CN204225867U

CN204225867U - 一种救援井探测系统井下电极装置

Info

Publication number: CN204225867U
Application number: CN201420543090.4U
Authority: CN
Inventors: 张勇; 高德利; 郑延超; 惠述义; 邢星
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2014-09-22
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2024-09-22

Abstract

本实用新型属于油气资源钻采工程技术领域，具体地，涉及一种救援井探测系统井下电极装置。救援井探测系统井下电极装置包括：上马龙头、电极传导机构、电极支撑调节机构、弹性扶正机构、下马龙头；其特征在于：上马龙头、下马龙头分别连接在装置上下两端，电极支撑调节机构控制和调节电极传导机构的开合，弹性扶正机构起扶正作用，保证电极装置在井内居中良好，通过弹性作用以适应井下管径的变化；本实用新型能够有效、稳定的将发射电流注入地层，并且扶正效果好，避免电极装置在井下出现卡阻现象；从而提高救援井探测系统在井下作业的稳定性。

Description

一种救援井探测系统井下电极装置

技术领域

本实用新型属于油气资源钻采工程技术领域，具体地，涉及一种救援井探测系统井下电极装置。

背景技术

救援井是在海上与陆地钻井中发生油气井着火或井喷事故时经常采用的处理事故方法，其基本原理为在事故井附近的安全区域打一口定向井，使其井眼轨迹与事故井的轨迹在地层的某个层位汇合，将高密度的钻井液或水泥通过救援井注入事故井，以达到油(气)井灭火或控制井喷，避免造成严重的生态灾难和极坏的社会影响。救援井技术仍是解决漏油或井下事故等问题的可靠方法，在国内外受到了广泛的关注。但随着井眼条件越来越复杂、井斜角的增大、水平段长度的增长以及井眼轨迹的不确定性等，救援井与事故井邻井距离和方位的精确探测是救援井技术成功的关键环节之一。

为了精确探测救援井到事故井的相对位置，保证救援井与事故井连通，应采用特殊的救援井与事故井邻井距离探测技术。目前国外研制的Wellspot工具已基本满足救援井与事故井精确连通的工程需求，并在国外的救援井与事故井的连通中已经得到了广泛应用。该工具主要由信号发射源电极和信号接收探管组成，其通过井下电极将电流注入地层，并以球形对称的形式往地层中发散，事故井中套管产生相应电流并在周围产生交变磁场，使救援井中的探管可以检测到有事故井周围的低频交变磁场，进而确定救援井与事故井的相对距离和方位。但由于Wellspot导向工具的核心技术仍被保密和垄断，我国在这方面深入的研究较少。因此，国内自主研发能够克服或适应井眼复杂条件的井下电极装置是推动我过救援井探测计数的发展和应用的基础。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种救援井探测系统井下电极装置，该井下电极装置通过四组夹角成90°均布的电极传导单元将电流导入地层，由电极支撑调节机构控制和调节电极单元机构的开合，弹性扶正机构起扶正作用，保证电极装置在井内居中以及适应井下管径的变化；能够避免电极装置在井下出现卡阻现象，提高救援井探测系统在井下作业的稳定性。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

救援井探测系统井下电极装置包括：上马龙头、电极传导机构、电极支撑调节机构、弹性扶正机构、下马龙头、地面供电设备；上马龙头、下马龙头分别连接在装置上下两端，与地面连通的铠装电缆通过上马龙头的中心圆形通孔为井下电极装置供电；电极支撑调节机构控制和调节电极传导机构的开合，弹性扶正机构起扶正作用，保证电极装置在井内居中，通过弹性作用以适应井下管径的变化。

电极传导机构由四组夹角为90°均布的电极传导单元构成，每组电极传导单元包括电极臂和电极导轮；电极导轮安装在电极臂的末端，并且绝缘隔开，通过电极臂内部的走线孔的电缆与电极导轮连接，将电流导入井壁和地层。

电极支撑调节机构包括电机外筒单元、支撑电机、联轴器、滚珠丝杠、丝杠螺母、丝杠保护外筒、顶杆、推靠接头、电极外壳、调节弹簧、拉杆、滑动推杆、限位滑块、连接螺钉、支撑臂；通过控制支撑电机工作带动滚珠丝杠旋转，丝杠螺母轴向滑移，推动顶杆、调节弹簧、滑动推杆轴向移动，将支撑臂撑开；支撑臂的两端分别通过连接销钉与电极臂和限位滑块连接，通过支撑调节机构控制支撑臂和电极臂的开合，以及调节弹簧的缓冲作用，提高井下电极装置的井眼适应能力。

