CN215410317U - 井下排水采气机器人及其智能调控截断滑阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及排水采气的自动化装置，公开了一种井下排水采气机器人及其智能调控截断滑阀，滑阀包括阀体、与阀体配合的阀芯和设于阀体上的中心流道孔，以阀芯控制中心流道孔开闭，所述阀体外与中心流道孔错开的位置套装有变径体，与阀芯连接的变径机构作用于变径体的变径段，当阀芯封闭中心流道孔时，变径体的变径段的外径变大，当阀芯反向移动而打开中心流道孔时，变径段回复常态。井下排水采气机器人包括捕捞定心器、电动缸、控制系统、传感系统、电池组、引导缓冲器，智能调控截断滑阀的阀芯与电动缸连接，智能调控截断滑阀的阀体与捕捞定心器连接。其反应灵敏可靠、成本低。

Description

井下排水采气机器人及其智能调控截断滑阀

技术领域

本实用新型涉及井下排水采气智能化工具领域，尤其是一种智能化排水采气机器人。

背景技术

排水采气是是挖掘产水气井生产潜力，提高天然气采收率的重要措施之一，是气田开发中后期一项长期艰巨的工作。目前，随着气田的开发，许多天然气井已进入低压低产阶段，常因地层能量不足、井筒携液能力变差而发生积液减产现象，因此，需要一种适用于低压低产气井的排水采气工具，以提高低压低产气井开发的经济效益。于2020年12月11日公开的公布号为CN112065334A的中国发明专利申请“井下智能截调采气排水机器人”是申请人在现有技术基础上研发出的具有截调变径柱塞的机器人，利用液压的原理实现变径胶囊的外径变化，以配合控制系统实现机器人的智能化控制。该机器人通过井下压力、温度传感系统连续动态测量，控制系统智能调控变径胶囊的外径控制中心流道的截断和变径体直径大小，同时依靠气井自身所产生的天然气作为动力来源，能在直井、斜井管道中智能升降行走，实现了自主定量排水和气井不关井连续采气，为低压低产气井提供了一种智能化排液稳产技术手段。

上述机器人由于液压控制对部件的加工精度和密封要求较高，如果漏压则变径胶囊的外径不能可靠地保持在增大的状态，密封件需要定期更换，维护成本较高，导致其制造和使用成本较高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可靠性好、成本更低的井下排水采气机器人及其智能调控截断滑阀。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：井下排水采气机器人的智能调控截断滑阀，包括阀体、与阀体配合的阀芯和设于阀体上的中心流道孔，以阀芯控制中心流道孔开闭，所述阀体外与中心流道孔错开的位置套装有变径体，与阀芯连接的变径机构作用于变径体的变径段，当阀芯封闭中心流道孔时，变径体的变径段的外径变大，当阀芯反向移动而打开中心流道孔时，变径段回复常态。由于以变径机构配合阀体、阀芯、变径体和中心流道孔的组合结构，以变径机构作用于变径体的力使其变径段发生形变，取代液压作用于变径胶囊发生形变的方式，则阀芯与阀体的配合精度和密封要求降低，生产和维护成本降低，控制可靠。

鉴于对现有技术缺陷的分析，滑阀内用于实现变径控制的变径机构建议采用非液压的传动机构，将阀芯的轴向移动转换为变径体的变径段的径向形变，比如可借鉴PVC管扩口机构。本实用新型提供了一种结构简便的变径机构，该机构与变径体的结构设计配合而实现所述的变化。所述变径体为回转体形状的柔性橡胶套，变径体的外轮廓面具有以下特征：其两端为圆台，中间为圆柱；所述变径段的内轮廓面具有以下特征：远离中心流道孔的一端为内圆台段，接近中心流道孔的一端为内圆柱段和内径逐渐缩小的收缩段的组合。因变径体的内轮廓面具有内径变化，配合刚性的、外径不变的滑块在变径体轴向的移动，可实现变径体的外径增大，滑块在变径体轴向的反向移动则使其回复常规状态。

与上述变径体的结构设计相应地，所述变径机构包括位于阀体内的滑块，滑块通过连接轴连接阀芯并与阀芯同步沿阀体的轴向移动，滑块位于套装有变径体的那段阀体内，滑块具有环形面，环形面位于阀体的壁外并与变径体的内表面相接触，利用滑块将变径段向外侧顶压而发生形变。

