井下電控無級位置調節結構的製作方法

2023-06-10 13:09:26 2

專利名稱：井下電控無級位置調節結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及採油機械領域，具體涉及一種井下電控無級位置調節結構，其主要功能為遠程控制井下採油設備的動作。
背景技術：
大多數常規完井都是採用陸上或者平臺上簡單的直井開發油氣田的過程中總結出來的。在這種開發方式下，油井一旦生產，就直到因油藏壓力降低、含水上升或其他井下問題而無法按設計的採油量進行開採時為止。隨著上世紀80-90年代鑽井技術的發展，尤 其是高角度/水平井、大位移井和多分支井技術的出現，使生產井的數量減少，而單井產量提高。此外，油藏狀況和惡劣的環境條件，即深水、海底、高溫高壓、合採和浮式採油等，不斷地對常規生產管理方式提出挑戰。到90年代中期，智能注採系統越來越多的在油田開採和注水作業中得到應用。在該系統中，如何實現分層注採的遠程控制成為研究的關鍵問題之
O而在一些低滲透率、高粘稠度的油藏中，壓裂作業是保持產量、進一步提高採收率的關鍵方式，特別在水平井和多分支井中，多段油藏的分層壓裂技術可以為不同性質的油層提供更加優化的壓裂參數，得到更好的壓裂效果，也對遠程控制的壓裂工具提出更高的要求。因此，上述井下開採狀況使得遠程控制井下採油設備的動作成為採油工作的重要內容。從本質來看，井下遠程控制工具的核心功能是實現地面對井下工具內部件相對位置的改變和控制，在目如已有的智能完井系統和智能注水系統中，遠程控制工具按驅動方式可分為機械驅動、液壓驅動和電力驅動三類。機械驅動通過下入控制管柱對井下工具進行控制，作業工藝複雜、效率較低；液壓驅動通過液壓管線連接井下控制工具和地面液壓泵站，驅動井下工具實現位置控制，液壓管線數目較多、成本較高，分層控制數目有限，工藝管柱下入和起出作業難度大，控制時液壓管線摩阻大，在深井中需要高壓甚至超高壓地面泵站，且難以實現無級位置控制；電力驅動通過井下工具內的傳動機構將電機的旋轉運動轉化為低速直線運動，但目前多採用實心結構，不能充分利用油套環空，給控制管柱帶來一定的偏心，且在較小直徑下難以實現較大推力。

發明內容
本發明提供一種井下電控無級位置調節結構，以解決現有的遠程控制工具難以實現電力驅動的問題。另外，本發明還能實現地面對井下工具內筒形部件相對位置的無級控制。為此，本發明提出一種井下電控無級位置調節結構，所述井下電控無級位置調節結構包括基管2以及套設在所述基管2上的電機、減速裝置和傳動裝置；所述電機包括環形的電機輸出軸，所述環形的電機輸出軸能轉動地套設在所述基管上；所述減速裝置包括環形的NN型少齒差行星齒輪減速器，所述的NN型少齒差行星齒輪減速器包括環形的偏心傳動軸、設置在所述偏心傳動軸上的第一級外齒輪14和第二級外齒輪142、環形的第一級內齒輪13和環形的第二級內齒輪15 ;所述環形的偏心傳動軸與環形的電機輸出軸連接；所述第一級內齒輪固定地套設在所述基管上並與所述第一級外齒輪相嚙合，所述第二級內齒輪能轉動地套設在所述基管上並與所述第二級外齒輪相嚙合；所述傳動裝置包括能轉動地套設在所述基管外並與所述第二級內齒輪15連接的螺紋管23 ;傳動螺母套35，通過螺接套設所述螺紋管23外並相對所述基管2上下移動；上滑套30螺接在所述傳動螺母套35的上端並套設在所述傳動螺母套35之外；下滑套37螺接在所述傳動螺母套35的下端並套設在所述傳動螺母套35之外。進一步地，所述環形的電機輸 出軸為偏心筒，所述環形的偏心傳動軸與環形的電機輸出軸為一體式結構。