CN104563961A - 一种用于井下液压控制的微型电动阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于井下液压控制的微型电动阀，它包括阀体和阀杆，所述阀杆的一端连接动力输入装置，在阀杆与阀孔内壁之间沿轴向间隔设置有多个密封件，将阀杆与阀体之间隔成多个环形空间，在阀体的一侧沿轴向方向间隔设置有至少两个径向孔，各个径向孔对应与一个环形空间相连通，在阀杆上沿轴向方向至少设置有一个环形凹形部，所述环形凹形部能使相邻的两环形空间相连通。本发明结构简单、体积小，耐压高，可用于井下超高压、狭小空间的工作环境；本发明在油气井分段措施施工时实现了开关滑套的方向控制，利用井下液体压力作为换向的动力，客服了井下高压、狭小空间的影响，可大大缩短分段措施作业时间。

Description

一种用于井下液压控制的微型电动阀

技术领域

本发明涉及一种电动阀，尤其涉及一种用于井下液压控制的微型电动阀。

背景技术

目前石油天然气水平井、直井分段酸化、压裂工艺分限流法压裂和分级压裂方式，主流是分级压裂方式，包括化学分段压裂、封隔器分段压裂、水力喷射分段压裂、连续油管分段压裂和组合式完井工艺技术。分级压裂方式中，应用最广的是封隔器分段压裂、泵送桥塞分段压裂、投球＋滑套封隔器分段、环空封隔器、双封单压分段压裂等方式。

其中，环空封隔器、泵送桥塞分段压裂分段数没有限制，但压裂作业不能连续，每段作业后需要重新射孔，作业完成后需要压井钻塞，作业周期长，费用高。

双封单压分段压裂需要拖动管柱，封隔器需要多次座封，施工周期长。投球＋滑套封隔器分段压裂采用不同级差的球和球座，不动管柱一次可以完成多段压裂，但由于不同层位的滑套球座按照一定的梯度设计，限于管柱尺寸，封隔器分段数受限。

目前单井多层/级压裂技术多是采用裸眼井中投球启动滑套来开启每一层，不同层位的球座按照一定的梯度从上至下顺序减小，因此内通径要逐级降低，不能实现全通径，多级分段压裂、酸化级数受到限制。而且该类滑套打开后，没有关闭的功能。另一种方法是在套管井中采用选择性射孔、压裂，结合桥塞封隔每一层。这两种方法都涉及多步井下操作，包括射孔、切换滑套、坐桥塞，以及随后的连续油管磨铣等作业，使作业时间延长，成本提高。

如要实现管柱内径全通径，酸化级数不受限制，需要设计出一种能自动开关的滑套以及能实现控制滑套开关的一种电动阀。

目前，国外所做的高温高压阀，比较知名的有如世伟洛克（swagelok）83 系列和H83 系列的高温高压阀以及 HOKE 76系列（如图5所示），而此类阀外形尺寸都往往较大，而且多为方形外形，需要占用较大的安装空间，与石油等化工工业中井下常用的圆形管道安装环境难以很好的兼容。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种结构简单、操作方便、体积小、耐高温高压的用于井下液压控制的微型电动阀。

本发明所采用的技术方案为：一种用于井下液压控制的微型电动阀，它包括圆柱形阀体，在阀体上设置有阀孔，在阀孔内设置有可沿阀体滑动的阀杆，所述阀杆的一端连接动力输入装置，其特征在于：在阀杆与阀孔内壁之间沿轴向间隔设置有多个密封件，将阀杆与阀体之间隔成多个环形空间，在阀体的一侧沿轴向方向间隔设置有至少两个径向孔，各个径向孔对应与一个环形空间相连通，在阀杆上沿轴向方向至少设置有一个环形凹形部，所述环形凹形部能使相邻的两环形空间相连通。

按上述技术方案，在阀体的轴向方向依次设置有四个径向孔，分别为第一方向孔、液压孔、第二方向孔、泄流孔，在阀杆上设置有两个环形凹形部，在阀体内设置有沟通孔，所述沟通孔的一端与相邻于第一方向孔的环形空间相连通，另一端与泄流孔相连通。

按上述技术方案，所述密封件包括密封圈和设置在密封圈两侧的垫环。

按上述技术方案，在阀体上设置有多个管线对应与各个径向孔密封连接。

按上述技术方案，在每个管线的下端设置有环形凹槽，在阀体上偏离阀体的轴线横向贯穿设置有至少一个横向安装位，在横向安装位内对应管线的环形凹槽的两侧对称设置有插板，两对向设置的插板将管线卡接在阀体上，各插板固定设置在阀体上。

