CN215332773U - 一种适用于油气田生产的智能井下节流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用于油气田生产的智能井下节流器，本实用新型包括井下发电装置、井下蓄电池、井下数据收发装置、井下控制器以及井下节流装置；井下发电装置接井下蓄电池，井下蓄电池分别接井下数据收发装置和井下控制器，井下控制器分别接井下数据收发装置和井下节流装置。本实用新型实现了无线实时的井下数据传输与地面实时天然气流量自动调节，实现了井下天然气流量的远程控制，减少了人工或机械调节作业量，降低了油气田开发成本。

Description

一种适用于油气田生产的智能井下节流器

技术领域

本实用新型涉及能源开发技术领域，具体涉及一种适用于油气田生产的智能井下节流器。

背景技术

地下能源开采是现代化生产的关键支撑，然而每种能源从地层开采至地面的过程中都会涉及各种各样的技术难关。天然气开采过程中从地层至地面伴涉及高压、中压以及低压甚至是液态至气态的转化的集气条件；在不同集气条件下，需要将地层高压天然气减压至集气管网的压力方能正常生产与输送；减压时，天然气将吸收大量能量，使其本身及周围环境温度快速降低，此过程容易导致输气管道内外形成天然气水合物，并附着于管道内外，造成管道冰堵的情况。管道冰堵后必须需要采取措施进行解堵疏通，不仅使开采效率降低，也提高了开采成本。

当前对天然气开采时冰堵情况的解决措施主要为减小地层天然气输出流量，进而控制天然气释压或形态转化过程中吸热量，以此控制管道内外温度变化幅度，使温度降低至在结冰点以上，确保输气通畅，控制天然气输出流量常用的装置为节流器，一般安装于井口或井底，安装于井口的节流器虽然能够使地面管道避免冰堵，但部分井上也会出现井筒冰堵的情况；安装于井底的节流器虽然能够完全解决上述问题，但也存在需要根据地层输出气量的波动进行作业调整的问题，通常调整过程比较复杂、周期较长、成本较高。因此，开发一种便于调节、操作简便、应用成本低的井下节流器是解决上述问题的一种有效方式。

实用新型内容

为解决背景技术中存在的上述技术问题，而提供了一种适用于油气田生产的智能井下节流器，实现了无线实时的井下数据传输与地面实时天然气流量自动调节，实现了井下天然气流量的远程控制，减少了人工或机械调节作业量，降低了油气田开发成本。

本实用新型的技术解决方案是：本实用新型为一种适用于油气田生产的智能井下节流器，其特殊之处在于：所述智能井下节流器包括井下发电装置、井下蓄电池、井下数据收发装置、井下控制器以及井下节流装置；井下发电装置接井下蓄电池，井下蓄电池分别接井下数据收发装置和井下控制器，井下控制器分别接井下数据收发装置和井下节流装置。

进一步的，井下节流装置包括节流器固定支架、节流器阀芯、节流器气流喉管、节流器阀芯齿轮，节流器阀芯设置在节流器固定支架上，节流器阀芯齿轮设置在节流器阀芯上端，井下控制器与节流器阀芯齿轮连接，节流器气流喉管设置在节流器阀芯下方，井下节流装置中心设置有节流器流体通道。

进一步的，井下控制器包括数据采集单元、数据处理单元、智能控制单元、电动执行器和执行器旋转齿轮，数据采集单元和智能控制单元分别和数据处理单元连接，智能控制单元通过电动执行器接执行器旋转齿轮，执行器旋转齿轮接节流器阀芯齿轮。

进一步的，井下节流装置内还设置有将电动执行器和井下数据收发装置隔开的隔板。

进一步的，井下发电装置包括线圈、磁铁转子和旋转中心轴；磁铁转子设置在线圈内，所述旋转中心轴设置在磁铁转子中心线上，旋转中心轴的上部和下部分别设置有发电上叶轮和发电下叶轮；井下发电装置还包括与磁铁转子连接的旋转中心轴上支架和旋转中心轴下支架，旋转中心轴上支架和旋转中心轴下支架分别设置在旋转中心轴上下两端，井下发电装置还包括磁铁上连接杆和磁铁下连接杆；磁铁转子上部通过磁铁上连接杆与旋转中心轴连接，磁铁转子下部通过磁铁下连接杆与旋转中心轴连接，井下发电装置中心设置有井下发电装置中心流体通道。