進一步地，所述井下電控無級位置調節結構還包括套接在所述基管上端的上接頭1，以及通過螺紋固定套接在所述上接頭I外的接頭套筒10，所述第一級內齒輪13固定地套接在所述接頭套筒10之內。進一步地，所述電機還包括環形的定子和設置在所述定子與所述環形的電機輸出軸之間的轉子，所述環形的電機輸出軸通過軸承連接設置在上接頭I中，所述定子固定地套設在所述接頭套筒10之內。進一步地，所述傳動裝置還包括旋轉連接筒20，所述第二級內齒輪15通過所述旋轉連接筒20連接所述螺紋管23，所述旋轉連接筒20的上端固定地套接在第二級內齒輪15之內並且所述旋轉連接筒20通過軸承套接在所述環形的偏心傳動軸外，所述旋轉連接筒20的下端固定地套接在所述螺紋管23外。進一步地，所述傳動裝置還包括上保護套筒25，所述上保護套筒25上端與所述上接頭I固定連接，並且所述上保護套筒25包圍在所述接頭套筒10、所述第二級內齒輪和所述旋轉連接筒20之外。進一步地，所述傳動裝置還包括位於所述上保護套筒25下端的下保護套筒26，所述下保護套筒26通過螺紋套接在所述上保護套筒25之內，所述下保護套筒26通過軸承套接在所述螺紋管23外，所述傳動裝置還包括套接在所述下保護套筒26的下端的下篩管31，所述下篩管31與上保護套筒25外徑相等，所述傳動螺母套35套接於所述下篩管31內並相對所述下篩管31上下移動，所述下篩管31包圍在所述上滑套30之外。進一步地，所述螺紋管23的上端和下端分別通過軸承套接在所述基管2外。進一步地，所述傳動裝置還包括通過螺紋連接在所述基管2下端的下接頭41，所述下接頭41套接在所述基管2外，並且所述下接頭41的外徑小於所述下滑套37內徑。本發明的電機通過電力驅動產生旋轉運動，通過環形的電機輸出軸將旋轉傳動到減速裝置的環形的偏心傳動軸上，通過NN型少齒差行星齒輪減速器實現減速並增加傳動的扭矩，通過傳動裝置接受來自減速裝置的旋轉力矩，減速裝置帶動螺紋管旋轉，傳動螺母套由於被限制轉動，所以只能沿軸向移動，並帶動上下滑套實現連續的直線運動。本發明的電機、減速裝置和傳動裝置均為環形部件，能夠充分利用油套環空的環形空間，在不影響基管液體流動通道的前提下，實現井下部件的相對位置無級調節。進而，本發明將電機輸出軸與減速裝置的偏心傳動軸合二為一，做成一體式偏心結構，實現了電機的轉軸與減速裝置的轉軸的結合與統一，不但減少了電機的轉軸與減速裝置的轉軸為分體結構的裝配時間，也減少了 NN型少齒差行星齒輪減速器位於井下時由於偏心傳動軸受力較大而在與電機連接處產生斷裂的危險，而且結構簡單節省空間，適應井下狹窄空間。


圖I為根據本發明實施例的井下電控無級位置調節結構的第一部分(上部)結構示意圖；圖2為根據本發明實施例的井下電控無級位置調節結構的第二部分(下部)結構示意圖，其中圖I的下端與圖2的上端相連接，由於井下電控無級位置調節結構的整體為細長結構，所以，將井下電控無級位置調節結構的整體分為兩部分來表示。附圖標號說明I、上接頭 2、基管 3、O型密封圈 4、滾針軸承 5、O型密封圈 6、偏心筒(偏心傳動軸)7、定子8、轉子9、配重塊10、接頭套筒11、軸承端蓋12、滾針軸承13、第一級內齒輪14、第一級外齒輪142、第二級外齒輪15、第二級內齒輪16、筒軸承端蓋17、滾針軸承18、配重塊19、深溝球軸承 20、旋轉連接筒21、推力軸承22、滾針軸承23、螺紋管24、平鍵25、上保護套筒26、下保護套筒27、滾針軸承28、O型密封圈29、O型密封圈30、上滑套31、下篩管32、O型密封圈33、滾針軸承34、O型密封圈35、傳動螺母套36、O型密封圈37、下滑套38、滾針軸承39、推力軸承40、O型密封圈41、下接頭42、孔用格萊圈
