油田深井智能通井儀的製作方法
2023-05-31 12:00:21 1
專利名稱：油田深井智能通井儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種油田注水井的疏通裝置，特別是涉及一種油田深井智能通井儀。
背景技術：
隨著油田開發的深入，一次採油的自噴井越來越少，採用注水、注氣等二、三次採 油方式顯著增加，特別是我國，大部油田都是採用了注水方式，在長期注水過程中，化學藥 劑、原油、石蠟、汙水、泥砂等雜質的積垢常常引起注水管線結垢堵塞，造成無法繼續進行注 水，直接影響了油井的生產。傳統的注水井疏通是採用機械作業，用纜繩垂吊重物下放到注水井中，在井口上 下牽動重物，靠重物的重力衝擊堵塞物進行疏通，由於纜繩很長，有時長達數千米，在井口 手動操作，無法進行有效操控，作業盲目性很大，通井成功率低，時間長，如果通井不成功， 就需要停井，吊裝取出鋼管，在地面進行疏通，不僅造成停產，而且換管作業成本費很高。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是解決油田注水井疏通成功率低、時間長、成本高的 問題。為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是提供一種油田深井智能通井 儀，包括地面供電系統、地面控制系統、通井裝置和通井裝置收放裝置，所述地面控制系統 包括顯示單元和控制單元，所述通井裝置收放裝置包括鋼絲包裹的電纜束，該電纜束一端 固定在捲筒上，捲筒固定在地面上，電纜束的另一端與通井裝置固定，在卷揚電機的控制下 下放和收起通井裝置，電纜束中包括一根電源電纜和上、下行兩根通訊電纜；所述通井裝置 包括錐形旋切破碎衝頭、衝頭驅動裝置、進給裝置、井下定位裝置和井下電機驅動模塊，所 述衝頭驅動裝置包括主電機和行星齒輪減速箱，行星齒輪減速箱的輸入端連接主電機的輸 出端，行星齒輪減速箱的輸出端連接錐形旋切破碎衝頭；所述進給裝置包括相互套裝的內、 外套筒、進給電機和第一絲槓傳動副，進給電機設置在外套筒內，外套筒的下端與主電機的 定子固定連接，外套筒的上端設有水平隔板，進給電機的端面與水平隔板固定且輸出軸向 上穿出水平隔板後與第一絲槓連接，內套筒下端面的中心處設有與第一絲杆配合的第一螺 母，進給電機的輸出軸以及第一絲槓均與外套筒同軸；所述井下定位裝置包括支架電機、第 二絲槓傳動副和定位架，支架電機固定在內套筒內，定位架包括水平支撐板和至少兩根支 杆，水平支撐板固定設置在內套筒內，水平支撐板下方內套筒的外壁上沿軸向開有與支杆 數量相應的條形通槽且所述條形通槽沿內套筒的周向均布設置，支杆分別與所述條形通槽 相對設置，支杆的上端分別與水平支撐板鉸接，下端為自由端且分別設置在所述條形通槽 內，支杆的內側面上沿其長度方向設有凹槽，第二絲槓傳動副中的第二螺母的外圓周面上 均布設有與支杆數目相應的銷釘，上述銷釘的端部分別置於支杆上的凹槽內，支杆上端的 鉸接點所在圓的直徑小於銷釘端部所在圓的直徑；所述井下電機驅動模塊設置在外套筒上 的儀表艙內，其輸入端與電纜束中的電源電纜連接，輸出端分別連接至主電機、進給電機和支架電機。在上述方案中，所述主電機為外轉子永磁無刷直流電機，定子位於中心軸線上，永磁體按裝在外轉子的內壁上，繞組嵌在定子的外表面的線槽內，外轉子與行星齒輪減速箱 的輸入軸連接，所述地面供電系統上設有300V直流電源，所述井下電機驅動模塊連接至主 電機的輸出為300V三相脈衝電源，連接至進給電機和支架電機為12V直流電源。