CN114482921A - 一种电液一体化开关及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油井分层开采用装置，具体涉及电液一体化开关及其应用。所述电液一体化开关包括下接头、弹簧座、下弹簧、轴承、轨道固定套、轨道销、轨道套、下连接套、胶圈1、铜圈、聚四氟乙烯、胶圈2、中间连接套、采油外孔、滑套、上连接套、内连接杆、垫圈、上弹簧、外套、活塞、上接头、档环、液控接头、变中心套1、快速接头1、连接短节1、大丝堵、支撑套、小丝堵、密封系统、芯轴、本体、销钉、电机、控制电路板、电缆接头、连接短节2、快速接头2、变中心套2。本发明液电一体化开关采用控制电机调节液路方向，采用液压方式驱动滑套开关，动力大，能够解决开关调节困难的问题。

Description

一种电液一体化开关及其应用

技术领域

本发明涉及一种油井分层开采用装置，具体涉及电液一体化开关及其应用。

背景技术

胜利海上油田油层井段长，多个小层合采，平均合采层数4.8层，渗透率级差3.4，经过长期的注水开采，进一步加剧了层间干扰。国外分层采油技术按控制方式分为液控、电控、电-液一体化控制以及无线压力脉冲控制四类技术。其中液控和电控是目前国外应用成熟的系统。国内海上油田也相应的配备了液控及电控分层采油的方式。但是该系列技术较多采用Y型接头，配备液控机械滑套或者电控滑套的方式，主要应用于9⁵/₈的套管中，而且流量不能控制，目前油水井防砂主要以砾石充填和机械挂滤为主，7in套管防砂后内径小于100mm，这对于实现7in套管井筒内分层采油、流量控制带来一定的难度，因此需要自主设计一种适合分层防砂井的单管采油的装置及工艺，能够实现防砂管柱内的多层位采油工艺。

中国专利申请CN106703763A公开了一种适用于海上油田防砂完井的智能分层开采系统，包括通过油管连接的井口采油树、井下安全阀、过电缆封隔器、Y接头、带孔管、过电缆定位密封、第一智能配产器、第一过电缆插入密封、第二智能配产器、第二过电缆插入密封、第三智能配产器和圆堵，过电缆封隔器设置有放气阀和电缆穿越器，Y接头连接有电潜泵机组，电潜泵机组与电潜泵控制系统相连，第一智能配产器、第二智能配产器和第三智能配产器均连接地面控制器。该发明一次作业即可实现油井找水、分层测试、堵水、分层开采等目的，可对单层流量、含水率、压力、温度等井下参数进行实时监测与实时控制，实现油田低成本、高效开发，适用于海上油田防砂完井。由于采用Y接头连接有电潜泵机组的方式，需要较大的井筒内径，对于小井径的井实现有较大难度。

中国实用新型专利CN209129581U公开一种井下液压控制多档位液控滑套，上壳体固定在下壳体的顶端，在上壳体的顶端贯穿上壳体设置有第一液压管路和第二液压管路，在下壳体的内壁上开设有换向引导槽；在位于上壳体内的中心管的外壁上固定有液压活塞，在位于下壳体内的中心管的外壁上固定有换向台阶，在位于下壳体内的中心管的外壁上还固定有中心管定位台阶；在中心管的底端固定滑套，在滑套的一侧开设有中心管过流孔；阶梯限位筒固定在下壳体内壁的底端，在阶梯限位筒的顶端设置有限位台阶。对其换向机构、限位机构等进行改进，减小换向阻力，提高液控滑套的可靠性。但是多层控制时需要的管线较多，管线与工具接头多，井下环境复杂，不可控因素增加，液控分层开采管柱成功率低。

