2)通过传动机构连接所述阀芯(3)，所述传动机构能够将所述电机(2)的旋转运动转换为直线运动；
所述电机(2)正转时，所述传动机构推动所述阀芯(3)向所述芯体腔的工作端移动，使所述阀芯(3)隔绝所述高压进口(P)和所述泄压出口(T)，以保持井内高压；
所述电机(2)反转时，所述传动机构拉动所述阀芯(3)向所述芯体腔的控制端移动，使所述高压进口(P)和所述泄压出口(T)连通，井内压力降低，形成压力脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的电动式井口压力脉冲信号发生装置，其特征在于，所述传动机构包括丝杠(5)和连接筒(6)，所述连接筒(6)的一端连接所述阀芯(3)，所述连接筒(6)的另一端固定安装有滚珠丝杠螺母(7)，所述丝杠(5)的一端连接所述电机(2)输出轴，所述丝杠(5)的另一端穿过所述滚珠丝杠螺母(7)伸入所述连接筒(6)内部，所述电机(2)驱动所述丝杠(5)转动，通过所述滚珠丝杠螺母(7)推动连接筒(6)沿轴向直线移动。
3.根据权利要求2所述的电动式井口压力脉冲信号发生装置，其特征在于，所述阀块(1)内部并列设置有竖直的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔上端安装有封闭螺母(8)以形成所述芯体腔，所述第一通孔下端开口为所述高压进口(P)，所述泄压出口(T)为连通所述第一通孔的横孔。
4.根据权利要求3所述的电动式井口压力脉冲信号发生装置，其特征在于，所述电机(2)固定安装于所述第二通孔的下端开口处，所述丝杠(5)和所述连接筒(6)活动安装于所述第二通孔内，所述连接筒(6)由所述第二通孔的上端开口处伸出。
5.根据权利要求4所述的电动式井口压力脉冲信号发生装置，其特征在于，所述传动机构还包括支座(9)和杠杆(10)，所述支座(9)固定安装于所述阀块(1)上侧，位于所述第一通孔和所述第二通孔上端开口之间，所述杠杆(10)的一端铰接第一连杆(11)的上端，所述第一连杆(11)的下端铰接所述连接筒(6)的上端，所述杠杆(10)的中部铰接第二连杆(12)的上端，所述第二连杆(12)的下端铰接所述支座(9)，所述杠杆(10)的另一端铰接第三连杆(13)的上端，所述第三连杆(13)的下端穿过所述封闭螺母(8)固定连接所述阀芯(3)的上端，所述第一连杆(11)至所述支座(9)的距离大于所述第三连杆(13)至所述支座(9)的距离。
6.根据权利要求5所述的电动式井口压力脉冲信号发生装置，其特征在于，所述阀芯(3)外套装有两端开口的阀套(14)，所述阀套(14)侧壁上设置有外侧孔，所述外侧孔对准并连通所述横孔，所述阀芯(3)中部设置有竖直的第三通孔，所述阀芯(3)下端设置有连通所述第三通孔的内侧孔，所述阀芯(3)下端进入所述芯体腔的工作端时，所述内侧孔与所述外侧孔错开，所述阀芯(3)封闭所述横孔，所述阀芯(3)下端退出所述芯体腔的工作端时，所述内侧孔与所述外侧孔对准并连通，所述横孔通过所述第三通孔连通所述高压进口(P)。
7.根据权利要求6所述的电动式井口压力脉冲信号发生装置，其特征在于，所述第三通孔内设置有过滤器(15)，所述阀芯(3)上端面积大于下端面积。
8.根据权利要求7所述的电动式井口压力脉冲信号发生装置，其特征在于，所述第二通孔为阶梯孔，所述第二通孔内安装有套装于所述丝杠(5)的滚动推力轴承(16)。
9.根据权利要求1至8任意一项所述的电动式井口压力脉冲信号发生装置，其特征在于，所述阀块(1)上设置有通信连接电控系统的压力传感器(17)，所述压力传感器(17)的检测口连通所述高压进口(P)。
10.一种石油开采设备，其特征在于，包括注水井井下配水设备以及安装于所述注水井的电动式井口压力脉冲信号发生装置，所述电动式井口压力脉冲信号发生装置具体为权利要求1至9任意一项所述的电动式井口压力脉冲信号发生装置。
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2021
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