進一步地，外套筒上設有接箍探測器、CAN總線收發器和運行參數採集裝置，運行參數採集裝置包括用於檢測主電機電流、電壓、轉速的傳感器以及溫度傳感器，上述傳感器 的信號輸出端連接至CAN總線收發器的信號接收埠並經CAN總線收發器輸出至地面控制 系統中的顯示單元上進行顯示，地面控制系統中的控制單元通過CAN總線向井下CAN總線 收發器發送操縱通井裝置工作的控制指令。本發明，由地面供電系統，地面控制系統，電纜收放機構，井下定位裝置、井下進給裝置、井下電機及井下旋切機構等部分組成。儀器在井下工作過程中，井下定位裝置將通井 儀固定在管道中，電機經行星齒輪減速驅動旋切破碎衝頭，以有效地破碎阻塞物，在進給裝 置的推進下，一次可去除長達30(MM的阻塞物。通井工具的運行數據，如電流，電壓，轉速， 溫升等參數由傳感器採集，通過電纜按CAN總線制式向地面控制臺發送並在顯示屏顯示， 地面操作人員亦可通過控制臺發出控制指令，提高了通井效率，縮短了通井時間，保證了設 備的安全，節省了費用，為油田的穩產、降耗提供了技術的保證。
圖1為本發明通井裝置的結構示意圖；圖2為主電機結構示意圖；圖3進給裝置結構示意圖；圖4井下定位裝置結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作出詳細的說明。本發明包括地面供電系統、地面控制系統、通井裝置和通井裝置收放裝置，地面供電系統、地面控制系統和通井裝置收放裝置均採用現有技術實現，其中地面供電系統提供 300V直流電源，地面控制系統包括顯示單元和控制單元，通井裝置收放裝置包括鋼絲包裹 的電纜束7，電纜束7的一端固定在捲筒上，捲筒固定在地面上，電纜束7的另一端與通井裝 置固定，在卷揚電機的控制下下放和收起通井裝置，電纜束7中包括一根電源電纜和兩根通訊電纜，鋼絲包裹的電纜束7可以承受很大的拉力。如圖1所示，通井裝置包括錐形旋切破碎衝頭1、衝頭驅動裝置、進給裝置4、井下定位裝置5和井下電機驅動模塊，衝頭驅動裝置包括主電機21和行星齒輪減速箱22，主 電機21可以是普通直流電機或交流電機，由於該裝置是工作在注水的深井之中，深度可達 4000多米，水壓可達40Mp以上，溫度可達110°C，環境條件十分惡劣，而且注水管道的內徑 小至45mm，在本發明中，主電機21採用的是外轉子永磁無刷直流電機，如圖2所示，該電 機21為無刷電機並且無位置傳感器，能更好地適應在高溫高壓下工作，主電機21外徑為 38mm，總長260mm，有A，B, C三組繞組線從主電機上端引出，電纜束7中的電源電纜連接至電機驅動模塊的輸入端，並經電機驅動模塊處理後輸出一路300V三相脈衝電源和兩路12V 直流電源，其中300V三脈相衝電源連接至主電機21的A，B, C三組繞組，兩路12V直流電 源分別給進給電機41和支架電機供電。再結合圖2，主電機21的定子211位於中心軸線 上，永磁體212安裝在外轉子的內壁上，繞組A、B、C分別嵌裝在定子211的外表面上的線槽 213內，外轉子214與行星齒輪減速箱22的輸入端連接，行星齒輪減速箱22的輸出軸連接 錐形旋切破碎衝頭1 ；主電機21的外轉子214通過行星齒輪箱22驅動錐形旋切破碎衝頭 1旋轉，向下打通注水井的阻塞部位。由於電纜束7長達4000m，電阻可達130歐_，為了降 低電纜功耗，因此本發明採用了 300伏的高壓直流三相脈衝電源，同時採用直流電源也減 少了對電纜束7中並行的兩根通訊電纜的幹擾。結合圖1和圖4，進給裝置4包括套裝在一起的內、外套筒31、32，進給電機41和 第一絲槓傳動副42、43。