一种基于井控控制的电动节流控制箱

技术领域

本发明石油开采技术领域，具体为一种基于井控控制的电动节流控制箱。

背景技术

在石油开采过程中，节流管汇和压井管汇是石油开采的重要辅助设备。节流管汇在井涌关井后，利用节流阀启闭程度的不同，控制一定的套管压力，维持稳定的井底压力，避免地层流体进一步流入井中，当不能通过钻具进行正常循环时，可通过压井管汇向井中泵入钻井液，以便恢复和重建井底压力平衡。

现有的节流管汇和压井管汇均通过节流阀和若干平板阀来控制，选择节流管汇或压井管汇的开启关闭。节流控制箱安装在节流管汇上，在节流管汇工作的时候，通过电控的方式调节井底压力，同时还可以监测展示套管压力，便于操作人员使用。其不足在于，现有的节流控制箱仅能用于节流工作流程，无法实现节流、压井的切换。

CN2929166Y公开了名为“一种节流压井装置”的实用新型专利，它由压井管汇和节流管汇构成，压井管汇和节流管汇之间通过阀门连通，通过阀门的开关来选择节流或压井工作。其不足在于：1、该实用新型虽然将节流管汇和压井管汇集合在了一起，但无法实现集中控制切换；2、出现压力失控时，节流管汇和压井管汇都包括有大量的阀门需要调节，人工操作时，无法同时控制；3、节流工作时，也仅能通过节流控制箱调节井底压力，无法通过节流阀和平板阀快速调节井底压力。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于井控控制的电动节流控制箱。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有箱体，箱体内安装有用于控制节流管汇的储能器、压力表、溢流阀和速度调节阀，所述箱体内还安装有外控芯片、无线通信模块和阀门外控单元，所述外控芯片和无线通信模块均安装在箱体内，外控芯片通过无线通信模块与远端连接，外控芯片与阀门外控单元电连接；

所述阀门外控单元包括有可安装在节流管汇和/或压井管汇上节流阀转动阀柄上的第一转动把手、可安装在节流管汇和/或压井管汇上平板阀转动阀柄上的第二转动把手和设置有若干动力输出端的动力单元，动力单元包括有用于控制第一转动把手和第二转动把手转动的物理开关和与外控芯片电连接的指令接收端，动力单元固定在地面，第一转动把手和第二转动把手分别通过一个伸缩传动单元与动力单元传动连接，且均安装在动力单元上。

进一步，所述伸缩传动单元包括有第一立管、第一安装箱、第一伸缩管、第二伸缩管、第一传动轴、第二传动轴和第三传动轴；

所述第一立管内可转动的安装有第一传动轴，第一传动轴的底端伸出第一立管的底端固接有第一转动把手或第二转动把手，第一传动轴的顶端穿过第一立管的顶端伸入第一安装箱内固接有第一锥齿轮，与第一安装箱通过轴承连接，第一安装箱的底端面与第一立管的顶端面固接；第一安装箱的侧壁固接有第一伸缩管的一端，第一伸缩管的另一端可伸缩的安装在第二伸缩管内，第二传动轴的一端伸入第一安装箱侧壁固接有第二锥齿轮，第二传动轴通过轴承安装在第一安装箱的侧壁，第二传动轴的另一端可伸缩的安装在第三传动轴内，第二传动轴位于第一伸缩管内，第三传动轴位于第二伸缩管内，第三传动轴与第二伸缩管通过轴承连接；第三传动轴远离第一安装箱的一端固接有第一传动杆；

第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合；第二传动轴的外壁沿长度方向设置有若干导向凸台，第三传动轴的内壁设置有若干与导向凸台配合滑动的导向凹槽；

第一伸缩管的侧壁设置有若干贯穿第一伸缩管内外的第一槽口，第二伸缩管的侧壁设置有一个贯穿第二伸缩管内外的第二槽口，第一槽口与第二槽口滑动对应；第二传动轴上设置有若干与第一槽口位置相对应的第一通孔，第三传动轴上设置有一个与第二槽口相对应的第二通孔，第一通孔与第二通孔可通过插销固接，插销位于第一伸缩管内。

