CN115434664A - 一种基于地面排量变化的温控式控制方法和井下滑套 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于地面排量变化的温控式控制方法和井下滑套，控制方法包括：设置于滑套本体上的温度传感器采集井下滑套处的初始温度；向井筒内泵注设定流速的流体，当流体到达井下滑套t时间后温度传感器采集井下滑套处流体的温度；控制电路板检测初始温度与井下滑套处流体的温度的温差；当温差处于第一温差设定范围时，第一井下滑套的控制电路板通过控制器控制执行机构启动第一井下滑套；当温差处于第二温差设定范围时，第一井下滑套的控制电路板通过控制器控制执行机构关闭第一井下滑套。本发明采用温度控制的方式，基于流体泵注前后的温差实现开启或关闭井下滑套，具有操作简便、开启成功率高的优势。
Description
技术领域
本发明属于油气田勘探开发井下工具技术领域，特别涉及一种基于地面排量变化的温控式控制方法和井下滑套。
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，而且结构复杂，控制难度大，不能实现精确控制。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。其中，电缆控制方法比较可靠，性能稳定，但因为电缆要和井下工具连接，并引到地面，会对现场施工造成非常大的影响，因此使用受限；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，但鉴于井筒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。基于此，本发明提出了一种新的多级井下智能工具控制信号发送方法和井下滑套，在井下同时存在多个智能工具时，可以实现发送不同的指令来控制井下不同的工具。
发明内容
针对上述问题，本发明公开了一种基于地面排量变化的温控式控制方法，包括以下步骤：
设置于滑套本体上的温度传感器采集井下滑套处的初始温度；
向井筒内泵注设定流速的流体，当流体到达井下滑套t时间后温度传感器采集井下滑套处流体的温度；
控制电路板检测初始温度与井下滑套处流体的温度的温差；
当温差处于第一温差设定范围时，第一井下滑套的控制电路板通过控制器控制执行机构启动第一井下滑套；当温差处于第二温差设定范围时，第一井下滑套的控制电路板通过控制器控制执行机构关闭第一井下滑套。
更进一步地，所述控制电路板检测初始温度与井下滑套处流体的温度的温差之后还包括以下步骤：
当温差处于第三温差设定范围时，第二井下滑套的控制电路板通过控制器控制执行机构启动第二井下滑套；当温差处于第四温差设定范围时，第二井下滑套的控制电路板通过控制器控制执行机构关闭第二井下滑套。
更进一步地，启动所述井下滑套的具体步骤如下：
控制电路板向控制器发出启动控制信号；
控制器接收到启动控制信号，驱动执行机构；
执行机构推动活塞向下移动，使活塞上的第一过流孔与滑套本体侧壁上的第二过流孔连通。
更进一步地，关闭所述井下滑套的具体步骤如下：
控制电路板向控制器发出关闭控制信号；
控制器接收到关闭控制信号，驱动执行机构；
执行机构带动活塞向上移动，使活塞上的第一过流孔与滑套本体侧壁上的第二过流孔断开。
更进一步地，所述设置于滑套本体上的温度传感器采集井下滑套处的初始温度之前还包括：
将多个井下滑套与管道间隔串联，投入到井中设定位置。
一种基于地面排量变化的温控式井下滑套，包括：滑套本体、控制电路板、执行机构、温度传感器和控制器；
所述滑套本体设置有第一凹槽、第二凹槽和通孔；
所述控制电路板设置于滑套本体的第一凹槽内；
所述执行机构设置于滑套本体的第二凹槽内；
所述温度传感器设置于滑套本体的通孔内；
所述控制器设置于滑套本体的第一凹槽内，且与控制电路板和执行机构连接。
更进一步地，所述井下滑套还包括：密封圈和外壳；
所述外壳设置于滑套本体外侧，且与滑套本体套接，第一凹槽处形成滑套测试腔，第二凹槽处形成滑套执行腔；