外套筒32的底端與主電機21的定子固定連接，內套筒31的上端 與井下定位裝置5固定，外套筒32內設有水平隔板44，進給電機41設置在外套筒32內水 平隔板44的下方，進給電機41的上端面與水平隔板44固定且該電機41輸出軸向上穿出 水平隔板44後與第一絲槓傳動副中的第一絲槓42連接，進給電機41的輸出軸以及第一絲 槓42均與外套筒32同軸，第一絲槓傳動副中的第一螺母43固定在內套筒31下端面的中 心處。隨著進給電機41的轉動，第一絲槓傳動副帶動外套筒32向下或向上移動，使外套筒 32向下伸出或縮回。例如，當進給電機41正向轉動時，通過第一絲槓42使外套筒32向下 伸出，反轉則縮回。以上描述的進給裝置具體結構僅是進給裝置4的一種實施例，實際上，本進給裝 置的目的是通過進給電機41驅動第一絲槓副實現內、外套筒31、32之間的上下相對移動， 至於進給電機41以及第一絲槓傳動副可根據實際情況設置，並不僅於上述實施例中所限 定的進給電機41固定在外套筒32上而第一絲槓傳動副中的第一螺母43固定在內套筒31 上，其實反之同樣可以實現內、外套筒31、32之間的相對移動，也就是說同樣可以實現驅動 錐形旋切破碎衝頭1向下進給。結合圖1和圖5，井下定位裝置5包括支架電機51、第二絲槓傳動副53、56和定位 架，內套筒31的上端設有第二水平隔板52，支架電機51設置在內套筒31內第二水平隔板 52的下方，進給電機51的上端面與第二水平隔板52固定且該支架電機51的輸出軸向上穿 出第二水平隔板52後與第二絲槓傳動副中的第二絲槓53連接，支架電機51的輸出軸以及 第二絲槓53均與內套筒31同軸，定位架包括水平支撐板54和至少兩根支杆，本發明優選 的實施例中選用的是三根支杆55，水平支撐板54固定設置在內套筒31內，水平支撐板54 下方內套筒31的外壁上沿軸向開有三個條形通槽(圖中未示出)且所述三個條形通槽沿 內套筒31的周向均布設置，三根支杆55分別與所述三個條形通槽相對設置，支杆55的上 端分別與水平支撐板54鉸接，下端為自由端且分別設置在所述三個條形通槽內。支杆55 的內側面上沿其長度方向設有凹槽551，第二絲槓傳動副中的第二螺母56的外圓周面上均 布設有三個銷釘561，上述三個銷釘561的端部分別置於三個支杆55上的凹槽551內，隨 第二螺母56的上下移動，該銷釘561可沿凹槽551上下滑動。三根支杆55上端的鉸接點 所在圓的直徑小於銷釘561端部所在圓的直徑，這樣，當支架電機51帶動第二絲槓53轉動 時，銷釘561隨第二螺母56在凹槽551內向上滑動迫使支杆55的上端繞鉸接點轉動，於是 支杆55的下端向外支出頂在注水井的內壁上，在旋切工作時防止通井儀反向扭轉。當支架電機51反向轉動時，銷釘561隨第二螺母56在凹槽551內向下滑動，於是支杆55的下端 向內縮回，脫離注水井的內壁，於是可以實現通井裝置的收放。外套筒32上設有儀表倉，井下電機驅動模塊設置在儀表艙內，儀表倉內同時還設 有接箍探測器33、CAN總線收發器和運行參數採集裝置34，所述接箍探測器採用現有技術， 通井裝置下放時，每經過一次注水管連接部位接箍探測器就發一次脈衝信號，以此來計算 通井裝置下放的深度。運行參數採集裝置包括用於檢測主電機電流、電壓、轉速的傳感器以 及溫度傳感器，上述傳感器採集通井裝置的運行參數，採集到的參數信號通過CAN總線收 發器經電纜束中的通訊電纜上傳至地面控制系統中的顯示單元，直觀地顯示出通井裝置運 行的各種參數，同時，地面控制系統也可根據上述參數進行調整，並將調整控制信號經通訊 電纜下傳至CAN總線收發器，對通井裝置進行操控，上、下行通訊均採用CAN總線制式。本發明不局限於上述最佳實施方式，任何人應該得知在本發明的啟示下作出的結 構變化，凡是與本發明具有相同或相近的技術方案，均落入本發明的保護範圍之內。
權利要求