弹性扶正机构包括上连接接头、滑环限位筒、压缩弹簧、滑环、滑动轴承、上支撑滑套、上支撑臂、连接中轴、滚轮、下支撑臂、下支撑连接接头；上连接接头与支撑调节机构连接，内孔螺纹与连接中轴连接，同时用以压紧压缩弹簧和滑动轴承；连接中轴两端分别连接上连接接头和下支撑连接接头，起连接支撑作用；滑环限位筒通过螺纹与上连接接头旋合，起保护压缩弹簧和限定滑环轴向滑动的作用；压缩弹簧采用矩形弹簧，两端分别与上连接接头、滑环连接；上支撑滑套的内孔与滑动轴承配合，下端夹角为90°的四个方向分别通过活动销与上支撑臂连接，上支撑滑套可以在压缩弹簧作用下沿轴向滑动，调节上支撑臂的开合；上支撑臂两端通过活动销分别与上支撑滑套、下支撑臂连接，下支撑臂两端同样通过活动销分别与上支撑臂、下支撑连接接头连接，滚轮安装在上支撑臂与下支撑臂的末端，并且绝缘隔开，在井下沿井壁滚动；下支撑连接接头上端夹角为90°的四个方向分别通过活动销与下支撑臂连接，下端通过外螺纹与下马龙头连接；弹性扶正机构能够在压缩弹簧的作用下，调节上支撑臂的开合度，从而适用井下管径的变化。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优势：

该井下电极装置通过四组夹角成90°均布的电极传导单元将低频交变电流有效、稳定的导入地层，利用电极支撑调节机构控制和调节电极传导机构的开合，使得电极导轮在井内更好的贴合井壁，并且其弹性扶正机构的扶正作用，能够保证电极装置在井内居中良好；从而使井下电极装置适应井下管径的变化，避免电极装置在井下出现卡阻现象；从而提高救援井探测系统在井下作业的稳定性，更加适应于深井连通定向钻井工程。

附图说明

图1为救援井探测系统井下电极装置的主视示意图；

图2为救援井探测系统井下电极装置的剖视结构示意图；

图3为救援井探测系统井下电极装置的结构装配示意图；

图4为救援井探测系统井下电极装置的地面供电设备结构示意图。

图中：1、上马龙头，2、电极传导机构，3、电极支撑调节机构，4、弹性扶正机构，5、下马龙头，21、电极臂，22、电极导轮，31、支撑臂，32、连接螺钉，33、限位滑块，34、滑动推杆，35、拉杆，36、调节弹簧，37、电极外壳，38、推靠接头，39、顶杆，310、丝杠保护外筒，311、丝杠螺母，312、滚珠丝杠，313、联轴器，314、支撑电机，315、电机外筒单元，41、上连接接头，42、滑环限位筒，43、压缩弹簧，44、滑环，45、滑动轴承，46、上支撑滑套，47、上支撑臂，48、连接中轴，49、滚轮，410、下支撑臂，411、下支撑连接接头。

具体实施方式

以下结合附图，说明本实用新型提出的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：

如图1所示，救援井探测系统井下电极装置，包括：上马龙头1、电极传导机构2、电极支撑调节机构3、弹性扶正机构4、下马龙头5；上马龙头1和下马龙头5分别连接在电极装置的上下两端，电极支撑调节机构3控制和调节电极传导机构2的开合，弹性扶正机构4起扶正作用，保证电极装置在井内居中，通过弹性作用以适应井下管径的变化。

如图2所示，上马龙头1下端有内螺纹，与地面连通的铠装电缆通过其中心圆形通孔为井下电极装置供电；下马龙头5中心有圆形通孔，上端通过螺纹与弹性扶正机构4连接。

如图2、图3所示，电极传导机构2由四组夹角为90°均布的电极传导单元构成，每组电极传导单元包括电极臂21和电极导轮22；电极臂21为长圆形杆，内部由走线孔，两端分别有连接螺纹孔；电极导轮22安装在电极臂21的末端，并且绝缘隔开，通过电极臂21内部的走线孔的电缆与电极导轮22连接，将交变电流导入井壁和地层。