按上述技术方案，所述动力输入装置包括电机、与电机输出轴固定连接的丝杠、与丝杠螺纹连接的螺母，所述螺母与阀杆的一端固定相连。

按上述技术方案，所述电动阀的阀体外径为15-25mm，长40-70mm，管线的外径为2-4mm，所述阀杆上的环形凹形部长0.2-0.4mm。

按上述技术方案，所述微型电动阀用于井下开关滑套的方向控制。

所述微型电动阀用于井下开关滑套的方向控制。

按上述技术方案，所述开关滑套包括上变扣接头、液压活塞、第一管汇接头、第二管汇接头、动力活塞、滑套外筒、滑套芯子、下变扣接头和电路控制模块，上变扣接头套装在第一管汇接头的上端形成液压活塞腔和泄流腔，在液压活塞腔内设置有液压活塞，液压活塞的下端形成液压腔，第一管汇接头的下端与第二管汇接头的上端相套接且使两者之间形成密闭的电器控制室，所述微型电动阀及电路控制模块设置在电器控制室内，第二管汇接头的下端插装在动力活塞的上端和滑套外筒的上端之间，所述动力活塞的下端与滑套芯子相连，所述动力活塞的外周设置有凸缘与第二管汇接头密封配置，所述滑套外筒的下端与下变扣接头连接，在第一管汇接头和第二管汇接头之间设置有第一进油管、第二进油管、第一回油管和第二回油管，第一进油管的两端分别连接液压腔与动力活塞凸缘的上腔；第二进油管的两端分别连接液压腔与动力活塞凸缘的下腔，第一回油管的两端分别连接泄流腔与动力活塞凸缘的上腔，第二回油管的两端分别连接泄流腔与动力活塞凸缘的下腔，所述第一进油管、第二进油管、第一回油管和第二回油管对应与微型电动阀的四根管线相连，电路控制模块用于控制微型电动阀的开闭。

按上述技术方案，上变扣接头的内壁和第一管汇接头的上端留有间隙形成压力液通道。

本发明所取得的有益效果为：本发明结构简单、体积小，耐压高，可用于井下超高压、狭小空间的工作环境；本发明采用程控式控制电机对微型电动阀进行操控，在油气井分段措施施工时实现了开关滑套的方向控制，利用井下液体压力作为换向的动力，客服了井下高压、狭小空间的影响，可大大缩短分段措施作业时间；通过采用本发明的开关滑套后，不需要通过投球压裂，通过本发明可实现管柱内径全通径，滑套使用数量不受限制，解决了压裂级数受限的难题，简化系统的安装工艺，提高系统的工作效率，且操作简单，只需给出相应控制信号，控制微型电动阀的正反转，即可实现油口的换向，完成系统压裂口的打开和关闭功能。

附图说明

图1为本发明的主剖视图。

图2为本发明的侧剖视图。

图3为本发明的一种状态示意图。

图4为本发明的另一种状态示意图。

图5为本发明中涉及到的一种开关滑套的结构图。

图6、7为液压活塞、动力活塞动作的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1-2所示，本实施例提供的一种用于井下液压控制的微型电动阀，它包括圆柱形阀体5，在阀体5上设置有阀孔，在阀孔内设置有可沿阀体滑动的阀杆11，阀杆11的两端设置有压帽14，所述阀杆11的一端头伸出阀体后连接动力输入装置，在阀杆11与阀孔内壁之间沿轴向间隔设置有多个密封件，将阀杆与阀体之间隔成多个环形空间17，其中，所述密封件包括密封圈12和设置在密封圈12两侧的垫环13，在阀体5的一侧沿轴向方向间隔设置有至少两个径向孔，各个径向孔对应与一个环形空间17相连通，在阀杆11上沿轴向方向至少设置有一个环形凹形部15，所述环形凹形部15能使相邻的两环形空间相连通。

本实施例以二位四通换向阀为例进行说明，在阀体5的轴向方向依次设置有四个径向孔，在阀体5上设置有4个管线对应与各个径向孔密封连接，分别为第一方向管线6、液压管线7、第二方向管线8、泄流管线9，在阀杆11上设置有两个环形凹形部15，在阀体5内设置有沟通孔16，所述沟通孔16的一端与相邻于第一方向孔6的环形空间（即图3中位于第一方向孔6左侧的相邻环形空间）相连通，另一端与泄流孔9相连通。