具體實施例方式為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照

本發明的具體實施方式
。如圖I和圖2所示，根據本發明實施例的井下電控無級位置調節結構包括基管2以及套設在所述基管2上的電機、減速裝置和傳動裝置。電機、減速裝置和傳動裝置均為環形，以充分利用油套環空的環形空間，在不影響基管液體流動通道的前提下，實現井下部件的相對位置調節。所述電機包括環形的電機輸出軸，所述環形的電機輸出軸能轉動地套設在所述基管2上。進一步地，所述電機例如為環形電機或環形永磁同步電機，所述電機還包括環形的定子7和設置在所述定子7與所述環形的電機輸出軸之間的轉子8，轉子8位於定子7與環形的電機輸出軸之間的環形空間內，轉子8與環形的電機輸出軸通過徑向螺釘固定。定子7設置在轉子8之外，便於電機設置線圈。如圖I所示，所述減速裝置包括環形的NN型少齒差行星齒輪減速器，所述的NN型少齒差行星齒輪減速器包括環形的偏心傳動軸、設置在所述偏心傳動軸上的第一級外齒輪14和第二級外齒輪142、環形的第一級內齒輪13和環形的第二級內齒輪15 ;所述環形的偏心傳動軸與環形的電機輸出軸連接；所述第一級內齒輪13固定地套設在所述基管2上並與所述第一級外齒輪14相嚙合，所述第二級內齒輪15能轉動地套設在所述基管2上並與所述第二級外齒輪142相嚙合。通過環形的NN型少齒差行星齒輪減速器，可以增加傳動扭矩，有力的帶動井下的相關部件。NN型少齒差行星齒輪減速器中的各內齒輪和外齒輪均為環形，NN型少齒差行星齒輪減速器的結構和工作原理可以參考現有技術。在本發明中，第一級外齒輪14和第二級外齒輪142可以為一體式結構,為了裝入接頭套筒10內，外齒輪14比142小。所述傳動裝置包括能轉動地套設在所述基管2外並與所述第二級內齒輪15連接的螺紋管23，螺紋管23為具有外螺紋的管，相當於管狀的絲槓；傳動螺母套35，通過螺接套設所述螺紋管23外並相對所述基管2上下移動；上滑套30螺接在所述傳動螺母套35的上端並套設在所述傳動螺母套35之外；下滑套37螺接在所述傳動螺母套35的下端並套設在所述傳動螺母套35之外。傳動裝置通過環形的結構和螺旋傳動以及傳動裝置內各部件的螺紋連接，實現了將減速裝置的旋轉運動轉換為傳動螺母套的軸向移動，由於傳動螺母套是通過螺紋傳動實現上下軸向移動的，螺紋傳動是連續的不間斷的，因而，可以實現上滑套 30和下滑套37的無級位置調節。進一步地，如圖I所示，所述環形的電機輸出軸為偏心筒，所述環形的偏心傳動軸與環形的電機輸出軸為一體式結構，即減速裝置的偏心傳動軸與電機輸出軸均為偏心筒6,由於減速裝置採用偏心傳動軸，才能保證NN型少齒差行星齒輪減速器的正常運行。此外，環形的偏心傳動軸與環形的電機輸出軸可以為分體結構，電機輸出軸可以為對稱的、不偏心的，不偏心的電機輸出軸可以與偏心傳動軸裝配後形成連接。進一步地，如圖I所示，所述井下電控無級位置調節結構還包括套接在所述基管上端的上接頭1，以及通過螺紋固定套接在所述上接頭I外的接頭套筒10，所述第一級內齒輪13固定地套接在所述接頭套筒10之內。上接頭I為筒狀，與外部結構通過螺紋連接，為固定部件。接頭套筒10起到保護和密封的作用。進一步地，所述環形的電機輸出軸通過軸承(例如為滾針軸承4)連接設置在上接頭I中，以實現轉動。所述定子7固定地套設在所述接頭套筒10之內，例如，定子7與接頭套筒10通過過盈配合連接，保證定子7的穩定。