CN2448924Y - 井下自控液体取样阀门 - Google Patents

Abstract

一种井下自控液体取样阀门,中接头上联有上接头、上端联有绝热保护壳体设置在上接头内、下端与开关壳体的上端联接,开关壳体的下端与下接头的上端联接,中接头下端设有上能源盒,下接头上端设有下能源盒,开关壳体外设过滤器件、内设开关芯体,在绝热保护壳体内外设自动控制器。该自动控制器包括:传感器、压力变送变送器、温度变送器、A/D转换器、单片机扩展系统、存储器、接口电路、控制电路,显示电路、电源电路。

Description

井下自控液体取样阀门

本实用新型属于从深井中开采油、气、水、可溶解或可溶化物质的方法或设备技术领域，具体涉及到控制采出液体向井内或在井内的流量的方法或设备。

专利公开号为CN231529Y、发明名称为《智能分层找水、测压装置》的中国专利，采用电池作为能源，减速器的输入轴与电动机相联、输出轴与锥形阀门液体开关相联，取井下液体样进行分析，这种装置的电池在井下高温环境中放电，导致电池供电不足，造成该装置的动作失调。电机和减速器的体积较大，使得油管油路改走侧油道，流体阻力增大，影响液量。另外，锥形阀门处于关闭状态时，防砂卡性能不好，泄漏很大。由于该装置存在上述缺点，该装置只能用于浅井取水样、测压，不能用于深井取油样、测压。

本实用新型的目的在于克服上述装置的缺点，为在浅井或深井中取水样、油样、可溶解、可溶化物，并可测井下不同深度上述几种液体温度和压力，提供一种结构简单紧凑、工作安全可靠、使用范围广、功能全、作业周期短、作业成本低、并实现自动控制的井下自控液体取样阀门。

为达到上述目的，本实用新型采用的解决方案是：它具有一个取样阀门，该取样阀门可从井下取出不同深度液体样品。它具有一个自动控制器，用于完成对取样阀门的协调运行和工作的控制，并将井下不同深度液体样品的温度和压力存储起来。

本实用新型的取样阀门：包括中接头、以及与中接头相联接的上接头。包括与中接头上端相联接的绝热保护壳体、下端相联接的开关壳体，在该开关壳体上设置可使液体从开关壳体外流动到开关壳体内的流通孔或流通槽。包括与开关壳体下端相联接下接头。包括设置在开关壳体内相对于开关壳体轴向移动或转动的开关芯体，开关芯体，与中接头的下端之间形成上工作腔、与下接头的上端之间形成下工作腔。包括在该开关芯体上设置有可使液体从开关芯体外流动到开关芯体的中心通孔的流通孔或流通槽。包括设置在开关壳体外的过滤器件。包括设置在中接头下端面上装有高能燃料的上能源盒。它还包括设置在下接头上端面上装有高能燃料的下能源盒。本实用新型的自动控制器通过导线与上能源盒和下能源盒相连接，该自动控制器：包括设置在绝热保护壳体与上接头内壁之间的传感器，用于感受不同地层液体的温度和压力。包括设置在绝热保护壳体内的压力变送器、温度变速器、A/D转换器、单片机扩展系统、存储器、接口电路、控制电路、显示电路、电源电路，传感器的输出端接压力变压器和温度变送器的输入端，压力变送器和温度变送器的输出端接A/D转换器的输入端、A/D转换器的输出端接单片机扩展系统，单片机扩展系统接存储器、接口电路、控制电路和显示电路。

本实用新型的相对于开关壳体轴向移动的开关芯体上端面和下端面为一平面。本实用新型的中接头下端面上有一道环形槽，上能源盒设置在该环形槽内。本实用新型的下接头上端面上有一道环形槽，下能源盒设置在该环形槽内。

本实用新型的相对于开关壳体轴向移动的开关芯体也可以是相对开关壳体转动的开关芯体，该开关芯体为：在开关芯体的上端面和下端面上有一个弓形凹槽，弓形凹槽两侧面的二面角α为：100°≤α≤130°。本实用新型的中接头下端面上有一个内装有上能源盒的弓形凸块设置在开关芯体下端面上的弓形凹槽内，下接头的上端面有一个内装下能源盒的弓形凸块设置在开关芯体下端面上的弓形凹槽内。

