CN117514052A - 小直径井下电驱动液压投送工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小直径井下电驱动液压投送工具，其包括依次连接的电路控制系统、动力机构和活塞泵机构；电路控制系统包括电路密封筒、电缆接头总成和电路控制总成；动力机构包括主密封筒、动力电机、固定衬套、旋转丝杠、导程推力筒和滑块；活塞泵机构包括活塞泵筒、过度接头、滑动密封总成、活塞杆和活塞；地面系统经电缆、电缆接头总成和电路控制总成为动力电机供电，电路控制总成控制动力电机；动力电机启动后带动旋转丝杠旋转，驱使导程推力筒在滑块和导程轨槽相配合的限制下上下滑动，进而经活塞杆带动活塞上下滑动，以向坐封机构提供高压液体用于完成坐封工作。本发明结构简单紧凑，可反复使用，能解决异常情况下不能投送桥堵工具的难题。

Description

小直径井下电驱动液压投送工具

技术领域

本发明涉及石油天然气开发技术领域，尤其是一种小直径井下电驱动液压投送工具。

背景技术

目前常用的小直径(过油管)桥塞投送工具主要有连续油管传输液压坐封工具和电缆传输电驱动两种形式,但这两种形式均存在不足。

现有的连续油管传输桥塞坐封时，通过管内注入液体加压推动活塞压缩胶筒、张开卡瓦坐封并卡于套管壁上，继续加压拉断释放螺栓，起出投送工具实现投送坐封。其存在的缺陷有：成本高、作业时间长、效率低、深度控制较难等。

电缆传输电机旋转轴夹紧桥塞坐封时，通过电缆接通电源，用减速电机来产生扭矩，再由一套螺旋传动机构把扭矩转化为拉力，来实现坐封与丢手。其存在的缺陷有：拉断桥塞的释放环需要较大的行程和较高的拉力、对电机功率要求高、易出现电机故障等。

中国实用新型专利(申请号：201320568874，申请日：2013.09.13)公开了一种电动液压桥塞坐封装置，包括上部动力泵送装置、定轴轮系传动机构和下部连续增压装置。其上部电动液压部分只是提供液压力驱动活塞行程形成推拉力，可知其不是严格意义上的电动液压桥塞坐封工具，仍为拉断桥塞释放螺栓释放桥塞，仍存在拉断桥塞的释放环需要较大的行程和较高的拉力等缺陷，又因需要配装较大直径的储液腔、减速箱、节箍定位器和多级液压缸等，不能作为过油管小直径桥塞投送工具使用。

因此，为克服上述不足，急需改进现有的投送坐封方式，故提出了一种小直径井下电驱动液压投送装置。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种小直径井下电驱动液压投送工具，以用于解决油气井作业时在井筒有生产管柱、井口有压力及喷漏相间等情况下不能投送桥堵工具的难题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种小直径井下电驱动液压投送工具，包括自上而下依次连接的电路控制系统、动力机构和活塞泵机构；

所述电路控制系统包括电路密封筒、电缆接头总成和电路控制总成；所述电缆接头总成固设在所述电路密封筒的上端并与电缆连接；所述电路控制总成固设在所述电路密封筒的内腔中并与所述电缆接头总成电连接；

所述动力机构包括主密封筒、动力电机、固定衬套、旋转丝杠、导程推力筒和滑块；所述主密封筒的上端与所述电路密封筒的下端密封连接；所述动力电机固设在所述主密封筒内腔的上部并与所述电路控制总成电连接；所述固定衬套固设在所述主密封筒内腔的中部和下部，所述固定衬套的外壁上沿轴向开设有导程轨槽，所述导程轨槽的上端设为上定位点，所述导程轨槽的下端设为下定位点；所述旋转丝杠可转动地置入在所述导程推力筒的内腔中且两者传动连接，所述旋转丝杠的上端与所述动力电机的输出轴同轴连接；所述导程推力筒可上下滑动地同轴置入在所述固定衬套的内腔中；所述滑块固设在所述导程推力筒的外壁上，且所述滑块可上下滑动地置入在所述导程轨槽内；

