一种注水井在线智能调控水嘴装置的制作方法

本发明涉及油田注水井分层注水开发技术，具体地说是一种注水井在线智能调控水嘴装置。

背景技术：

在油田开发过程中，分层注水是解决层间矛盾、保持地层能量、维持油田长期稳产高产的重要手段，其中分层测试和调配是实现注水层精细注水的关键。传统的配水器测调主要是通过钢丝等工具对井下配水器芯子进行投捞更换水嘴实现，这种传统的配水器芯子及水嘴应用广泛，但其存在缺点：①测调实时性差，不能及时的根据井下状况对水嘴进行调节；②配水精度低，不能实现井下精细注水；③投捞工作量大，且在大斜度井或水平井施工时，投捞成功率较低。为达到精细注水的目的，近年来出现了测调一体化配水器，通过带有机械手的一体化测调仪器调整其中的可动芯子，实现了水嘴的连续调节，达到了边测边调的效果，提高了测调效率和精度，但其也有缺点：①每次测调后即取出仪器，井下配水器水嘴处于固定状态，若地层压力或注水压力出现波动时，配水器无法实现自动调整，造成注水不准确；②只能实现短时间的流量实时监测，无法实现长期监测；③对水嘴调节时，也面临大斜度井和水平井不易对接等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种注水井在线智能调控水嘴装置，通过电机驱动在线调节水嘴大小直接改变分层注水量，不需要投捞水嘴，不需要下入测调仪器进行对接调整，摆脱了原有投捞水嘴调配方式受井斜影响弊端，能满足大斜度井、水平井等复杂井况分注要求。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种注水井在线智能调控水嘴装置，包括自下而上依次连接的驱动机构、传动机构、平衡阀机构；所述驱动机构的梯形丝杠通过螺钉与传动机构的连杆连接，所述传动机构的连杆再套装于平衡阀机构内。

所述驱动机构主要包括：磁钢、隔套、联轴器、电机座、减震垫圈、压紧环、推力轴承、霍尔元件、电机减速机。所述霍尔元件通过开槽平端紧定螺钉固定于梯形丝杠上，磁钢放置于隔套内，电机减速机通过内六角圆柱头螺钉固定于电机座上，且电机减速机与电机座之间安装有减震垫圈，压紧环与电机座螺纹连接，推力轴承放置于梯形丝杠内，梯形丝杠通过联轴器与电机减速机连接，梯形丝杠顶端通过十字槽沉头螺钉与电机座连 接。所述梯形丝杠上还设置存储芯片，所述霍尔元件与存储芯片连接。

所述传动机构主要包括：连杆、行程座、行程开关、开关座、外管、梯形丝杠。所述连杆套装在外管与活塞内，连杆通过十字槽沉头螺钉与梯形丝杠连接，连杆上端装有O型密封圈，连杆与外管密封面处装有O型密封圈，所述行程座通过开槽平端紧定螺钉固定于外管上，行程开关通过扁平头半空心铆钉固定于开关座上，所述开关座通过铆接方式与外管连接。所述外管外端面处装有O型密封圈。所述外管上开设径向通孔。

所述平衡阀机构主要包括：密封缸体、活塞、平衡阀套、平衡阀芯、异型密封圈、异型密封垫圈。所述密封缸体与外管螺纹连接，密封缸体内放置有活塞，所述活塞外端面装有密封挡圈，活塞下端面压紧平衡阀芯的上端面，所述平衡阀芯套装在连杆上，所述平衡阀套通过开槽平端紧定螺钉固定于外管上，平衡阀芯与平衡阀套之间安装有异型密封圈及与其配套的异型密封垫圈。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明采用高压平衡技术，保证水嘴在高压差下能够正常工作，陶瓷活塞上部为密封腔体，不受压力作用；连杆与密封腔体间用密封圈实现密封；进水口采用防砂结构，注入水从流量计出来后由可调水嘴进水口进入到水嘴内部，水嘴内部连杆两端的承压面积完全相等，压力作用在上面不会对整体产生力的作用，达到平衡压设计的目的，保证水嘴陶瓷活塞的开启和关闭不受井下高压的影响。