中国发明专利CN110374551A公开了一种井下液控启动滑套控制系统及控制方法，采用在地面向井下发送压力波或电磁波的方式向井下液控启动滑套发送控制指令，井下液控启动滑套上安装的井下传感器测量地面发送的控制指令，并把测量到的控制指令发送给井下控制电路板，井下控制电路板判断为正确的控制指令，控制井下电磁阀开启，井筒内流体通过井下电磁阀流入井下液控启动滑套内的上腔体，推动活塞杆向下运动，打开井下液控启动滑套。本发明技术省去了现有井下滑套需要投球或者下入连续油管打开的程序，节省了大量时间和成本。该采油的压力波或电磁波的传输方式，在井筒中实现的时候，需要配套的信号发送和接收设备，增加了管柱的复杂程度，降低了可靠性。

发明内容

本发明目的是提供一种电液一体化开关及其应用。本发明液电一体化开关采用控制电机调节液路方向，采用液压方式驱动滑套开关，动力大，能够解决开关调节困难的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种电液一体化开关，下接头、弹簧座、下弹簧、轴承、轨道固定套、轨道销、轨道套、下连接套、胶圈1、铜圈、聚四氟乙烯、胶圈2、中间连接套、采油外孔、滑套、上连接套、内连接杆、垫圈、上弹簧、外套、活塞、上接头、档环、液控接头、变中心套1、快速接头1、连接短节1、大丝堵、支撑套、小丝堵、密封系统、芯轴、本体、销钉、电机、控制电路板、电缆接头、连接短节2、快速接头2、变中心套2；

下接头内部设置台阶，台阶上设置弹簧座，弹簧座上放置下弹簧；轴承放置于下弹簧的上端，下连接套与下接头螺纹连接；轨道销将轨道固定套和轨道套活动连接，组装后共同放置于轴承的上端；中间连接套与下连接套螺纹连接，中间连接套设置有采油外孔；上连接套与中间连接套螺纹连接，外套与上连接套螺纹连接，滑套与内连接杆螺纹连接；内连接杆外部设置台阶，台阶上部从下至上依次设置垫圈、上弹簧、垫圈；活塞与内连接杆螺纹连接，挡环与活塞上端内部螺纹连接；将组装好的滑套、内连接杆、垫圈、弹簧、活塞、挡环一块放置于外套内部，之后通过上接头与外套上端内部螺纹连接；变中心套1与上接头螺纹连接；快速接头1首先套置于连接短节1外壁，连接短节1与本体螺纹连接；快速接头1与变中心套1快速螺纹连接；快速接头2首先套置于连接短节2外壁，连接短节2与本体螺纹连接，快速接头2与变中心套2快速螺纹连接。

进一步地，本体上设有预留管线1通道、锥形丝堵孔、平衡通道、打压接头、打压通道、泄压通道孔、泄压+预留管线通道；所有的接头、通道平行布置，并在锥形丝堵孔处配备合适的锥形密封丝堵。

进一步地，滑套与中间连接套内外表面密封接触；

进一步地，滑套上轴向上设置多个不同大小直径的注入孔。

进一步地，下接头与下连接套、中间连接套与下连接套、上连接套与中间连接套、外套与上连接套、上接头与外套、变中心套1与上接头、连接短节1与本体、快速接头1与变中心套1、连接短节2与本体、快速接头2与变中心套2、大丝堵与本体之间通过胶圈密封。

进一步地，内连接杆与中间连接套、活塞与上接头之间以及本体部位设有密封系统，所述密封系统由铜圈、聚四氟乙烯、胶圈组成；

进一步地，胶圈直径为5.3mm，密封系统密封部位的轴向上留有1.5-2mm的配合间隙；

进一步地，所述铜圈材质为紫铜；聚四氟乙烯为掺杂石墨的聚四氟乙烯。

进一步地，下接头与下连接套、中间连接套与下连接套、上连接套与中间连接套、外套与上连接套、上接头与外套连接处的螺纹采用矮牙爱克母梯形螺纹。

进一步地，上接头上设有液控接头；注聚外孔以及其他注入通道均倒圆弧处理，降低聚合物剪切程度。

进一步地，所述的电机及控制电路板均采用耐高温材料，电机选择直流步进电机。

进一步地，所述电液一体化开关直径控制在85mm，内径保持在42mm以上。

本发明还提供以上所述电液一体化开关在在采油管中的应用。

本发明还提供一种7in套管井分层防砂分层采油管柱，其包括丝堵、电液一体化开关、穿越式密封插头、液控管线、铠装电缆、防砂套管、采油油管、定位器、防砂分层封隔器、滤砂管、电泵机组、电泵加强装置、动力电缆；

