CN115324526B - 一种基于磁场突变检测式井下滑套系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁场突变检测式井下滑套系统及其控制方法，涉及油气开采设备技术领域。该基于磁场突变检测式井下滑套系统包括至少一个滑套本体、外壳、活塞、通道、第一容纳腔和第二容纳腔；滑套本体的下端套设在活塞的外侧，外壳套设在滑套本体的外侧，滑套本体与活塞均中空且共同形成通道，通道用于供磁性球通过。本发明基于磁场突变检测式井下滑套系统具有开启状态和关闭状态。本发明不仅可以在地面上进行远程控制，而且无需进行地面布线和接线，也就不存在因布线和接线而导致现场施工作业环境和作业安全的不良影响。并且，本发明采用的控制手段仅是向井下投放并泵送磁性球，成本低廉，有助于节约生产作业成本。

Description

一种基于磁场突变检测式井下滑套系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及油气开采设备技术领域，具体涉及一种基于磁场突变检测式井下滑套系统及其控制方法。

背景技术

井下工具是辅助于油气开发的，能在井下实现一定特定功能的特殊工具。

目前，井下工具主要以纯机械结构为主，控制井下工具的动作也主要依靠管柱本身的力学特性或井筒流体的压力来实现。随着技术的进步，井下工具逐渐向电气化、智能化方向发展，也随之出现了很多井下工具的远程控制方法，主要包括电缆控制、压力波控制、电磁波控制、声波控制等。

但是，上述远程控制方法存在诸多不足之处，例如，电缆控制方法虽然性能稳定，可靠性高，但由于电缆要和井下工具连接，并引到地面，会对现场施工的作业环境和作业安全造成较大的影响，因此使用十分受限。压力波控制、电磁波控制、声波控制等方式虽然可以实现无线发送控制信号，但由于井筒的复杂性和现场的干扰，会导致信号发送不稳定，难以实现对井下工具的可靠控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种基于磁场突变检测式井下滑套系统及其控制方法。采用该基于磁场突变检测式井下滑套系统能有效解决现有技术中的相关技术问题，可以实现一种新的、低成本的地面控制井下滑套系统，还可在地面远程控制井下工具开启与关闭。

本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种基于磁场突变检测式井下滑套系统，该基于磁场突变检测式井下滑套系统包括至少一个滑套本体、外壳、活塞、通道、第一容纳腔和第二容纳腔；

所述滑套本体的下端套设在所述活塞的外侧，所述外壳套设在所述滑套本体的外侧，所述滑套本体与所述活塞均中空且共同形成所述通道，所述通道用于供磁性球通过；

所述外壳和所述滑套本体之间形成有沿上下方向设置的第一容纳腔和第二容纳腔，所述第一容纳腔位于所述第二容纳腔的上方，所述第一容纳腔用于放置测试装置，所述测试装置包括电池和控制电路板，所述第一容纳腔与所述通道之间设置有磁场传感器，所述磁场传感器用于探测所述通道中的流体磁场变化信息，并将所述流体磁场变化信息传输给所述控制电路板，所述第一容纳腔和所述第二容纳腔之间设置有控制器，所述第二容纳腔用于放置执行机构，所述控制电路板与所述控制器电连接，所述控制器与所述执行机构电连接，所述执行机构通过设置在所述滑套本体上的连通孔与所述活塞的上端连接，以使所述活塞能够上下移动，所述电池分别与所述控制电路板、磁场传感器、控制器和执行机构电连接；

所述滑套本体的下端形成有第一过流孔，所述活塞的下端形成有与所述第一过流孔相互匹配的第二过流孔；

所述基于磁场突变检测式井下滑套系统具有开启状态和关闭状态，在所述开启状态，所述第一过流孔与所述第二过流孔连通，在所述关闭状态，所述第一过流孔和所述第二过流孔不连通。

