CN117662437A - 一种智能控制运动柱塞 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能控制运动柱塞，包括缓冲座，缓冲座与下接头连接，下接头与胶筒支架连接，胶筒支架与中心筒连接，中心筒与投捞接头螺纹连接，胶筒支架内安装有上心轴，上心轴与下心轴螺纹连接，驱动电机连接上心轴，胶筒支架外径连接硫化胶筒，硫化胶筒内腔通过液压孔与液压腔及液流腔连通；中心筒偏心孔中安装插针分别与压力变送器、加速度传感器连接，本发明解决了传统柱塞在排水采气技术中存在柱塞与油管间隙不可调、柱塞无法到达井口、液体滑脱漏失严重、无法调节投放深度、无法采集井下数据、无法监测计算柱塞在井筒中的位置深度、运行速度及柱塞下行缓慢排采效率低下的问题。
Description
技术领域
本发明属于油、气田开发生产工艺技术领域，涉及一种智能控制运动柱塞。
背景技术
天然气井开发生产的中后期，井筒积液逐渐增多，将造成气井产量下降，最终可导致气井因积液过多而停产。针对井下积液问题，生产现场通常采用柱状结构传统柱塞进行排水采气。由于开采中后期出液量持续增大，储层压力推力不足以推动柱塞运动至井口，造成排采失效。同时现场使用传统柱塞排水采气时，由于柱塞与油管内壁间的间隙固定不可调，液体滑脱漏失严重，且存在无法根据积液情况调整柱塞投放深度，柱塞下行缓慢，无法监测、采集井下数据，无法监测计算柱塞在井筒内的位置深度及运动速度，不能针对低压、出液量大井筒进行排液，排水采气效率低下，不满足现阶段建设智慧油气田的实际需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能控制运动柱塞，解决了传统柱塞在排水采气技术中存在柱塞与油管间隙不可调、柱塞无法到达井口、液体滑脱漏失严重、无法调节投放深度、无法采集井下数据、无法监测计算柱塞在井筒中的位置深度、运行速度及柱塞下行缓慢排采效率低下的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种智能控制运动柱塞，包括缓冲座，缓冲座连接下接头，下接头通过螺纹连接有胶筒支架，胶筒支架远离下接头的一端连接中心筒，中心筒连接投捞接头；
所述胶筒支架内嵌有密封盘，密封盘下方滑动密封连接有上心轴，上心轴远离密封盘的一端连接下心轴，所述胶筒支架外套装有硫化胶筒，胶筒支架外径位于硫化胶筒的两端分别开设有注液塞，且位于硫化胶筒的两端的注液塞分别位于上心轴和下心轴的一侧，硫化胶筒与胶筒支架之间通过液压孔相通；液压孔作为沟通硫化胶筒和液压腔、液流腔的通道并传递液压力；
所述中心筒内连接有与中心筒同轴的连接套筒，连接套筒两侧分别安装有插针，所述插针分别连接有加速度传感器和压力变送器，加速度传感器、压力变送器分别连接有电池组，电池组为控制存储模块及驱动电机供电，电池组连接有控制存储模块，连接套筒内安装轴承，所述轴承连接有螺杆，所述螺杆一端螺纹连接上心轴，螺杆另一端螺纹连接联轴器，所述联轴器连接驱动电机。
本发明的特点还在于：
其中缓冲座上设有小径杆，小径杆上分别套有垫圈和弹簧，下接头底部开设有与小径杆配合的内孔，所述弹簧与小径杆内嵌于下接头的内孔内，下接头的内孔中设有锁紧帽，缓冲座通过锁紧帽与下接头连接；
其中下接头绕其外侧设有外径槽，外径槽内安装有扶正环；
其中胶筒支架内设有限位凸台，上心轴安装在胶筒支架内的限位凸台上端，上心轴加工有与胶筒支架内孔限位凸台配合的凸台，防止上心轴运动超限，无法回位；胶筒支架内的限位凸台下端安装下心轴，下心轴与上心轴通过螺纹连接，上心轴、密封盘与胶筒支架内孔之间密封形成液压腔，下心轴加工有密封凸台，密封凸台和硫化胶筒支架内孔形成液流腔，注液塞分别与液压腔及液流腔相通；
