CN219888020U - 一种基于电磁自适应调节的胶囊式能量隔离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种基于电磁自适应调节的胶囊式能量隔离装置，整体包括：控制部分、电磁铁部分、能量隔离部分、永磁体环部分。所述能量隔离部分为上、下镜像结构，主要包括上、下胶囊(内部均填充非牛顿流体介质)与各胶囊耦合的上、下部法兰。控制部分通过预定指令控制电磁铁部分电流的流向及开断，实现电磁力的调控，决定永磁体环的运动导向，进而达到控制能量隔离装置工作的目的；能量隔离装置工作时可将套管内特定区域密封，防止能量转换器释放的能量传递至非目标作业区域，增大密闭空间内激励能量的有效作用量。该装置有效降低水下脉冲放电所产生势能、冲击波等激励能的损耗，提高井下作业过程中的能效比及工作效率。

Description

一种基于电磁自适应调节的胶囊式能量隔离装置

技术领域

本实用新型属于非常规油气开采装置研发领域，特别涉及一种基于电磁自适应调节的胶囊式能量隔离装置。

背景技术

油气资源是我国较为重要的能源,我国一直致力于开发传统的常规油气能源,但随着能源的应用,传统的常规油气能源逐渐变得不能支撑日常消耗,故能源开发逐渐从开发常规油气能源转向开发非传统的非常规油气能源,我国非常规油气能源的潜力大于常规油气资源,非常规的油气资源主要是指页岩油,页岩气,煤层气,致密气,加快非常规油气能源开发意义重大.

近年来，非常规油田的勘探与开发均取得了突破性进展，在非常规油气的开发中，主要采用的技术包括超声波采油技术、水力压裂技术、超声波增透技术和共振造缝技术等。其中，超声波采油技术由于超声波在非常规油气层中的传播范围有限，难以对较远距离的储层发挥有效作用，具有一定的局限性，且经济效益不高，故此技术运用在非常规油气的开发中较少；水力压裂技术较为成熟，但由于此技术在运用过程中需要用到大量的水资源，且无法进行有效回收，对环境有一定的污染，故水力压裂技术的进一步发展较为困难；超声波增透技术目前还处于实验室理论层面，未进行实地工作，故超声波增透技术在实际生产运用中可行性未知；共振造缝技术是近几年最新提出的一项新型技术，此技术结合共振原理与液电效应运用到储层改善中，通过液电效应产生冲击波，只需施加较小的能量，便会产生强电脉冲冲击，通过改变脉冲冲击的放电频率，结合共振原理，从而改善非常规油气储层裂隙。

在运用共振造缝技术对非常规油气储层进行裂隙改善过程中，为达到储层固有频率进而引发储层共振，需要利用高压产生的巨大电脉冲对目标储层进行持续冲击，在能量转化过程中大部分势能及冲击波发散，使得大部分电脉冲激励能量散失在自由介质中，对目标储层的有效冲击能量不足，导致高频放电作用得不到有效显现，因此在放电装置两端加装能量隔离装置是十分必要的。本实用新型设计一种基于电磁自适应调节的胶囊式能量隔离装置，能量隔离部分采用了高弹耐磨橡胶胶囊外壳，内部填充非牛顿流体，由于非牛顿流体自身特性，使得在高频脉冲放电时，胶囊部分可保证放电空间的密闭性，有效减少了机械能的散失，极大增强了对目标储层的能量冲击进而快速有效达到目标储层的固有频率。

在井下施工作业时，设备多处于地下700-2000米深处，故周围压力较大。本实用新型提出一种基于电磁自适应调节的胶囊式能量隔离装置，其控制部分外壳采用316L不锈钢，有效保证控制部分的稳定运行，同时为了防止高压脉冲放电部分产生的高压脉冲对控制器产生干扰甚至击穿，用绝缘胶将控制器主板塑封，进一步保障控制装置的持续稳定工作。