本实用新型的过滤器件为金属或非金属的编织物。

本实用新型的控制电路为：集成电路IC9E与集成电路IC9F串联接后，输入单端接单片机扩展系统单片机IC6的3脚、输出端接直流固态继电器JGX-1FA1的反相输入端，集成电路IC11A与集成电路IC11B串联后输入端接单片机扩展系统单片机IC6的4脚、输出端接直流固态继电器的JGX-1FA2反相输入端，直流固态继电器JGX-1FA1和直流固态继电器JGX-1FA2的正相输入端接5V正电源，直流固态继电器JGX-1FA1的正相输出端接电池1正极、负相输出端通过点火负载Z1接电池1的负极，直流固态继电路JGX-1FA2的正相输出端接电池2的正极、负相输出端通过点火负载Z2接电池2的负极。

本实用新型与《智能分层找水、测压装置》相比，具有结构简单、排列紧凑、工作安全可靠、使用范围广、功能全、作业周期短、作业成本低、实现自动控制等优点，可用于油井、水井、矿物井下取液体样。

图1是本实用新型一个实施例的主视图。

图2是本实用新型另一个实施例的主视图。

图3是图2的A-A剖视图。

图4是图2的B-B剖视图。

图5是图2中开关芯体12的剖视图。

图6是图5的C-C剖视图。

图7是图5的D-D剖视图。

图8是图2中下接头18的结构示意图。

图9是图8的E-E剖视图。

图10是图2中中接头8的结构示意图。

图11是图10的F-F剖视图。

图12是本实用新型自动控制器的电气原理方框图。

图13是自动控制器的电气原理图。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步详细说明，但本实用新型不限于这些实施例。

图1、12、13给出了本实用新型一个实施例的结构示意图。在图1、12、13中，上接头1的上端通过螺纹将与油管相联接、下端通过螺纹与中接头8相联接，联接面上装有密封垫9，用于密封，中接头8的两端加工有螺纹，中接头8上加工有两个导线斜孔6′，用于穿插导线，中接头8的径向加工有四个分流油孔7′，供原油分流，在中接头8的下端面加工有环形槽，环形槽内安装有上能源盒11，上能源盒11内装有高能推进剂燃料，也可装复合推进剂燃料，在中接头8上还安装有两个引线螺塞10，用于密封。中接头8的上端通过螺纹与绝热保护壳体2联接，绝热保护壳体2安装在上接头1内腔，绝热保护壳体2与上接头1内构成环形空间，为油流通道。在绝热保护壳体2的外面安装有传感器4，用于测量油管内液体的温度和压力，在绝热保护壳体2内安装有电池3和控制盒5，控制盒5内安装有用电子元器件连接的自动控制器，用于对本实用新型的工作控制，电池3为自动控制器提供工作电源，在控制盒5的下端盖有控制盒盖7，控制盖7的底端面安装有接插座6，插座6通过导线与上能源盒11相连接。

开关壳体13的两端加工有螺纹，开关壳体13的上端通过螺纹与中接头8的下端联接，在开关壳体13的径向加工有八个外进油孔2′和三个定位销孔，定位销孔内装有弹簧20，上定位销孔内装有上定位销21，中间定位销孔内装有锁定销15，下定位销孔内装有下定位销19，在开关壳体13的外表面装有滤砂网14，用于防砂。在开关壳体13内安装有开关芯体12-1，本实施例的开关芯体12-1的外表面圆周方向上加工有一道液流槽，液流槽底加工有与外进油孔2′相对应的八个内进油孔3′，在开关芯体12-1的外表面圆周方向上加工有两道锁定槽，当开关芯体12-1向上或向下移动时，开关壳体13定位孔内的定位销，在弹簧20的弹力作用下上定位销21或下定位销19正好进入上定位销孔或下定位销孔内，将开关芯体12-1锁定在向上移动的极限位置或向下移动的极限位置，开关芯体12-1的外表面还装有密封圈16。开关芯体12-1的中心为中心通道5′，与中接头8上的分流孔7′相联通，油或水可从该中心流通道5′经中接头8上的分流孔7′，进入上接头1与绝热保护壳体2之间的环形空间，并从上接头1的上端流出。开关芯体的上端与中接头8的下端之间形成上工作腔1′。