所述外壳与滑套本体的两端连接处设置有密封圈。
更进一步地，所述井下滑套还包括：电池；
所述电池设置于滑套测试腔内，分别与控制电路板、执行机构、温度传感器和控制器连接。
更进一步地，所述井下滑套还包括：连通孔；
所述连通孔设置于滑套本体上。
更进一步地，所述井下滑套还包括：活塞和第一过流孔；
所述活塞设置于滑套本体内侧，活塞侧壁上设置有第一过流孔。
更进一步地，所述井下滑套还包括：第二过流孔；
所述第二过流孔设置于滑套本体侧壁上。
与现有技术相比，本发明的实施例至少具有以下优点：
1、井下滑套采用温度控制的方式，基于流体泵注前后的温差实现开启或关闭，具有结构简单、操作简便、开启成功率高的优势；
2、本发明只需按照设定的流速进行泵注就可以实现井下工具的控制，该控制办法成本低，工艺简单，操作安全可靠；
3、不同流速对不同井下工具的独立控制，在井下同时存在多个智能井下工具时，按照设定的流体流速泵注流体，对流体温度进行调节，使温度传感器接收不同的温度变化，来控制井下不同的井下工具，控制稳定可靠，实用性强。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明实施例的井下滑套关闭状态的结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例的井下滑套开启状态的结构示意图。
附图标记：1、滑套本体；2、密封圈；3、电池；4、控制电路板；5、执行机构；6、温度传感器；7、外壳；8、控制器；9、连通孔；10、第一过流孔；11、活塞；12、第二过流孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了根据本发明实施例的井下滑套关闭状态的结构示意图。如图1所示，本发明提出的一种基于地面排量变化的温控式井下滑套，包括：滑套本体1、控制电路板4、执行机构5、温度传感器6和控制器8；
所述滑套本体1设置有第一凹槽、第二凹槽和通孔；
所述控制电路板4设置于滑套本体1的第一凹槽内；
所述执行机构5设置于滑套本体1的第二凹槽内；
所述温度传感器6设置于滑套本体1的通孔内；
所述控制器8设置于滑套本体1的第一凹槽内，且与控制电路板4和执行机构5连接。
滑套本体1两端设置有螺纹，用于工具管串连接。
控制电路板4用于采集井下滑套处的初始温度或井下滑套处流体的温度，计算两者的温差，并根据温差进行判断识别是否为对井下滑套的控制信号。需要说明的是，不同井下滑套内控制电路板4的程序设置的温差设定范围是不同的，从而可以实现不同的控制指令控制不同的井下滑套。
第一井下滑套的开启控制信号为第一井下滑套处的初始温度与第一井下滑套处流体的温度的温差处于第一温差设定范围。第一井下滑套的关闭控制信号为第一井下滑套处的初始温度与第一井下滑套处流体的温度的温差处于第二温差设定范围。示例性的，第一温差设定范围为0℃<ΔT≤2℃，第二温差设定范围为2℃<ΔT≤4℃。
第二井下滑套的开启控制信号为第二井下滑套处的初始温度与第二井下滑套处流体的温度的温差处于第三温差设定范围。第二井下滑套的关闭控制信号为第二井下滑套处的初始温度与第二井下滑套处流体的温度的温差处于第四温差设定范围。示例性的，第三温差设定范围为4℃<ΔT≤6℃，第四温差设定范围为6℃<ΔT≤8℃。
上述第一温差设定范围、第二温差设定范围、第三温差设定范围和第四温差设定范围均为示例性说明，然而本发明并不限于此，其他井下滑套的温差设定范围可以根据实际情况进行设置。
执行机构5安装在滑套执行腔内，用于驱动活塞11移动。
温度传感器6安装在滑套测试腔内，用于检测井下滑套处的初始温度和井下滑套处流体的温度，并发送至控制电路板4进行识别。
控制器8安装在滑套测试腔内，用于接收控制电路板4发出的控制信号，并驱动执行机构5执行动作。
井下滑套还包括：密封圈2和外壳7；
所述外壳7设置于滑套本体1外侧，且与滑套本体1套接，第一凹槽处形成滑套测试腔，第二凹槽处形成滑套执行腔；