油田深井智能通井儀，包括地面供電系統、地面控制系統、通井裝置和通井裝置收放裝置，所述地面控制系統包括顯示單元和控制單元，所述通井裝置收放裝置包括鋼絲包裹的電纜束，該電纜束一端固定在捲筒上，捲筒固定在地面上，電纜束的另一端與通井裝置固定，在卷揚電機的控制下下放和收起通井裝置，電纜束中包括一根電源電纜和上、下行兩根通訊電纜，其特徵在於所述通井裝置包括錐形旋切破碎衝頭；衝頭驅動裝置，包括主電機和行星齒輪減速箱，行星齒輪減速箱的輸入端連接主電機的輸出端，行星齒輪減速箱的輸出端連接錐形旋切破碎衝頭；進給裝置，包括相互套裝的內、外套筒、進給電機和第一絲槓傳動副，進給電機設置在外套筒內，外套筒的下端與主電機的定子固定連接，外套筒的上端設有水平隔板，進給電機的端面與水平隔板固定且輸出軸向上穿出水平隔板後與第一絲槓連接，內套筒下端面的中心處設有與第一絲杆配合的第一螺母，進給電機的輸出軸以及第一絲槓均與外套筒同軸；井下定位裝置，包括支架電機、第二絲槓傳動副和定位架，支架電機固定在內套筒內，定位架包括水平支撐板和至少兩根支杆，水平支撐板固定設置在內套筒內，水平支撐板下方內套筒的外壁上沿軸向開有與支杆數量相應的條形通槽且所述條形通槽沿內套筒的周向均布設置，支杆分別與所述條形通槽相對設置，支杆的上端分別與水平支撐板鉸接，下端為自由端且分別設置在所述條形通槽內，支杆的內側面上沿其長度方向設有凹槽，第二絲槓傳動副中的第二螺母的外圓周面上均布設有與支杆數目相應的銷釘，上述銷釘的端部分別置於支杆上的凹槽內，支杆上端的鉸接點所在圓的直徑小於銷釘端部所在圓的直徑；井下電機驅動模塊，設置在外套筒上的儀表艙內，井下電機驅動模塊的輸入端與電纜束中的電源電纜連接，其輸出端分別連接至主電機、進給電機和支架電機。
2.如權利要求1所述的油田深井智能通井儀，其特徵在於所述主電機為外轉子永磁 無刷直流電機，定子位於中心軸線上，永磁體按裝在外轉子的內壁上，繞組嵌在定子的外表 面的線槽內，外轉子與行星齒輪減速箱的輸入軸連接，所述地面供電系統上設有300V直流 電源並連接至井下電機驅動模塊的輸入端，井下電機驅動模塊連接至主電機的輸出為300V 三相脈衝電源，連接至進給電機和支架電機的輸出為12V直流電源。
3.如權利要求1或2所述的油田深井智能通井儀，其特徵在於外套筒上設有接箍探測 器、CAN總線收發器和運行參數採集裝置，運行參數採集裝置包括用於檢測主電機電流、電 壓、轉速的傳感器以及溫度傳感器，上述傳感器的信號輸出端連接至CAN總線收發器的信 號接收埠並經CAN總線收發器輸出至地面控制系統中的顯示單元上進行顯示，地面控制 系統中的控制單元通過CAN總線向井下CAN總線收發器發送操縱通井裝置工作的控制指 令。
全文摘要
本發明涉及一種油田注水井的疏通裝置，是一種油田深井智能通井儀，包括地面供電系統，地面控制系統，通井裝置和通井裝置收放裝置，所述通井裝置包括自下而上連接在一起的錐形旋切破碎衝頭、衝頭驅動裝置、進給裝置和井下定位裝置，本發明，通井裝置在井下工作過程中，井下定位裝置將通井儀固定在管道中，電機經行星齒輪減速驅動旋切破碎衝頭，以有效地破碎阻塞物，在進給裝置的推進下，一次可去除長達300mm的阻塞物，通井裝置的運行參數通過電纜按CAN總線制式向地面控制系統發送並顯示，地面操作人員亦可通過控制臺發出控制指令，提高了通井效率，縮短了通井時間，保證了設備的安全，節省了費用，為油田的穩產、高產提供了技術的保證。
文檔編號E21B31/00GK101988375SQ20091016134
公開日2011年3月23日 申請日期2009年7月31日 優先權日2009年7月31日
發明者餘金海, 史佳, 池愛文, 汪南傑 申請人:浙江金龍自控設備有限公司