下接头18的两端加工有螺纹，下接头18的上端通过螺纹与开关壳体13的下端联接，联接面上装有密封垫9，下接头18的上端面与开关芯体12-1之间形成下工作腔4′，下接头18的上端面上有一道环形槽，环形槽内安装有下能源盒17，下能源盒17内装有高能推进剂燃料，也可装复合推进剂燃料。下能源盒17通过导线与接插座6相连，为了防止液体进入上能源盒11和下能源盒17，在中接头8的导线斜孔6′处安装有引线螺塞10。

图12给出了本实用新型自动控制器的电气原理方框图。在图1、12中，存储器将事先设定的下能源盒17点火时间以及井深、采样的时间、速度、数据送入单片机扩展系统，单片机扩展系统发出指令信号到控制电路，驱动下能源盒17点火引爆，井下液体流经本实用新型，传感器4接收到井下液体的压力和温度信号，输送到压力变送器和温度变送器，压力变送器将压力信号转换成电信号放大并输出到A/D转换器，温度变送器将温度信号转换电信号放大并输出到A/D转换器，A/D转换器将输入的电信号转换成数字信号输出到单片机扩展系统，单片机扩展系统将输入的数字信号进行数据处理，存入到存储器内，并由显示电路显示出测试结果，存储器将事先设定的上能源盒11点火时间，以及所记录的当前时刻，继续定时，当上能源盒11的点火时刻到后，由单片机扩展系统发出指令信号，控制电路工作，驱动上能源盒11点火。接口电路为单片机扩展系统与PC机的互相通讯电路。电源电路为自动控制器提供工作电源。

在图1、13中，本实施例的自动控制器由单片机扩展系统、存储器、接口电路、控制电路、显示电路、传感器4、压力变送器、温度变送器、A/D转换器、电源电路连接构成。

本实施例的传感器4采用压力、温度传感器，可接收井下液体的压力和温度信号，传感器4的输出端接压力变送器和温度变送器。

本实施例的压力变送器由集成电路IC3、三极管Q1、电位器P3、R4、R5、C15连接构成，集成电路IC3的型号为XTR104，三极管Q1的型号为2N4922。集成电路IC3的1、3、4、2、7、12脚接传感器4，集成电路IC3的5脚通过R4和电位器P3接6脚、8脚通过R5接9脚、7脚接A/D转换器和C15的一端、10脚接C15的另一端和12V电源正极、13脚接三极管Q1的基极、11脚接三极管Q1的发射极，兰极管Q1的集电极接12V正电源。压力变送器将传感器4接收的压力信号转换成电信号放大，变送成+5V电压输出到A/D转换器。

本实施例的温度变送器由集成电路IC2、三极管Q2、电位器P1、电位器P2、R6、R7、R8、C11～C14连接构成，集成电路IC2的型号为XTR101，三极管Q2的型号为2N4922。集成电路IC2的3脚接集成电路IC2的10脚和C12的一端并通过R6以及电位器P2接传感器4、4脚通过R8、电位器P1接集成电路IC2的5脚、7脚接C13和C14以及R7的一端并接A/D转换器、8脚接C14的另一端和12V电源正极、11脚接C11的一端和C12的另一端以及传感器、12脚接三极管Q2的基极、9脚接三极管Q2的发射极，C11、C13、R7的另一端接传感器4，三极管Q2的集电极接12V正电源。温度变送器将传感器4接收的温度信号转换成电信号放大，变送成+5V电压输出到A/D转换器。

本实施例的A/D转换器由集成电路IC1、R2、R3连接构成，集成电路IC1的型号为ADC0809。集成电路IC1的27脚接R2的一端和压力变送器集成电路IC3的7脚、26脚接R3的一端和温度变送器集成电路IC2的7脚、25～23脚分别接集成电路IC1的17脚和14脚以及15脚并接单片机扩展系统、22～17脚和15～14脚以及10～6脚接单片机扩展系统，R2和R3的另一端接地。A/D转换器将输入的电信号转换成数字信号输出到单片机扩展系统。