所述活塞泵机构包括活塞泵筒、过度接头、滑动密封总成、活塞杆和活塞；所述活塞泵筒的上端通过所述过度接头与所述主密封筒的下端密封连接，所述活塞泵筒的下端密封连接有坐封机构；所述滑动密封总成密封连接在所述过度接头的内腔中；所述活塞杆可上下滑动地贯穿所述滑动密封总成且两者采用滑动密封连接，所述活塞杆的上端与所述导程推力筒的下端固接，所述活塞杆的下端固设有所述活塞；所述活塞可上下滑动地置入在所述活塞泵筒的内腔中且两者采用滑动密封连接，所述活塞将所述活塞泵筒的内腔分隔为上活塞腔和下活塞腔，所述上活塞腔的外周开设有与外部相通的平衡孔，所述下活塞腔的外周开设有进液单流阀，所述进液单流阀仅允许液体从外部单向流入到所述下活塞腔内；

地面系统经所述电缆、所述电缆接头总成和所述电路控制总成为所述动力电机供电，所述电路控制总成控制所述动力电机的启闭、正转、反转；所述动力电机启动后带动所述旋转丝杠旋转，驱使所述导程推力筒在所述滑块和所述导程轨槽相配合的限制下上下滑动，进而经所述活塞杆带动所述活塞上下滑动，以向所述坐封机构提供高压液体用于完成坐封工作；其中，当所述滑块触及到所述上定位点或所述下定位点时，电流负荷增加，所述电路控制总成则控制所述动力电机改变输出轴的旋转方向。

进一步地，所述电路密封筒和所述主密封筒之间采用转换接头实现密封连接。

进一步地，所述动力电机的输出轴朝下设置并通过联轴器和丝杠连接轴与所述旋转丝杠同轴连接，所述联轴器和所述丝杠连接轴的结合处还设有推力轴承。

进一步地，所述导程轨槽为两个且对称形成在所述固定衬套的外壁中部，相应地，所述滑块为两个且一一对应地与两个所述导程轨槽相配合使用。

进一步地，所述过度接头的上端设有两处不同径的丝扣，分别用于连接所述主密封筒和所述固定衬套，所述过度接头还通过密封圈与所述主密封筒形成密封连接，所述过度接头的下端在内径上和外径上分别设有丝扣和密封圈，内径上的丝扣和密封圈用于连接和密封所述滑动密封总成，外径上的丝扣和密封圈用于连接和密封所述活塞泵筒。

进一步地，所述固定衬套的上端通过螺栓与所述动力电机的主体连接。

进一步地，所述滑动密封总成的内径上设有一组滑动密封，用于所述活塞杆的密封滑动。

进一步地，所述活塞上设有平衡单流阀，所述平衡单流阀在所述活塞向下行程中关闭且在所述活塞向上行程中开启，以在所述活塞向上行程中仅允许液体从所述上活塞腔单向流入到所述下活塞腔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明所提供的投送工具结构简单紧凑、成本低，可满足制成小直径的要求，以解决异常情况下不能投送桥堵工具的难题；

2.本发明所提供的投送工具可进行带压作业和原位泵液；

3.本发明所提供的投送工具使坐封机构锚定密封后，可与坐封机构分离被提出，因此可以反复使用；

4.本发明所提供的投送工具可根据实际需要对其进行优化和/或改进，可实现过油管投送，诸如封隔器、开孔和切割定位工具等的投送。

附图说明

为了使本发明的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施方式更详细地描述上文简要描述的本发明。可以理解这些附图只描绘了本发明的典型实施方式，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节来描述和解释本发明。

图1a为本发明实施例所提供的一种小直径井下电驱动液压投送工具上半部分的结构示意图；

图1b为本发明实施例所提供的一种小直径井下电驱动液压投送工具下半部分的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的一种小直径井下电驱动液压投送工具中固定衬套与导程推力筒的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种小直径井下电驱动液压投送工具中旋转丝杠的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的一种小直径井下电驱动液压投送工具中活塞泵机构的部分结构示意图。

附图标记如下：1.电缆接头总成；2.电路密封筒；3.电路控制总成；4.转换接头；5.动力电机；6.主密封筒；7.输出轴；8.联轴器；9.推力轴承；10.丝杠连接轴；11.上定位点；12.滑块；13.导程轨槽；14.导程推力筒；15.旋转丝杠；16.下定位点；17.活塞杆连接扣；18.活塞杆；19.固定衬套；20.过度接头；21.滑动密封总成；22.平衡孔；23.活塞；24.活塞泵筒；25.进液单流阀；26.泵出口接头；27.平衡单流阀。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

