一种井下电控流量阀

技术领域

本发明涉及石油天然气完井技术领域，更具体地说涉及一种井下电控流量阀。

背景技术

智能完井系统是一套能对油井生产、油藏动态及完井综合数据进行分析，然后对油藏及油井生产动态进行远程控制的系统，智能完井技术有巨大的经济潜力和应用价值。作为智能完井重要的井下工具之一，井下电控流量阀的性能是影响智能完井系统可靠性的重要因素。现有的井下电控流量阀多采用偏心安装的小直径电机，动力小，运动开关部件遇卡后无法开启和关闭，并且偏心安装的小直径电机通过带动运动开关部件轴向运动实现开启和关闭，轴向运动过程中需要克服静液柱压力的影响，进一步减小了开关动力。井下电控流量阀长期在井下工作，水气侵入会导致电路失效，无法满足使用寿命要求。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种井下电控流量阀。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

一种井下电控流量阀，包括空心电机组件、旋转开关套、流通短节和电控流量阀主体，空心电机组件与流通短节和旋转开关套固定连接，流通短节内侧设有旋转开关套，旋转开关套上设有流通孔，流通孔的数量位置与流通短节上设置的连通孔相匹配，流通短节设置在电控流量阀主体上。

所述电控流量阀主体包括油管变扣、上接头、上外筒、上芯轴、上隔套、监测短节、下隔套、下外筒、所述流通短节、下芯轴和下接头，油管变扣和上接头一端固定连接，上外筒和上芯轴设置在上接头和上隔套之间，上外筒和上芯轴分别设置在上接头和上隔套的外侧和内侧，上外筒和上芯轴形成夹层空间，夹层空间内设有控制电路板，上隔套和监测短节连接，监测短节依次与下隔套、下外筒、所述流通短节、下芯轴和下接头连接，下隔套内设有下芯轴，下隔套和下芯轴间形成夹层空间，夹层空间内设有所述空心电机组件。

所述上接头和是所述下接头上分别设有上电缆接头和下电缆接头，上电缆接头和下电缆接头分别与电缆连接，所述空心电机组件、所述控制电路板和下电缆接头分别通过不同支路电缆与上电缆接头相连接。

所述监测短节上设有安装流量计和含水率检测仪，所述上隔套上设有两个压力计监控上隔套内外压力，安装流量计、含水率检测仪和压力计通过电缆与所述控制电路板相连接。

所述空心电机组件为中空结构，所述下芯轴穿过所述空心电机组件和所述流通短节内侧与上芯轴连接，所述下芯轴与所述流通短节通过键连接。

所述上接头上设有第一注油孔，第一注油孔与所述控制电路板所在夹层空间连通，第一注油孔上设有上堵头，所述下隔套上设有第二注油孔，第二注油孔与所述空心电机组件所在夹层空间连通，第二注油孔上设有下堵头。

所述监测短节两端分别通过分瓣螺母与所述上隔套和所述下隔套连接，所述监测短节两端设有变宽键槽，变宽键槽内设有T型键。

所述上隔套、所述监测短节和所述下隔套间形成的夹层空间内设有密封塞，电缆贯穿夹层空间与密封塞设置。

所述旋转开关套外侧设有限位凸台，限位凸台与所述流通短节内侧设置有限位凹槽相匹配。

所述流通孔两侧圆周和两侧轴向的所述旋转开关套上分别设有两道圆周硫化橡胶和两道轴向硫化橡胶，两道轴向硫化橡胶处于所述流通孔的背侧。

本发明的有益效果为：井下电控流量阀采用空心型电机及减速器作为驱动件，与传统的偏心安装的小直径电机相比，可提供较大的动力；与现有技术的轴向开关方式相比，采用旋转的方式进行开关，消除了静液柱压力的影响；旋转开关套上的密封结构在井下电控流量阀任意开度不裸露在流通短节的连通孔处，具有可靠的密封性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的上部剖面结构示意图；