防砂套管、防砂分层封隔器及滤砂管组成外壁的防砂管柱；丝堵、电液一体化开关、穿越式密封插头、液控管线、铠装电缆、注聚油管、定位器、电泵机组、电泵加强装置、动力电缆组成内部的采油管柱，两种管柱同心设置；防砂分层封隔器封隔每个油层，滤砂管对准每一个油层，防砂套管连接防砂分层封隔器及滤砂管；丝堵置于采油管柱的最底端，穿越式密封插头用于封隔采油管柱的油层，两两穿越式密封插头之间放置一个电液一体化开关；定位器放置于采油管柱分层控制工具串的顶端，电泵加强装置连接于定位器上端，电泵机组置于电泵加强装置内部；动力电缆连接于电泵机组，液控管线、铠装电缆通过串联的方式连接于每一级电液一体化开关，最终连接至地面的液电控制柜，动力电缆、液控管线、铠装电缆均通过保护器保护于油管外壁上。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

本发明液电一体化开关采用控制电机调节液路方向，采用液压方式驱动滑套开关，动力大，能够解决开关调节困难的问题；液电一体化开关设置多个开度，通过液压变化轨道，实现多个流量的调节。

本发明所述7in套管井分层防砂分层采油管柱能够满足分层防砂内下入需求，分层控制开关采用液电一体化的形式，通过一根地面液控管线+一根信号电缆就能实现对多层的流量控制，既能够解决纯电控制带来的动力不足后期调节不动的问题，又能够解决纯液控带来的液控管线较多的问题。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一具体实施例所述电液一体化开关结构示意图；

图2为本发明一具体实施例所述电液一体化开关本体的A-A向剖视图；

图3为本发明一具体实施例所述电液一体化开关本体的B-B向剖视图；

图4为本发明一具体实施例所述电液一体化开关本体的C-C向剖视图；

图5为本发明一具体实施例所述电液一体化开关芯轴三个不同的位置图；

图6为本发明一具体实施例所述轨道固定套的轨道示意图；

图7为本发明一具体实施例所述7in套管井分层防砂分层采油管柱结构示意图。

图中，1.丝堵、2.电液一体化开关、3.滤砂管、4.穿越式密封插头、5.防砂分层封隔器、6.防砂套管、7.采油油管、8.定位器、9.铠装电缆、10.液控管线、11.电泵机组、12.电泵加强装置、13.动力电缆、201.下接头、202.弹簧座、203.下弹簧、204.轴承、205.轨道固定套、206.轨道销、207.轨道套、208.下连接套、209.胶圈1、210.中间连接套、211.采油外孔、212.滑套、213.上连接套、214.铜圈、215.聚四氟乙烯、216.胶圈2、217.内连接杆、218.垫圈、219.上弹簧、220.外套、221.活塞、222.上接头、223.档环、224.液控接头、225.变中心套1、226.快速接头1、227.连接短节1、228.大丝堵、229.支撑套、230.小丝堵、231.密封系统、232.芯轴、233.本体、234.销钉、235.电机、236.控制电路板、237.电缆接头、238.连接短节2、239.快速接头2、240.变中心套2；2331.预留管线1通道、2332.锥形丝堵孔、2332a.锥形丝堵孔、2332b.锥形丝堵孔、2332c.锥形丝堵孔、2332d.锥形丝堵孔、2333.平衡通道；2334.打压接头、2334a.打压接头、2335.打压通道、2336.泄压通道孔、2337.泄压+预留管线通道。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