在本发明的描述中，术语“A和/或B”表示所有可能的A与B的组合，比如只是A、只是B或者A和B。术语“至少一个A或B”或者“A和B中的至少一个”含义与“A和/或B”类似，可以包括只是A、只是B或者A和B。单数形式的术语“一个”、“这个”也可以包含复数形式。术语“内侧”、“外侧”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细的说明：

如图1a、图1b以及图2至图4所示，本发明的实施例提供了一种小直径井下电驱动液压投送工具，主要包括自上而下依次连接的电路控制系统、动力机构和活塞泵机构。

如图1a和图1b所示，在本实施例中，电路控制系统包括电缆接头总成1、电路密封筒2、电路控制总成3和转换接头4。

电缆接头总成1密封固设在电路密封筒2的上端，电缆接头总成1的上部外接有电缆，电缆与地面系统连接，电缆接头总成1上部还可以与惯用的伽马仪、磁性定位器、空芯通电加重杆等设备连接；其中，电缆的作用一是向井下的动力机构输送供电，二是传输信号，三是用于输送本实施例所提供的投送工具，伽马仪、磁性定位器等用于校深并确定深度位置。电缆接头总成1的下部与电路控制总成3电连接，电路控制总成3与动力机构中的动力电机5电连接。地面系统可以经电缆、电缆接头总成1和电路控制总成3为动力电机5供电。

电路密封筒2通过转换接头4密封连接在动力机构中的主密封筒6的上部。

电路控制总成3固设在由电路密封筒2和转换接头4所组成的密封且绝缘的腔体中。电路控制总成3与动力电机5电连接，主要用于控制动力电机5的启闭、正转、反转。

如图1a、图1b、图2和图3所示，在本实施例中，动力机构包括动力电机5、主密封筒6、联轴器8、推力轴承9、丝杠连接轴10、滑块12、导程轨槽13、导程推力筒14、旋转丝杠15和固定衬套19。

主密封筒6的上端通过丝扣与转换接头4连接，下端通过丝扣与活塞泵机构中的过度接头20连接，形成主体。

固定衬套19固设在主密封筒6内腔的中部和下部，固定衬套19的下端通过丝扣与过度接头20连接，上端通过螺栓与动力电机5连接。

动力电机5固设在主密封筒6内腔的上部并与电路控制总成3电连接。动力电机5的输出轴7朝下设置并通过联轴器8和丝杠连接轴10与旋转丝杠15同轴连接，联轴器8和丝杠连接轴10的结合处还设有推力轴承9。动力电机5为低功率直流电机，由地面系统通过电缆等对其供电，以为活塞泵机构提供动力。

旋转丝杠15可转动地置入在导程推力筒14的内腔中且两者传动连接，旋转丝杠15的上端与动力电机5的输出轴7同轴连接。

导程推力筒14可上下滑动地同轴置入在固定衬套19的内腔中。导程推力筒14的下端通过活塞杆连接扣17与活塞杆18连接，导程推力筒14的上端外壁上安装有限定滑动方向的滑块12。

固定衬套19的外壁上沿轴向开设有导程轨槽13。优选地，导程轨槽13为两个且对称形成在固定衬套19的外壁中部，相应地，滑块12为两个且一一对应地置入在两个导程轨槽13内并可沿着导程轨槽13上下滑动。通过滑块12与导程轨槽13的配合使用，可将导程推力筒14的滑动方向限定为上下直线运动。

导程轨槽13的上端设为上定位点11，导程轨槽13的下端设为下定位点16，用于自动控制动力电机5的输出轴7转向以改变导程推力筒14的运动方向。具体地，当滑块12触及到上定位点11或下定位点16时，电流负荷增加，电路控制总成3则控制动力电机5改变输出轴7的旋转方向，以实现导程推力筒14运动方向的自动切换，使导程推力筒14自动往复做上下直线运动。

如图1a、图1b和图4所示，在本实施例中，活塞泵机构包括活塞泵筒24、过度接头20、滑动密封总成21、活塞杆18、活塞23、平衡孔22、进液单流阀25和平衡单流阀27。

活塞泵筒24为一内径抛光了的筒形体，活塞泵筒24的上端通过过度接头20与主密封筒6的下端密封连接，活塞泵筒24的下端设有泵出口接头26，用于与坐封机构(坐封机构包括释放接头和坐封用桥塞或胶塞)密封连接。具体地，过度接头20的上端设有两处不同径的丝扣，分别用于连接主密封筒6和固定衬套19，过度接头20还通过密封圈与主密封筒6形成密封连接，过度接头20的下端在内径上和外径上分别设有丝扣和密封圈，内径上的丝扣和密封圈用于连接和密封滑动密封总成21，外径上的丝扣和密封圈用于连接和密封活塞泵筒24。