图3是本发明的上部剖面前段的放大图；

图4是本发明的上部剖面中段的放大图；

图5是本发明的上部剖面后段的放大图；

图6是本发明的下部剖面结构示意图；

图7是本发明的下部剖面前段的放大图；

图8是本发明的下部剖面中段的放大图；

图9是本发明的下部剖面后段的放大图；

图10是下芯轴和流通短节通过键连接结构示意图；

图11是旋转开关套结构示意图；

图12是流通短节结构示意图；

图13是井下电控流量阀全关状态的结构示意图；

图14是井下电控流量阀全关状态的剖面示意图；

图15是井下电控流量阀全开状态的结构示意图；

图16是井下电控流量阀全开状态的剖面示意图；

图17是井下电控流量阀任意开度状态的结构示意图；

图18是井下电控流量阀任意开度状态的剖面示意图；

图中：1、油管变扣；2、上接头；3、上外筒；4、上芯轴；5、上隔套；6、分瓣螺母；7、T型键；8、密封塞；9、监测短节；10、下隔套；11、下外筒；12、空心电机组件；13、流通短节；131限位凹槽；132、连通孔；14、旋转开关套；141、限位凸台；142、流通孔；143、圆周硫化橡胶；144、轴向硫化橡胶；15、下芯轴；16、下接头；17、上堵头；18、下堵头；19、控制电路板；20、上电缆接头；21、下电缆接头；22、键。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例

一种井下电控流量阀，包括空心电机组件12、旋转开关套14、流通短节13和电控流量阀主体，空心电机组件12与流通短节13和旋转开关套14固定连接，流通短节13内侧设有旋转开关套14，旋转开关套14上设有流通孔142，流通孔142的数量位置与流通短节13上设置的连通孔132相匹配，流通短节13设置在电控流量阀主体上。

电控流量阀主体包括油管变扣1、上接头2、上外筒3、上芯轴4、上隔套5、监测短节9、下隔套10、下外筒11、流通短节13、下芯轴15和下接头16，油管变扣1和上接头2一端固定连接，上外筒3和上芯轴4设置在上接头2和上隔套5之间，上外筒3和上芯轴4分别设置在上接头2和上隔套5的外侧和内侧，上外筒3和上芯轴4形成夹层空间，夹层空间内设有控制电路板19，上隔套5和监测短节9连接，监测短节9依次与下隔套10、下外筒11、流通短节13、下芯轴15和下接头16连接，下隔套10内设有下芯轴15，下隔套10和下芯轴15间形成夹层空间，夹层空间内设有空心电机组件12。

上接头2和是下接头16上分别设有上电缆接头20和下电缆接头21，上电缆接头20和下电缆接头21分别与电缆连接，空心电机组件12、控制电路板19和下电缆接头21分别通过不同支路电缆与上电缆接头20相连接。

监测短节9上设有安装流量计和含水率检测仪，上隔套5上设有两个压力计监控上隔套5内外压力，安装流量计、含水率检测仪和压力计通过电缆与控制电路板19相连接。

空心电机组件12为中空结构，下芯轴15穿过空心电机组件12和流通短节13内侧与上芯轴4连接，下芯轴15与流通短节13通过键22连接。

上接头2上设有第一注油孔，第一注油孔与控制电路板19所在夹层空间连通，第一注油孔上设有上堵头17，下隔套10上设有第二注油孔，第二注油孔与空心电机组件12所在夹层空间连通，第二注油孔上设有下堵头18。

