CN115478810B - 一种基于磁性介质感应式滑套及井下工具控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于磁性介质感应式滑套及井下工具控制方法，其中滑套包括：滑套本体、活塞、感应单元、控制单元、执行单元，滑套本体设有第一中心腔体，滑套本体上设有连通孔和第一过流孔，第一过流孔设于滑套本体下端；活塞设于第一中心腔体中；活塞设有第二中心腔体，第二中心腔体与第一中心腔体连通；活塞设有第二过流孔，第二过流孔与第一过流孔对应，在滑套关闭时第一过流孔和第二过流孔不连通；感应单元可在特定流体流经第一中心腔体时产生电压；控制单元能够采集电压并在符合预设条件时发出控制信号；执行单元能够接收控制信号以驱动活塞开启。控制方法可对各种井下工具进行控制，控制过程稳定可靠，操作简单，控制效率高。

Description

一种基于磁性介质感应式滑套及井下工具控制方法

技术领域

本发明涉及油气田勘探开发井下工具技术领域，具体来讲，涉及一种基于磁性介质感应式滑套及井下工具控制方法。

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。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，有些情况下无法使用；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，信号发送非常不稳定，难以实现对井下工具的可靠控制。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种基于磁性介质感应式滑套及井下工具控制方法，仅需通过泵注流体就可以实现向井下工具发送控制指令的目的。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种基于磁性介质感应式滑套。

所述滑套可包括：滑套本体、外壳、活塞、感应单元、控制单元和执行单元，其中，滑套本体具有轴向贯通的第一中心腔体，滑套本体上还开设有若干个连通孔和若干个第一过流孔，第一过流孔设置在滑套本体下端；外壳套设在滑套本体上；活塞设置在第一中心腔体中；活塞设置有贯通的第二中心腔体，第二中心腔体与第一中心腔体相连通；活塞上还设置有若干个第二过流孔，第二过流孔与第一过流孔的数量相同且一一对应，在所述滑套未开启的情况下，呈对应关系的第一过流孔和第二过流孔不连通；感应单元内置在滑套本体与外壳之间，并在特定流体流经第一中心腔体的情况下产生电压；控制单元内置在滑套本体与外壳之间，控制单元能够采集电压并判断其是否符合预设条件，在符合情况下控制单元发出控制信号；执行单元内置在滑套本体与外壳之间，并包括相连接的控制器和执行机构，控制器能够接收控制信号以驱动执行机构执行开启动作使活塞下行将第一过流孔和第二过流孔连通。

可选择地，所述滑套本体可自上而下开设有开口向外的上环形凹槽和下环形凹槽，所述外壳套设在所述滑套本体上能够对上环形凹槽和下环形凹槽的槽口进行封闭。

可选择地，所述感应单元可包括永磁体和电极，永磁体设于所述上环形凹槽中并环绕在所述上环形凹槽的槽底之外，电极沿径向方向嵌入所述滑套本体中并沿周向方向位于永磁体之间。

可选择地，所述控制单元可包括控制电路板，控制电路板设于所述上环形凹槽中。

可选择地，所述滑套还可包括电源，电源设于所述上环形凹槽内，电源被配置为能够为所述控制电路板、控制器和执行机构供电。

可选择地，所述滑套本体和外壳之间的连接处可设有第一密封圈，第一密封圈被配置为能够进一步将所述上环形凹槽和下环形凹槽密封。

可选择地，所述活塞的外壁上可设有第二密封圈，第二密封圈被配置为能够将所述滑套本体的内壁和所述活塞的外壁之间进行密封。

可选择地，所述滑套本体的上下两端均可设有公扣端，公扣端被配置为能够与工具管串连接。

可选择地，所述滑套本体、外壳和活塞的材料可为非导磁金属材料。

本发明另一方面提供了一种基于磁性介质感应的井下工具控制方法。

所述控制方法包括使用如上所述的基于磁性介质感应式滑套来实现。

可选择地，所述控制方法包括在所述中心孔中泵注流体，流体能够产生磁流体效应使所述感应单元产生可被所述控制单元识别的电压。

可选择地，所述电压的变化值超过设定阈值，能够控制所述活塞移动，使所述径向孔与过液孔连通。

可选择地，所述流体的矿化度＞1g/L，流速＞0.5m/s。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