单片机扩展系统由单片机IC6、集成电路IC5、集成电路IC9A～集成电路IC9D、集成电路IC10A～集成电路IC10C、振荡器XTAL、二极管D3、R1、C4～C6连接构成。单片机IC6的型号为AT89C51-PA，集成电路IC5的型号为MAX813L、集成电路IC9A～集成电路IC9D的型号为74LS04，集成电路IC10A～集成电路IC10C的型号为74LS32，振荡器XTAL的型号为6MHZ。集成电路IC5、集成电路IC9A、集成电路IC10A、二极管D3、R1、C4连接成复位电路接单片机IC6的9脚和6脚，为了防止程序飞掉。振荡器XTAL、C5、C6连接成振荡电路接单片机IC6的19脚和18脚。集成电路IC10B的4脚接单片机IC6的16脚、5脚接单片机IC6的28脚、6脚接集成电路IC9B的3脚，集成电路IC9B的4脚接A/D转换器IC1的6脚和22脚，集成电路IC10C的9脚接单片机IC6的28脚、10脚接集单片机IC6的17脚、8脚接集成电路IC9C的5脚，集成电路IC9C的6脚接A/D转换器IC1的9脚，集成电路IC9D的8脚接单片机IC6的13脚、9脚接A/D转换器IC1的7脚。单片机IC6的39～32脚和30脚接A/D转换器集成电路IC1的相对应的17、14、15、8、18、19、20、21、10脚，单片机IC6的1和2脚接存储器、26～21脚和8～7脚接显示电路、31脚和5脚接转换开关SW-SPDT、11～10脚接接口电路、4～3脚接控制电路，转换开关SW-SPDT用于转换采集或送数据到PC机。

本实施例的存储器由集成电路IC4构成，集成电路IC4的型号为24C32，集成电路IC4的6脚接单片机扩展系统单片机IC6的1脚、5脚接单片机扩展系统单片机IC6的2脚、7脚和4～1脚接地。

本实施例的显示电路由集成电路IC7构成，集成电路IC7的型号为GM040D，集成电路IC7的12～13脚和6～9脚分别接单片机扩展系统单片机IC6对应的26～21脚、10～11脚分别接单片机扩展系统单片机IC6对应的8～7脚。显示电路可显示出井下液体的温度和压力。

本实施例的接口电路由集成电路IC8、插座D1、插座D2、C7～C10连接构成，集成电路IC8的型号为MAX232，集成电路IC8的12脚接单片机扩展系统单片机IC6的10脚、11脚接单片机扩展系统单片机IC6的11脚、5脚和4脚接C9的两端、3脚和1脚接C7的两端、2脚接C8的一端、6脚接C10的一端、14脚和13脚通过插座D1与插座D2连接，C8和C10的另一端接地。接口电路为PC机与单片机扩展系统的互相通讯电路。

本实施例的控制电路由集成电路IC9E、集成电路IC9F、集成电路IC11A、集成电路IC11B、直流固态继电器JGX-1FA1、直流固态继电器JGX-1FA2、点火负载Z1、点火负载Z2、电池1、电池2连接构成，集成电路IC9E、集成电路IC9F、集成电路IC11A、集成电路IC11B的型号为74LS04。集成电路IC9E的11脚接单片机扩展系统单片机IC6的3脚、10脚接集成电路IC9F的13脚，集成电路IC9F的12脚接直流固态继电器JGX-1FA1的负相输入端，直流固态继电器JGX-1FA1的正相输入端接5V正电源、正相输出端接电池1的正极、负相输出端通过点火负载Z1接电池1的负极。集成电路IC11A的1脚接单片机扩展系统单片机IC6的4脚、2脚接集成电路IC11B的3脚，集成电路IC11B的4脚接直流固态继电器JGX-1FA2的负相输入端，直流固态继电器JGX-1FA2的正相输入端接+5V电源，直流固态继电器JGX-1FA2的正相输出端接电池2的正极、负相输出端通过点火负载Z2接电池2的负极。点火负载Z1和点火负载Z2分别联接在下能源盒17和上能源盒11上。当电池1或电池2的电路接通时，下能源盒17或上能源盒11引爆。

存储器将事先设定的下能源盒17、上能源盒11点火时刻、以及取井下液体的时刻存入存储器，并将单片机扩展系统输出液体的压力和温度存入存储器，存储器将下能源盒17、上能源盒11的点火时刻、以及取井下液体的时刻数据送入单片机扩展系统，单片机扩展系统发出指令信号，控制电路工作，下能源盒17或上能源盒11点火，本实施例开始工作采集井下液体或停止工作，并测井下液体的压力和温度存入存储器，由显示电路显示出测量结果。