所述滑块的环形面通过肋条与轴套连接，轴套与所述连接轴轴孔配合，结构简便，受力均匀。

所述阀体为空心圆柱，阀芯为圆柱体，阀芯与阀体滑动配合，阀芯的一端与驱动机构连接，阀芯的另一端与变径机构连接，以上结构简便，阀体可利用成品管材进行加工而得，易于加工制作，成本低，阀芯可以是中空的或实心的。

所述驱动机构为电动缸，用于井下作业时推荐采用高低温电动缸，可适应温度范围在-40～220℃的工作环境。

所述阀体的其中一段上设有两个以上的中心流道孔，中心流道孔沿阀体的周向分布，阀体的另一段上设有供滑块移动的导向滑槽。中心流道孔通常均布，使其整个滑阀所受的外部流体压力变化均匀、稳定，用于井下排水采气机器人时，机器人升降行走速度调节的范围更宽。

所述变径体安装在阀体的外表面，由锥形锁扣及锁紧螺母拧紧固定，确保在滑块作用下变径体轴向不滑动移位，实现对变径体外径的控制，阀体的外表面对应设有用于固定变径体的圆环凹槽，使其固定更加可靠。

所述滑块有两个，所述变径体分别设置有与单个滑块相适配的两个变径段，至少一个变径段起作用即可实现滑阀中心流道的截断，可进一步增加控制的可靠性，密封面的摩擦力调节范围更大，可进一步增加调节的灵活性。

本实用新型的井下排水采气机器人，包括捕捞定心器、电动缸、控制系统、传感系统、电池组、引导缓冲器，还包括上述的智能调控截断滑阀，智能调控截断滑阀的阀芯与电动缸连接，智能调控截断滑阀的阀体与捕捞定心器连接。

本实用新型的有益效果是：变径体的外径可控变化，易于通过内径已发生不规则变化的油管，保留了不易出现遇阻遇卡等井下故障的优点，同时，智能调控截断滑阀在电动缸的推拉作用下，可实现智能调控机器人的升降行走速度，在截断中心流道的同时变径体外表面直径扩张贴紧气井管壁，可在举升气与采出液之间形成密封界面，阻止液体回流，可快速将液体带出井口，反应更灵敏、可靠。

附图说明

图1是本实用新型井下排水采气机器人的整体结构图。

图2是本实用新型中智能调控截断滑阀的结构示意图（中心流道孔打开）。

图3是图2的结构处于另一状态的示意图（中心流道孔关闭）。

图4是图2中阀体的主视图。

图5是图2中变径体的主视图。

图6是图2中阀芯的主视图。

图7是图2中滑块的主视图。

图8是图7的俯视图。

图9是本实用新型的智能调控截断滑阀的另一实施例的结构示意图。

图中标记为：1-捕捞定心器，2-智能调控截断滑阀，3-电动缸，4-控制系统，5-传感系统，6-电池组，7-引导缓冲器，20-滑块，21-阀体，22-锁紧螺母，23-锥形锁扣，24-变径体，25-内圆台段，26-内圆柱段，27-收缩段，28-圆环凹槽，29-连接轴，30-中心流道孔，31-阀芯，32-气井管壁，33-井下气体，34-导向滑槽，48-圆环凸起，201-环形面，202-肋条，203-轴套。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图2～图8所示，本实用新型的智能调控截断滑阀包括阀体21、与阀体21配合的阀芯31和设于阀体21上的中心流道孔30，以阀芯31控制中心流道孔30开闭，所述阀体21外与中心流道孔30错开的位置套装有变径体24，与阀芯31连接的变径机构作用于变径体24的变径段，当阀芯31封闭中心流道孔30时，变径体24的变径段的外径变大，当阀芯31反向移动而打开中心流道孔30时，变径段回复常态。变径体24安装在阀体21的外表面，由锥形锁扣23及锁紧螺母22拧紧，变径体24的轴向位置固定；滑块20安装在阀体21内，与变径体24的内表面接触，当滑块20移动时，变径体24外表面的直径变大，可致气井管壁流体截断；阀芯31安装在阀体21内，阀芯31的一端与电动缸连接，阀芯31的另一端通过连接轴29与滑块20连接，当阀芯31移动时，可逐渐关断阀体21上的中心流道孔30，即可实现智能调控机器人的升降行走速度。本实用新型通过对井下压力、温度连续动态测量，控制系统智能控制调整、滑阀中心流道的截断与变径体压力调整，确保机器人在直井、斜井管道中智能升降行走。