1、本发明通过基于磁性介质感应能产生电压变化的特性设计了一种磁性介质感应式滑套及井下工具控制方法，只需按照设定的排量进行泵注具有一定矿化度的流体(液体)就可以实现井下工具的控制，该方法的应用能很大程度降低成本，工艺简单，操作安全可靠。

2、泵注流体的不同排量可分别对不同的井下工具进行独立控制。在井下同时存在多个不同的井下工具时，可按照设定的排量泵注具有一定矿化度的流体(液体)，对流体排量与流体矿化度进行调节，在各种井下工具的电极上形成不同的电压值，可分别对井下工具进行单独控制，其控制过程稳定可靠，操作简单，控制效率高。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明示例性实施例的基于磁性介质感应式滑套的关闭状态的剖视图。

图2示出了本发明示例性实施例的基于磁性介质感应式滑套的开启状态的剖视图。

图3示出了本发明示例性实施例的基于磁性介质感应式滑套中感应单元的俯视剖面图。

附图标记说明：

1-滑套本体，11-第一中心腔体，12-连通孔，13-第一过流孔，14-上环形凹槽，15-下环形凹槽，16-公扣端；

2-外壳，3-活塞，31-第二中心腔体，32-第二过流孔；

4-感应单元，41-永磁体，42-电极；

5-控制单元；

6-执行单元，61-控制器，62-执行机构，7-电源；

8-第一密封圈，9-第二密封圈。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的基于磁性介质感应式滑套及井下工具控制方法。

需要说明的是，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”、“左”、“右”仅仅为了便于描述和构成相对的方位或位置关系，而并非指示或暗示所指的部件必须具有该特定方位或位置。对于本领域普通技术人员而言，本文中的部分术语“压力”相当于压强。

示例性实施例1

本示例性实施例提供了一种基于磁性介质感应式滑套。

图1示出了本发明示例性实施例的基于磁性介质感应式滑套的关闭状态的剖视图，图2示出了本发明示例性实施例的基于磁性介质感应式滑套的开启状态的剖视图，图3示出了本发明示例性实施例的基于磁性介质感应式滑套中感应单元的俯视剖面图。

如图1至图3所示，所述基于磁性介质感应式滑套包括：滑套本体1、外壳2、活塞3、感应单元4、控制单元5、执行单元6和电源7。

在本实施了中，滑套本体1上开设有贯通滑套本体1上下两端的第一中心腔体11。滑套本体1上还开设有若干个连通孔12和若干个第一过流孔13，第一过流孔13开设在滑套本体1的下端的侧壁上，第一过流孔13的两端分别将第一中心腔体11和滑套本体1的外部连通。

其中，连通孔12的数量有1个，第一过流孔13的数量有2个，但本发明不限于此，连通孔12的数量也可为2个或更多，第一过流孔13的数量也可为1个、3个或更多。

进一步地，在滑套本体1的外壁上自上而下还开设有开口朝外的上环形凹槽14和下环形凹槽15，外壳2套设在滑套本体1上从而能够对上环形凹槽14和下环形凹槽15的槽口进行封闭。感应单元4、控制单元5和电源7安装在上环形凹槽14中，执行单元6安装在下环形凹槽15中。也就是说，感应单元4、控制单元5、执行单元6和电源7的安装位置均位于滑套本体1和外壳2之间，但本发明不限于此，也可将滑套本体1和外壳2一体成型设计，在滑套本体1的侧壁中留出安装空间，在制造过程中即把感应单元4、控制单元5、执行单元6和电源7集成在滑套本体1的侧壁中亦可。连通孔12的两端分别与下环形凹槽15和第一中心腔体11连通，位于下环形凹槽15中的执行单元6可通过连通孔12对活塞3执行开启动作。