作为一种可选地技术方案，还包括多个第一密封圈和多个第二密封圈，多个所述第一密封圈均套设在所述滑套本体外侧并分别位于所述滑套本体与所述外壳之间，多个所述第二密封圈均套设在所述活塞外侧并分别位于所述滑套本体和所述活塞之间。

作为一种可选地技术方案，所述磁性球构造为磁性材料球，或者，所述磁性球的外表面设置有一层磁性层。

作为一种可选地技术方案，所述磁性球构造为可溶材料球。

作为一种可选地技术方案，所述磁性球通过所述磁场传感器的速度大于1m/s。

作为一种可选地技术方案，所述磁性球产生的磁场的强度小于0.1T。

作为一种可选地技术方案，包括多个所述滑套本体，多个滑套本体依次串联。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于磁场突变检测式井下滑套系统的控制方法，应用于上述任一项技术方案中所述的基于磁场突变检测式井下滑套系统，包括如下步骤：

步骤S1：通过所述滑套本体的上端和下端的螺纹与工具管串连接，并将其从井口下放至井中设计位置；

步骤S2：向所述通道中投入所述磁性球，并以一定排量向下泵送所述磁性球；

步骤S3：当所述磁性球经过所述磁场传感器时，所述磁场传感器将流体磁场变化信息以电压信号的形式传输给所述控制电路板；

步骤S4：所述控制电路板识别电压信号并向所述控制器输出控制信号；

步骤S5：所述控制器将控制信号传输给所述执行机构；

步骤S6：所述执行机构驱动对应所述活塞移动；

其中，所述一定排量对应于一个电压信号。

作为一种可选地技术方案，当所述滑套本体设置为多个时，所述多个所述一定排量分别对应于多个电压信号。

作为一种可选地技术方案，还包括如下步骤：

分别投入多个所述磁性球，并分别以不同的一定排量向下泵送所述磁性球。

本发明的有益效果至少包括如下：

通过上述技术方案，本发明利用滑套本体连接在井下工具串上，然后利用不同的压力泵送磁性球通过通道时，由于不同速度的磁性球引起的流体磁场变化不同，进而使得磁场传感器能够识别到不同的流体磁场变化产生对应于不同流体磁场变化的电压变化，通过控制电路板识别并解析接收到的电压变化，进而向控制器发送对应于电压变化的控制信号，以使得执行机构能够控制活塞进行上下位移，从而实现井下滑套系统的开启和关闭。

本发明不仅可以在地面上进行远程控制，而且无需进行地面布线和接线，也就不存在因布线和接线而导致现场施工作业环境和作业安全的不良影响。并且，本发明采用的控制手段仅是向井下投放并泵送磁性球，成本低廉，有助于节约生产作业成本。

本发明的其他有益效果和优点将结合具体实施方式进行详细表述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，本说明书附图中的各个部件的比例关系不代表实际选材设计时的比例关系，其仅仅为结构或者位置的示意图，其中：

图1是本发明的基于磁场突变检测式井下滑套系统的结构示意图，其中，第一过流孔和第二过流孔处于不连通状态；

图2是本发明的基于磁场突变检测式井下滑套系统的结构示意图，其中，第一过流孔和第二过流孔处于连通状态。

附图中标号说明：

1-滑套本体；11-通道；12-第一容纳腔；13-第二容纳腔；14-第一过流孔；15-第一密封圈；2-外壳；3-活塞；31-第二过流孔；32-第二密封圈；41-电池；42-控制电路板；51-磁场传感器；52-控制器；53-执行机构；54-连通孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”指的是滑套本体在使用状态下所定义的上和下，具体可以参照图1的纸面方向。使用的方位词如“内、外”指的是具体结构轮廓的内和外。所使用的术语如“第一”和“第二”仅是为了区分一个要素和另外一个要素，并不具有顺序性和重要性。另外，上述使用的方位词仅是为了便于描述本公开简化描述，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，不能理解为对本公开的限制。