如图2、图3所示，电极支撑调节机构3包括电机外筒单元315、支撑电机314、联轴器313、滚珠丝杠312、丝杠螺母311、丝杠保护外筒310、顶杆39、推靠接头38、电极外壳37、调节弹簧36、拉杆35、滑动推杆34、限位滑块33、连接螺钉32、支撑臂31；支撑电机314装在电机外筒单元315的密封空腔内，支撑电机314与滚珠丝杠312通过联轴器313连接并将支撑电机314输出的扭矩和动力传输给滚珠丝杠312；电机外筒单元315、丝杠保护外筒310、电极外壳37分别采用沉头螺钉连接，顶杆39连接丝杠螺母311和推靠接头38，调节弹簧36两端分别连接滑动推杆34和推靠接头38；限位滑块33通过连接螺钉32紧定在滑动推杆34上；支撑臂31的两端分别通过连接销钉与电极臂21和限位滑块33连接；通过控制支撑电机314工作带动滚珠丝杠312旋转，丝杠螺母311轴向滑移，推动顶杆39、调节弹簧36、滑动推杆34轴向移动，将支撑臂31撑开；通过支撑调节机构3控制支撑臂31和电极臂21的开合，以及调节弹簧36的缓冲作用，提高井下电极装置的井眼适应能力；并且，可以通过控制支撑电机314反转，拉杆35轴向移动将带动滑动推杆34向下滑移，将支撑臂31和电极臂21收回闭合。

如图2、图3所示，弹性扶正机构4包括上连接接头41、滑环限位筒42、压缩弹簧43、滑环44、滑动轴承45、上支撑滑套46、上支撑臂47、连接中轴48、滚轮49、下支撑臂410、下支撑连接接头411；上连接接头41通过上端的外螺纹与支撑调节机构3的电机外筒单元315连接，内孔螺纹与连接中轴48连接，同时用以压紧压缩弹簧43和滑动轴承45；连接中轴48为两端有定位轴肩的细长圆轴，两端外螺纹分别连接上连接接头41和下支撑连接接头411，起连接支撑作用；滑环限位筒42通过螺纹与上连接接头41旋合，起保护压缩弹簧43和限定滑环44轴向滑动的作用；压缩弹簧43采用矩形弹簧，两端分别与上连接接头41、滑环连接44；上支撑滑套46为圆环筒，内孔与滑动轴承45配合，下端夹角为90°的四个方向分别通过活动销与上支撑臂47连接，上支撑滑套76可以在压缩弹簧43作用下沿轴向滑动，调节上支撑臂47的开合；上支撑臂47两端通过活动销分别与上支撑滑套46、下支撑臂连接410，下支撑臂410两端同样通过活动销分别与上支撑臂47、下支撑连接接头411连接，滚轮49安装在上支撑臂47与下支撑臂410的末端，并且绝缘隔开，在井下沿井壁滚动；下支撑连接接头411上端夹角为90°的四个方向分别通过活动销与下支撑臂410连接，下端通过外螺纹与下马龙头5连接；弹性扶正机构4能够在压缩弹簧43的作用下，调节上支撑臂47的开合度，从而使井下电极装置在井下移动时适用管径的变化。

如图4所示，地面供电设备包括220V交流电源、隔离变压器、低压变压器、高压整流滤波电路、低压整流滤波电路、DC/AC交换电路；220V交流电源为井下电极装置提供低频交流电流，并分别与隔离变压器的输入端和低压变压器的输入端相连；隔离变压器用于防止220V交流电源在井下电极供电时发生短路，隔离变压器的输出端与高压整流滤波电路相连，进而将电流转变成300V的直流电，再连接DC/AC变换电路，电流变为电压可调、频率为2Hz的交流电源后，与电极导轮22连通；而220V交流电经过低压变压器以及低压整流滤波电路的变换之后，连接支撑电机，进而控制支撑电机的工作。

本实用新型的救援井探测系统井下电极装置的工作过程如下：

1.初始状态：电极装置的电极臂21处于闭合状态，弹性扶正机构4的上支撑臂47、下支撑臂410均张开，滚轮49与井壁贴合，靠装置的自重下入井内目标段；

2.通过低压整流滤波电路输出的直流电压控制支撑电机314工作，带动滚珠丝杠312旋转，丝杠螺母311轴向滑移，推动顶杆39、调节弹簧36、滑动推杆34轴向移动，将支撑臂31撑开，直到电极导轮22与井壁贴合；即：支撑电机314→滚珠丝杠312→丝杠螺母311→顶杆39→推靠接头38→推靠弹簧36→滑动推杆34→支撑臂31；