在井下储层改善作业时，能量的利用率是最需要考虑的问题，尤其在进行非常规储层共振造缝作业时，高压脉冲产生的能量需要持续长时间的冲击目标储层，从而引起目标储层共振。本实用新型涉及一种基于电磁自适应调节的胶囊式能量隔离装置，可有效防止能量的发散，高效利用能量，有效提升非常规储层改善装置的工作效率。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题：针对现有的非常规油气储层改善装置——页岩频谱共振装置作业中能量易发散问题，提出一种基于电磁自适应调节的胶囊式能量隔离装置。上述能量隔离装置整体包括：控制部分、电磁铁部分、能量隔离部分和永磁体环部分。上述电磁铁部分分为上、下结构一致的两部分电磁铁结构，其中包括圆柱形硅钢片、上部电磁线圈、下部电磁线圈、上部保护外壳和下部电磁铁外壳；上述能量隔离部分为机械结构镜像的上隔离结构与下隔离结构，主要包括上、下胶囊(内部均填充非牛顿流体介质)与各胶囊耦合的上、下部法兰。上隔离结构的上部法兰的上表面与上部保护外壳的底部丝接，下表面与上胶囊相粘接；上隔离结构的下部法兰其上表面与上胶囊相粘接，下表面与上部永磁体环丝接；上部永磁体环通过固定螺栓与上部圆型法兰直线轴承丝接成一体；上部圆型法兰直线轴承套于上部导向轴外表面，且可沿上部导向轴进行轴向滑动；当上部电磁线圈中有正向电流通入时，上部电磁铁部分产生与上部永磁体环异性的电磁力，吸引上部圆型法兰直线轴承沿上部导向轴做朝向上部电磁铁部分的定向滑动；由于上隔离结构上部法兰为静态结构，因此在下部法兰挤压作用下上胶囊发生横向形变，使上胶囊外壁与套管内壁相接触，实现上部隔离。

下隔离结构的上部法兰的上表面与下部电磁铁外壳的底部丝接，下表面与下胶囊相粘接；下隔离结构的下部法兰其上表面与下胶囊相粘接，下表面与下部永磁体环丝接；下部永磁体环通过固定螺栓与下部圆型法兰直线轴承丝接成一体；下部圆型法兰直线轴承套于下部导向轴外表面，且可沿下部导向轴进行轴向滑动；当上部电磁线圈中有正向电流通入时，由于上、下部电磁线圈经到导线串联在一起，下部电磁线圈中也通入正向电流，下部电磁铁部分产生与下部永磁体环异性的电磁力，吸引下部圆型法兰直线轴承沿下部导向轴做朝向下部电磁铁部分的定向滑动；由于下隔离结构的上部法兰为静态结构，因此在下隔离结构的下部法兰挤压作用下下胶囊发生横向形变，使下胶囊外壁与套管内壁相接触。能量转换器置于上、下部胶囊之间，上、下两部分胶囊同时工作达到密闭页岩频谱共振装置能量转化部分工作空间的目的，有效的阻止机械能在自由介质中的发散，提高页岩频谱共振装置的储层改善效率。

本实用新型采用的技术方案是：

一种基于电磁自适应调节的胶囊式能量隔离装置，包括：控制部分、电磁铁部分、能量隔离部分、永磁体环部分。其中，

所述控制部分包括控制器主体和控制器橡胶底层；

所述电磁铁部分分为上、下结构一致的两部分电磁铁结构，其中包括圆柱形硅钢片、上部电磁线圈、下部电磁线圈、上部保护外壳和下部电磁铁外壳；

所述能量隔离部分为机械结构镜像的上隔离结构与下隔离结构，包括非牛顿流体介质、上隔离结构的上部法兰、上胶囊、上隔离结构的下部法兰、下隔离结构的上部法兰、下胶囊、下隔离结构的下部法兰、上部导向轴和下部导向轴；

