CN202417430U

CN202417430U - 一种具有流量调节功能的配水器注水阀

Info

Publication number: CN202417430U
Application number: CN2012200161194U
Authority: CN
Inventors: 李长春; 延皓; 刘晓东; 张金英
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2022-01-13

Abstract

本实用新型公开了一种具有流量调节功能的配水器注水阀，包括内套管、外套管和安装环；安装环设于内、外套管之间，且分别与内、外套管的管体壁固接；安装环的环壁上设有一贯通内、外套管管体壁的注水道；安装环的环壁上沿轴向设有一通孔，该通孔与注水道贯通；通孔内密封设有匹配地可上下移动的栓塞；栓塞的一端设有截流挡板，另一端设有驱动螺母；截流挡板设置于所述注水道内；安装环上固设有步进电机、控制器和电池。本实用新型应用于油气田井下，其构造简单，且通过采用压差传感器技术获得计算流量并加以反馈的流量控制方法，可以获得良好的动态特性，并利用步进电机调节，不会产生瞬时流量超调的问题，同时调节简单，易于实现。

Description

一种具有流量调节功能的配水器注水阀

技术领域

本实用新型涉及一种配水器注水阀，特别涉及一种具有流量调节功能的配水器注水阀。

背景技术

在油气田的开发中，随着开采年度的增加，地层能量逐年下降，需要向油气井注水来补充能量，并保持地层压力。经常采用的投捞式等注水开发方式是为了保持地层压力的最常用也是最重要的手段之一；但是因为这些常规注水方式费时费力、成本高，而且对井下的注水信息无法掌握。因此，为了解决传统注水方式存在的不足，设计并制造具有智能、安全、性能稳定且节能等多项功能的自动测调式配水阀便具有重要意义。

从目前各油气田使用的流量注水器来看，虽然种类很多，但是一般只是针对机械系统的改进和设计，没有形成一个多功能恒流量注水监控系统的总体设计。

实用新型内容

本实用新型的目的在于改进现有技术的缺陷，而提供一种具有流量调节功能的配水器注水阀。本实用新型应用于油气田井下，其构造简单，且通过采用压差传感器技术获得计算流量并加以反馈的流量控制方法，可以获得良好的动态特性，并利用步进电机调节，不会产生瞬时流量超调的问题，同时调节简单，易于实现。

为实现上述目的，本实用新型提供一种具有流量调节功能的配水器注水阀，所述注水阀包括内套管、外套管和安装环；所述的安装环设于内、外套管之间，且分别与内、外套管的管体壁固接；该安装环的环壁上设有一贯通内、外套管管体壁的注水道；

所述安装环的环壁上沿轴向设有一通孔，该通孔与所述注水道贯通；所述通孔内密封设有匹配地可上下移动的栓塞；

所述栓塞的一端设有截流挡板，另一端设有驱动螺母；所述截流挡板设置于所述注水道内；

所述安装环上固设有步进电机、用于控制步进电机的控制器和为控制器提供动力的电池；

所述的步进电机包括螺杆和设置在步进电机上用于测量螺杆位置的位移传感器，所述螺杆与驱动螺母螺接在一起；

所述安装环上还设有用于测量注水道内所述截流挡板两侧压力值的压力传感器。

进一步的，所述压力传感器包括具有两个感应端的压力传感器，所述压力传感器的两个感应端设置于所述注水道内，且分别位于所述截流挡板两侧。

进一步的，所述压力传感器包括两个压力传感器，所述压力传感器的感应端分别设置于所述注水道内，且分别位于所述截流挡板两侧。

进一步的，所述注水道的截面为矩形。

进一步的，所述步进电机还包括一安装板，所述的步进电机通过安装板与所述安装环固定安装在一起。

进一步的，所述的位移传感器固设于安装板上。

进一步的，所述的栓塞与所述安装环的环体壁之间设有密封圈。

本实用新型的工作原理如下：

本装置基于节流公式计算流量的算法实现流量的计算，整体配水器系统依据算法得到流量值并通过反馈进行调节。配水器注水流量公式：

Q = C_{d} w x_{v} \sqrt{\frac{2}{ρ} (p_{1} - p_{2})}

式1

式1中P₁、P₂由压力传感器检测得到，P₁为内套管管内压强，P₂为外套管管外压强；面积梯度W为常值4mm²/mm，速度系数C_d的平均值为0.13；ρ取1g/cm³；ΔP＝P₁P₂为压力差值；Xv为位移传感器所测得的螺杆所处位置位移数值。流量Q与成分段线性比例关系：