其中胶筒支架的外径设有外径凸台，外径凸台两端通过螺纹套装硫化胶筒，胶筒支架靠近缓冲座的一端开设有对流孔；对流孔和接通的旁通孔使得柱塞在井内下落时速度更快、阻力更小；
其中硫化胶筒采用全氟醚橡胶与不锈钢金属硫化而成，具有密封、耐温、耐磨、高弹性、耐酸碱性等特点；
其中中心筒上加工有旁通孔、测试孔和测量孔，测试孔作为压力变送器的测试通道，测量孔作为加速度传感器的测试通道，测试孔和测量孔作为压力变送器及加速度传感器的流体采集测试通道，信息采集更加便捷；
所述压力变送器采集测试孔引入的环空流体压力值，输出电控信号至控制存储模块，控制存储模块存储数据并发出控制指令智能控制驱动电机的转动，驱动电机带动上、下心轴上行，旁通孔关闭，硫化胶筒膨胀密封油管与柱塞环空，井底流体的压力作用在硫化胶筒及柱塞上，使柱塞上行到达井口完成排水；驱动电机带动上、下心轴下行，旁通孔打开，硫化胶筒收缩解封，柱塞快速从井口下落至井筒中；
所述加速度传感器通过测量孔实现对柱塞在井筒中的姿态检测和运动速度检测，将采集的数据存储到控制存储模块里；为判断柱塞的姿态和运动速度提供依据,采集的加速度数据回放后可直接判断柱塞在油管中所处的位置深度；
其中上心轴内开设有中心流道孔，中心流道孔一端两侧分别设有支流道A及支流道B，旁通孔与支流道A、支流道B及中心流道孔形成流道通路，旁通孔和主流道接通可确保柱塞快速下落，使得硫化胶筒易于解封；
其中中心筒绕其外侧设有外径槽，外径槽内也安装有扶正环；
其中打捞筒和中心筒螺纹连接形成的内腔将插针、加速度传感器、压力变送器、电池组、控制存储模块、驱动电机密封。
本发明的有益效果是
本发明一种智能控制运动柱塞，用于油气井井下排液，该柱塞的旁通孔、对流孔和主流道孔可确保柱塞快速下落，且具有加速度及压力测试存储功能，可根据加速度值，智能判断柱塞在井筒中的位置深度、运动姿态和运动速度，可以根据柱塞环空压力，智能控制驱动电机正反转，达到智能控制硫化胶筒伸缩，改变柱塞环空间隙的目的，可使柱塞快速下行且进入液面深度智能可控，柱塞憋压上行时液体无滑脱且能安全到达井口排水，排水采气效率较高；满足低压、出液量大井筒进行排液的需求。
附图说明
图1是本发明一种智能控制运动柱塞的结构示意图；
图2是本发明一种智能控制运动柱塞的工作状态示意图；
图3是本发明图1旁通孔开启的局部放大示意图；
图4是本发明图2旁通孔关闭的局部放大示意图；
图5是本发明一种智能控制运动柱塞中硫化胶筒结构示意图；
图6是本发明一种智能控制运动柱塞中上心轴结构示意图。
图中，1.缓冲座，2.垫圈，3.弹簧，4.扶正环，5.下接头，6.锁紧帽，7.胶筒支架，8.下心轴，9.注液塞，10.硫化胶筒，11.上心轴，12.密封盘，13.中心筒，14.螺杆，15.投捞接头，16.轴承，17.插针，18.加速度传感器，19.压力变送器，20.电池组，21.控制存储模块，22.过渡套，23.套筒，24.联轴器，25.连接盘，26.螺母，27.螺钉，28.防护筒，29.驱动电机，30.旁通孔，31.测试孔，32.对流孔，33.液压孔，34.中心流道孔，35.支流道A，36.支流道B，37.液压腔，38.液流腔，39.测量孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种智能控制运动柱塞，如图1所示，包括缓冲座1，缓冲座1通过锁紧帽6与下接头5连接，下接头5与胶筒支架7螺纹连接，胶筒支架7与中心筒13螺纹连接，中心筒13与投捞接头15螺纹连接，以上连接构成本发明的外部结构；所述以上结构或元器件安装于缓冲座1、下接头5、胶筒支架7、中心筒13和投捞接头15之间的圆柱形空间中，其中缓冲座1、下接头5、胶筒支架7、中心筒13和投捞接头15之间均为螺纹连接；