滑动密封总成24密封连接在过度接头20的内腔中，滑动密封总成24的内径上设有一组滑动密封，利于光滑的活塞杆18在其内密封滑动。

活塞杆18可上下滑动地贯穿滑动密封总成24且两者采用滑动密封连接，活塞杆18的上端连接在导程推力筒14下端的活塞杆连接扣17内，活塞杆18的下端固设有活塞23。

活塞23可上下滑动地置入在活塞泵筒24的内腔中且两者采用滑动密封连接。活塞23将活塞泵筒24的内腔分隔为上活塞腔和下活塞腔；上活塞腔的外周开设有与外部相通的平衡孔22，以用于上活塞腔的进排液和平衡活塞23，优选地，平衡孔22为多个且周向均布设置；下活塞腔的外周开设有进液单流阀25，进液单流阀25仅允许液体从外部单向流入到下活塞腔内，用于下活塞腔的进液，进液单流阀25还可以平衡其下部坐封机构的内外腔压力，优选地，进液单流阀25为多个且周向均布设置。活塞23上还设有平衡单流阀27，平衡单流阀27是一种在活塞23向下行程中关闭且在活塞23向上行程中开启的单流阀，平衡单流阀27在活塞23向上行程中仅允许液体从上活塞腔单向流入到下活塞腔，以用于活塞回程时平衡活塞23，优选地，平衡单流阀27可为多个且周向均布设置。

本实施例的原理如下所示：

通电后，动力电机5启动并带动旋转丝杠15旋转，进而驱使导程推力筒14运动，在滑块12和导程轨槽13相配合的限制下，导程推力筒14做直线往复运动；由于活塞杆18与导程推力筒14连接，故活塞杆18会随着导程推力筒14一起做直线往复运动，并带动活塞23在活塞泵筒24内做直线往复运动；通过活塞23的直线往复运动，会将外部的液体吸入至下活塞腔内并形成高压液体，同时可将高压液体泵送至坐封机构，使坐封机构中的桥塞或胶塞膨胀以完成坐封工作，且还可以提供足够的液压力剪断销钉释放工具。

应用例：

以过油管投送“小直径液力膨胀胶塞”为例，阐述本发明所提供的一种小直径井下电驱动液压投送工具的使用方法，其过程如下：

a.安装井口设备，包括防喷管等；视井内压力情况确定井口设备。

b.通过电缆下入管柱结构，管柱结构自下而上依次为：可降解膨胀胶塞+释放接头+小直径井下电驱动液压投送装置+磁性定位器/伽马仪+空芯通电加重杆+电缆，根据测得的磁定位数据/伽马数据，下至井下预定深度。

c.地面系统启动电流，使井内的动力电机旋转驱动柱塞泵机构，将过滤后的井液泵入胶囊中，使胶塞胶筒膨胀变大密封，附着在胶筒上的卡瓦卡在套管壁上形成固定，胶筒涨大密封井筒。

d.当压力升至一定值后，由于面积差作用，释放接头剪断销钉，形成脱手，使释放接头以上部分脱离已锚定坐封的可降解膨胀胶塞，然后随电缆起出。

本发明所提供的投送工具，结构简单紧凑、成本低，可满足制成小直径的要求，在设计时其最大直径不大于65mm，均可通过3-1/2"油管(生产管柱)下入井内，可以解决异常情况下不能投送桥堵工具的难题。而且，本发明所提供的投送工具可进行带压作业和原位泵液。另外，本发明所提供的投送工具使坐封机构锚定密封后，可与坐封机构分离被提出，因此可以反复使用。除此之外，本发明所提供的投送工具还可根据实际需要对其进行优化和/或改进，可实现过油管投送，诸如封隔器、开孔和切割定位工具等的投送。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种小直径井下电驱动液压投送工具，其特征在于，包括自上而下依次连接的电路控制系统、动力机构和活塞泵机构；

所述电路控制系统包括电路密封筒、电缆接头总成和电路控制总成；所述电缆接头总成固设在所述电路密封筒的上端并与电缆连接；所述电路控制总成固设在所述电路密封筒的内腔中并与所述电缆接头总成电连接；