本实施例的电源电路由电池组B1、三端稳压块LM7805、三端稳压块LM7812、C1～C3连接构成，C1、C2为三端稳压块LM7812稳压前、稳压后的滤波电容，C3为三端稳压块LM7805稳压后的滤波电容，三端稳压块LM7812输出12V电，为压力变送器和温度变送器提供工作电源，三端稳压块LM7805为自动控制器的其它电路提供5V工作电源。

本实施例的工作过程如下：

在自动控制器的控制下，下能源盒17内的高能推进剂爆燃，产生高压气体剪断锁定销15，推动开关芯体12-1向上移动，当内进油孔3′与外进油孔2′重合时，开关芯体12-1由上定位销21轴向定位，地层液体通过滤砂网14、外进油孔2′内进油孔3′进入中心流通道5′，然后向上运动，经中接头8的四个径向分流孔7′，流入上接头1与绝热保护壳体2之间的环形空间，最后从上接头1与油管接口处流出。传感器4采集温度压力信号，并将数据储存到控制器。当本实用新型工作达到了程序设定的时间自动控制器发出指令，上能源盒11内的高能推进剂爆燃，剪断上定位销21，开关芯体12-1向下移动，关闭阀门，由下定位销19定位，地层液体的流通道切断。

图2～11给出了本实用新型第二个实施例的结构示意图。在图2～11中，本实施例开关芯体12-2的上端面上有一个弓形凹槽8′，弓形凹槽8′两侧面的二面角为115°，开关芯体12-2的下端面上同一轴向平面也有一个与上端面形状完全相同的弓形凹槽8′。在开关芯体12-2的径向加工有8个内油孔3′与开关壳体13上的外进油孔2′在同一径向平面内。本实施例下接头18的上端面上有一个弓形凸块18-1，弓形凸块18-1两侧面的二面夹角为90°，弓形凸块18-1内装有下能源盒17。本实施例中接头8的下端面上有一个弓形凸块8-1，弓形凸块8-1的形状与下接头18上端面上的弓形凸块18-1的形状完全相同，弓形凸块8-1内装有上能源盒11。将开关芯体12-2与中接头8和下接头18联接后，开关芯体12-2与中接头8、与下接头18形成一个截面为25°的弓形空间，上弓形空间为上工作腔1′，下弓形空间为下工作腔4′，开关芯体12-2相对于中接头8或下接头18可旋转25°。本实施例其它零部件以及零部件的联接关系与第一个实施例完全相同，本实施例自动控制器的元器件以及元器件的连接关系与第一个实施例完全相同。

本实施例的工作过程如下：

在自动控制器的控制下，下能源盒17内的高能推进剂爆燃，产生的高压气体剪断锁定销15，推动开关芯体12-2顺时针转动225°，当内进油孔3′与外进油孔2′重合时，开关芯体12-2由上定位销21径向定位，地层液体通过滤砂网14、外进油孔2′、内进油孔3′进入开关芯体12-2的中心流通道5′，然后向上运动，经中接头8的四个径向分流孔7′，流入上接头1与绝热保护壳2之间的环形空间，从上接头1与油管接口处流出。传感器4采集温度压力信号，并将数据自动储存到自动控制器。当本实用新型工作达到了程序设定的时间，自动控制器发出指令，上能源盒11内的高能推进剂爆燃，剪断上定位销21，开关芯体12-2逆时针转动25°，关闭阀门，由下定位销19定位，地层液体的流通道切断。

设计人给出了本实用新型第三个实施例。在本实施例中，开关芯体12-2的上端面上有一个弓形凹槽8′，弓形凹槽8′两侧面的二面角为100°，开关芯体12-2的下端面同一轴向平面也有一个与上端面形状完全相同的弓形凹槽8′。其它零部件以及零部件的联接关系与第二个实施例完全相同，自动控制器的电子元器件以及元器件的连接关系与第一个实施例完全相同。

设计人给出了本实用新型第四个实施例。在本实施例中，开关芯体12-2的上端面上有一个弓形凹槽8′，弓形凹槽8′两侧面的二面角为130°，开关芯体12-2的下端面同一轴向平面也有一个与上端面形状完全相同的弓形凹槽8′。其它零部件以及零部件的联接关系与第二个实施例完全相同，自动控制器的电子元器件以及元器件的连接关系与第一个实施例完全相同。