进一步的，智能井下节流器还包括外壳，井下发电装置、井下蓄电池、井下数据收发装置、井下控制器和井下节流装置从上到下依次设置在外壳内，外壳上下两端分别设置有上接箍和下接箍。

进一步的，上接箍、井下蓄电池、井下数据收发装置、井下控制器和下接箍中间设置有与井下发电装置中心流体通道和节流器流体通道贯通的中心筒。

进一步的，外壳为圆筒形。

进一步的，数据采集单元包括井底压力传感器、地层压力传感器、气体流量传感器以及地层温度传感器，井底压力传感器、地层压力传感器、气体流量传感器以及地层温度传感器分别和数据采集单元连接。

本实用新型提供的适用于油气田生产的智能井下节流器是一组包括井下发电装置、井下蓄电池、井下数据收发装置、数据采集单元、数据处理单元、智能控制单元以及井下节流装置的设置有中心筒的短节，使用时与油管连接，流体可从中心筒顺畅流通。因此本实用新型具有以下优点：

1)本实用新型实现了无线实时的井下数据传输与地面实时天然气流量自动调节；

2)本实用新型依靠流经中心筒的气流实现自发电，避免了电缆的使用，降低了使用成本并减少了能耗；

3)本实用新型与井下数据收发装置结合，实现了井下天然气流量的远程控制，减少了人工或机械调节作业量，降低了油气田开发成本；

4)本实用新型实现了井底压力、流量、温度等指标的实时监测，为分析井下情况及井底状态提供了可靠的支撑和依据。为实现油田智能管理提供了条件。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的剖面示意图；

图3为本实用新型井下发电装置的截面示意图；

图4为本实用新型井下节流装置的截面示意图。

附图标记说明如下：

1、上接箍；2、井下发电装置；3、井下蓄电池；4、井下数据收发装置； 5、井下控制器；6、井下节流装置；7、下接箍；8、外壳；

201、线圈；202、磁铁转子；203、旋转中心轴下支架；204、旋转中心轴上支架；205、发电下叶轮；206、旋转中心轴；208、磁铁上连接杆；207、磁铁下连接杆；209、发电上叶轮；211、井下发电装置中心流体通道；

501、执行器旋转齿轮；

601、节流器固定支架；602、节流器阀芯；603、节流器气流喉管；604、隔板；605、节流器阀芯齿轮；606、节流器流体通道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型的总体方案作进一步的详细说明：

参见图1，本实用新型具体实施例的结构包括上接箍1、井下发电装置2、井下蓄电池3、井下数据收发装置4、井下控制器5、井下节流装置6和下接箍 7；上接箍1接井下发电装置2，井下发电装置2接井下蓄电池3，井下蓄电池 3分别接井下数据收发装置4和井下控制器5，井下控制器5分别接井下数据收发装置4和井下节流装置6。其中

井下发电装置2提供运行电能；并储存于井下蓄电池3中，由井下蓄电池 3向井下数据收发装置4和井下控制器5供电，维护井下数据收发装置4、井下控制器5的正常运行；

井下数据收发装置4进行井下数据以及地面措施指令的无线传输；

上接箍1和下接箍7与油管连接。

井下节流装置6用来调节通过阀体的气体流量的大小。

参见图2、3、4，本实用新型较佳实施例结构中，包括外壳8，井下发电装置2、井下蓄电池3、井下数据收发装置4、井下控制器5和井下节流装置6 从上到下依次设置在外壳8内，外壳8上下两端分别设置有上接箍1和下接箍 7，外壳8以圆筒形为佳。其中：

井下节流装置6包括节流器固定支架601、节流器阀芯602、节流器气流喉管603、节流器阀芯齿轮605，节流器阀芯602设置在节流器固定支架601 上，节流器阀芯齿轮605设置在节流器阀芯602上端，井下控制器5与节流器阀芯齿轮605连接，节流器气流喉管603设置在节流器阀芯602下方，井下节流装置中心设置有节流器流体通道606。