所述外壳7与滑套本体1的两端连接处设置有密封圈2。密封圈2用于保证外壳7与滑套本体1的密封性，防止液体进入滑套测试腔和滑套执行腔。外壳将滑套测试腔和滑套执行腔内的电器元件与井下滑套外部进行隔离，保证电器元件的稳定工作。
井下滑套还包括：电池3；
所述电池3设置于滑套测试腔内，分别与控制电路板4、执行机构5、温度传感器6和控制器8连接。电池3用于给控制电路板4、执行机构5、温度传感器6和控制器8提供所需电压。
井下滑套还包括：连通孔9；
所述连通孔9设置于滑套本体1上。连通孔9用于连通井下滑套内、外流体通道，为液体提供过液通道。
井下滑套还包括：活塞11和第一过流孔10；
所述活塞11设置于滑套本体1底端内侧，活塞11侧壁上设置有第一过流孔10；
活塞11用于开启或关闭井下滑套。
井下滑套还包括：第二过流孔12；
所述第二过流孔12设置于滑套本体1底端侧壁上。
如图2所示，当执行机构5执行开启动作时，推动活塞11下行，使活塞11上的第一过流孔10与滑套本体1侧壁上的第二过流孔12连通时，实现对井下滑套的开启；如图1所示，当执行机构5执行关闭动作时，推动活塞11复位上行，使活塞11上第一过流孔10与滑套本体1侧壁上的第二过流孔12断开，从而实现对井下滑套的关闭。
井下滑套采用温度控制的方式，基于流体泵注前后的温差实现开启或关闭，具有结构简单、操作简便、开启成功率高的优势。
基于上述的基于地面排量变化的温控式井下滑套，本实施例提出一种基于地面排量变化的温控式控制方法，包括以下步骤：
设置于滑套本体1上的温度传感器6采集井下滑套处的初始温度；
向井筒内泵注设定流速的流体，当流体到达井下滑套t时间后温度传感器6采集井下滑套处流体的温度；
控制电路板4检测初始温度与井下滑套处流体的温度的温差；
当温差处于第一温差设定范围时，第一井下滑套的控制电路板4通过控制器8控制执行机构5启动第一井下滑套；当温差处于第二温差设定范围时，第一井下滑套的控制电路板4通过控制器8控制执行机构5关闭第一井下滑套。
当温差处于第三温差设定范围时，第二井下滑套的控制电路板4通过控制器8控制执行机构5启动第二井下滑套；当温差处于第四温差设定范围时，第二井下滑套的控制电路板4通过控制器8控制执行机构5关闭第二井下滑套。
其中，流体为水、泥浆或油等井下工作液；流体的初始温度范围为0-60℃。
在一些实施例中，流体的泵注流速范围为0.1-20m3/min。
在一些实施例中，控制第一井下滑套的流体泵注流速范围为1-2m3/min；
在一些实施例中，控制第二井下滑套的流体泵注流速范围为2.5-3.5m3/min；
在一些实施例中，控制第三井下滑套的流体泵注流速范围为4-5m3/min。
需要说明的是，第一井下滑套设置于井底最深处，与地面距离L1，第二井下滑套设置于第一井下滑套上方，与地面距离L2，第三井下滑套设置于第二井下滑套上方，与地面距离L3。其中，L1＞L2＞L3。其他井下滑套也按上述方法设定。
启动所述井下滑套的具体步骤如下：
控制电路板4向控制器8发出启动控制信号；
控制器8接收到启动控制信号，驱动执行机构5；
执行机构5推动活塞11向下移动，使活塞11上的第一过流孔10与滑套本体1侧壁上的第二过流孔12连通。
关闭所述井下滑套的具体步骤如下：
控制电路板4向控制器8发出关闭控制信号；
控制器8接收到关闭控制信号，驱动执行机构5；
执行机构5带动活塞11向上移动，使活塞11上的第一过流孔10与滑套本体1侧壁上的第二过流孔12断开。
设置于滑套本体1上的温度传感器6采集井下滑套处的初始温度之前还包括：
将多个井下滑套与管道间隔串联，投入到井中设定位置。
本发明的基于地面排量变化的温控式控制方法，有效解决现有技术中施工现场复杂，使用受限等导致难以实现对井下工具的可靠控制的技术问题，最终实现可在地面远程控制井下滑套开启或关闭，控制方法操作简便，实用性强，能够根据注入不同量的流体控制不同的井下滑套的开启或关闭。
