油井電火花解堵造縫機器人的製作方法

2023-10-29 22:06:42

專利名稱：油井電火花解堵造縫機器人的製作方法
技術領域：
本發明屬於機器人技術領域，具體涉及一種油井電火花解堵造縫機器人。
技術背景在石油開採過程中，靠地層自然壓力開採原油，最終採收率一般不超過總儲量的10%， 採用常規注水開發，採收率也不超過30% 40%，低滲及稠油油藏則更低。如何有效地疏通 滲油通道、製造新的滲油裂縫，以提高堵塞井和低滲油井的採收率是目前世界上各石油開採 國競相研究的課題。目前國內外常用的滲油通道解堵造縫方法有壓裂、酸化、擠液等三種較為成熟的工藝方法。這三種工藝方法都存在如下的問題它們都需使用化學溶液將近井地帶的汙染物擠壓進 地層深部，極易造成二次汙染；分層處理比較困難，往往會造成空隙度高的層被處理開，而 空隙度差的層收不到效果，使油層動用程度受到影響，甚至將含水層處理開，造成水淹油層； 對固井質量不好，套管變形、破損的井處理十分困難，費用較高。近年來，人們還探討了高 壓水射流、超聲波、高能氣體壓裂、電脈衝等解堵技術。目前，國內外尚未見有關油井電火 花解堵造縫機器人的文獻報導。發明內容本發明的目的在於提供一種油井電火花解堵造縫機器人。本發明的原理是所發明的油井電火花解堵造縫機器人主要由地面纜繩自動送進系統、 導輪、纜繩、力傳感器、上自適應支撐機構、射孔渦流檢測及電極送進裝置、下自適應支撐 機構和配重等組成。其作業過程是先用地面纜繩自動送進系統向井下輸送機器人電火花解 堵造縫作業裝置，在下送過程中，上、下自適應支撐機構在其上彈簧的作用下向外伸展，起 輔助支撐和導向作用，以防止機器人電火花解堵造縫作業裝置在下送過程中因撞擊套管而損 壞；當機器人電火花解堵造縫作業裝置被下送至油層射孔段上方的指定位置後，機器人電火 花解堵造縫作業裝置的上自適應支撐機構在電磁驅動裝置的驅動下向外擴張，使其上的支撐 輪脹緊於套管的內壁上，此後纜繩開始低速間歇性送進，每送至一個指定的位置後，纜繩自 動送進系統停止送進，射孔渦流檢測及電極送進裝置在其上步進電動機的驅動下做順時針旋 轉尋找射孔的運動，若旋轉360°未能尋找到射孔，則步進電機停止轉動，纜繩自動送進系 統再下送一個指定的距離，然後步進電機再驅動射孔渦流檢測及電極送進裝置做逆時針旋轉尋找射孔的運動，若旋轉360°未能尋找到射孔，則步進電機停止轉動，纜繩自動送進系統再下送一個指定的距離，步進電機再驅動射孔渦流檢測及電極送進裝置做順時針旋轉尋找射 孔的運動，如此往復地進行下去，當尋找到射孔時，加大上自適應支撐機構上電磁鐵線圈的 通電電流，增加脹緊力，使上自適應支撐機構固定不動，地面纜繩自動送進系統也停止送進，然後步進電機把工具電極的送出口轉至射孔的位置；由工具電極送進機構把與脈衝電源正負 極相連的工具電極向射孔炮眼中送進，在脈衝電源的作用下，正負工具電極間在射孔炮眼中 產生火花放電，由放電時的瞬時高溫(通道中心的溫度高達一萬度以上)、高壓(通道內高溫 熱膨脹形成的初始壓力可達數十兆帕)作用來熔化、剝蝕射孔炮眼及其周圍滲油通道的堵塞 物，同時造出一些新的微裂縫。