所述永磁体环部分为上、下结构一致的两部分永磁体环结构，包括上、下部永磁体环和上、下部圆型法兰直线轴承、固定螺栓；

所述控制器通过电信号将井上电源与井下电磁线圈相连，控制器控制井上电源向电磁线圈提供电流，实现调控电磁铁部分产生电磁力；

所述下部电磁铁外壳、上部保护外壳均采用高硬度的316L不锈钢材质，保证内部装置安全稳定运行；

所述上、下部电磁线圈均采用圆柱形外观，以使内部硅钢片更易磁化；

所述永磁体环部分具有宽磁滞回线、高矫顽力、高剩磁；

优选的，所述所有法兰均为碳纤维和高碳钢相结合的材质。

优选的，所述上胶囊和下胶囊为丁腈橡胶材质，上、下胶囊内部均填充非牛顿流体介质。

优选的，所述的控制器主体由绝缘胶塑封，防止高压脉冲放电过程伴随的感应电对其产生影响。

优选的，所述的永磁体环为钕铁硼永磁材质。

优选的，所述的圆型法兰直线轴承、固定螺栓为316L不锈钢材料。

与现有技术相比，本实用新型的有益是：

1、本实用新型提供的一种基于电磁自适应调节的胶囊式能量隔离装置，上、下部胶囊均填充有非牛顿流体介质，此非牛顿流体为广义宾汉流体，呈现剪切增稠的非牛顿行为，即受外力较小时，呈现流体性质；当受到瞬间较大的力时，流体的黏度瞬间变大，类似与固体性质。当通电产生电磁力挤压胶囊时，由于电磁吸力较小，胶囊内部非牛顿流体介质呈现液体状态，便于胶囊产生横向形变；当上、下胶囊之间的能量转换器工作时，产生的瞬间冲击力较大，胶囊内部的非牛顿流体黏度变大，使能量转换器工作时所产生的势能、冲击波等激励能的损耗有效降低，本实用新型提供的一种基于电磁自适应调节的胶囊式能量隔离装置相比于一般阻隔装置，能量隔离的效果及稳定性大大增强，可大幅促进非常规油气储层裂缝发育，提高渗透率，达到页岩油气稳产、增产的目的。

2、本实用新型提供的一种基于电磁自适应调节的胶囊式能量隔离装置，胶囊选用高弹耐磨的丁腈橡胶材料制成，在工作完成后，向电磁线圈中通入的反向电流，电磁铁与永磁体环之间形成相斥的电磁力，使永磁体环在圆型法兰直线轴承的带动下沿导向轴向远离电磁铁部分的方向移动，上胶囊在能量转换器壳体处停止运动，下胶囊在导管端盖处停止运动，胶囊恢复到初始状态(即胶囊外壁与套管内壁分离)，可实现装置的重复使用，提高了装置的工作效率及使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型一种基于电磁自适应调节的胶囊式能量隔离装置工作示意图。

图2为本实用新型一种基于电磁自适应调节的胶囊式能量隔离装置空闲示意图。

图3为沿着直线Ⅰ-Ⅱ将图1中上部永磁体环部分切断而得到的剖面图。

1-上部保护外壳；2-控制器主体；3-上部电磁线圈；4-上隔离结构的上部法兰；5-非牛顿流体介质；6-上部永磁体环；7-上部圆型法兰直线轴承；8-能量转换器；9-下隔离结构的上部法兰；10-下部永磁体环；11-下部导向轴；12-套管；13-控制器橡胶底层；14-上部硅钢片；15-上胶囊；16-上隔离结构的下部法兰；17-上部导向轴；18-下部电磁线圈；19-下部电磁铁外壳；20-下胶囊；21-下隔离结构的下部法兰；22-下部圆型法兰直线轴承；23-导管端盖；24-固定螺栓

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型进一步完整、清楚说明。

请参阅图1-图3，本实用新型提供一种技术方案：一种基于电磁自适应调节的胶囊式能量隔离装置，包括上部保护外壳1、控制器主体2、上部电磁线圈3、上隔离结构的上部法兰4、非牛顿流体介质5、上部永磁体环6、上部圆型法兰直线轴承7、能量转换器8、下隔离结构的上部法兰9、下部永磁体环10、下部导向轴11、套管12、控制器橡胶底层13、上部硅钢片14、上胶囊15、上隔离结构的下部法兰16、上部导向轴17、下部电磁线圈18、下部电磁铁外壳19、下胶囊20、下隔离结构的下部法兰21、下部圆型法兰直线轴承22、导管端盖23、固定螺栓24.

实施例1

如图1所示，所述上部电磁线圈3绕于圆柱形硅钢片铁芯14表面，组成上部电磁铁部分，上部电磁铁部分由上部保护外壳1所保护，控制器主体2控制电磁线圈3中电流的导通；上部永磁体环6通过固定螺栓24与上部圆型法兰直线轴承7丝接成一体；上部圆型法兰直线轴承7套于上部导向轴17外表面，且可沿上部导向轴17进行轴向滑动；当基于电磁自适应调节的胶囊式能量隔离装置开始工作时，控制器主体2给定上部电磁线圈3正向电流，上部电磁铁部分产生与上部永磁体环6磁力异性的电磁力，在磁吸作用下，吸引上部永磁体环6依靠上部圆型法兰直线轴承7沿上部导向轴17做朝向上部电磁铁部分的定向滑动；上部永磁体环6上表面与上隔离结构的下部法兰16粘接在一起，由于上隔离结构的上部法兰为静态结构，在上部电磁铁部分和上部永磁体环6所产生的电磁吸力作用下，上隔离结构的上部法兰4与上隔离结构的下部法兰16共同挤压上胶囊15，上胶囊15产生横向形变，形变后的上胶囊15外壁与套管12内壁相接触。