在现场作业过程中，首先在每个井下工具(以井下滑套为例)上安装温度传感器6，并将滑套本体1与工具管串通过螺纹连接，将管串从井口依次下放到井底设计位置，当井下滑套处于初始静置状态时，活塞11与滑套本体1不连通，井下滑套为关闭状态；当施工作业开始，在地面通过改变泵注排量实现井下流体温度的调节。由于井下温度高于地面，因此，流体沿井筒向下流动的过程，是一个对泵注流体不断加热的过程。在地面流体温度、井筒尺寸及地层温度梯度恒定的条件下，地面泵注排量越大，流体在井筒内向下流动速度越快，流体加热时间越短，达到井下滑套时的温度越低。假定泵注前井下滑套处所在位置的初始温度为T0(T0认为是地层温度)，当泵送的流体到达井下滑套时间t后，当泵送的流体到达相同井下位置的井下滑套时，该井下滑套处的温度变为T1(T1小于T0)，因此，在经过一定时间t，井下滑套处的温度变化为ΔT＝T0-T1。时间t的取值范围为1-600秒内的任意时间，具体数值根据管道长度以及泵送速度等实际情况确定。示例性的，t为30秒。
在一些实施例中，将井下滑套下放到井底设计位置，分别测试第一井下滑套处的初始温度为100℃，第二井下滑套处的初始温度为100℃，第三井下滑套处的初始温度为100℃。为控制第一井下滑套开启，向井中泵送水，水的初始温度为20℃，第一次泵送的流速为1m3/min，当检测到流体到达井下滑套30秒后，分别测试各井下滑套处的流体温度，第一井下滑套处的流体温度为98℃，第二井下滑套处流体的温度为97.5℃，第三井下滑套处的流体温度为97℃。分别计算温差，第一井下滑套处的温差为2℃，符合设定范围，第一井下滑套的控制电路板4向控制器8发出启动控制信号；控制器8接收到启动控制信号，驱动执行机构5；执行机构5推动活塞11向下移动，使活塞11上的第一过流孔10与滑套本体1侧壁上的第二过流孔12连通，第一井下滑套开启。
在一些实施例中，为控制第一井下滑套关闭，向井中泵送水的流速为2m3/min。
在一些实施例中，为控制第二井下滑套开启，向井中泵送水的流速为2.75m3/min。
在一些实施例中，为控制第二井下滑套关闭，向井中泵送水的流速为3.25m3/min。
当需要控制某一个井下滑套时，按照一定排量向井内泵送流体，在此期间井下滑套上的控制电路板4不断采集井下滑套位置的流体温度值，并与采集到的初始温度值进行比对，得到一个ΔT值。在没有泵送流体时，ΔT接近于0；在需要控制井下滑套时，泵送的流体通过安装在该井下滑套上的温度传感器6位置时，此时采集的温度值下降，ΔT值会增大，当ΔT值达到一定的区间范围时，则控制电路板4判定这是对井下滑套的控制信号，然后井下滑套自身的控制系统启动，并执行需要的井下动作。
采用恒温设备让地面流体保持恒定温度；为不同的井下滑套设置不同的温差设定范围；示例性的，0℃<ΔT≤2℃为第一井下滑套开启动作的第一温差设定范围，2℃<ΔT≤4℃为第一井下滑套关闭动作的第二温差设定范围。4℃<ΔT≤6℃为第二井下滑套开启动作的第三温差设定范围，6℃<ΔT≤8℃为第二井下滑套关闭动作的第四温差设定范围，以此类推。
温度传感器6检测井下流体的实时温度，并发送到控制电路板4上进行识别。井下滑套上的控制电路板4不断采集井下滑套处的流体温度信息，并与采集到的初始温度值进行比对，得到一个ΔT值。当没有泵送流体时，ΔT接近于0；当泵送的流体通过安装在该井下滑套上的温度传感器6位置时，此时采集的温度值下降，ΔT值会增大，当ΔT值达到一定的区间范围时，则控制电路板4判定这是对井下滑套的控制信号，控制电路板4内的程序认为接收到一个控制信号，并通过控制器8驱动执行机构5动作，实现井下滑套的开启或关闭。
本发明中提出的一种基于地面排量变化的温控式控制方法和井下滑套，只需按照设定的排量进行泵注就可以实现井下工具的控制，该控制办法成本低，工艺简单，操作安全可靠；不同排量对不同井下工具的独立控制，在井下同时存在多个智能井下工具时，按照设定的排量泵注流体，对流体温度进行调节，使温度传感器接收不同的温度变化，来控制井下不同的井下工具，控制稳定可靠，实用性强。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (11)