高溫高壓的放電通道以及隨後瞬時氣化形成的氣泡急速擴展， 在射孔炮眼中產生強烈的衝擊波，在放電過程中，同時還伴隨著熱效應、電磁效應、光效應、 聲效應及頻率範圍很寬的電磁波輻射和爆炸衝擊波等進一步加強了解堵和造縫的作用。處理 好一個射孔後，再重複上述動作處理下一個射孔，如此往復地進行下去，便可處理好整個油 井。本發明具有如下優點(1) 採用該機器人把電火花放電用的正負工具電極送入射孔炮眼內進行火花放電，其放 電電壓比通常的井筒內電脈解堵技術降低4 6倍，可避免井筒內電脈解堵技術所用的高壓充 放電電容易老化被擊穿的問題。(2) 採取地面與井下相結合的控制方式，使機器人的結構設計大為簡化、提高了機器人 的工作可靠性。(3) 採用該機器人進行電火花解堵造縫可使低滲油藏的滲透率提高20%以上，對三次採 油時有機膠質體堵塞的解堵作用較其它解堵方法提高30%以上。(4) 作業過程中無工作劑入井，可避免對儲層造成的二次汙染。


圖1為本發明提供的油井電火花解堵造縫機器人總體結構示意圖。 圖2為本發明機器人的上自適應支撐機構軸向結構示意圖。 圖3為本發明機器人的上自適應支撐機構徑向結構示意圖。 圖4為本發明機器人的下自適應支撐機構軸向結構示意圖。 圖5為本發明機器人的下自適應支撐機構徑向結構示意圖。
具體實施方式
參見圖1。本發明的油井電火花解堵造縫機器人總體結構示意圖中，1是地面纜繩自動送 進系統，主要用於向井下自動送進機器人電火花解堵造縫作業裝置；2是導輪，用於纜繩下 送過程中的導向；3是纜繩，用於拖動機器人做下井或提升運動；4是力傳感器，用於檢測機 器人下送或提升過程的運動狀態，把檢測到的力信號轉化為電壓信號送給自動控制系，自動 控制系統根據其檢測力的大小來判斷機器人的下送加速度或是否出現卡堵現象，若力傳感器 檢測到的力為零，則機器人的上自適應支撐機構的電磁膨脹力太大，使機器人被卡住，此時 需要減少電磁膨脹力；5是上自適應支撐機構，用於支撐射孔渦流檢測及電極送進裝置，並 產生射孔渦流檢測及電極送進裝置旋轉和電火花解堵造縫過程中所需要的固定鎖緊力，此外 還可以根據套管內孔的形狀尺寸和機器人運行狀態的要求，自動調整其膨脹力和外脹尺寸；6 是射孔渦流檢測及電極送進裝置，主要用於檢測射孔炮眼的位置和把電火花放電用的正、負 工具電極送入射孔炮眼中，以在射孔炮眼中進行電火花解堵造縫；7是圓錐軸承接頭，用於 連接射孔渦流檢測及電極送進裝置和下自適應支撐機構，以防止下自適應支撐機構隨射孔渦 流檢測及電極送進裝置旋轉，減少旋轉摩擦阻力；8是下自適應支撐機構，主要起支撐、導 向和保護作用，可以根據套管內部的尺寸形狀自動調整其外形尺寸，並防止射孔渦流檢測及 電極送進裝置與套管壁的碰撞；9是配重，主要用於調整機器人的下送力。參見圖2。