实施例1：

如图2～图8所示，本实用新型的智能调控截断滑阀包括阀体21、与阀体21配合的阀芯31和设于阀体21上的中心流道孔30，以阀芯31控制中心流道孔30开闭，所述阀体21外与中心流道孔30错开的位置套装有变径体24，变径体24为回转体形状的柔性橡胶套，滑块20通过连接轴29连接阀芯31并与阀芯31同步沿阀体21的轴向移动，滑块20位于套装有变径体24的那段阀体21内，滑块20突出于阀体21而与变径体24的内表面相接触，滑块20随阀芯31的轴向移动而作用于变径体24的变径段，当阀芯31封闭中心流道孔30时，变径体24的变径段的外径变大，当阀芯31反向移动而打开中心流道孔30时，变径段回复常态。上述变径段利用机械传动和滑块挤压的方式使其变径体24发生形变，动作可靠，结构简便易于制作，使用维护的成本较低。

如图2、图7和图8所示，滑块20的环形面201通过肋条202与轴套203连接，轴套203与所述连接轴29轴孔配合，滑块20滑动可均匀的撑开变径段，使其变径体24与外侧的气井管壁32密贴。

如图5所示，变径体24的外轮廓面具有以下特征：其两端为圆台，中间为圆柱；所述变径段的内轮廓面具有以下特征：远离中心流道孔30的一端为内圆台段25，接近中心流道孔30的一端为内圆柱段26和内径逐渐缩小的收缩段27的组合，以上变径段的内轮廓设计使其变径所需要的力减小，变径段外径在一定范围内可调节，变径段与气井管壁32的摩擦力可调节，使其运用于实际工作中更加灵活，可适应于多种情形。

如图2、图3和图6所示，所述阀体21为空心圆柱，阀芯31为圆柱体，当然此处所说空心圆柱阀体21、圆柱体阀芯31不应被狭隘理解，实际表示的意思是二者相互配合的周面为圆柱面，从而阀芯31与阀体21滑动配合，便于加工，降低加工成本，阀芯31的一端与驱动机构连接，本实施例中为与电动缸连接，二者之间为可拆卸旋转卡合式连接；阀芯31的另一端与连接轴29连接，本实施例中二者之间为螺纹连接。

如图2、图3、图4、图7和图8所示，所述阀体21的其中一段上设有两个以上的中心流道孔30，中心流道孔30沿阀体21的周向分布，阀体21的另一段上设有供滑块20移动的导向滑槽34，导向滑槽34配合阀芯31使其滑块在阀体21中的滑动过程中也尽量保持与阀体21同轴的状态，使其作用于变径体24的径向力更均匀，工作可靠，避免一侧径向力较大而另一侧径向力较小的情况。

如图2、图3、图4和图5所示，所述变径体24安装在阀体21的外表面，由锥形锁扣23及锁紧螺母22拧紧固定，阀体21的外表面对应设有用于固定变径体24的圆环凹槽28，变径体24上对应设置有圆环凸起48，圆环凸起48与圆环凹槽28相互咬合，从而进一步固定变径体24的位置。

如图1所示，井下排水采气机器人，包括捕捞定心器1、电动缸3、控制系统4、传感系统5、电池组6、引导缓冲器7，传感系统5具有无绳测试功能，在排水的同时可实现井筒流体压力和温度的动态监测，还包括本实施例的智能调控截断滑阀2，智能调控截断滑阀2的阀芯31与电动缸3连接，智能调控截断滑阀2的阀体21与捕捞定心器1连接。

如图2所示，阀芯31、滑块20退回到起止点，中心流道孔30打开，变径体24回缩到初始状态，管井中流道畅通，机器人在自身重力作用下缓慢下行。在下行过程中，当传感系统5感受到预定数值时，控制电动缸3动作，阀芯31、滑块20同时移动，中心流道孔30截断关闭，变径体24受滑块20挤压扩张后贴紧气井管壁32，将气井流体截断分为上、下段，由于上段与外界相通压力逐渐减少，而下段气井压力不断增大，从而推动机器人缓慢上行；如此反复下行、上行，实现气井分段、逐级排水。