进一步地，滑套本体1和外壳2上下两端的连接处还设有第一密封圈8，第一密封圈8能够进一步提升滑套本体1和外壳2之间的密封性能，能够进一步阻止滑套本体1和外壳2之外的流体(如钻井液)通过滑套本体1和外壳2之间的连接处进入上环形凹槽14和下环形凹槽15中，避免上环形凹槽14和下环形凹槽15中的电气元件接触到流体产生侵蚀和损坏。第一密封圈8的数量有2条，但本发明不限于此，第一密封圈8的数量也可为1条、3条或更多。

进一步地，滑套本体1的上下两端还分别设有一个公扣端16，公扣端16上设有外螺纹，公扣端16可与所述滑套上方和下方的工具管串进行连接，从而将所述滑套安装在工具管串上。

在本实施例中，活塞3的中间开设有自上而下贯通的第二中心腔体31。第二中心腔体31可与第一中心腔体11连通。活塞3的侧壁上还开设有若干个第二过流孔32，第二过流孔32与第一过流孔13的数量相同均为2个且一一对应，但本发明不限于此，在当第一过流孔13的数量为1个、3个或更多时，第二过流孔32的数量和第一过流孔13的数量相同，也为1个、3个或更多。

在本实施例中，活塞3自滑套本体1的下端可以穿设在第一中心腔体11中。活塞3可在执行单元6的控制下在第一中心腔体11内沿轴线方向上下移动，当活塞3位于其移动行程的最上端时，此时所述滑套装置处于关闭状态，第一过流孔13和第二过流孔32也在轴线方向上处于相互错开的状态，也就是说，此时第一过流孔13和第二过流孔32不连通。

当活塞3在执行单元6的控制下，自其移动行程的最上端处逐渐向下移动，当第一过流孔13和第二过流孔32对齐后，此时所述滑套装置处于打开状态，也就是说，此时第一过流孔13和第二过流孔32相互连通，第一中心腔体11内的流体(如具有一定矿化度的流体)可沿第一过流孔13和第二过流孔32流至滑套本体1的外部。

进一步地，活塞3的外壁上还嵌入地设有第二密封圈9。第二密封圈9的外缘能够在活塞3的上下移动的过程中与滑套本体1的内壁始终保持紧密贴合，从而进一步提升了活塞3和滑套本体1之间的密封性能，避免了第一中心腔体11内的流体沿着活塞3和滑套本体1之间的间隙和第一过流孔13流出滑套本体1之外。第二密封圈9的数量有3条，但本发明不限于此，第二密封圈9的数量也可为1条、2条、4条或更多。

在本实施例中，感应单元4包括永磁体41和电极42。永磁体41具有永磁性，包括两个半筒状结构，安装在上环形凹槽14的槽底且环绕在上环形凹槽14的槽底的外侧，电极42安装在永磁体41的两个半筒状结构之间并嵌入到滑套本体1中，永磁体41可选用为永磁铁，但本发明不限于此，永磁体41也可为除永磁铁之外的其他永磁性材料。

永磁体41可在第一中心腔体11中产生磁场，当在第一中心腔体11中泵入具有一定矿化度的流体时，流体流经永磁体41产生的磁场并切割永磁体41的磁感线，此时在永磁体41上产生磁流体效应，电极42上产生电压，即可被控制单元5接收并识别，当电极42上的电压变化值达到设定的阈值后，例如将电压变化阈值设定为0.01V，若电极上产生的电压值超过0.01V则可被控制单元5认为是开启滑套的控制信号，该控制信号可传送至执行单元6，从而实现所述滑套的开启。上述电压变化的阈值可进行人为设定，由于井下工况复杂，电极42也可能由于其他参数的变化产生噪声电压，可能导致在非必要时开启滑套，因此需要对电压变化阈值进行人为设定避免误操作。

在本实施例中，控制单元5也即为控制电路板，但本发明不限于此，控制单元5的形式也可为除控制电路板之外其他可接受并识别电极42上产生的电压的装置。控制单元5安装在上环形凹槽14内，用于采集电极42上形成的电压信息，可接受并识别电极42的电压变化，对该电压的变化进行判定识别是否为对滑套的控制信号。在除所述滑套之外的其他井下工具的使用场景中，对控制电路板的程序所设定的电极电压范围不同，就可以实现通过设定不同的控制指令从而对不同的井下工具进行控制。