本发明中，为了更好的固定各个管线，如图2所示，在每个管线的下端设置有环形凹槽17，在阀体5上偏离阀体的轴线横向贯穿设置有至少一个横向安装位（图中为两个横向安装位），在横向安装位内对应管线的环形凹槽17的两侧对称设置有插板10，两对向设置的插板10将管线卡接在阀体5上，各插板10固定设置在阀体5上。

本发明中，所述动力输入装置包括电机1、与电机1输出轴固定连接的丝杠3、与丝杠螺纹连接的螺母4，所述螺母4与阀杆11的一端固定相连，在电机与阀体5之间螺纹连接有套筒2。

本发明中，所述电动阀的阀体外径为15-25mm，长40-70mm，管线的外径为2-4mm，所述阀杆上的环形凹形部长0.2-0.4mm。

本发明的过程为：当给电机1通电，电机1顺时针旋转时，同时带动丝杠3顺时针旋转，螺母4向右运动，推动阀杆11向右运行，阀杆11运行到设计的位置后，丝杠3空转，阀杆11不再向前运行，此时液压管线与第一方向管线联通，同时泄流管线与第二方向管线联通，液体在阀内流动方向如图3所示。

当电机1逆时针旋转时，同时带动丝杠3逆时针旋转，螺母4向左运动，带动阀杆11向左运行，阀杆11运行到设计的位置后，丝杠3空转，阀杆11不再向前运行，此时液压管线与第二方向管线联通，同时泄流管线通过沟通孔与第一方向管线联通，液体在阀内流动方向如图4所示。

通过电机带动阀杆往复运行完成阀的换向，本发明可用于井下分段压裂控制的开关滑套的开关的控制，其中，开关滑套的结构如图5所示，其包括上变扣接头18、液压活塞19、第一管汇接头21、第二管汇接头26、动力活塞27、滑套外筒29、滑套芯子28、下变扣接头30和电路控制模块，上变扣接头18套装在第一管汇接头21的上端，液压活塞19套装在第一管汇接头21的上端，其下端与上变扣接头18的内壁和第一管汇接头21的外壁形成液压腔20，在上变扣接头18的内壁和第一管汇接头21的外壁之间设置泄流腔22，第一管汇接头21的下端与第二管汇接头26的上端相套接且使第一管汇接头下端内壁和第二管汇接头上端内壁形成电器控制室25，其中，本发明的微型电动阀24设置在电器控制室25内，第二管汇接头26的下端插装在动力活塞27和滑套外筒29之间，所述动力活塞27的下端与滑套芯子28固定连接，所述动力活塞27的外周设置有凸缘与第二管汇接头26密封配置，在第一管汇接头21和第二管汇接头26之间设置有第一进油管23、第二进油管31、第一回油管33和第二回油管32。凸缘的上端的环形空间形成动力活塞27凸缘的上腔，凸缘的下端环形空间形成动力活塞27凸缘的下腔。第一进油管23的两端分别连接液压腔20与动力活塞27凸缘的上腔；第二进油管31的两端分别连接液压腔20与动力活塞凸缘27的下腔，第一回油管33的两端分别连接泄流腔22与动力活塞27凸缘的上腔，第二回油管32的两端分别连接泄流腔22与动力活塞27凸缘的下腔。其中，第一进油管23、第二进油管31、第一回油管33和第二回油管32上分别对应与微型电动阀24的四根管线相连。其中，在滑套芯子28上设有进液孔，在滑套外筒29上设置有压裂通道。

本发明中，上变扣接头18的内壁和第一管汇接头21的上端留有间隙形成压力液通道，液压装置通过压力液通道传递压力。

本发明中，所述动力活塞27的上、下两端分别与第二管汇接头26和滑筒外套29密封配合。

电路控制模块包括电机驱动单元、控制及指令信号检测单元、数据采集及存储单元、低功耗单元。数据采集及存储单元与控制及指令信号检测单元电连接，控制及指令信号检测单元与电机驱动单元电连接，电机驱动单元对应与微型电动阀7电连接。数据采集及存储单元用于采集及存储地面传送的指令信号，控制及指令信号检测单元对数据采集及存储单元传送的指令信号进行读取，从而控制电机驱动单元按照预先设定的程序操作，控制相应的微型电动阀24开关。

将开关滑套与油管连接，可根据需要一趟管柱下入多个装置至预定层段。当进行酸化压裂施工时，需要打开或关闭某一层段的电动开关滑套时，由地面给出该层段特定的指令信号，当指令信号传至该层段的电动开关滑套时，由数据采集及存储单元采集及存储地面传送的指令信号，控制及指令信号检测电路将对该指令信号进行读取，从而控制电机驱动单元按照预先设定的程序操作，控制相应的微型电动阀24开关，完成微型电动阀24的相应动作。