缓冲座1小径杆件上套装有垫圈2和弹簧3，弹簧3及缓冲座小径杆件置于下接头5的内孔中，下接头5的内孔中的锁紧帽6将缓冲座1与下接头5连接固定，下接头5外径槽中安装扶正环4，本部分的基本功能是起到缓冲和扶正整个柱塞的作用；
胶筒支架7内孔螺纹连接密封盘12，密封盘12与上心轴11滑动密封，上心轴11安装在胶筒支架7内孔的限位凸台上端，胶筒支架7内孔的限位凸台下端容纳下心轴8，下心轴8与上心轴11螺纹连接，上心轴11、密封盘12与胶筒支架7内孔之间密封形成液压腔37，下心轴8与胶筒支架7内孔之间密封形成液流腔38；胶筒支架7外径上加工有对流孔32、液压孔33、注液孔、凸台，凸台两端通过螺纹套装硫化胶筒10，硫化胶筒10两端胶筒支架7的注液孔中安装有注液塞9，注液塞9注入液压腔37及液流腔38的液体通过液压孔33分别进入硫化胶筒10的内腔；对流孔32形成常开旁通流道通路；本部分的基本功能是驱动电机29带动上心轴11及下心轴8上行时分别压缩液压腔37和液流腔38中的液体，硫化胶筒10在液压力的作用下向外扩张(膨胀)，在油管与柱塞之间的环空形成两段密封，如图2所示，驱动电机29带动上心轴11及下心轴8下行时，液体从硫化胶筒10内腔回到液压腔37和液流腔38中，硫化胶筒收缩，柱塞与油管间的环空不密封。对流孔32形成常开旁通流道通路可使柱塞快速下落；
中心筒13外径槽中安装扶正环4，两端扶正环4起到在油管中扶正柱塞的作用；中心筒13上加工有旁通孔30、测试孔31、测量孔39，如图6所示，旁通孔30与支流道A35、支流道B36及中心流道孔34形成流道通路。测试孔31作为压力变送器19的测试通道，测量孔39作为加速度传感器18的测试通道，使得测试压力加速度更加便捷准确。中心筒13上端螺纹连接套筒23，套筒23外围中心筒13的偏心孔中安装插针17，插针17分别与加速度传感器18、压力变送器19连接，加速度传感器18、压力变送器19连接电池组20，电池组20与控制存储模块21连接，控制存储模块21紧贴套筒23，套筒23内安装轴承16，轴承16支承螺杆14，螺杆14一端螺纹连接上心轴11，一端连接过渡套22，过渡套22螺纹连接联轴器24，联轴器24与驱动电机29连接，驱动电机29外套有防护筒28，防护筒28通过螺钉27及螺母26与固定盘25固定，固定盘25螺纹连接套筒23。投捞接头15和中心筒13螺纹连接形成的行腔将插针17、加速度传感器18、压力变送器19、电池组20、控制存储模块21、驱动电机29密封在其中；本部分的基本功能是压力变送器19采集测试孔引入的环空流体压力值，输出电控信号至控制存储模块21，控制存储模块21发出控制指令控制驱动电机29的转动，当驱动电机29带动上心轴11上行时旁通孔30关闭，如图4所示，液压腔37、液流腔38压缩，液压力使硫化胶筒10扩张(膨胀)，硫化胶筒10密封油管内壁。当驱动电机29带动上心轴11下行时旁通孔30流道连通，流体由主流道34经支流道AB及旁通孔30进入柱塞与油管环空，如图3所示，液压腔37、液流腔38腔体容积增大，硫化胶筒10内的液体回流，液体压力减小，硫化胶筒10收缩、解封；
本发明一种智能控制运动柱塞，其有益效果在于：用于油气井井下排液，该柱塞的旁通孔、对流孔和主流道孔可确保柱塞快速下落，且具有加速度及压力测试存储功能，可根据加速度值，智能判断柱塞在井筒中的运动姿态和运动速度，可判断柱塞在油管中所处的位置深度，可以根据柱塞环空压力，智能控制驱动电机正反转，达到智能控制硫化胶筒伸缩，改变柱塞环空间隙的目的，可使柱塞快速下行且进入液面深度可控，柱塞憋压上行时液体无滑脱且能安全到达井口排水，排水采气效率较高。满足低压、出液量大井筒进行排液的需求。
Claims (10)
1.一种智能控制运动柱塞，其特征在于，包括缓冲座(1)，缓冲座(1)连接下接头(5)，下接头(5)通过螺纹连接有胶筒支架(7)，胶筒支架(7)远离下接头(5)的一端连接中心筒(13)，中心筒(13)连接投捞接头(15)；