通过压力传感器将注水道内截流挡板两侧的压差输给配水器外部控制器，控制器根据式1计算出通过注水阀的流量Q，与预设流量值进行比较，并由配水器外部控制器发出脉冲信号，通过步进电机控制器控制步进电机改变截流挡板位移量X_V，从而使注水道内的流量实现基本恒流。

正常工作状态下，配水器系统先检测套管内、外压强，并定时获取注水道内截流挡板两侧的内、外的压力传感器所测得的压力值大小，并通过转换计算得出当前的压力值。如果外部压强大，则说明需要往井里注水。

系统根据节流公式计算出当前流量值，并和预设流量值比较，若超出预设流量值范围，需要调截流挡板的开口大小，则系统自动计算需要发送给步进电机多少脉冲，由步进电机驱动螺杆，带动驱动螺母，并由柱塞带动截流挡板，改变喷水口的截面积，实现流量的调节。

配水器外部控制器对流量进行运算处理后与预设流量值比较，如流量变化值超过预设值±10％，则由微控器发出脉冲信号，通过步进电机控制器控制步进电机的转动，带动截流挡板运动，改变喷水口的截面积，实现流量的基本恒流调节。如流量值的变化量大于预设流量值的10％，则控制步进电机正转，减小喷水口的面积；如流量值变化量小于预设值的10％，则控制步进电机反转，如此反复调节，以使流量达到所需流量允许范围。

步进电机带动截流挡板移动的同时，位移传感器会检测螺杆所处位置位移数值，然后反馈给配水器外部控制器，通过该控制器程序计算移数值和脉冲数是否对应，如果不合适，再调节步进电机，并计算流量大小是否在指定值允许的范围内，直到满足系统设定的要求。

步进电机的作用是调节截流挡板，改变注水道内的喷水口截面积，实现基本恒流调节。利用步进电机按线性比例关系推动柱塞来平衡注水道内、外的压差，调节简单，易于实现，不会产生超调。

配水器外部控制器根据所测得的压力值代入流体力学薄壁小孔节流经验公式进行运算得到流量值，并与预设流量值进行比较，然后输入步进电机驱动脉冲，根据比较结果控制步进电机的正转或反转，直到流量调节到可允许范围内，同时通过从位移传感器得到的数据来检测开口是否达到指定位置。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为图1的A部放大图。

图3为图2的B-B剖视图。

图4为本实用新型注水流量调节的工作过程方框示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式。

实施例1：

如图1至4所示，一种具有流量调节功能的配水器注水阀，所述注水阀包括内套管1、外套管2和安装环3；所述的安装环3设于内、外套管1、2之间，且分别与内、外套管1、2的管体壁固接；该安装环3的环壁上设有一贯通内、外套管1、2管体壁的注水道31，该注水道31的截面为矩形。

安装环3的环壁上沿轴向设有一通孔32，该通孔32与所述注水道贯31通；通孔32内设有匹配地可上下移动的栓塞4，所述的栓塞4与所述安装环3的环体壁之间设有密封圈41。

栓塞4的一端42设有截流挡板5，另一端43设有驱动螺母6；所述截流挡板5设置于所述注水道31内。

所述安装环3上固设有步进电机7、用于控制步进电机的控制器8和为控制器提供动力的电池9。

所述的步进电机7包括安装板71、螺杆72和位移传感器73，所述螺杆72与驱动螺母6螺接在一起，所述步进电机7通过安装板71与所述安装环3固定安装在一起；所述的位移传感器73固设于所述安装板71上。

所述安装环3上还设有两个压力传感器10、11，所述压力传感器10、11的感应端101、111分别设置于所述注水道31内，且分别位于所述截流挡板5两侧。

工作时配水器系统先检测套管内、外压强，并定时获取注水道内截流挡板5两侧的内、外的压力传感器10、11所测得的压力值大小，并通过转换计算得出当前的压力值。如果外部压强大，则说明需要往井里注水。