井下控制器5包括数据采集单元、数据处理单元、智能控制单元、电动执行器和执行器旋转齿轮501；数据采集单元和智能控制单元分别和数据处理单元连接，智能控制单元通过电动执行器和执行器旋转齿轮501，执行器旋转齿轮501接节流器阀芯齿轮605，其中，电动执行器为电机，数据采集单元、数据处理单元和智能控制单元采用现有的芯片结构和控制电路。电动执行器根据智能控制单元给出的信号完成井下节流装置6开合度的调节以及开合控制。

井下节流装置6内还设置有将电动执行器和井下数据收发装置4隔开的隔板604。

井下发电装置2包括线圈201、磁铁转子202和旋转中心轴206；磁铁转子202设置在线圈201内，旋转中心轴206设置在磁铁转子202中心线上，旋转中心轴206的上部和下部分别设置有发电上叶轮209和发电下叶轮205；井下发电装置2还包括与磁铁转子202连接的旋转中心轴上支架204和旋转中心轴下支架203，旋转中心轴上支架204和旋转中心轴下支架203分别设置在旋转中心轴206上下两端。旋转中心轴上支架204和旋转中心轴下支架203起到连接固定旋转中心轴206的作用，旋转中心轴206可在支架上旋转。井下发电装置2还包括磁铁上连接杆208和磁铁下连接杆207；磁铁转子202上部通过磁铁上连接杆208与旋转中心轴206连接，磁铁转子202下部通过磁铁下连接杆207与旋转中心轴206连接。井下发电装置2中心设置有井下发电装置中心流体通道210。

井下发电装置2主要采用涡轮发电原理，流体经过发电装置2的井下发电装置中心流体通道210时，带动发电上叶轮209和发电下叶轮205转动；发电上叶轮209和发电下叶轮205通过旋转中心轴206以及磁铁上连接杆208和磁铁下连接杆207带动周边的磁铁转子202转动，磁铁转子202外周设置有线圈 201，以此实现井下发电过程。

上接箍1、井下蓄电池3、井下数据收发装置4、井下控制器5和下接箍7 中间设置有与井下发电装置中心流体通道210和节流器流体通道606贯通的中心筒。

井下蓄电池3主要用于储存井下发电装置2产生的电能，以便为井下数据收发装置4、数据采集单元、数据处理单元和智能控制单元供电；井下蓄电池3的储存以及供电能力根据实际需求进行配置。

井下数据收发装置4为现有的可以实现无线数据传输的装置，包含数据接收以及数据发送等单元，能够将井下上传的数据或接收的地面指令实时传输至下一级或其它装置；由于井筒性质导致井下数据传输装置4传输距离有限，但传输距离≥12米，具体传输距离根据实际井况进行确定；根据实际井况，每井需使用的井下数据传输装置4的数量，绝对不止一级，需根据实际井况进行确定，以确保井下数据能够传输至地面，以及地面指令能够传输至井底。

数据采集单元主要用于井底压力、地层压力、输出天然气流量、井底温度等指标数据的采集，这些数据的采集主要通过传感器实现，包括井底压力传感器、地层压力传感器、气体流量传感器、地层温度传感器等；采集到的数据由数据处理单元进行处理；数据处理单元主要用于对数据采集单元采集的数据进行编(解)码、压缩、存储等处理，以便井下数据传输装置4、智能控制单元以及地面控制中心能够接收、识别及应用；智能控制单元包括数据分析、判断、指令编译以及执行部分，主要根据地面指令进行编译执行或根据数据采集单元采集的数据分析判断井下集气状态，实时编译并发出井下节流装置6调节信号，使执行机构完成对井下节流装置6的调节；完成智能控制单元信号指令主要依靠安装于井下节流装置6上的电动执行器；启动电动执行器的执行开关，由电动执行器带动执行器旋转齿轮501和节流器阀芯齿轮605，使井下节流装置6 的节流器阀芯602上下移动，达到调节流量的目的；井下节流装置6的结构原理为节流阀，节流阀包括阀座及阀芯，阀座设置有气流流通的中心孔道，阀芯为与阀座相匹配的锥形结构，阀体闭合时，阀芯镶嵌进阀座中，实现对气体孔道的封堵，阀芯的上下移动决定了阀芯与阀座的间距大小，以此来调节通过阀体的气体流量的大小；调节后的天然气流量再经数数据采集单元传输至智能控制单元及地面控制中心，形成一个有效的执行——反馈循环回路。井下节流装置6通过智能控制单元实现对地面指令以及数据采集单元采集的数据进行识别分析，并形成执行指令，进而对井下节流装置6发出调节信号。