如图1所示，电液一体化开关包括下接头201、弹簧座202、下弹簧203、轴承204、轨道固定套205、轨道销206、轨道套207、下连接套208、胶圈1 209、中间连接套210、采油外孔211、滑套212、上连接套213、铜圈214、聚四氟乙烯215、胶圈2 216、内连接杆217、垫圈218、上弹簧219、外套220、活塞221、上接头222、档环223、液控接头224、变中心套1 225、快速接头1 226、连接短节1 227、大丝堵228、支撑套229、小丝堵230、密封系统231、芯轴232、本体233、销钉234、电机235、控制电路板236、电缆接头237、连接短节2 238、快速接头2 239、变中心套2 240，所述的下接头201内部设置台阶，台阶上设置弹簧座202，弹簧座202上放置下弹簧203，轴承204放置于下弹簧203的上端，下连接套208与下接头201螺纹连接，轨道销206将轨道固定套205和轨道套207活动连接，组装后共同放置于轴承204的上端，中间连接套210与下连接套208螺纹连接，中间连接套210设置采油外孔211，上连接套213与中间连接套210螺纹连接，外套220与上连接套213螺纹连接，滑套212与内连接杆217螺纹连接，内连接杆217外部设置台阶，台阶上部从下至上依次设置所述的垫圈218、上弹簧219、垫圈218，活塞221与内连接杆217螺纹连接，挡环223与活塞221上端内部螺纹连接，将组装好的滑套220、内连接杆217、垫圈218、上弹簧219、活塞221、挡环223一块放置于外套220内部，上接头222与外套220上端内部螺纹连接，变中心套1225与上接头222螺纹连接，快速接头1226首先套置于连接短节1227外壁，连接短节1227与本体233螺纹连接，之后快速接头1226与变中心套1225快速螺纹连接，连接短节2238与本体233螺纹连接，快速接头2239首先套置于连接短节2238外壁，快速接头2239与变中心套2 240快速螺纹连接。

所述的下接头201与下连接套208、中间连接套210与下连接套208、上连接套213与中间连接套210、外套220与上连接套213、上接头222与外套220、变中心套1 225与上接头222、连接短节1 227与本体233、快速接头1 226与变中心套1 225、连接短节2 238与本体233、快速接头2 239与变中心套2 240、大丝堵228与本体233之间通过胶圈1 209密封；

所述的滑套212外表面与中间连接套210的内表面之间金属密封；

所述的内连接杆217与中间连接套210、活塞221与上接头222之间以及本体233设有密封系统，所述密封系统由铜圈214、聚四氟乙烯215、胶圈2216组成。胶圈2216优选直径为

的粗圈，多级组合密封部位的轴向上留有1.5-2mm的配合间隙；

上接头222设有液控接头224；

所述的铜圈214优先选用紫铜；

所述的聚四氟乙烯优先选用掺杂石墨的。

下接头201与下连接套208、中间连接套210与下连接套208、上连接套213与中间连接套210、外套220与上连接套213、上接头222与外套220连接处的螺纹采用美制矮牙爱克母梯形螺纹；

电液一体化开关2直径控制在

内径保持在

以上；

所述的注聚外孔以及其他注入通道均倒圆弧处理，降低聚合物剪切程度；

所述的电机及控制电路板均采用耐高温材料，电机优选直流步进电机。

如图2、图3、图4所示，所述的本体233一侧钻内变径通孔，通孔内部从下至上依次放置大丝堵228、支撑套229、小丝堵230、密封系统231、芯轴232、将密封系统231放入本体233的密封内孔中，支撑套229放置于密封系统231的下端，大丝堵228与本体233螺纹并胶圈密封连接，芯轴232下端安装小丝堵230，小丝堵230与芯轴232之间通过螺纹与胶圈密封连接，所述的电机235放置于芯轴232上端，并通过销钉234连接，电路控制板236放置于电机235上端，安装后通过电缆接头237密封连接。

所述的本体上233设有所述的预留管线1通道2331、锥形丝堵孔2332、平衡通道2333、打压接头2334、打压通道2335、泄压通道孔2336、泄压+预留管线通道2337，所有的接头、通道平行布置，并在锥形丝堵孔处配备合适的锥形密封丝堵，在打压接头处配备合适的液控管线接头。