下面结合图1至图2对本发明作详细说明。

实施例1

如图1至图2所示，根据本发明的一个方面，提供了一种基于磁场突变检测式井下滑套系统，该基于磁场突变检测式井下滑套系统包括至少一个滑套本体1、外壳2、活塞3、通道11、第一容纳腔12和第二容纳腔13；

所述滑套本体1的下端套设在所述活塞3的外侧，所述外壳2套设在所述滑套本体1的外侧，所述滑套本体1与所述活塞3均中空且共同形成所述通道11，所述通道11用于供磁性球通过；

所述外壳2和所述滑套本体1之间形成有沿上下方向设置的第一容纳腔12和第二容纳腔13，所述第一容纳腔12位于所述第二容纳腔13的上方，所述第一容纳腔12用于放置测试装置，所述测试装置包括电池41和控制电路板42，所述第一容纳腔12与所述通道11之间设置有磁场传感器51，所述磁场传感器51用于探测所述通道11中的流体磁场变化信息，并将所述流体磁场变化信息传输给所述控制电路板42，所述第一容纳腔12和所述第二容纳腔13之间设置有控制器52，所述第二容纳腔13用于放置执行机构53，所述控制电路板42与所述控制器52电连接，所述控制器52与所述执行机构53电连接，所述执行机构53通过设置在所述滑套本体1上的连通孔54与所述活塞3的上端连接，以使所述活塞3能够上下移动，所述电池41分别与所述控制电路板42、磁场传感器51、控制器52和执行机构53电连接；

所述滑套本体1的下端形成有第一过流孔14，所述活塞3的下端形成有与所述第一过流孔14相互匹配的第二过流孔31；

所述基于磁场突变检测式井下滑套系统具有开启状态和关闭状态，在所述开启状态，所述第一过流孔14与所述第二过流孔31连通，在所述关闭状态，所述第一过流孔14和所述第二过流孔31不连通。

通过上述技术方案，本发明利用滑套本体1连接在井下工具串上，然后利用不同的压力泵送磁性球通过通道11时，由于不同速度的磁性球引起的流体磁场变化不同，进而使得磁场传感器51能够识别到不同的流体磁场变化产生对应于不同流体磁场变化的电压变化，通过控制电路板42识别并解析接收到的电压变化，进而向控制器52发送对应于电压变化的控制信号，以使得执行机构53能够控制活塞3进行上下位移，从而实现井下滑套系统的开启和关闭。

本发明不仅可以在地面上进行远程控制，而且无需进行地面布线和接线，也就不存在因布线和接线而导致现场施工作业环境和作业安全的不良影响。并且，本发明采用的控制手段仅是向井下投放并泵送磁性球，成本低廉，有助于节约生产作业成本。

作为一种实施方式，本发明的工作过程/工作原理为：磁性球被投放到井下，并以一定排量在通道11中被往下泵送，带有一定速度的磁性球在经过磁场传感器51时，磁场传感器51检测到的流体磁场变化不同，例如，采用1m3/min的泵送排量泵送磁性球，使得磁场传感器51的输出电压幅值大约在1mV-2mV这个区间内。而这一电压区间与控制电路板42的程序内的活塞3的工作电压设定区间一致，从而控制电路板42即向控制器52发出开启活塞3的控制信号，控制器52接收到控制信号之后便控制执行机构53驱动活塞3向下移动，使得第一过流孔14和第二过流孔31连通，从而实现对该活塞3对应的井下工具的开启的控制。在此基础之上，当磁性球的运动使得磁场传感器51输出的电压幅值与活塞3的关闭电压设定区间一致，则控制电路板42即向控制器52发出关闭活塞3的控制信号，控制器52接收到控制信号之后便控制执行机构53驱动活塞3向上移动，使得第一过流孔14和第二过流孔31不连通，从而实现对该活塞3对应的井下工具的关闭的控制。