在本实施例中，执行单元6包括控制器61和执行机构62。控制器61为安装在上环形凹槽14和下环形凹槽15之间的加热装置，执行机构62为充满在下环形凹槽15中的液压油。

控制器61可接收控制单元5上的控制信号从而驱动执行机构62执行开启动作，当执行机构62执行开启动作时，加热装置对下环形凹槽15中的液压油进行加热，液压油受热膨胀后压力增大，开启连通孔12中的控制阀，液压油通过连通孔12流至活塞3的上方并对活塞3产生向下的轴向压力，推动活塞3沿第一中心腔体11下行，使滑套本体1上的第一过流孔13和活塞3上的第二过流孔32对齐并连通，实现所述滑套的开启。但本发明不限于此，执行机构62也可为液压泵、液压管线等其他液压元件，控制器61也可为液压接头，当液压接头接收到来自控制单元5的控制信号后，启动液压泵，向液压管线中注入液压油，液压油通过连通孔12对活塞3产生向下的轴向压力，进而推动活塞3沿第一中心腔体11下行，实现所述滑套的开启。

在本实施例中，电源7安装在上环形凹槽14中，电源7可为控制单元5和执行单元6供电，电源7的形式为电池，但本发明不限于此，电源7的形式也可为除电池之外的其他储电装置。

示例性实施例2

本示例性实施例提供了一种基于磁性介质感应式井下工具控制方法。

所述控制方法可以基于示例性实施例1中的基于磁性介质感应式滑套来实现，也可以基于其他类型的井下工具装置来实现。

下面以示例性实施例1中的滑套为例来详细说明所述控制方法的具体实施方式：

在现场作业过程中，首先将所述滑套通过滑套本体上下两端的公扣端与工具管串连接，将管串从井口依次下放到井底设计位置，当滑套处于初始静置状态时，活塞位于其移动行程的最上端，此时活塞上的第二过流孔与滑套本体上的第一过流孔在轴线方向上错开，也就是说，此时第二过流孔和第一过流孔不连通，所述滑套为关闭状态；当施工作业开始时，通过在第一中心腔体中泵注具有一定矿化度的流体(液体)，流体在井筒运动过程中，其中所含有的离子会切割所述滑套上的永磁体产生的磁感线，使得永磁体发生磁流体效应，在电极上产生电压，控制单元检测到电极上产生的电压并识别，当电压变化值超过设定的阈值后，例如将电压变化阈值设定为0.01V，若电极上产生的电压值超过0.01V则可被控制单元认为是开启滑套的控制信号，该控制信号可被传送至执行单元，执行单元即执行开启动作，推动活塞沿第一中心腔体下行，使滑套本体上的第一过流孔和活塞上的第二过流孔对齐并连通，实现对所述滑套的开启。

在第一中心腔体中泵注的流体的矿化度必须超过1g/L，设定连续泵注一定时间段(例如1min)判定为二进制信号1，停泵一定时间段(例如1min)判定为信号0。当二进制信号组成一连串特定的二进制编码后，例如10011101，代表控制滑套开启的信号，将该信号通过控制单元传输至执行单元后，执行单元即操作滑套开启。

滑套本体、外壳和活塞的材料应当选用非导磁金属材料，例如奥氏体不锈钢、钛合金等，可在不干扰磁流体效应产生的同时满足井下高温高压环境对于材料强度的要求。在第一中心腔体中泵注的流体的排量必须超过0.5m³/min的阈值，以确保流体在第一中心腔体中的流动速度大于0.5m/s，使得流体切割滑套上永磁体的磁感线，在电极上产生的电压信号能被控制电路板检测并识别，当电极上产生的电压信号超过设定阈值后，控制电路板内的程序能够产生一个控制信号，再将控制信号通过控制器驱动执行机构动作，控制滑套的开启。