本实用新型内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术。

以上，仅为本实用新型公开的具体实施方式，但本实用新型公开的保护范围并不局限于此，本实用新型公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种适用于油气田生产的智能井下节流器，其特征在于：所述智能井下节流器包括井下发电装置、井下蓄电池、井下数据收发装置、井下控制器以及井下节流装置；所述井下发电装置接井下蓄电池，所述井下蓄电池分别接井下数据收发装置和井下控制器，所述井下控制器分别接井下数据收发装置和井下节流装置。

2.根据权利要求1所述的适用于油气田生产的智能井下节流器，其特征在于：所述井下节流装置包括节流器固定支架、节流器阀芯、节流器气流喉管、节流器阀芯齿轮，所述节流器阀芯设置在节流器固定支架上，所述节流器阀芯齿轮设置在节流器阀芯上端，所述井下控制器与节流器阀芯齿轮连接，所述节流器气流喉管设置在节流器阀芯下方，所述井下节流装置中心设置有节流器流体通道。

3.根据权利要求2所述的适用于油气田生产的智能井下节流器，其特征在于：所述井下控制器包括数据采集单元、数据处理单元、智能控制单元、电动执行器和执行器旋转齿轮，所述数据采集单元和智能控制单元分别和数据处理单元连接，智能控制单元通过电动执行器接执行器旋转齿轮，所述执行器旋转齿轮接节流器阀芯齿轮。

4.根据权利要求3所述的适用于油气田生产的智能井下节流器，其特征在于：所述井下节流装置内还设置有将电动执行器和井下数据收发装置隔开的隔板。

5.根据权利要求4所述的适用于油气田生产的智能井下节流器，其特征在于：所述井下发电装置包括线圈、磁铁转子和旋转中心轴；所述磁铁转子设置在线圈内，所述旋转中心轴设置在磁铁转子中心线上，所述旋转中心轴的上部和下部分别设置有发电上叶轮和发电下叶轮；所述井下发电装置还包括与磁铁转子连接的旋转中心轴上支架和旋转中心轴下支架，所述旋转中心轴上支架和旋转中心轴下支架分别设置在旋转中心轴上下两端，所述井下发电装置还包括磁铁上连接杆和磁铁下连接杆；所述磁铁转子上部通过磁铁上连接杆与旋转中心轴连接，所述磁铁转子下部通过磁铁下连接杆与旋转中心轴连接，所述井下发电装置中心设置有井下发电装置中心流体通道。

6.根据权利要求5所述的适用于油气田生产的智能井下节流器，其特征在于：所述智能井下节流器还包括外壳，所述井下发电装置、井下蓄电池、井下数据收发装置、井下控制器和井下节流装置从上到下依次设置在外壳内，所述外壳上下两端分别设置有上接箍和下接箍。

7.根据权利要求6所述的适用于油气田生产的智能井下节流器，其特征在于：所述上接箍、井下蓄电池、井下数据收发装置、井下控制器和下接箍中间设置有与井下发电装置中心流体通道和节流器流体通道贯通的中心筒。

8.根据权利要求7所述的适用于油气田生产的智能井下节流器，其特征在于：所述外壳为圆筒形。

9.根据权利要求3至8任一权利要求所述的适用于油气田生产的智能井下节流器，其特征在于：所述数据采集单元包括井底压力传感器、地层压力传感器、气体流量传感器以及地层温度传感器，所述井底压力传感器、地层压力传感器、气体流量传感器以及地层温度传感器分别和数据采集单元连接。

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