可以理解的是，本发明中的执行机构53可以为多种，只要能实现控制活塞3的上下移动均可，例如，可以为直线电机、液压伸缩装置等，本发明对于执行机构53的具体结构形式不作具体限定。当从执行机构53执行开启动作时，推动活塞3下移，使滑套本体1上的第一过流孔14和活塞3上的第二过流孔31连通，则对实现对应的井下工具的开启。当从执行机构53执行关闭动作时，推动活塞3复位上移，使滑套本体1上的第一过流孔14和活塞3上的第二过流孔31断开，则实现对应的井下工具的关闭。

此外，本发明的井下滑套系统随套管入井后，在需要开启某一井下工具时，通过在地面上按照一定排量向通道11内泵送控制球即可完成井下工具的开启。不需要下入任何其他的开启工具。本发明可实现每个滑套本体1对应活塞3独立开启，结构简单，操作简便，开启成功率高，可靠性高。并且，外壳2能够将第一容纳腔12和第二容纳腔13与外界环境隔开的效果。

对于本发明中的磁场传感器51而言，一般情况下，滑套本体1内只存在一个恒定的地磁场，对磁场传感器51没有影响。一旦出现另外一个相对于磁场传感器51变化的磁场，只要磁场强度满足特定的范围，就可以被磁场传感器51识别到，不存在干扰情况，不易产生误动作，本发明成本低，工艺简单，操作安全可靠。

实施例2

在实施例1的基础之上，本实施例还包括多个第一密封圈15和多个第二密封圈32，多个所述第一密封圈15均套设在所述滑套本体1外侧并分别位于所述滑套本体1与所述外壳2之间，多个所述第二密封圈32均套设在所述活塞3外侧并分别位于所述滑套本体1和所述活塞3之间。

第一密封圈15用于密封滑套本体1和外壳2，使得滑套本体1和外壳2能够紧密贴靠在一起。第二密封圈32用于滑套本体1和活塞3，即使在活塞3运动过程中，滑套本体1和活塞3也能够紧密贴靠在一起。

可以理解的是，本发明的第一密封圈15和第二密封圈32可以采用任意的柔性密封材料制成，例如，可以是橡胶圈、塑料圈等等。本发明对于第一密封圈15和第二密封圈32的具体材质不作具体限定。

实施例3

在实施例1的基础之上，本实施例将所述磁性球构造为磁性材料球，或者，所述磁性球的外表面设置有一层磁性层。

本发明的磁性球可以任意能够形成磁场的球，例如，可以是磁性材料制成的球，也可以在球体的表面设置一层磁性层。

实施例4

在实施例1的基础之上，本实施例将所述磁性球构造为可溶材料球。

如此，以便于磁性球在完成信号产生之后，能够在井下自行溶解，不至于堵塞通道11。

实施例5

在实施例1的基础之上，本实施例将所述磁性球通过所述磁场传感器51的速度大于1m/s。

如此，使得磁性球的运动速度足够大，才能够使得磁场传感器51能够检测到有效的流体磁场变化，进而产生电压的变化。

实施例6

在实施例1的基础之上，本实施例将所述磁性球产生的磁场的强度小于0.1T。

如此，当磁性球的磁场强度较小时，才可以避免磁性球因磁力吸附在通道11内壁或其他结构上，确保磁性球能够被顺利泵送，起到产生信号的作用。

实施例7

在实施例1-6中任一实施例的基础之上，本实施例将包括多个所述滑套本体1，多个滑套本体1依次串联。

当一个工具串上依次串联有多个滑套本体1时，也就对应有多个活塞3，每个活塞3均可对应于一个井下工具。此时，可以将每个滑套本体1中控制电路板42的程序内对应的活塞3工作电压设定区间设置为不相同的情况，如此，就可以通过不同排量泵送的磁性球来分别实现多个活塞3的开启或关闭。例如，采用1m3/min的泵送排量泵送磁性球，使得磁场传感器51的输出电压幅值大约在1mV-2mV这个区间内，该区间对应于某一滑套本体1内的活塞3的工作电压设定区间，从而实现对于该滑套本体1内的活塞3的控制。采用2m3/min的泵送排量泵送磁性球，使得磁场传感器51的输出电压幅值在2mV-3mV这个区间内，该区间对应于另一滑套本体1内的活塞3的工作电压设定区间，从而实现对于该滑套本体1内的活塞3的控制。并且，可以以此类推，通过不同排量的泵送磁性球，来实现对于不同滑套本体1内的活塞3的控制。