综上所述，本发明通过基于磁性介质感应能产生电压变化的特性设计了一种磁性介质感应式滑套及井下工具控制方法，只需按照设定的排量进行泵注具有一定矿化度的流体(液体)就可以实现井下工具的控制，该方法的应用能很大程度降低成本，工艺简单，操作安全可靠；泵注流体的不同排量也可分别对不同的井下工具进行独立控制，在井下同时存在多个不同的井下工具时，可按照设定的排量泵注具有一定矿化度的流体(液体)，对流体排量与流体矿化度进行调节，在各种井下工具的电极上形成不同的电压值，可分别对井下工具进行单独控制，其控制过程稳定可靠，操作简单，控制效率高。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (12)

1.一种基于磁性介质感应式滑套，其特征在于，所述滑套包括：滑套本体、外壳、活塞、感应单元、控制单元和执行单元，其中，

滑套本体具有轴向贯通的第一中心腔体，滑套本体上还开设有若干个连通孔和若干个第一过流孔，第一过流孔设置在滑套本体下端；

外壳套设在滑套本体上；

活塞设置在第一中心腔体中；活塞设置有贯通的第二中心腔体，第二中心腔体与第一中心腔体相连通；活塞上还设置有若干个第二过流孔，第二过流孔与第一过流孔的数量相同且一一对应，在所述滑套未开启的情况下，呈对应关系的第一过流孔和第二过流孔不连通；

感应单元内置在滑套本体与外壳之间，并在一定矿化度的流体流经第一中心腔体的情况下产生电压；

控制单元内置在滑套本体与外壳之间，控制单元能够采集电压并判断其是否符合预设条件，在符合情况下控制单元发出控制信号；

执行单元内置在滑套本体与外壳之间，并包括相连接的控制器和执行机构，控制器能够接收控制信号以驱动执行机构执行开启动作使活塞下行将第一过流孔和第二过流孔连通；

所述滑套本体自上而下开设有开口向外的上环形凹槽和下环形凹槽；

所述感应单元包括永磁体和电极，永磁体设于所述上环形凹槽中并环绕在所述上环形凹槽的槽底之外，电极沿径向方向嵌入所述滑套本体中并沿周向方向位于永磁体之间。

2.根据权利要求1所述的基于磁性介质感应式滑套，其特征在于，所述外壳套设在所述滑套本体上能够对上环形凹槽和下环形凹槽的槽口进行封闭。

3.根据权利要求1所述的基于磁性介质感应式滑套，其特征在于，所述控制单元包括控制电路板，控制电路板设于所述上环形凹槽中。

4.根据权利要求1所述的基于磁性介质感应式滑套，其特征在于，所述滑套还包括电源，电源设于所述上环形凹槽内，电源被配置为能够为所述控制电路板、控制器和执行机构供电。

5.根据权利要求1所述的基于磁性介质感应式滑套，其特征在于，所述滑套本体和外壳之间的连接处设有第一密封圈，第一密封圈被配置为能够进一步将所述上环形凹槽和下环形凹槽密封。

6.根据权利要求1所述的基于磁性介质感应式滑套，其特征在于，所述活塞的外壁上设有第二密封圈，第二密封圈被配置为能够将所述滑套本体的内壁和所述活塞的外壁之间进行密封。

7.根据权利要求1所述的基于磁性介质感应式滑套，其特征在于，所述滑套本体的上下两端均设有公扣端，公扣端被配置为能够与工具管串连接。

8.根据权利要求1所述的基于磁性介质感应式滑套，其特征在于，所述滑套本体、外壳和活塞的材料为非导磁金属材料。

9.一种基于磁性介质感应的井下工具控制方法，其特征在于，所述控制方法包括使用权利要求1至8任意一项所述的基于磁性介质感应式滑套来实现。

10.根据权利要求9所述的基于磁性介质感应的井下工具控制方法，其特征在于，所述控制方法包括在中心腔体中泵注流体，流体能够产生磁流体效应使所述感应单元产生可被所述控制单元识别的电压。

11.根据权利要求10所述的基于磁性介质感应的井下工具控制方法，其特征在于，所述电压的变化值超过设定阈值，能够控制所述活塞移动，使径向孔与过液孔连通。

12.根据权利要求10所述的基于磁性介质感应的井下工具控制方法，其特征在于，所述流体的矿化度＞1g/L，流速＞0.5m/s。