下隔离结构的上部法兰9其上表面与下部电磁铁外壳19相丝接，其下表面与下胶囊20相粘结，下胶囊的下部法兰21其上表面与下胶囊20相粘结，下表面与下部永磁体环10丝接；下部永磁体环10与上部永磁体环6结构一致，下部永磁体环10通过固定螺栓24与下部圆型法兰直线轴承22丝接成一体；下部圆型法兰直线轴承22套于下部导向轴11外表面，且可沿下部导向轴11进行轴向滑动；当控制器主体2给定上部电磁线圈3正向电流时，导线经过能量转换器8内部到达下部电磁线圈18，下部电磁线圈18中也有正向电流导通，故下部电磁铁产生与下部永磁体环10磁力相吸的电磁力，在磁吸作用下，吸引下部永磁体环10依靠下部圆型法兰直线轴承22沿下部导向轴11做朝向下部电磁铁部分的定向滑动；下部永磁体环10上表面与下隔离结构的下部法兰21粘接在一起，由于下隔离结构的上部法兰为静态结构，在下部电磁铁部分和下部永磁体环10所产生的电磁吸力作用下，下隔离结构的上部法兰9与下隔离结构的下部法兰21共同挤压下胶囊20，下胶囊20也产生横向形变，形变后的下胶囊20外壁与套管12内壁相接触。完成上述动作后，上胶囊15与下胶囊20之间形成密闭空间。

所述永磁体环部分为上、下结构一致的两部分永磁体环结构，包括上、下部永磁体环和上、下部圆型法兰直线轴承、固定螺栓。由于两部分结构一致，图3所示为上部永磁体环结构示意图，包括上隔离结构的下部法兰16、上部永磁体环6、上部圆型法兰直线轴承7、上部导向轴17和固定螺栓24.

优选的，所述上隔离结构的下部法兰16采用碳纤维和高碳钢相结合的材质。

优选的，所述上部永磁体环6采用钕铁硼永磁材质。

优选的，所述上部圆型法兰直线轴承7为316L材质

优选的，所述上部导向轴17为316L材质。

优选的，所述固定螺栓24为316L材质。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1结构基本相同，不同之处在于，当能量转换器8停止工作时，井上操作人员向控制器主体2发出控制信号，控制器主体2控制井上电源向电磁线圈3中通入反向电流，此时上部电磁线圈3中有反向电流流通，上部电磁铁部分产生与上部永磁体环6相斥的电磁力，使得上部永磁体环6依靠上部圆型法兰直线轴承7朝远离上部电磁铁部分的方向滑动，其外部形态趋向于恢复至初始形态，进而上胶囊15外壁与套管12内壁分离；由于上部电磁线圈3与下部电磁线圈18由导线连接(即上、下部电磁线圈经导线串联在一起)，控制器主体2控制井上电源向上部电磁线圈3通入反向电流的同时，下部电磁线圈18中也有反向电流导通，下部电磁铁部分产生与下部永磁体环10相斥的电磁力，使下部永磁体环10依靠下部圆型法兰直线轴承11朝远离下部电磁铁部分的方向滑动，下胶囊20外壁与套管12内壁相分离。

上述实施例仅为本实用新型的常规实施例，并非对本实用新型作形式上的限制，故未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种基于电磁自适应调节的胶囊式能量隔离装置，其特征包括：控制部分、电磁铁部分、能量隔离部分和永磁体环部分；上述电磁铁部分分为上、下结构一致的两部分电磁铁结构，其中包括圆柱形硅钢片、上部电磁线圈、下部电磁线圈、上部保护外壳和下部电磁铁外壳；上述能量隔离部分为机械结构镜像的上隔离结构与下隔离结构，主要包括上、下胶囊与各胶囊耦合的上、下部法兰，其中上、下胶囊内部均填充非牛顿流体介质；上述结构特征在于将能量转化器置于上、下部胶囊之间。

2.根据权利要求1所述的一种基于电磁自适应调节的胶囊式能量隔离装置，其特征是能量隔离部分中的上胶囊和下胶囊采用丁腈橡胶材质。

3.根据权利要求1所述的一种基于电磁自适应调节的胶囊式能量隔离装置，其特征是下部电磁铁外壳、上部保护外壳均采用高硬度的316L不锈钢材质。