本發明機器人的上自適應支撐機構軸向結構示意圖中，IO是下鉸鏈盤，用於 連接和支撐下斜支撐杆與拉套，拉套11的上方裝有銜鐵，用於拉動下鉸鏈盤向上運動；12 是拉簧，用於提供上自適應支撐機構向外膨脹的力，使該支撐機構在不受電磁力作用時，仍 能與套管內壁接觸；13是下斜支撐杆，主要用於連接支撐輪，驅動支撐輪做向外擴展或向內 收縮運動；14是支撐輪，主要起滾動支撐作用；15是支撐輪連接杆，主要用於連接兩個支撐 輪，構成封閉的連杆系；16是上斜支撐杆，主要用於連接支撐輪，驅動支撐輪做向外擴展或 向內收縮運動；17是上鉸鏈盤，用於支撐上斜支撐杆、固定電磁鐵和拉杆；18是電磁鐵，通 過控制其上電磁線圈的電流通斷和電流的大小來控制電磁吸力，進而達到控制上自適應支撐 機構的膨脹變形尺寸和膨脹力的目的；19是支撐導向套筒，用於拉套的支撐導向；20是拉杆， 用於連接上自適應支撐機構5和射孔渦流檢測及電極送進裝置6。參見圖3。本發明機器人的上自適應支撐機構徑向結構示意圖中，14是支撐輪；16是上 斜支撐杆；17是上鉸鏈盤。參見圖4。本發明機器人的下自適應支撐機構軸向結構示意圖中，13是下斜支撐杆，主 要用於連接支撐輪，驅動支撐輪做向外擴展或向內收縮運動；14是支撐輪，主要起滾動支撐 作用；15是支撐輪連接杆，主要用於連接兩個支撐輪，構成封閉的連杆系；16是上斜支撐杆， 主要用於連接支撐輪，驅動支撐輪做向外擴展或向內收縮運動；21鉸鏈盤，用於連接和支撐 下斜支撐杆、帶止推盤的拉杆；22是帶導向孔的鉸鏈盤，用於支撐上斜支撐杆和帶止推盤拉 杆的導向；23是帶止推盤的拉杆，用於拉動下自適應支撐機構，並限制下自適應支撐機構的 最小收縮半徑，以防止支撐機構因收縮過小而失去支撐和保護作用；24是脹緊拉簧，用於提 供下自適應支撐機構向外膨脹的力，使該支撐機構的支撐輪緊靠套管的內壁上。參見圖5。本發明機器人的下自適應支撐機構徑向結構示意圖中，14是支撐輪；16是上 斜支撐杆；22是帶導向孔的鉸鏈盤。
權利要求
1. 一種油井電火花解堵造縫機器人，主要包括地面纜繩自動送進系統(l)、導輪(2)、纜繩 (3)、力傳感器(4)、上自適應支撐機構(5)、射孔渦流檢測及電極送進裝置(6)、圓錐軸承接頭(7)、 下自適應支撐機構(8)和配重(9)，其特徵在於地面纜繩自動送進系統(1)與纜繩(3)相連，通 過纜繩(3)向井下自動送進機器人電火花解堵造縫作業裝置，導輪(2)通過其上的溝槽來控制纜 繩的下井方向，纜繩(3)上端與地面纜繩自動送進系統(1)相連，下端與機器人電火花作業裝置 相連，用於提起或下送機器人電火花作業裝置，力傳感器(4)的上端與纜繩相連，下端與上自 適應支撐機構(5)相連，把檢測到的拉力信號轉化為電壓信號，送給控制系統，上自適應支撐 機構(5)的下端與射孔渦流檢測及電極送進裝置(6)相連，支撐射孔渦流檢測及電極送進裝置 (6)，射孔渦流檢測及電極送進裝置(6)做旋轉尋找射孔和向射孔內輸送工具電極的運動，其下 端與圓錐軸承接頭(7)相連，圓錐軸承接頭(7)與其下端相連的下自適應支撐機構(8)—起支撐射 孔渦流檢測及電極送進裝置(6)，下自適應支撐機構(8)的下端與配重(9)相連，通過選配不同重 量的配重(9)可以調整機器人電火花作業裝置的下送力。