進一步地,如圖I所示,所述傳動裝置還包括旋轉連接筒20,旋轉連接筒20為筒狀，所述第二級內齒輪15通過所述旋轉連接筒20連接所述螺紋管23，所述旋轉連接筒20的上端(例如通過徑向螺釘)固定地套接在第二級內齒輪15之內並且所述旋轉連接筒20通過軸承(例如通過深溝球軸承19實現軸承連接)套接在所述環形的偏心傳動軸外，所述旋轉連接筒20的下端(例如，通過平鍵24)固定地套接在所述螺紋管23外。進一步地,如圖2所示,所述傳動裝置還包括上保護套筒25。上保護套筒25為筒狀起到保護和密封的作用，所述上保護套筒25上端與所述上接頭I固定連接，並且所述上保護套筒25包圍在所述接頭套筒10、所述第二級內齒輪和所述旋轉連接筒20之外。進一步地,如圖2所示,所述傳動裝置還包括位於所述上保護套筒25下端的下保護套筒26，所述下保護套筒26通過螺紋套接在所述上保護套筒25之內，所述下保護套筒26通過軸承(例如，通過滾針軸承27實現軸承連接)套接在所述螺紋管23外，所述傳動裝置還包括套接在所述下保護套筒26的下端的下篩管31，所述下篩管31與上保護套筒25外徑相等，所述傳動螺母套35套接於所述下篩管31內並相對所述下篩管31上下移動，例如，傳動螺母套35通過螺紋連接套接於所述下篩管31內，所述下篩管31包圍在所述上滑套30之外。下保護套筒26為筒狀,起到轉接所述下篩管31與上保護套筒25的作用，下篩管31為筒狀，相對上保護套筒25固定，同時由於上保護套筒25相對基管2固定，所以，下篩管31相對上保護套筒25和基管2固定，起到保護和密封的作用。進一步地，所述螺紋管23的上端和下端分別通過軸承套接在所述基管2外，可以方便的相對基管2運動。進一步地，如圖2所示，所述傳動裝置還包括通過螺紋連接在所述基管2下端的下接頭41，所述下接頭41套接在所述基管2外，並且所述下接頭41的外徑小於所述下滑套37內徑，以便下接頭41不影響下滑套37的上下移動。下接頭41與外部結構通過螺紋連接，為固定部件。上述各結構可以在滿足本發明目的條件下單獨存在，也可以在不矛盾的情況下相互組合。下面描述一個上述各結構組合形成的一種井下電控無級位置調節結構和傳動關係上接頭I與外部結構通過螺紋連接，為固定部件；基管2與上接頭I通過螺紋連 接，並通過O型密封圈3進行密封；偏心筒6上端與上接頭I通過滾針軸承4實現軸承連接；接頭套筒10與上接頭I通過螺紋和止口(凹口)連接並定位；電機定子7與接頭套筒10通過過盈配合連接；電機轉子8與偏心筒6通過徑向螺釘固定；配重塊9和配重塊18與偏心筒6通過平鍵連接，以實現受力均勻；軸承端蓋11、軸承端蓋16與偏心筒6通過徑向螺釘固定；第一級內齒輪13與接頭套筒10通過花鍵連接，並與第一級外齒輪14實現齒輪配合；第一級外齒輪14和第二級外齒輪142分別與軸承端蓋11、軸承端蓋16通過滾針軸承12、滾針軸承17實現軸承連接；第二級內齒輪15與旋轉連接筒20通過徑向螺釘固定；旋轉連接筒20與螺紋管23通過平鍵24連接；偏心筒6下端與旋轉連接筒20通過深溝球軸承19實現軸承連接；螺紋管23上端與基管2通過推力軸承21和滾針軸承22實現軸承連接；上保護套筒25上端與上接頭I實現間隙配合連接，並通過兩個O型密封圈5進行密封；上保護套筒25下端與下保護套筒26通過螺紋連接，並通過O型密封圈28進行密封；下篩管31上端與下保護套筒26通過螺紋連接，並通過O型密封圈29進行密封；下保護套筒26上端與螺紋管23通過滾針軸承27實現軸承連接；下保護套筒26下端與螺紋管23通過滾針軸承33實現軸承連接；傳動螺母套35 (例如為滾珠螺母)與螺紋管23通過螺旋副連接，並與下篩管31通過花鍵連接；上滑套30與傳動螺母套35 (例如為滾珠螺母)上端通過螺紋連接，並通過O型密封圈34、O型密封圈32進行密封；下滑套37上端與傳動螺母套35 (例如為滾珠螺母，這樣，摩擦小)下端通過螺紋連接，並通過O型密封圈36進行密封；螺紋管23下端與基管2通過推力軸承39和滾針軸承38實現軸承連接；下接頭41與基管2通過螺紋連接，並通過O型密封圈40進行密封；下滑套37下端與下接頭41實現間隙配合連接，並通過孔用格萊圈42 (或密封圈)進行密封。其傳動關係為首先，電機轉子8相對固定的電機定子7產生旋轉運動，帶動偏心筒6旋轉，偏心筒6將電機偏心軸的公轉運動傳遞給第一級外齒輪14和第二級外齒輪142，第一級外齒輪14和第二級外齒輪142還通過軸承連接實現繞偏心軸的自轉運動，這樣嚙合的兩組齒輪副(固定的第一級內齒輪13和第一級外齒輪14、旋轉的第二級內齒輪15和第二級外齒輪142)組成了 NN型少齒差行星減速機構，通過旋轉的第二級內齒輪15輸出。其次，旋轉的第二級內齒輪15通過旋轉連接筒20和平鍵24將旋轉運動傳遞給螺紋管23，通過傳動螺母套35將旋轉運動轉化為直線運動，最終帶動上滑套30和下滑套37實現無級位置調節。本發明的效果主要體現在①全電子化，結構簡單，維護方便；②能夠實現無級位置調節；③能夠方便的獲得井下工具內部件的相對位置；④僅需一根控制纜線連接井下裝備和地面控制系統；⑤地面設備簡單。因此，本發明所涉及的無級位置調節結構能夠為需要提供井下遙控功能的作業系統和工藝提供新的控制工具組件，成為現有控制工具的有益補充，更加靈活便捷，智能化程度更高，成本更低。本發明輸出無級位直運動和軸向推力，可與智能完井系統、智能注米系統中的井下液體流動控制閥相結合，實現井下液體的遠程流動控制，也可與分層壓裂系統中的壓裂滑套相結合，通過單根電纜實現多個壓裂滑套的開關控制，還可與壓縮式封隔器相結合，實現封隔器的坐封和解封。以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式
，並非用以限定本發明的範圍。為本 發明的各組成部分在不衝突的條件下可以相互組合，任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬於本發明保護的範圍。
權利要求
1.ー種井下電控無級位置調節結構，其特徵在幹，所述井下電控無級位置調節結構包括基管(2)以及套設在所述基管(2)上的電機、減速裝置和傳動裝置； 所述電機包括環形的電機輸出軸，所述環形的電機輸出軸能轉動地套設在所述基管上； 所述減速裝置包括環形的NN型少齒差行星齒輪減速器,所述的NN型少齒差行星齒輪減速器包括環形的偏心傳動軸、設置在所述偏心傳動軸上的第一級外齒輪(14)和第二級外齒輪(142)、環形的第一級內齒輪(13)和環形的第二級內齒輪(15)； 所述環形的偏心傳動軸與環形的電機輸出軸連接； 所述第一級內齒輪固定地套設在所述基管上並與所述第一級外齒輪相嚙合，所述第二級內齒輪能轉動地套設在所述基管上並與所述第二級外齒輪相嚙合； 所述傳動裝置包括能轉動地套設在所述基管外並與所述第二級內齒輪(15)連接的螺紋管(23);傳動螺母套(35)，通過螺接套設所述螺紋管(23)外並相對所述基管(2)上下移動；上滑套(30)螺接在所述傳動螺母套(35)的上端並套設在所述傳動螺母套(35)之外；下滑套(37)螺接在所述傳動螺母套(35)的下端並套設在所述傳動螺母套(35)之外。