也就是说，可以通过不同井下工具对应的控制电路板42中设定工作电压设定区间不同，就可以分别实现不同的控制信号控制不同的活塞3开启，进而实现不同的井下工具的开启。

实施例8

根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于磁场突变检测式井下滑套系统的控制方法，应用于上述任一项实施例中所述的基于磁场突变检测式井下滑套系统，包括如下步骤：

步骤S1：通过所述滑套本体1的上端和下端的螺纹与工具管串连接，并将其从井口下放至井中设计位置；设计位置可以是对应于任意井下工具的安装位置。

步骤S2：向所述通道11中投入所述磁性球，并以一定排量向下泵送所述磁性球；可以采用泵也可以采用具有一定压力的管道进行磁性球的泵送。

步骤S3：当所述磁性球经过所述磁场传感器51时，所述磁场传感器51将流体磁场变化信息以电压信号的形式传输给所述控制电路板42。

步骤S4：所述控制电路板42识别电压信号并向所述控制器52输出控制信号。如果该电压信号对应于控制电路板42内的程序中的活塞3的工作电压设定区间，则向控制器52输出控制信号，如果该电压信号与控制电路板42内的程序中的工作区间不对应，则不输出控制信号。

步骤S5：所述控制器52将控制信号传输给所述执行机构53。

步骤S6：所述执行机构53驱动对应所述活塞3移动。活塞3的移动方向包括上移和下移，上移对应于活塞3关闭，下移对应于活塞3开启。

其中，所述一定排量对应于一个电压信号。

如此，即可实现某一滑套本体1上活塞3对应的井下工具的开闭的控制。

实施例9

在实施例8的基础之上，本实施例将当所述滑套本体1设置为多个时，所述多个所述一定排量分别对应于多个电压信号。

当一个工具串上依次串联有多个滑套本体1时，也就对应有多个活塞3，每个活塞3均可对应于一个井下工具。此时，可以将每个滑套本体1中控制电路板42的程序内对应的活塞3工作电压设定区间设置为不相同的情况，如此，就可以通过不同排量泵送的磁性球来分别实现多个活塞3的开启或关闭。例如，采用1m3/min的泵送排量泵送磁性球，使得磁场传感器51的输出电压幅值大约在1mV-2mV这个区间内，该区间对应于某一滑套本体1内的活塞3的工作电压设定区间，从而实现对于该滑套本体1内的活塞3的控制。采用2m3/min的泵送排量泵送磁性球，使得磁场传感器51的输出电压幅值在2mV-3mV这个区间内，该区间对应于另一滑套本体1内的活塞3的工作电压设定区间，从而实现对于该滑套本体1内的活塞3的控制。并且，可以以此类推，通过不同排量的泵送磁性球，来实现对于不同滑套本体1内的活塞3的控制。

实施例10

在实施例9的基础之上，本实施例将还包括如下步骤：

分别投入多个所述磁性球，并分别以不同的一定排量向下泵送所述磁性球。

如此，即可实现多个滑套本体1上活塞3对应的多个井下工具的单独的控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于磁场突变检测式井下滑套系统，其特征在于，包括至少一个滑套本体(1)、外壳(2)、活塞(3)、通道(11)、第一容纳腔(12)和第二容纳腔(13)；

所述滑套本体(1)的下端套设在所述活塞(3)的外侧，所述外壳(2)套设在所述滑套本体(1)的外侧，所述滑套本体(1)与所述活塞(3)均中空且共同形成所述通道(11)，所述通道(11)用于供磁性球通过；

