CN114517668A - 基于中空力矩电机的井下智能配水配产器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及配水配产器，更具体的说是基于中空力矩电机的井下智能配水配产器。包括电机腔壳体和固接在电机腔壳体左端的阀座，所述阀座上设有阀口；还包括安装在电机腔壳体内的中空电机、空心丝杠、连接件和中空减速器，所述中空电机包括中空电机定子和中空电机转子，中空电机转子与中空减速器的输入端相连，中空减速器的输出端与连接件相连，所述空心丝杠与连接件螺纹连接；还包括连接在空心丝杠左端的阀芯；其中所述空心丝杠能够通过中空电机转子的驱动实现直线运动以带动阀芯直线运动以打开和关闭所述阀口。所述减速器输出法兰与中空电机转子连接。目的是可以实现工具全通径、同心结构形式，满足大排量过流需求及测井工具通过。
Description
技术领域
本发明涉及配水配产器，更具体的说是基于中空力矩电机的井下智能配水配产器。
背景技术
目前现有智能注采滑套工具存在驱动动力小、过流面积小、导致阀口易结垢，塞堵难以实现同心全通径等问题。
本发明基于上述问题，总结分析机械式分层堵水、井下压控开关等油井分层调控工具的基础上，研发一种基于中空力矩电机的井下智能配水配产器。
发明内容
本发明提供基于中空力矩电机的井下智能配水配产器，目的是可以实现工具全通径、同心结构形式，满足大排量过流需求及测井工具通过。
上述目的通过以下技术方案来实现：
基于中空力矩电机的井下智能配水配产器，包括主体框架结构，所述主体框架结构包括电机腔壳体和固接在电机腔壳体左端的阀座，所述阀座上设有阀口；
还包括安装在电机腔壳体内的中空电机、空心丝杠、连接件和中空减速器，所述中空电机包括中空电机定子和中空电机转子，中空电机转子与中空减速器的输入端相连，中空减速器的输出端与连接件相连，所述空心丝杠与连接件螺纹连接；
还包括连接在空心丝杠左端的阀芯；
其中所述空心丝杠能够通过中空电机转子的驱动实现直线运动以带动阀芯直线运动以打开和关闭所述阀口。
所述连接件包括减速器输出法兰以及同自身相连的螺母，所述螺母与空心丝杠通过T形螺纹相连，螺母上设有深沟球轴承及两侧的推力球子轴承，推力球轴承分别由隔环、轴承挡环固定定位；所述减速器输出法兰与中空电机转子连接。
所述中空电机转子及中空减速器的内径不低于55mm，以保证空心丝杠的内通径不低于45mm，最终确保基于中空力矩电机的井下智能配水配产器的流量不低于1400m3/d，保证阀芯开启扭矩大于200Nm。
附图说明
图1显示了基于中空力矩电机的井下智能配水配产器整体结构；
图2显示了关阀状态与开阀状态；
图3至5分段的显示了本申请各部分结构。
具体实施方式
基于中空力矩电机的井下智能配水配产器包括主体框架，所述主体框架结构由上接头1、上端固定座3、对开螺母5、阀座6、电机腔壳体10、传感器固定座21、电路板腔外壳22、过液中心管23、下端固定座24和下接头25；
其中，所述阀座6上设有阀口，优选的，阀口为对开式长圆孔形状；
还包括中空电机、连接件和阀芯7；
其中，所述中空电机包括中空电机定子18和与中空电机转子19；中空电机转子19与中空减速器17的输入端相连，中空减速器17的输出端与连接件相连，所述空心丝杠13与连接件螺纹连接；
进一步的，连接件包括减速器输出法兰16以及同自身相连的螺母14，所述螺母14与空心丝杠13通过T形螺纹相连，螺母14上设有深沟球轴承及两侧的推力球子轴承，推力球轴承分别由隔环12、轴承挡环15固定定位；所述减速器输出法兰16与中空电机转子19连接；
其中，阀座6、阀芯7、空心丝杠13和中空电机转子19同轴设置；
当智能注采滑套运动到预定位置时，中空力矩电机接收到有控制电路板发送开启命令，带动中空减速器17旋转，中空减速器17带动螺母14旋转，螺母14旋转带动空心丝杠13直线往复运行，实现阀芯7的直线移动，如图2所示，阀芯7向右移动时能够打开所述阀口；其中阀口过流截面积能够逐渐增大至1590mm2，在控制电路板的程控下，阀芯7在行程80mm的范围内实现任意停止与启动，可实现流量开度的微调；