图6、7为液压活塞、动力活塞动作（即液压执行机构）原理示意图，由图可知，井下控制电路接收到指令信号驱动微型电动阀启动，控制液压执行机构运动方向来实现滑套开关的打开和关闭，微型电动阀控制一组液压油路打开，同时另一组液压油路关闭。液压腔中液压活塞19在井下液压的作用下向右移动，将液压油压于动力活塞27腔体的一端，动力活塞27腔体的另一端的液压油被压于泄流腔22中，这样实现动力活塞的往复动作。液压执行机构的动作是由井下压力通过液压传动装置来输出，同时液压传动装置为液压执行机构提供液压旋环驱动油。

Claims (10)

1.一种用于井下液压控制的微型电动阀，它包括圆柱形阀体，在阀体上设置有阀孔，在阀孔内设置有可沿阀体滑动的阀杆，所述阀杆的一端连接动力输入装置，其特征在于：在阀杆与阀孔内壁之间沿轴向间隔设置有多个密封件，将阀杆与阀体之间隔成多个环形空间，在阀体的一侧沿轴向方向间隔设置有至少两个径向孔，各个径向孔对应与一个环形空间相连通，在阀杆上沿轴向方向至少设置有一个环形凹形部，所述环形凹形部能使相邻的两环形空间相连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于井下液压控制的微型电动阀，其特征在于在阀体的轴向方向依次设置有四个径向孔，分别为第一方向孔、液压孔、第二方向孔、泄流孔，在阀杆上设置有两个环形凹形部，在阀体内设置有沟通孔，所述沟通孔的一端与相邻于第一方向孔的环形空间相连通，另一端与泄流孔相连通。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于井下液压控制的微型电动阀，其特征在于所述密封件包括密封圈和设置在密封圈两侧的垫环。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于井下液压控制的微型电动阀，其特征在于在阀体上设置有多个管线对应与各个径向孔密封连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于井下液压控制的微型电动阀，其特征在于，在每个管线的下端设置有环形凹槽，在阀体上偏离阀体的轴线横向贯穿设置有至少一个横向安装位，在横向安装位内对应管线的环形凹槽的两侧对称设置有插板，两对向设置的插板将管线卡接在阀体上，各插板固定设置在阀体上。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于井下液压控制的微型电动阀，其特征在于，所述动力输入装置包括电机、与电机输出轴固定连接的丝杠、与丝杠螺纹连接的螺母，所述螺母与阀杆的一端固定相连。

7.根据权利要求1或2所述的一种用于井下液压控制的微型电动阀，其特征在于，所述电动阀的阀体外径为15-25mm，长40-70mm，管线的外径为2-4mm，所述阀杆上的环形凹形部长0.2-0.4mm。

8.根据权利要求1或2所述的一种用于井下液压控制的微型电动阀，其特征在于，所述微型电动阀用于井下开关滑套的方向控制。

9.根据权利要求8所述的一种用于井下液压控制的微型电动阀，其特征在于，所述开关滑套包括上变扣接头、液压活塞、第一管汇接头、第二管汇接头、动力活塞、滑套外筒、滑套芯子、下变扣接头和电路控制模块，上变扣接头套装在第一管汇接头的上端形成液压活塞腔和泄流腔，在液压活塞腔内设置有液压活塞，液压活塞的下端形成液压腔，第一管汇接头的下端与第二管汇接头的上端相套接且使两者之间形成密闭的电器控制室，所述微型电动阀及电路控制模块设置在电器控制室内，第二管汇接头的下端插装在动力活塞的上端和滑套外筒的上端之间，所述动力活塞的下端与滑套芯子相连，所述动力活塞的外周设置有凸缘与第二管汇接头密封配置，所述滑套外筒的下端与下变扣接头连接，在第一管汇接头和第二管汇接头之间设置有第一进油管、第二进油管、第一回油管和第二回油管，第一进油管的两端分别连接液压腔与动力活塞凸缘的上腔；第二进油管的两端分别连接液压腔与动力活塞凸缘的下腔，第一回油管的两端分别连接泄流腔与动力活塞凸缘的上腔，第二回油管的两端分别连接泄流腔与动力活塞凸缘的下腔，所述第一进油管、第二进油管、第一回油管和第二回油管对应与微型电动阀的四根管线相连，电路控制模块用于控制微型电动阀的开闭。

10.根据权利要求9所述的一种用于井下液压控制的微型电动阀，其特征在于，上变扣接头的内壁和第一管汇接头的上端留有间隙形成压力液通道。