进一步，所述固接有第一转动把手的伸缩传动单元通过减速模块与动力单元的其中一个动力输出端传动连接；所述减速模块包括有第二安装箱、第一输入轴和第一输出轴，第一输入轴和第一输出轴分别可转动安装在第二安装箱相对的两个侧壁上，第一输入轴伸入第二安装箱的一端固接有第一齿轮，第一输出轴伸入第二安装箱的一端固接有第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮的齿比小于，第一齿轮和第二齿轮的中心线均与第三传动轴的中轴线重合；第一齿轮与第三齿轮啮合，第二齿轮与第四齿轮啮合，第三齿轮和第四齿轮均固接在第四传动轴上，第四传动轴可转动的安装在第二安装箱内；第一输出轴与第一传动杆远离第一转动把手的一端同轴固接，第一输入轴可与动力单元的其中一个动力输出端传动连接；

所述固接有第二转动把手的伸缩传动单元通过差速器与动力单元的动力输出端传动连接；差速器的输出端与第一传动杆远离第二转动把手的一端同轴固接，差速器的输入端与动力单元的其中一个动力输出端传动连接。

进一步，所述第一转动把手为一个，第二转动把手为两个。

进一步，所述动力单元包括有第一升降杆、第二升降杆和横截面为环形的第三安装箱；

四根中空第一升降杆的底端面固接在地面，顶端面分别可伸缩的安装有一根第二升降杆，第二升降杆的顶端面固接在第三安装箱底端面；

第三安装箱内可转动的安装有锥齿盘，锥齿盘与若干第三锥齿轮啮合，第三锥齿轮分别通过第二传动杆可转动的安装在第三安装箱侧壁，第二传动杆为动力单元的动力输出端；

正反电机安装在第二升降杆侧壁上，正反电机的动力输出端可转动的伸入第三安装箱，且与锥齿盘固接。

进一步，所述第二传动杆上还套设有复位弹簧，复位弹簧的一端与第三锥齿轮保持接触，复位弹簧的另一端与第三安装箱内壁保持接触；第二传动杆上设置有两个可插入插销的限位孔。

进一步，所述第二升降杆侧壁还固接有环状导轨，环状导轨套设在第二升降杆外，且中轴线与锥齿盘的中轴线重合；所述环状导轨上滑动的安装有若干滑块，每块滑块均与一根第一支撑杆的一端铰接，第一支撑杆的另一端分别与一根第二伸缩管侧壁，第二伸缩管的侧壁还分别铰接有一根伸缩支撑杆，伸缩支撑杆的另一端分别与一根第一立管侧壁铰接。

进一步，所述第一转动把手和第二转动把手均为机械抓手。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

1、本发明可通过三种方式控制节流管汇和压井管汇调节井底压力，第一种方式为在节流工作时，通过传统节流控制箱控制井底压力，第二种方式为远端通过无线通信模块和外控芯片控制动力模块工作，带动第一转动把手和第二转动把手开关节流阀和平板阀，第三种方式为直接启动动力模块工作，带动第一转动把手和第二转动把手开关节流阀和平板阀；三种方式可独立控制，在任何情况都能控制节流管汇和压井管汇工作，保持管汇和油井液压，采油过程更加安全；

2、本发明可同时控制节流管汇或压井管汇上的所有阀门，在电控失效的情况下快速实现快速节流或压井转换；

3、本发明可适用于所有节流管汇和压井管汇，不需要更换阀门；

4、伸缩传动单元即可以保证第一转动把手、第二转动把手与动力单元之间的动力传递，也可以根据动力单元与节流阀或平板阀之间的距离，调节第一转动把手或第二转动把手的水平长短；