当智能注采滑套任务完成，由控制电路板发送关闭命令，中空力矩电机反转，带动中空减速器17旋转，中空减速器17通过连接件减速器输出法兰16带动螺母14旋转，带动空心丝杠13向左移动，使阀芯7向左移动，即关阀直线运动，实现滑套的关阀动作，过流面积减小直至完全关闭；
直流中空力矩电机配合中空减速器17输出扭矩大，保证了配水器内外压差不小于15MPa下的正常开启；阀口过流面积大，理论流量1400m3/d。
可如图3所示，进一步优化的，采用对开式长圆孔形状的阀口，以防止因井下结蜡、结垢、泥沙淤积等现象的发生，同时满足注采滑套流量智能调控。
进一步优化的，所述阀芯7在前后两侧安装密封件8，密封件8通过压紧螺母9进行挤压，通过密封件8形变实现径向阀芯7与阀座6密封，保证关阀的密封性。
进一步优化的，所述空心丝杠13、左右两侧安装动密封固定座11、动密封固定座上安装两组动密封元件，实现电机腔的密封，保证电机及减速器的使用稳定性，防止因浸水损坏。
进一步优化的，空心丝杠13导程5mm，当中空力矩电机旋转16圈时，阀口完全关闭。
进一步优化的，所述中空电机转子19及中空减速器17的内径不低于55mm，以保证空心丝杠13的内通径不低于45mm，最终确保基于中空力矩电机的井下智能配水配产器的流量不低1400m3/d，保证阀芯开启扭矩大于200Nm。
可如图4所示，进一步优化的，在电机腔壳体10和空心丝杠13之间，且位于中空电机的右侧设置角度传感器20，用于对中空电机转子18旋转角度及定位精度进行控制和检测，从而实现阀芯7往复直线运动定位，开度检测等功能；
可如5所示，进一步优化的，在电路板腔外壳22和过液中心管23之间设置两支压力传感器，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。还可在主体框架结构内置温度传感器，可检测设备在井下工作的温度。
如图1至4所示，所述主体框架结构还包括上接头1、电缆组件2、上端固定座3、过线管4、对开螺母5、传感器固定座21、电路板腔外壳22、过液中心管23、下端固定座24和下接头25；
其中上端固定座3通过对开螺母5安装在阀座6的左端，上接头1安装在上端固定座3的左端；传感器固定座21通过对开螺母5安装在电机腔壳体10的右端，电路板腔外壳22和过液中心管23分别与传感器固定座21的外壁和内壁连接，空心丝杠13、传感器固定座21和过液中心管23连通，下端固定座24通过对开螺母5安装在电路板腔外壳22和过液中心管23的右端，下接头25安装在下端固定座24的右端，过液中心管23、下端固定座24和下接头25连通；
其中，上端固定座3和下端固定座24上各安装一个电缆组件2。
所述电源及信号线通过上端电缆组件2、过线管4、阀座6、电机腔壳体10、传感器固定座21接入电机驱动器电路板及载波通信电路板，再由下端电缆组件2与工具外部钢铠线缆相连，得以保证同口井多层工具的使用。
本发明采用直流中空力矩电机实现智能配水与配产器开阀与关阀，简化了机械结构的复杂程度减少了传动环节，提高了机械效率，提升了工作可靠性；
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；融合先进的传感监测、智能控制等技术，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、中空减速器驱动调节阀，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；
通过电机中空结构形式，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；
采用单芯钢管电缆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、等参数实时监测及电机动作控制；
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，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。
Claims (10)