1.一种基于地面排量变化的温控式控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
设置于滑套本体(1)上的温度传感器(6)采集井下滑套处的初始温度；
向井筒内泵注设定流速的流体，当流体到达井下滑套t时间后温度传感器(6)采集井下滑套处流体的温度；
控制电路板(4)检测初始温度与井下滑套处流体的温度的温差；
当温差处于第一温差设定范围时，第一井下滑套的控制电路板(4)通过控制器(8)控制执行机构(5)启动第一井下滑套；当温差处于第二温差设定范围时，第一井下滑套的控制电路板(4)通过控制器(8)控制执行机构(5)关闭第一井下滑套。
2.根据权利要求1所述的基于地面排量变化的温控式控制方法，其特征在于，所述控制电路板(4)检测初始温度与井下滑套处流体的温度的温差之后还包括以下步骤：
当温差处于第三温差设定范围时，第二井下滑套的控制电路板(4)通过控制器(8)控制执行机构(5)启动第二井下滑套；当温差处于第四温差设定范围时，第二井下滑套的控制电路板(4)通过控制器(8)控制执行机构(5)关闭第二井下滑套。
3.根据权利要求1或2所述的基于地面排量变化的温控式控制方法，其特征在于，启动所述井下滑套的具体步骤如下：
控制电路板(4)向控制器(8)发出启动控制信号；
控制器(8)接收到启动控制信号，驱动执行机构(5)；
执行机构(5)推动活塞(11)向下移动，使活塞(11)上的第一过流孔(10)与滑套本体(1)侧壁上的第二过流孔(12)连通。
4.根据权利要求1或2所述的基于地面排量变化的温控式控制方法，其特征在于，关闭所述井下滑套的具体步骤如下：
控制电路板(4)向控制器(8)发出关闭控制信号；
控制器(8)接收到关闭控制信号，驱动执行机构(5)；
执行机构(5)带动活塞(11)向上移动，使活塞(11)上的第一过流孔(10)与滑套本体(1)侧壁上的第二过流孔(12)断开。
5.根据权利要求1所述的基于地面排量变化的温控式控制方法，其特征在于，所述设置于滑套本体(1)上的温度传感器(6)采集井下滑套处的初始温度之前还包括：
将多个井下滑套与管道间隔串联，投入到井中设定位置。
6.一种基于地面排量变化的温控式井下滑套，其特征在于，包括：滑套本体(1)、控制电路板(4)、执行机构(5)、温度传感器(6)和控制器(8)；
所述滑套本体(1)设置有第一凹槽、第二凹槽和通孔；
所述控制电路板(4)设置于滑套本体(1)的第一凹槽内；
所述执行机构(5)设置于滑套本体(1)的第二凹槽内；
所述温度传感器(6)设置于滑套本体(1)的通孔内；
所述控制器(8)设置于滑套本体(1)的第一凹槽内，且与控制电路板(4)和执行机构(5)连接。
7.根据权利要求6所述的基于地面排量变化的温控式井下滑套，其特征在于，所述井下滑套还包括：密封圈(2)和外壳(7)；
所述外壳(7)设置于滑套本体(1)外侧，且与滑套本体(1)套接，第一凹槽处形成滑套测试腔，第二凹槽处形成滑套执行腔；
所述外壳(7)与滑套本体(1)的两端连接处设置有密封圈(2)。
8.根据权利要求7所述的基于地面排量变化的温控式井下滑套，其特征在于，所述井下滑套还包括：电池(3)；
所述电池(3)设置于滑套测试腔内，分别与控制电路板(4)、执行机构(5)、温度传感器(6)和控制器(8)连接。
9.根据权利要求8所述的基于地面排量变化的温控式井下滑套，其特征在于，所述井下滑套还包括：连通孔(9)；
所述连通孔(9)设置于滑套本体(1)上。
10.根据权利要求9所述的基于地面排量变化的温控式井下滑套，其特征在于，所述井下滑套还包括：活塞(11)和第一过流孔(10)；
所述活塞(11)设置于滑套本体(1)内侧，活塞(11)侧壁上设置有第一过流孔(10)。
11.根据权利要求10所述的基于地面排量变化的温控式井下滑套，其特征在于，所述井下滑套还包括：第二过流孔(12)；
所述第二过流孔(12)设置于滑套本体(1)侧壁上。
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