所述动力机构包括主密封筒、动力电机、固定衬套、旋转丝杠、导程推力筒和滑块；所述主密封筒的上端与所述电路密封筒的下端密封连接；所述动力电机固设在所述主密封筒内腔的上部并与所述电路控制总成电连接；所述固定衬套固设在所述主密封筒内腔的中部和下部，所述固定衬套的外壁上沿轴向开设有导程轨槽，所述导程轨槽的上端设为上定位点，所述导程轨槽的下端设为下定位点；所述旋转丝杠可转动地置入在所述导程推力筒的内腔中且两者传动连接，所述旋转丝杠的上端与所述动力电机的输出轴同轴连接；所述导程推力筒可上下滑动地同轴置入在所述固定衬套的内腔中；所述滑块固设在所述导程推力筒的外壁上，且所述滑块可上下滑动地置入在所述导程轨槽内；

所述活塞泵机构包括活塞泵筒、过度接头、滑动密封总成、活塞杆和活塞；所述活塞泵筒的上端通过所述过度接头与所述主密封筒的下端密封连接，所述活塞泵筒的下端密封连接有坐封机构；所述滑动密封总成密封连接在所述过度接头的内腔中；所述活塞杆可上下滑动地贯穿所述滑动密封总成且两者采用滑动密封连接，所述活塞杆的上端与所述导程推力筒的下端固接，所述活塞杆的下端固设有所述活塞；所述活塞可上下滑动地置入在所述活塞泵筒的内腔中且两者采用滑动密封连接，所述活塞将所述活塞泵筒的内腔分隔为上活塞腔和下活塞腔，所述上活塞腔的外周开设有与外部相通的平衡孔，所述下活塞腔的外周开设有进液单流阀，所述进液单流阀仅允许液体从外部单向流入到所述下活塞腔内；

地面系统经所述电缆、所述电缆接头总成和所述电路控制总成为所述动力电机供电，所述电路控制总成控制所述动力电机的启闭、正转、反转；所述动力电机启动后带动所述旋转丝杠旋转，驱使所述导程推力筒在所述滑块和所述导程轨槽相配合的限制下上下滑动，进而经所述活塞杆带动所述活塞上下滑动，以向所述坐封机构提供高压液体用于完成坐封工作；其中，当所述滑块触及到所述上定位点或所述下定位点时，电流负荷增加，所述电路控制总成则控制所述动力电机改变输出轴的旋转方向。

2.根据权利要求1所述的小直径井下电驱动液压投送工具，其特征在于，所述电路密封筒和所述主密封筒之间采用转换接头实现密封连接。

3.根据权利要求1所述的小直径井下电驱动液压投送工具，其特征在于，所述动力电机的输出轴朝下设置并通过联轴器和丝杠连接轴与所述旋转丝杠同轴连接，所述联轴器和所述丝杠连接轴的结合处还设有推力轴承。

4.根据权利要求1所述的小直径井下电驱动液压投送工具，其特征在于，所述导程轨槽为两个且对称形成在所述固定衬套的外壁中部，相应地，所述滑块为两个且一一对应地与两个所述导程轨槽相配合使用。

5.根据权利要求1所述的小直径井下电驱动液压投送工具，其特征在于，所述过度接头的上端设有两处不同径的丝扣，分别用于连接所述主密封筒和所述固定衬套，所述过度接头还通过密封圈与所述主密封筒形成密封连接，所述过度接头的下端在内径上和外径上分别设有丝扣和密封圈，内径上的丝扣和密封圈用于连接和密封所述滑动密封总成，外径上的丝扣和密封圈用于连接和密封所述活塞泵筒。

6.根据权利要求4所述的小直径井下电驱动液压投送工具，其特征在于，所述固定衬套的上端通过螺栓与所述动力电机的主体连接。

7.根据权利要求1所述的小直径井下电驱动液压投送工具，其特征在于，所述滑动密封总成的内径上设有一组滑动密封，用于所述活塞杆的密封滑动。

8.根据权利要求1所述的小直径井下电驱动液压投送工具，其特征在于，所述活塞上设有平衡单流阀，所述平衡单流阀在所述活塞向下行程中关闭且在所述活塞向上行程中开启，以在所述活塞向上行程中仅允许液体从所述上活塞腔单向流入到所述下活塞腔。