2. 如權利要求1所述的油井電火花解堵造縫機器人，其特徵是上自適應支撐機構(5)由下 鉸鏈盤(IO)、拉套(ll)、拉簧(12)、下斜支撐杆(13)、支撐輪(14)、支撐輪連接杆(15)、上斜支 撐杆(16)、上鉸鏈盤(17)、電磁鐵(18)、支撐導向套筒(19)和拉杆(20)構成，下鉸鏈盤(10)的圓 周上相間120。鉸接著3個下斜支撐杆(13)，帶銜鐵的拉套(11)通過螺紋與下鉸鏈盤(10)連接， 拉簧(12)的上下端分別與支撐導向套筒(19)和下鉸鏈盤(10)相連，其拉緊力可以使上自適應支 撐機構(5)向外膨脹，下斜支撐杆(13)分別與下鉸鏈盤(10)和支撐輪(14)相連，上斜支撐杆(16) 分別與上鉸鏈盤(17)和支撐輪(14)相連，支撐輪(14)分別與下斜支撐杆(13)(或上斜支撐杆(16)) 和支撐輪連接杆(15)相連，與套管內壁接觸起滾動支撐作用，支撐輪連接杆(15)的兩端各連接 l個支撐輪(14)，以構成封閉的連杆系，上鉸鏈盤(17)的圓周上相間120°鉸接著3個上斜支 撐杆(16),其下端連接電磁鐵(18)，電磁鐵(18)通電時產生磁場，向上吸引拉套(,ll)上端的銜鐵， 使上自適應支撐機構(5)向外膨脹，增加支撐輪(14)與套管內壁間的壓力，支撐導向套筒(19) 與上鉸鏈盤(17)相連，起支撐導向作用，拉杆(20)的上端固定於上鉸鏈盤(17)上，下端與射孔 渦流檢測及電極送進裝置(6)相連。
3. 如權利要求1所述的油井電火花解堵造縫機器人，其特徵是下自適應支撐機構(8)由下 斜支撐杆(13)、支撐輪(14)、支撐輪連接杆(15)、上斜支撐杆(16)、鉸鏈盤(21)、帶導向孔的鉸 鏈盤(22)、帶止推盤的拉杆(23)和脹緊拉簧(24)構成，鉸鏈盤(21)的圓周上相間120°鉸接著3 個下斜支撐杆(13)，其軸向通過螺紋連接帶止推盤的拉杆(23)，帶導向孔的鉸鏈盤(22)的圓周 上相間120°鉸接著3上個斜支撐杆(16)，其中心開有導向孔，脹緊拉簧(24)的上下端分別與 鉸鏈盤(21)和帶導向孔的鉸鏈盤(22)相連，其拉緊力使下自適應支撐機構(8)向外膨脹，下斜支 撐杆(13)分別與鉸鏈盤(21)和支撐輪(14)相連，上斜支撐杆(16)分別與帶導向孔的鉸鏈盤(22) 和支撐輪(14)相連，支撐輪(14)分別與下斜支撐杆(12)(或上斜支撐杆(16))和支撐輪連接杆(15) 相連，與套管內壁接觸起滾動支撐作用，支撐輪連接杆(14)的兩端各連接1個支撐輪(14)，以 構成封閉的連杆系。
全文摘要
油井電火花解堵造縫機器人屬於機器人技術領域。主要包括地面纜繩自動送進系統、導輪、纜繩、力傳感器、上自適應支撐機構、射孔渦流檢測及電極送進裝置、圓錐軸承接頭、下自適應支撐機構和配重等。該機器人採用地面與井下控制相結合的方法，來實現自動尋找射孔炮眼，向射孔炮眼中自動送進電火花放電用的正負工具電極，利用正負工具電極間在射孔炮眼中放電時產生的瞬時高溫、高壓作用，以及放電過程中伴隨的熱效應、電磁效應、光效應、聲效應等進行解堵造縫。本發明可以方便快捷地尋找到射孔和向射孔中自動送進工具電極，其解堵造縫效果好，且對油層無汙染。
文檔編號E21B43/26GK101144378SQ20071011333
公開日2008年3月19日 申請日期2007年10月10日 優先權日2007年10月10日
發明者從君麗, 傑 劉, 劉永紅, 張海峰, 徐誼平, 李慶雲 申請人:中國石油大學(華東)