5、本发明通过同一动力单元分别带动第一转动把手和第二转动把手转动，通过减速模块和差速器的设计，即可以精确控制节流阀的开启程度，又可以快速控制平板阀的启或关闭；

6、动力单元的锥齿盘啮合有若干可以作为动力输出端的第三锥齿轮，伸缩传动单元可以根据节流阀、平板阀和动力单元的位置，选择不同角度的动力输出端进行连接，便于第一转动把手和第二转动把手连接节流阀和平板阀；2、动力单元可通过第一升降杆和第二升降杆调节第一转动把手和第二转动把手的高度，适用于不同高度的节流阀和平板阀；

7、本发明独特的支撑结构可以根据伸缩传动单元的位置进行调节，安装调节方便。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为伸缩传动单元的立体结构示意图；

图3为伸缩传动单元的俯视图；

图4为图3的A-A剖视图；

图5为第二传动轴和第三传动轴的立体结构示意图；

图6为减速模块的安装示意图；

图7为动力单元俯视图；

图8为图7的B-B剖视图；

图中：1.箱体；2.第一转动把手；3.第二转动把手；4.第一立管；5.第一安装箱；6.第一伸缩管；7.第二伸缩管；8.第一传动轴；9.第二传动轴；10.第三传动轴；11.第一锥齿轮；12.第二锥齿轮；13.第一传动杆；14.导向凸台；15.导向凹槽；16.第一槽口；17.第二槽口；18.第一通孔；19.第二通孔；20.第二安装箱；21.第一输入轴；22.第一输出轴；23.第一齿轮；24.第二齿轮；25.第三齿轮；26.第四齿轮；27.第四传动轴；28.第一升降杆；29.第二升降杆；30.第三安装箱；31.锥齿盘；32.第三锥齿轮；33.第二传动杆；34.正反电机；35.复位弹簧；36.限位孔；37.环状导轨；38.滑块；39.第一支撑杆；40.伸缩支撑杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

一种基于井控控制的电动节流控制箱，如图1所示，包括有箱体1，箱体内安装有储能器、压力表、溢流阀和速度调节阀，所述箱体1内还安装有外控芯片、无线通信模块和阀门外控单元，所述外控芯片和无线通信模块均安装在箱体1内，外控芯片通过无线通信模块与远端连接，外控芯片与阀门外控单元电连接；

所述阀门外控单元包括有可安装在节流管汇或压井管汇上节流阀转动阀柄上的第一转动把手2、可安装在节流管汇或压井管汇上平板阀转动阀柄上的第二转动把手3和设置有若干动力输出端的动力单元，动力单元包括有用于控制第一转动把手2和第二转动把手3转动的物理开关和与外控芯片电连接的指令接收端，动力单元固定在地面，第一转动把手2和第二转动把手3分别通过一个伸缩传动单元与动力单元传动连接，且均安装在动力单元上。

该实施例中，使用时，将第一转动把手或第二转动把手安装在待控制的节流管汇或压井管汇的节流阀和平板阀的手动阀柄上，可通过以下三种方式同时控制所有节流和平板阀开闭：方式一、在节流工作时，通过节流控制箱内的溢流阀和速度调节阀，调节井底压力；方式二、在传统方式失效或需要切换节流压井时，在远端通过有线或无线的方式控制动力单元工作，从而开启或关闭节流阀和平板阀；方式三、工作人员手动操控动力单元工作，从而开启或关闭节流阀和平板阀。本发明可以在极端状态下，快速稳定的切换节流管汇和压井管汇工作，保证井底压力，显著提高石油开采的安全性。