该井下排水采气机器人可在直井、斜井管道中智能升降行走，实现了自主定量排水和气井不关井连续采气，为低压低产气井提供了一种智能化排液稳产技术手段。

实施例2：

如图9所示，所述滑块20有两个，所述变径体24分别设置有与单个滑块相适配的两个变径段，其余同实施例1，增加了变径体24与气井管壁32的接触面积，操作灵活度和适应性更好。该实施例在上行过程中变径体24有两处可贴紧气井管壁32，从而减少了气流泄漏，非常适合低压低产气井的排水采气。

Claims (10)

1.井下排水采气机器人的智能调控截断滑阀，包括阀体（21）、与阀体（21）配合的阀芯（31）和设于阀体（21）上的中心流道孔（30），以阀芯（31）控制中心流道孔（30）开闭，其特征是：所述阀体（21）外与中心流道孔（30）错开的位置套装有变径体（24），与阀芯（31）连接的变径机构作用于变径体（24）的变径段，当阀芯（31）封闭中心流道孔（30）时，变径体（24）的变径段的外径变大，当阀芯（31）反向移动而打开中心流道孔（30）时，变径段回复常态。

2.如权利要求1所述的井下排水采气机器人的智能调控截断滑阀，其特征是：所述变径体（24）为回转体形状的柔性橡胶套，变径体（24）的外轮廓面具有以下特征：其两端为圆台，中间为圆柱；所述变径段的内轮廓面具有以下特征：远离中心流道孔（30）的一端为内圆台段（25），接近中心流道孔（30）的一端为内圆柱段（26）和内径逐渐缩小的收缩段（27）的组合。

3.如权利要求2所述的井下排水采气机器人的智能调控截断滑阀，其特征是：所述变径机构包括位于阀体（21）内的滑块（20），滑块（20）通过连接轴（29）连接阀芯（31）并与阀芯（31）同步沿阀体（21）的轴向移动，滑块（20）位于套装有变径体（24）的那段阀体（21）内，滑块（20）具有环形面（201），环形面（201）位于阀体（21）的壁外并与变径体（24）的内表面相接触。

4.如权利要求3所述的井下排水采气机器人的智能调控截断滑阀，其特征是：所述滑块（20）的环形面（201）通过肋条（202）与轴套（203）连接，轴套（203）与所述连接轴（29）轴孔配合。

5.如权利要求1、2、3或4所述的井下排水采气机器人的智能调控截断滑阀，其特征是：所述阀体（21）为空心圆柱，阀芯（31）为圆柱体，阀芯（31）与阀体（21）滑动配合，阀芯（31）的一端与驱动机构连接，阀芯（31）的另一端与变径机构连接。

6.如权利要求5所述的井下排水采气机器人的智能调控截断滑阀，其特征是：所述驱动机构为电动缸。

7.如权利要求3或4所述的井下排水采气机器人的智能调控截断滑阀，其特征是：所述阀体（21）的其中一段上设有两个以上的中心流道孔（30），中心流道孔（30）沿阀体（21）的周向分布，阀体（21）的另一段上设有供滑块（20）移动的导向滑槽（34）。

8.如权利要求1、2、3或4所述的井下排水采气机器人的智能调控截断滑阀，其特征是：所述变径体（24）安装在阀体（21）的外表面，由锥形锁扣（23）及锁紧螺母（22）拧紧固定，阀体（21）的外表面对应设有用于固定变径体（24）的圆环凹槽（28）。

9.如权利要求3或4所述的井下排水采气机器人的智能调控截断滑阀，其特征是：所述滑块（20）有两个，所述变径体（24）分别设置有与单个滑块相适配的两个变径段。

10.井下排水采气机器人，包括捕捞定心器（1）、电动缸（3）、控制系统（4）、传感系统（5）、电池组（6）、引导缓冲器（7），其特征是：还包括权利要求1～8中任意一项权利要求的智能调控截断滑阀（2），智能调控截断滑阀（2）的阀芯（31）与电动缸（3）连接，智能调控截断滑阀（2）的阀体（21）与捕捞定心器（1）连接。

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