轨道固定套的轨道示意图如图6所示。

实施例2

如图7所示，所述7in套管井分层防砂分层采油管柱包括包括丝堵1、电液一体化开关2、滤砂管3、穿越式密封插头4、防砂分层封隔器5、防砂套管6、采油油管7、定位器8、铠装电缆9、液控管线10、电泵机组11、电泵加强装置12、动力电缆13；

防砂套管6、防砂分层封隔器5及滤砂管3组成外壁的防砂管柱，所述的丝堵1、电液一体化开关2、穿越式密封插头4、液控管线10、铠装电缆9、采油油管7、定位器8、电泵机组11、电泵加强装置12、动力电缆13组成内部的采油管柱，两种管柱同心设置，防砂分层封隔器5封隔每个油层，滤砂管3对准每一个油层，防砂套管6连接防砂分层封隔器5及滤砂管3，丝堵1置于采油管柱的最底端，穿越式密封插头4用于封隔器采油管柱的油层，两两穿越式密封插头4之间放置一个电液一体化开关，定位器8放置于采油管柱工具串的顶端，所述的电泵加强装置12连接于定位器8上端，电泵机组11置于电泵加强装置12内部，动力电缆13连接于电泵机组11，液控管线10、铠装电缆9通过串联的方式连接于每一级电液一体化开关，最终连接至地面的液电控制柜，动力电缆13、液控管线10、铠装电缆9均通过保护器保护于油管外壁上。

依次下入外壁的防砂管柱及内壁的分层采油管柱，在连接每一级电液一体化开关时，通过液控管线三通及铠装电缆三通分别连接至电液一体化开关的打压接头2334及电缆接头237，主通道的液控管线及铠装电缆全部走预留管线1通道2331及泄压+预留管线通道2337，然后通过液控管线连接打压接头2334a及液控接头224，现场务必检查锥形丝堵孔2332、2332a、2332b、2332c、2332d是否配套相应的丝堵，液控管线及铠装电缆通过相应的保护器保护在在油管外壁上，最终连接至地面控制中心。

实施例3

采用实施例2所述7in套管井分层防砂分层采油管柱进行采油的方法：通过地面控制中心发送指令并给电机235供电，推动芯轴232活动，当需要给控制层的电液一体化开关打压时，将芯轴推至图5中的第一位置即打压位置，此时打压接头2334与2334a畅通，然后根据配注量大小，通过液控管线打压控制，当达到一定压力时，压缩上弹簧219、下弹簧203，继续提高压力，轨道套207在轨道固定套205上活动，从而带动滑套212上下运动，由于滑套上设置多级不同大小的注入孔，从而实现流量的控制，当调节至所需要的流量时，然后控制电机，将芯轴推至图5的第二位置即稳压位置，这样其他层打压泄压都不会影响该层电液一体化开关的压力情况，如果需要关闭该层的电液一体化开关时，控制电机，将芯轴推至图5的第三位置即泄压位置，就可以实现液控压力的迅速释放、快速关闭。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.电液一体化开关，其特征在于，包括下接头、弹簧座、下弹簧、轴承、轨道固定套、轨道销、轨道套、下连接套、胶圈1、铜圈、聚四氟乙烯、胶圈2、中间连接套、采油外孔、滑套、上连接套、内连接杆、垫圈、上弹簧、外套、活塞、上接头、档环、液控接头、变中心套1、快速接头1、连接短节1、大丝堵、支撑套、小丝堵、密封系统、芯轴、本体、销钉、电机、控制电路板、电缆接头、连接短节2、快速接头2、变中心套2；