如图2至图5所示，所述伸缩传动单元包括有第一立管4、第一安装箱5、第一伸缩管6、第二伸缩管7、第一传动轴8、第二传动轴9和第三传动轴10；

所述第一立管4内可转动的安装有第一传动轴8，第一传动轴8的底端伸出第一立管的底端固接有第一转动把手2或第二转动把手3，第一传动轴8的顶端穿过第一立管4的顶端伸入第一安装箱5内固接有第一锥齿轮11，与第一安装箱5通过轴承连接，第一安装箱5的底端面与第一立管4的顶端面固接；第一安装箱5的侧壁固接有第一伸缩管6的一端，第一伸缩管6的另一端可伸缩的安装在第二伸缩管内7，第二传动轴9的一端伸入第一安装箱5侧壁固接有第二锥齿轮12，第二传动轴9通过轴承安装在第一安装箱5的侧壁，第二传动轴9的另一端可伸缩的安装在第三传动轴10内，第二传动轴9位于第一伸缩管6内，第三传动轴10位于第二伸缩管7内，第三传动轴10与第二伸缩管7通过轴承连接；第三传动轴10远离第一安装箱5的一端固接有第一传动杆13；

第一锥齿轮11与第二锥齿轮12啮合；第二传动轴9的外壁沿长度方向设置有若干导向凸台14，第三传动轴10的内壁设置有若干与导向凸台14配合滑动的导向凹槽15；

第一伸缩管6的侧壁设置有若干贯穿第一伸缩管6内外的第一槽口16，第二伸缩管7的侧壁设置有一个贯穿第二伸缩管7内外的第二槽口17，第一槽口16与第二槽口17滑动对应；第二传动轴9上设置有若干与第一槽口16位置相对应的第一通孔18，第三传动轴10上设置有一个与第二槽口17相对应的第二通孔19，第一通孔18与第二通孔19可通过插销固接，插销位于第一伸缩管6内。

该实施例中，安装第一转动把手2或第二转动把手3时，确定所有节流阀和平板阀的位置，选取中心位置附近安装动力单元；调节第一伸缩管6和第二传动轴9伸出的长度，将第一转动把手2和第二转动把手3分别安装在节流阀和平板阀的阀柄位置。工作时，动力单元带动第三传动轴10在第二伸缩管7内转动，第三传动轴10通过插销带动第二传动轴9在第一伸缩管内6转动，第二传动轴9通过第二锥齿轮12和第一锥齿轮11带动第一传动轴8在第一立管4内转动，第一传动轴8带动第一转动把手2或第二转动把手3正向或反向转动，从而实现节流管汇或压井管汇上所有节流阀、平板阀的同时快速开闭。第一立管4、第一安装箱5、第一伸缩管6和第二伸缩管7用于支撑安装第一传动轴8、第二传动轴9和第三传动轴10。第一槽口16、第二槽口17、第一通孔18、第二通孔19的设置便于第二传动轴9和第三传动轴10的长度调节和固定。

如图6所示，所述固接有第一转动把手2的伸缩传动单元通过减速模块与动力单元的其中一个动力输出端传动连接；所述减速模块包括有第二安装箱20、第一输入轴21和第一输出轴22，第一输入轴21和第一输出轴22分别可转动安装在第二安装箱20相对的两个侧壁上，第一输入轴21伸入第二安装箱20的一端固接有第一齿轮23，第一输出轴22伸入第二安装箱20的一端固接有第二齿轮24，第一齿轮23和第二齿轮24的齿比小于1，第一齿轮23和第二齿轮24的中心线均与第三传动轴10的中轴线重合；第一齿轮23与第三齿轮25啮合，第二齿轮24与第四齿轮26啮合，第三齿轮25和第四齿轮26均固接在第四传动轴27上，第四传动轴27可转动的安装在第二安装箱20内；第一输出轴22与第一传动杆13远离第一转动把手1的一端同轴固接，第一输入轴21可与动力单元的其中一个动力输出端传动连接；

所述固接有第二转动把手3的伸缩传动单元通过差速器与动力单元的动力输出端传动连接；差速器的输出端与第一传动杆13远离第二转动把手3的一端同轴固接，差速器的输入端与动力单元的其中一个动力输出端传动连接。