2.如權利要求I所述的井下電控無級位置調節結構，其特徵在於，所述環形的電機輸出軸為偏心筒，所述環形的偏心傳動軸(6)與環形的電機輸出軸為一體式結構。
3.如權利要求I所述的井下電控無級位置調節結構，其特徵在於，所述井下電控無級位置調節結構還包括套接在所述基管上端的上接頭(1)，以及通過螺紋固定套接在所述上接頭(I)外的接頭套筒(10)，所述第一級內齒輪(13)固定地套接在所述接頭套筒(10)之內。
4.如權利要求3所述的井下電控無級位置調節結構，其特徵在於，所述電機還包括環形的定子和設置在所述定子與所述環形的電機輸出軸之間的轉子，所述環形的電機輸出軸通過軸承連接設置在上接頭(I)中，所述定子固定地套設在所述接頭套筒(10)之內。
5.如權利要求2所述的井下電控無級位置調節結構，其特徵在於，所述傳動裝置還包括旋轉連接筒(20)，所述第二級內齒輪(15)通過所述旋轉連接筒(20)連接所述螺紋管(23)，所述旋轉連接筒(20)的上端固定地套接在第二級內齒輪(15)之內並且所述旋轉連接筒(20)通過軸承套接在所述環形的偏心傳動軸(6)タト，所述旋轉連接筒(20)的下端固定地套接在所述螺紋管(23)夕卜。
6.如權利要求5所述的井下電控無級位置調節結構，其特徵在於，所述傳動裝置還包括上保護套筒(25)，所述上保護套筒(25)上端與所述上接頭(I)固定連接，並且所述上保護套筒(25)包圍在所述接頭套筒(10)、所述第二級內齒輪和所述旋轉連接筒(20)之外。
7.如權利要求6所述的井下電控無級位置調節結構，其特徵在於，所述傳動裝置還包括位於所述上保護套筒(25)下端的下保護套筒(26)，所述下保護套筒(26)通過螺紋套接在所述上保護套筒(25)之內，所述下保護套筒(26)通過軸承套接在所述螺紋管(23)夕卜，所述傳動裝置還包括套接在所述下保護套筒(26)的下端的下篩管(31)，所述下篩管(31)與上保護套筒(25)外徑相等，所述傳動螺母套(35)套接於所述下篩管(31)內並相對所述下篩管(31)上下移動，所述下篩管(31)包圍在所述上滑套(30)之外。
8.如權利要求2所述的井下電控無級位置調節結構，其特徵在於，所述螺紋管(23)的上端和下端分別通過軸承套接在所述基管(2)夕卜。
9.如權利要求I所述的井下電控無級位置調節結構，其特徵在於，所述傳動裝置還包括通過螺紋連接在所述基管(2)下端的下接頭(41)，所述下接頭(41)套接在所述基管(2)夕卜，並且所述下接頭(41)的外徑小於所述下滑套(37)內徑。
全文摘要
本發明提出一種井下電控無級位置調節結構，井下電控無級位置調節結構包括基管(2)以及套設在基管(2)上的電機、減速裝置和傳動裝置；電機包括環形的電機輸出軸，環形的電機輸出軸能轉動地套設在基管上；減速裝置包括環形的NN型少齒差行星齒輪減速器，傳動裝置包括能轉動地套設在基管外並與第二級內齒輪(15)連接的螺紋管(23)；傳動螺母套(35)，通過螺接套設螺紋管(23)外並相對基管(2)上下移動；上滑套(30)螺接在傳動螺母套(35)的上端並套設在傳動螺母套(35)之外；下滑套(37)螺接在傳動螺母套(35)的下端並套設在傳動螺母套(35)之外。
文檔編號E21B43/00GK102839947SQ20121034540
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月17日 優先權日2012年9月17日
發明者黃鵬, 沈澤俊, 張衛平, 錢傑, 李明, 王新忠 申請人:中國石油天然氣股份有限公司