下接头内部设置台阶，台阶上设置弹簧座，弹簧座上放置下弹簧；轴承放置于下弹簧的上端，下连接套与下接头螺纹连接；轨道销将轨道固定套和轨道套活动连接，组装后共同放置于轴承的上端；中间连接套与下连接套螺纹连接，中间连接套设置有采油外孔；上连接套与中间连接套螺纹连接，外套与上连接套螺纹连接，滑套与内连接杆螺纹连接；内连接杆外部设置台阶，台阶上部从下至上依次设置垫圈、上弹簧、垫圈；活塞与内连接杆螺纹连接，挡环与活塞上端内部螺纹连接；将组装好的滑套、内连接杆、垫圈、弹簧、活塞、挡环一块放置于外套内部，之后通过上接头与外套上端内部螺纹连接；变中心套1与上接头螺纹连接；快速接头1首先套置于连接短节1外壁，连接短节1与本体螺纹连接；快速接头1与变中心套1快速螺纹连接；快速接头2首先套置于连接短节2外壁，连接短节2与本体螺纹连接，快速接头2与变中心套2快速螺纹连接。

2.根据权利要求1所述电液一体化开关，其特征在于，本体上设有预留管线1通道、锥形丝堵孔、平衡通道、打压接头、打压通道、泄压通道孔、泄压+预留管线通道；所有的接头、通道平行布置，并在锥形丝堵孔处配备合适的锥形密封丝堵。

3.根据权利要求1所述电液一体化开关，其特征在于，滑套与中间连接套内外表面密封接触；

优选地，滑套上轴向上设置多个不同大小直径的注入孔。

4.根据权利要求1所述电液一体化开关，其特征在于，下接头与下连接套、中间连接套与下连接套、上连接套与中间连接套、外套与上连接套、上接头与外套、变中心套1与上接头、连接短节1与本体、快速接头1与变中心套1、连接短节2与本体、快速接头2与变中心套2、大丝堵与本体之间通过胶圈密封。

5.根据权利要求1所述电液一体化开关，其特征在于，内连接杆与中间连接套、活塞与上接头之间以及本体部位设有密封系统，所述密封系统由铜圈、聚四氟乙烯、胶圈组成；

优选地，胶圈直径为5.3mm，密封系统密封部位的轴向上留有1.5-2mm的配合间隙；

优选地，所述铜圈材质为紫铜；聚四氟乙烯为掺杂石墨的聚四氟乙烯。

6.根据权利要求1所述电液一体化开关，其特征在于，下接头与下连接套、中间连接套与下连接套、上连接套与中间连接套、外套与上连接套、上接头与外套连接处的螺纹采用矮牙爱克母梯形螺纹。

优选地，上接头上设有液控接头；注聚外孔以及其他注入通道均倒圆弧处理，降低聚合物剪切程度。

7.根据权利要求1所述电液一体化开关，其特征在于，所述的电机及控制电路板均采用耐高温材料，电机选择直流步进电机。

8.根据权利要求1所述电液一体化开关，其特征在于，所述电液一体化开关直径控制在85mm，内径保持在42mm以上。

9.权利要求1-8任一项所述电液一体化开关在在采油管中的应用。

10.一种7in套管井分层防砂分层采油管柱，其特征在于，其包括丝堵、电液一体化开关、穿越式密封插头、液控管线、铠装电缆、防砂套管、采油油管、定位器、防砂分层封隔器、滤砂管、电泵机组、电泵加强装置、动力电缆；

防砂套管、防砂分层封隔器及滤砂管组成外壁的防砂管柱；丝堵、电液一体化开关、穿越式密封插头、液控管线、铠装电缆、注聚油管、定位器、电泵机组、电泵加强装置、动力电缆组成内部的采油管柱，两种管柱同心设置；防砂分层封隔器封隔每个油层，滤砂管对准每一个油层，防砂套管连接防砂分层封隔器及滤砂管；丝堵置于采油管柱的最底端，穿越式密封插头用于封隔采油管柱的油层，两两穿越式密封插头之间放置一个电液一体化开关；定位器放置于采油管柱分层控制工具串的顶端，电泵加强装置连接于定位器上端，电泵机组置于电泵加强装置内部；动力电缆连接于电泵机组，液控管线、铠装电缆通过串联的方式连接于每一级电液一体化开关，最终连接至地面的液电控制柜，动力电缆、液控管线、铠装电缆均通过保护器保护于油管外壁上。

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