所述外壳(2)和所述滑套本体(1)之间形成有沿上下方向设置的第一容纳腔(12)和第二容纳腔(13)，所述第一容纳腔(12)位于所述第二容纳腔(13)的上方，所述第一容纳腔(12)用于放置测试装置，所述测试装置包括电池(41)和控制电路板(42)，所述第一容纳腔(12)与所述通道(11)之间设置有磁场传感器(51)，所述磁场传感器(51)用于探测所述通道(11)中的流体磁场变化信息，并将所述流体磁场变化信息传输给所述控制电路板(42)，所述第一容纳腔(12)和所述第二容纳腔(13)之间设置有控制器(52)，所述第二容纳腔(13)用于放置执行机构(53)，所述控制电路板(42)与所述控制器(52)电连接，所述控制器(52)与所述执行机构(53)电连接，所述执行机构(53)通过设置在所述滑套本体(1)上的连通孔(54)与所述活塞(3)的上端连接，以使所述活塞(3)能够上下移动，所述电池(41)分别与所述控制电路板(42)、磁场传感器(51)、控制器(52)和执行机构(53)电连接；

所述滑套本体(1)的下端形成有第一过流孔(14)，所述活塞(3)的下端形成有与所述第一过流孔(14)相互匹配的第二过流孔(31)；

所述基于磁场突变检测式井下滑套系统具有开启状态和关闭状态，在所述开启状态，所述第一过流孔(14)与所述第二过流孔(31)连通，在所述关闭状态，所述第一过流孔(14)和所述第二过流孔(31)不连通。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁场突变检测式井下滑套系统，其特征在于，还包括多个第一密封圈(15)和多个第二密封圈(32)，多个所述第一密封圈(15)均套设在所述滑套本体(1)外侧并分别位于所述滑套本体(1)与所述外壳(2)之间，多个所述第二密封圈(32)均套设在所述活塞(3)外侧并分别位于所述滑套本体(1)和所述活塞(3)之间。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁场突变检测式井下滑套系统，其特征在于，所述磁性球构造为磁性材料球，或者，所述磁性球的外表面设置有一层磁性层。

4.根据权利要求1所述的一种基于磁场突变检测式井下滑套系统，其特征在于，所述磁性球构造为可溶材料球。

5.根据权利要求1所述的一种基于磁场突变检测式井下滑套系统，其特征在于，所述磁性球通过所述磁场传感器(51)的速度大于1m/s。

6.根据权利要求1所述的一种基于磁场突变检测式井下滑套系统，其特征在于，所述磁性球产生的磁场的强度小于0.1T。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种基于磁场突变检测式井下滑套系统，其特征在于，包括多个所述滑套本体(1)，多个滑套本体(1)依次串联。

8.一种基于磁场突变检测式井下滑套系统的控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-7中任一项所述的基于磁场突变检测式井下滑套系统，包括如下步骤：

步骤S1：通过所述滑套本体(1)的上端和下端的螺纹与工具管串连接，并将其从井口下放至井中设计位置；

步骤S2：向所述通道(11)中投入所述磁性球，并以一定排量向下泵送所述磁性球；

步骤S3：当所述磁性球经过所述磁场传感器(51)时，所述磁场传感器(51)将流体磁场变化信息以电压信号的形式传输给所述控制电路板(42)；

步骤S4：所述控制电路板(42)识别电压信号并向所述控制器(52)输出控制信号；

步骤S5：所述控制器(52)将控制信号传输给所述执行机构(53)；

步骤S6：所述执行机构(53)驱动对应的所述活塞(3)移动；

其中，所述一定排量对应于一个电压信号。

9.根据权利要求8所述的一种基于磁场突变检测式井下滑套系统的控制方法，其特征在于，

当所述滑套本体(1)设置为多个时，所述多个所述一定排量分别对应于多个电压信号。

10.根据权利要求9所述的一种基于磁场突变检测式井下滑套系统的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：

分别投入多个所述磁性球，并分别以不同的一定排量向下泵送所述磁性球。