系统根据节流公式计算出当前流量值，并和预设流量值比较，若超出预设流量值范围，需要调截流挡板5的开口大小，则系统自动计算需要发送给步进电机7多少脉冲，由步进电机7驱动螺杆72，带动驱动螺母6，并由柱塞4带动截流挡板5，改变喷水口的截面积，实现流量的调节。

配水器外部控制器对流量进行运算处理后与预设流量值比较，如流量变化值超过预设值±10％，则由微控器发出脉冲信号，通过步进电机控制器8控制步进电机7的转动，带动截流挡板5运动，改变喷水口的截面积，实现流量的基本恒流调节。如流量值的变化量大于预设流量值的10％，则控制步进电机7正转，减小喷水口的面积；如流量值变化量小于预设值的10％，则控制步进电机7反转，如此反复调节，以使流量达到所需流量允许范围

步进电机7带动截流挡板5移动的同时，位移传感器73会检测螺杆72所处位置位移数值，然后反馈给配水器外部控制器，通过该控制器程序计算移数值和脉冲数是否对应，如果不合适，再调节步进电机7，并计算流量大小是否在指定值允许的范围内，直到满足系统设定的要求。

步进电机7的作用是调节截流挡板5，改变注水道31内的喷水口截面积，实现基本恒流调节。利用步进电机按线性比例关系推动柱塞来平衡注水道内、外的压差，调节简单，易于实现，不会产生超调。

配水器外部控制器根据所测得的压力值代入流体力学薄壁小孔节流经验公式进行运算得到流量值，并与预设流量值进行比较，然后输入步进电机驱动脉冲，根据比较结果控制步进电机7的正转或反转，直到流量调节到可允许范围内，同时通过从位移传感器73得到的数据来检测开口是否达到指定位置。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：所述压力传感器包括具有两个感应端的压力传感器，所述压力传感器的两个感应端设置于所述注水道内，且分别位于所述截流挡板两侧。

综上所述，本实用新型所述的实施方式仅提供一种最佳的实施方式，本实用新型的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本项技术的人士仍可能基于本实用新型所揭示的内容而作各种不背离本发明创作精神的替换及修饰；因此，本实用新型的保护范围不限于实施例所揭示的技术内容，故凡依本实用新型的形状、构造及原理所做的等效变化，均涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种具有流量调节功能的配水器注水阀，其特征在于：所述注水阀包括内套管、外套管和安装环；所述的安装环设于内、外套管之间，且分别与内、外套管的管体壁固接；该安装环的环壁上设有一贯通内、外套管管体壁的注水道；

所述安装环的环壁上沿轴向设有一通孔，该通孔与所述注水道贯通；所述通孔内密封设有匹配地可上下移动的栓塞；所述栓塞的一端设有截流挡板，另一端设有驱动螺母；所述截流挡板设置于所述注水道内；

所述安装环上固设有步进电机、用于控制步进电机的控制器和为控制器提供动力的电池；所述的步进电机包括螺杆和设置在步进电机上用于测量螺杆位置的位移传感器，所述螺杆与驱动螺母螺接在一起；

2.根据权利要求1所述的一种具有流量调节功能的配水器注水阀，其特征在于：所述压力传感器包括具有两个感应端的压力传感器，所述压力传感器的两个感应端设置于所述注水道内，且分别位于所述截流挡板两侧。

3.根据权利要求1所述的一种具有流量调节功能的配水器注水阀，其特征在于：所述压力传感器包括两个压力传感器，所述压力传感器的感应端分别设置于所述注水道内，且分别位于所述截流挡板两侧。

4.根据权利要求1所述的一种具有流量调节功能的配水器注水阀，其特征在于：所述注水道的截面为矩形。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种具有流量调节功能的配水器注水阀，其特征在于：所述步进电机还包括一安装板，所述的步进电机通过安装板与所述安装环固定安装在一起。

6.根据权利要求5所述的一种具有流量调节功能的配水器注水阀，其特征在于：所述的位移传感器固设于安装板上。

7.根据权利要求6所述的一种具有流量调节功能的配水器注水阀，其特征在于：所述的栓塞与所述安装环的环体壁之间设有密封圈。