1.基于中空力矩电机的井下智能配水配产器，包括主体框架结构，所述主体框架结构包括电机腔壳体(10)和固接在电机腔壳体(10)左端的阀座(6)，所述阀座(6)上设有阀口；
还包括安装在电机腔壳体(10)内的中空力矩电机、空心丝杠(13)、连接件和中空减速器(17)，所述中空力矩电机包括中空力矩电机定子(18)和中空力矩电机转子(19)，中空力矩电机转子(19)与中空减速器(17)的输入端相连，中空减速器(17)的输出端与连接件相连，所述空心丝杠(13)与连接件螺纹连接；
还包括连接在空心丝杠(13)左端的阀芯(7)；
其中所述空心丝杠(13)能够通过中空力矩电机转子(19)的驱动实现直线运动以带动阀芯(7)直线运动以打开和关闭所述阀口。
2.根据权利要求1所述的井下智能配水配产器，所述连接件包括减速器输出法兰(16)以及同自身相连的螺母(14)，所述螺母(14)与空心丝杠(13)通过T形螺纹相连，螺母(14)上设有深沟球轴承及两侧的推力球子轴承，推力球轴承分别由隔环(12)、轴承挡环(15)固定定位；所述减速器输出法兰(16)与中空力矩电机转子(19)连接。
3.根据权利要求1所述的井下智能配水配产器，所述阀口为对开式长圆孔形状。
4.根据权利要求1所述的井下智能配水配产器，所述阀芯(7)在前后两侧安装密封件(8)，密封件(8)通过压紧螺母(9)进行挤压，通过密封件(8)形变实现径向阀芯(7)与阀座(6)密封，保证关阀的密封性；所述空心丝杠(13)、左右两侧安装动密封固定座(11)、动密封固定座上安装两组动密封元件，实现电机腔的密封。
5.根据权利要求1所述的井下智能配水配产器，所述中空力矩电机转子(19)及中空减速器(17)的内径不低于(55)mm，以保证空心丝杠(13)的内通径不低于(45)mm，最终确保基于中空力矩电机的井下智能配水配产器的流量不低于(1400)m(3)/d，保证阀芯开启扭矩大于(200)Nm。
6.根据权利要求1所述的井下智能配水配产器，电机腔壳体(10)内置角度传感器(20)，用于对中空力矩电机转子(18)旋转角度及定位精度进行控制和检测，以实现阀芯(7)往复直线运动定位和开度检测。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的井下智能配水配产器，所述主体框架结构还包括上接头(1)、电缆组件(2)、上端固定座(3)、过线管(4)、对开螺母(5)、传感器固定座(21)、电路板腔外壳(22)、过液中心管(23)、下端固定座(24)和下接头(25)；
其中上端固定座(3)通过对开螺母(5)安装在阀座(6)的左端，上接头(1)安装在上端固定座(3)的左端；传感器固定座(21)通过对开螺母(5)安装在电机腔壳体(10)的右端，电路板腔外壳(22)和过液中心管(23)分别与传感器固定座(21)的外壁和内壁连接，空心丝杠(13)、传感器固定座(21)和过液中心管(23)连通，下端固定座(24)通过对开螺母(5)安装在电路板腔外壳(22)和过液中心管(23)的右端，下接头(25)安装在下端固定座(24)的右端，过液中心管(23)、下端固定座(24)和下接头(25)连通；
其中，上端固定座(3)和下端固定座(24)上各安装一个电缆组件(2)。
8.根据权利要求7所述的井下智能配水配产器，还包括电源及信号线，所述电源及信号线通过上端电缆组件(2)、过线管(4)、阀座(6)、电机腔壳体(10)、传感器固定座(21)接入电机驱动器电路板及载波通信电路板，再由下端电缆组件(2)与工具外部钢铠线缆相连。
9.根据权利要求1、2、3、4、5、6或8所述的井下智能配水配产器，在电路板腔外壳(22)和过液中心管(23)之间设置两支压力传感器，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。
10.根据权利要求9所述的井下智能配水配产器，所述主体框架结构内置温度传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220520 |
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