所述胶筒支架(7)内嵌有密封盘(12)，密封盘(12)下方滑动密封连接有上心轴(11)，上心轴(11)远离密封盘(12)的一端连接下心轴(8)，所述胶筒支架(7)外套装有硫化胶筒(10)，胶筒支架(7)外径位于硫化胶筒(10)的两端分别开设有注液塞(9)，且位于硫化胶筒(10)的两端的注液塞(9)分别位于上心轴(11)和下心轴(8)的一侧，硫化胶筒(10)与胶筒支架(7)之间通过液压孔(33)相通；
所述中心筒(13)内连接有与中心筒(13)同轴的连接套筒(23)，连接套筒(23)两侧分别安装有插针(17)，所述插针(17)分别连接有加速度传感器(18)和压力变送器(19)，加速度传感器(18)、压力变送器(19)分别连接有电池组(20)，电池组(20)连接有控制存储模块(21)，连接套筒(23)内安装轴承(16)，所述轴承(16)连接有螺杆(14)，所述螺杆(14)一端螺纹连接上心轴(11)，螺杆(14)另一端连接过渡套(22)，所述过渡套(22)连接联轴器(24)，所述联轴器(24)连接驱动电机(29)。
2.根据权利要求1所述的一种智能控制运动柱塞，其特征在于，所述缓冲座(1)上设有小径杆，小径杆上分别套有垫圈(2)和弹簧(3)，下接头(5)底部开设有与小径杆配合的内孔，所述弹簧(3)与小径杆内嵌于下接头(5)的内孔内，下接头(5)的内孔中设有锁紧帽(6)，缓冲座(1)通过锁紧帽(6)与下接头(5)连接。
3.根据权利要求1所述的一种智能控制运动柱塞，其特征在于，所述下接头(1)绕其外侧设有外径槽，外径槽内安装有扶正环(4)。
4.根据权利要求1所述的一种智能控制运动柱塞，其特征在于，所述胶筒支架(7)内设有限位凸台，上心轴(11)安装在胶筒支架(7)内的限位凸台上端，上心轴(11)加工有与胶筒支架内孔限位凸台配合的凸台，胶筒支架(7)内的限位凸台下端安装下心轴(8)，下心轴(8)与上心轴(11)通过螺纹连接，上心轴(11)、密封盘(12)与胶筒支架(7)内孔之间密封形成液压腔(37)，下心轴(8)与胶筒支架(7)内孔之间密封形成液流腔(38)，注液塞(9)分别与液压腔(37)及液流腔(38)相通。
5.根据权利要求1所述的一种智能控制运动柱塞，其特征在于，所述胶筒支架(7)的外径设有外径凸台，外径凸台两端通过螺纹套装硫化胶筒(10)，胶筒支架(7)靠近缓冲座(1)的一端开设有对流孔(32)。
6.根据权利要求1所述的一种智能控制运动柱塞，其特征在于，所述硫化胶筒(10)采用全氟醚橡胶与不锈钢金属硫化而成。
7.根据权利要求1所述的一种智能控制运动柱塞，其特征在于，所述中心筒(13)上加工有旁通孔(30)、测试孔(31)和测量孔(39)，测试孔(31)作为压力变送器(19)的测试通道，测量孔(39)作为加速度传感器18的测试通道。
8.根据权利要求1或7所述的一种智能控制运动柱塞，其特征在于，所述上心轴(11)内开设有中心流道孔(34)，中心流道孔(34)一端两侧分别设有支流道A(35)及支流道B(36)，旁通孔(30)与支流道A(35)、支流道B(36)及中心流道孔(34)形成流道通路。
9.根据权利要求1所述的一种智能控制运动柱塞，其特征在于，所述中心筒(13)绕其外侧设有外径槽，外径槽内也安装有扶正环(4)。
10.根据权利要求1所述的一种智能控制运动柱塞，其特征在于，所述投捞接头(15)和中心筒(13)螺纹连接形成的内腔将插针(17)、加速度传感器(18)、压力变送器(19)、电池组(20)、控制存储模块(21)、驱动电机(29)密封。
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