监测短节9两端分别通过分瓣螺母6与上隔套5和下隔套10连接，监测短节9两端设有变宽键槽，变宽键槽内设有T型键7。

上隔套5、监测短节9和下隔套10间形成的夹层空间内设有密封塞8，电缆贯穿夹层空间与密封塞8设置。

旋转开关套14外侧设有限位凸台141，限位凸台141与流通短节13内侧设置有限位凹槽131相匹配。

流通孔142两侧圆周和两侧轴向的旋转开关套14上分别设有两道圆周硫化橡胶143和两道轴向硫化橡胶144，两道轴向硫化橡胶144处于流通孔142的背侧。

本发明的工作原理如下，如图1-9所示，本阀体由油管变扣1、上接头2、上芯轴4、下隔套10、下芯轴15和下接头16组成内腔，其内形成油路通道，工作时通过电缆传输信息至控制电路板19由控制电路板19驱动空心电机组件12进行运动，空心电机组件12为空心型电机和减速器，空心型电机和减速器带动旋转开关套14在流通短节13内旋转，使流通孔142和连通孔132相对移动，实现井下电控流量阀的开启和关闭，通过旋转的角度确定开度大小。上电缆接头20和下电缆接头21的位置上设有保护罩结构保护电缆接头。空心电机组件12和控制电路板19部件均为封装处理避免水气侵入损坏元件。空心电机组件12和控制电路板19所在空腔通过第一注油孔和第二注油孔注入绝缘油起到保护作用，上堵头17和下堵头18用于封堵注油孔。

进一步，如图10所示，下芯轴15穿过流通短节13与上芯轴4连接，下芯轴15和流通短节13通过键22连接，其作用为井下电控流量阀开关时空心型电机及减速器、旋转开关套14、下芯轴15产生的旋转扭矩全部作用在流通短节13，流通短节13通过键22与下芯轴15连接实现扭矩自平衡，避免在连接处产生松扣。

进一步，如图11和12所示，旋转开关套14上分别设有两道圆周硫化橡胶143和两道轴向硫化橡胶144用于提高密封性，两道轴向硫化橡胶144处于流通孔142的背侧用于保证两道轴向硫化橡胶144在井下电控流量阀任意开度不裸露在流通短节13的连通孔132处。旋转开关套14两端通过轴承结构与相邻部件连接减小摩擦。

如图13-18所示，分别展示了井下电控流量阀全关、全闭及任意角度的状态。旋转开关套14通过限位凸台141在限位凹槽131内进行滑动实现最大位移限位，本实施例中下芯轴15设置在旋转开关套14和流通短节13内，芯轴15上设有对应通孔流通油液，当旋转开关套14旋转至适合位置时油路打开或关闭，实现阀体功能。

本发明的工作流程如下，井下电控流量阀的油管变扣1和下接头16分别与油管连接，形成供油回路，上接头2上设置的上电缆接头20连接单芯电缆至地面控制系统。单芯电缆由上接头2的上电缆接头20引入到上外筒3和上芯轴4的腔体之间，通过接头分为三个电缆连接线路。第一条线路连接到控制电路板19，从控制电路板19再引出电缆连接至流量计、含水率检测仪和压力计，用于监测流量阀所处储层的生产参数；第二条线路穿过上隔套5、监测短节9、下隔套10连接至空心电机组件12上，用于给电机供电及传输信号；第三条线路穿过上隔套5、监测短节9、下隔套10、流通短节13、下接头16连接到下电缆接头21上端，下电缆接头21下端连接单芯电缆至下一层的电控流量阀上。

当开启/关闭井下电控流量阀时，地面控制系统通过单芯电缆给控制电路板19发出信号，电路板接收信号后控制空心电机组件12进行工作，制空心电机组件12包括空心型电机及减速器，空心型电机及减速器转动通过花键结构带动旋转开关套14转动，通过旋转开关套14上的流通孔142和流通短节13上的连通孔132之间不同的相对位置，实现电控流量阀的不同开度。

电控流量阀确定全开或者全关位置即零点位置的原理如下：

组装好电控流量阀后，电控流量阀可能处于任意开度。通过地面控制系统给控制电路板19发信号，使电控流量阀处于全开或者全关状态，设置此时为零点位置。空心电机组件12包含电机位置监测模块，控制系统设有零点计算模块。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。