该实施例中，控制节流阀的伸缩传动单元通过减速模块与动力单元连接，控制平板阀的伸缩传动单元通过差速器与动力单元连接。动力单元工作时，可降低节流阀的开闭速度，便于控制节流阀的开闭程度，精确控制井底压力；平板阀在快速开闭后，差速器可以保证动力单元的正常运转，继续控制节流阀。动力单元带动第一输入轴21上的第一齿轮23转动，第一齿轮23带动第三齿轮25转动，第三齿轮25通过第四传动轴27带动第四齿轮26同轴转动，第四齿轮26带动第二齿轮2转动，第二齿轮2带动伸缩传动单元转动。第一齿轮23与第三齿轮25的齿比可调。

所述第一转动把手2为一个，第二转动把手3为两个。

该实施例中，根据节流管汇和压井管汇上节流阀和平板阀的数据，第一转动把手2和第二转动把手3的数量可变。也可以在节流管汇和压井管汇上分别安装一套动力单元和伸缩传动单元，实现节流管汇和压井管汇的同时控制。

如图1、图7和图8所示，所述动力单元包括有第一升降杆28、第二升降杆29和横截面为环形的第三安装箱30；

四根中空第一升降杆28的底端面固接在地面，顶端面分别可伸缩的安装有一根第二升降杆29，第二升降杆29的顶端面固接在第三安装箱底端面30；

第三安装箱30内可转动的安装有锥齿盘31，锥齿盘31与若干第三锥齿轮32啮合，第三锥齿轮32分别通过第二传动杆33可转动的安装在第三安装箱30侧壁，第二传动杆33为动力单元的动力输出端；

正反电机34安装在第二升降杆29侧壁上，正反电机34的动力输出端可转动的伸入第三安装箱30，且与锥齿盘31固接。

该实施例中，动力单元为若干伸缩传动单元提供工作动力和支撑力，同时也为伸缩传动单元提供不同角度的传动角度，便于伸缩传动单元安装。安装时，根据节流阀和平板阀的位置确定第一转动把手2和第二转动把手3的位置，再根据第一转动把手2和第二转动把手3的距离，调节伸缩传动单元的长度，最后根据伸缩传动单元与动力单元传动端的位置，选择与动力单元对应角度的动力输出端传动连接。工作时，根据节流阀和平板阀的高度，调节第一升降杆28和第二升降杆29的高度，开启正反电机34正转或反转，正反电机34带动锥齿盘31转动，锥齿盘31带动第三锥齿轮32转动，第三锥齿轮32通过减速模块或差速器带动伸缩传动单元转动。

如图1和图7所示，所述第二传动杆33上还套设有复位弹簧35，复位弹簧35的一端与第三锥齿轮32保持接触，复位弹簧35的另一端与第三安装箱30内壁保持接触；第二传动杆33上设置有两个可插入插销的限位孔36。

该实施例中，复位弹簧为第三锥齿轮32和锥齿盘31提供啮合压力，不需要转动的第二传动杆33可在限位孔36和插销的配合下脱离与锥齿盘31啮合，工作更安全。

如图1和图8所示，所述第二升降杆29侧壁还固接有环状导轨37，环状导轨37套设在第二升降杆外29，且中轴线与锥齿盘31的中轴线重合；所述环状导轨37上滑动的安装有若干滑块38，每块滑块38均与一根第一支撑杆39的一端铰接，第一支撑杆39的另一端分别与一根第二伸缩管7侧壁，第二伸缩管7的侧壁还分别铰接有一根伸缩支撑杆40，伸缩支撑杆40的另一端分别与一根第一立管4侧壁铰接。

该实施例中，由于伸缩传动单元的角度可变高度可调，因此设计动力单元与伸缩传动单元之间的支撑结构角度和高度可调，环状导轨37安装在第二伸缩管7上，可与第二伸缩管7一起升降，滑块38可沿环状导轨37转动，为不同角度的伸缩传动单元提供支撑。

所述第一转动把手2和第二转动把手3均为机械抓手。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。