3.将高压整流滤波电路和DC/AC交换电路输出的300V、2Hz的直流可调电压接通到电极导轮22上，将稳定的电流导入井壁和地层中；

4.控制支撑电机314反转，拉杆35轴向移动将带动滑动推杆34向下滑移，将支撑臂31和电极臂21收回闭合；

5.井下电极装置在井内沿井眼下方一定位置，重复1→2→3→4的步骤，进行一下个测量过程，待井下探测作业完毕，关闭地面供电设备，将井下电极装置从井内取出。

Claims

1.一种救援井探测系统井下电极装置，包括：上马龙头、电极传导机构、电极支撑调节机构、弹性扶正机构、下马龙头；其特征在于：上马龙头、下马龙头分别连接在装置上下两端，电极支撑调节机构控制和调节电极传导机构的开合，弹性扶正机构起扶正作用，保证电极装置在井内居中，通过弹性作用以适应井下管径的变化。

2.根据权利要求1所述的救援井探测系统井下电极装置，其特征在于：上马龙头下端有内螺纹，与地面连通的铠装电缆通过中心圆形通孔为井下电极装置供电；下马龙头上端有内螺纹，中心部位有圆形通孔。

3.根据权利要求1所述的救援井探测系统井下电极装置，其特征在于：电极传导机构由四组夹角为90°均布的电极传导单元构成，每组电极传导单元包括电极臂和电极导轮；电极臂为长圆形杆，内部由走线孔，两端分别有连接螺纹孔；电极导轮安装在电极臂的末端，并且绝缘隔开，通过电极臂内部的走线孔的电缆与电极导轮连接，将电流导入井壁和地层。

4.根据权利要求1所述的救援井探测系统井下电极装置，其特征在于：电极支撑调节机构包括电机外筒单元、支撑电机、联轴器、滚珠丝杠、丝杠螺母、丝杠保护外筒、顶杆、推靠接头、电极外壳、调节弹簧、拉杆、滑动推杆、限位滑块、连接螺钉、支撑臂；通过控制支撑电机工作带动滚珠丝杠旋转，丝杠螺母轴向滑移，推动顶杆、调节弹簧、滑动推杆轴向移动，将支撑臂撑开；支撑臂的两端分别通过连接销钉与电极臂和限位滑块连接，通过支撑调节机构控制支撑臂和电极臂的开合，以及调节弹簧的缓冲作用，提高井下电极装置的井眼适应能力。

5.根据权利要求1所述的救援井探测系统井下电极装置，其特征在于：弹性扶正机构包括上连接接头、滑环限位筒、压缩弹簧、滑环、滑动轴承、上支撑滑套、上支撑臂、连接中轴、滚轮、下支撑臂、下支撑连接接头；上连接接头通过上端的外螺纹与支撑调节机构的电机外筒单元连接，内孔螺纹与连接中轴连接，同时用以压紧压缩弹簧和滑动轴承；连接中轴为两端有定位轴肩的细长圆轴，两端外螺纹分别连接上连接接头和下支撑连接接头，起连接支撑作用；滑环限位筒通过螺纹与上连接接头旋合，起保护压缩弹簧和限定滑环轴向滑动的作用；压缩弹簧采用矩形弹簧，两端分别与上连接接头、滑环连接；上支撑滑套为圆环筒，内孔与滑动轴承配合，下端夹角为90°的四个方向分别通过活动销与上支撑臂连接，上支撑滑套可以在压缩弹簧作用下沿轴向滑动，调节上支撑臂的开合；上支撑臂两端通过活动销分别与上支撑滑套、下支撑臂连接，下支撑臂两端同样通过活动销分别与上支撑臂、下支撑连接接头连接，滚轮安装在上支撑臂与下支撑臂的末端，并且绝缘隔开，在井下沿井壁滚动；下支撑连接接头上端夹角为90°的四个方向分别通过活动销与下支撑臂连接，下端通过外螺纹与下马龙头连接；弹性扶正机构能够在压缩弹簧的作用下，调节上支撑臂的开合度，从而适用井下管径的变化。

6.根据权利要求1所述的救援井探测系统井下电极装置，其特征在于：地面供电设备包括：220V交流电源、隔离变压器、低压变压器、高压整流滤波电路、低压整流滤波电路DC/AC交换电路。