根据上述原理，还可设计出另外一种具体结构的井下自控液体取样阀门。

Claims (6)

1．一种井下自控液体取样阀门，其特征在于：

它具有一个取样阀门；

它具有一个自动控制器。

2．按照权利要求1所述的井下自控液体取样阀门，其特征在于所说的取样阀门包括：

中接头[8]、以及与中接头[8]相联接的上接头[1]；

与中接头[8]上端相联接的绝热保护壳体[2]、下端相联接的开关壳体[13]，在该开关壳体[13]上设置可使液体从开关壳体[13]外流动到开关壳体[13]内的流通孔或流通槽；

与开关壳体[13]下端相联接下接头[18]；

设置在开关壳体[13]内相对于开关壳体[13]轴向移动或转动的开关芯体[12-1,12-2]，开关芯体[12-1,12-2]与中接头[8]的下端之间形成上工作腔[1′]、与下接头[8]的上端之间形成下工作腔[4′]；在该开关芯体[12-1,12-2]上设置有可使液体从开关芯体[12-1,12-2]外流动到开关芯体[12-1,12-2]的中心通孔[5′]的流通孔或流通槽；

设置在开关壳体[13 ]外的过滤器件；

设置在中接头[8]下端面上装有高能燃料的上能源盒[11]；

它还包括设置在下接头[18]上端面上装有高能燃料的下能源盒[17]；

所说的自动控制器通过导线与上能源盒[11]和下能源盒[17]相连接，该自动控制器包括：设置在绝热保护壳体[2]与上接头[1]内壁之间的传感器[4]，用于感受不同地层液体的温度和压力；

设置在绝热保护壳体[2]内的压力变送器、温度变速器、A/D转换器、单片机扩展系统、存储器、接口电路、控制电路、显示电路、电源电路，传感器[4]的输出端接压力变压器和温度变送器的输入端，压力变送器和温度变送器的输出端接A/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端接单片机扩展系统，单片机扩展系统接存储器、接口电路、控制电路和显示电路。

3．按照权利要求2所述的井下自控液体取样阀门，其特征在于：所说相对于开关壳体[13]轴向移动的开关芯体[12-1]的上端面和下端面为一平面；所说中接头[8]的下端面上有一道环形槽，上能源盒[11]设置在该环形槽内；所说下接头[18]的上端面上有一道环形槽，下能源盒[17]设置在该环形槽内。

4．按照权利要求3所述的井下自控液体取样阀门，其特征在于：所说相对于开关壳体[13]轴向移动的开关芯体[12-1]也可以是相对开关壳体[13]转动的开关芯体[12-2]，该开关芯体[12-2]为：在开关芯体[12-2]的上端面和下端面上有一个弓形凹槽[8′]，弓形凹槽[8′]两侧面的二面角α为：100°≤α≤130°；所说中接头[8]的下端面上有一个内装有上能源盒[11]的弓形凸块[8-1]设置在开关芯体[12-2]下端面上的弓形凹槽[8′]内，下接头[18]的上端面有一个内装下能源盒[17]的弓形凸块[18-1]设置在开关芯体[12-2]下端面上的弓形凹槽[8′]内。

5．按照权利要求2所述的井下自控液体取样阀门，其特征在于：所说的过滤器件为金属或非金属的编织物。

6．按照权利要求2所述的井下自控液体取样阀门，其特征在于所说的控制电路为：集成电路IC9E与集成电路IC9F串联接后，输入单端接单片机扩展系统单片机IC6的3脚、输出端接直流固态继电器JGX-1FA1的反相输入端，集成电路IC11A与集成电路IC11B串联后输入端接单片机扩展系统单片机IC6的4脚、输出端接直流固态继电器的JGX-1FA2反相输入端，直流固态继电器JGX-1FA1和直流固态继电器JGX-1FA2的正相输入端接5V正电源，直流固态继电器JGX-1FA1的正相输出端接电池1正极、负相输出端通过点火负载Z1接电池1的负极，直流固态继电路JGX-1FA2的正相输出端接电池2的正极、负相输出端通过点火负载Z2接电池2的负极。

Images