本发明在传动机构内设计了行程开关，其作用是在水嘴完全打开或关闭后能切断电机减速机供电，保证了电机减速机长期工作的可靠性。

本发明设计有存储芯片，当水嘴调整到指定位置时，电机减速机停止转动，此时的水嘴开度值将存进存储芯片中，当下次需要调整水嘴开度时，先读取上一次保存的水嘴开度值，然后重新计算新的水嘴开度。

本发明设计有磁钢和霍尔传感器元件，进行监测水嘴驱动轴旋转角度，进而监测水嘴开度，实现精确注水。

本发明的平衡阀芯与平衡阀套采用氧化锆陶瓷高硬度材料，防止其被高压水刺坏，保证了其工作可靠性。

本发明采用推力轴承和梯形丝杠设计，共同降低机械传动过程中的摩擦损失，提高扭矩传递效率。

附图说明

图1为本发明的一种注水井在线智能调控水嘴装置的结构示意图；

图2为本发明的一种注水井在线智能调控水嘴装置的上段局部放大图；

图3为本发明的一种注水井在线智能调控水嘴装置的中段局部放大图；

图4为本发明的一种注水井在线智能调控水嘴装置的后段局部放大图。

图中，1-密封缸体；2-活塞；3-平衡阀套；4-平衡阀芯；5-异型密封圈；6-异型密封垫圈；7-连杆；8-行程架；9-磁钢；10-隔套；11-联轴器；12-电机座；13-减震垫圈；14-压紧环；15-密封挡圈；16-开关座；17-外管；18-梯形丝杠。

B1-O型密封圈Φ6×1.5；B2-O型密封圈Φ12×1.9；B3-O型密封圈Φ23×1.9；B4-O型密封圈Φ25×1.9；B5-开槽平端紧定螺钉M3×3；B6-十字槽沉头螺钉M3×5；B7-开槽平端紧定螺钉M3×4；B9-推力轴承；B10-内六角圆柱头螺钉M2.5×12；B11-霍尔元件；B12-电机减速器；B13-扁平头半空心铆钉3×9；B14-行程开关。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

根据图1所示，一种注水井在线智能调控水嘴装置，包括自下而上依次连接的驱动机构、传动机构、平衡阀机构。

驱动机构主要包括：磁钢9、隔套10、联轴器11、电机座12、减震垫圈13、压紧环14、推力轴承B9、霍尔元件B11、电机减速机B12。所述霍尔元件B11通过开槽平端紧定螺钉B5固定于梯形丝杠18上，磁钢9放置于隔套10内，电机减速机B12通过内六角圆柱头螺钉B10固定于电机座12上，且电机减速机与电机座之间安装有减震垫圈13，压紧环14与电机座12螺纹连接，推力轴承B9放置于梯形丝杠18内，梯形丝杠通过联轴器11与电机减速机连接，梯形丝杠顶端通过十字槽沉头螺钉B6与电机座12连接。所述梯形丝杠上还设置存储芯片，所述霍尔元件与存储芯片连接。

传动机构主要包括：连杆7、行程座8、行程开关B14、开关座16、外管17、梯形丝杠18。连杆7套装在外管17与活塞2内，连杆7通过十字槽沉头螺钉B6与梯形丝杠18连接。连杆7上端装有O型密封圈B1，连杆与外管密封面处装有O型密封圈B2，所述行程座8通过开槽平端紧定螺钉B7固定于外管17上，行程开关B14通过扁平头半空心铆钉B13固定于开关座16上，开关座16通过铆接方式与外管17连接。所述外管17外端面处分别装有O型密封圈B3、B4。所述外管上开设径向通孔。

平衡阀机构主要包括：密封缸体1、活塞2、平衡阀套3、平衡阀芯4、异型密封圈5、异型密封垫圈6。密封缸体1与外管17是螺纹连接，活塞2放置于密封缸体1内，并 且活塞下端面压紧平衡阀芯4的上端面，平衡阀套3通过开槽平端紧定螺钉B5固定于外管上，平衡阀芯4套装在连杆7上，平衡阀芯与平衡阀套之间安装有异型密封圈5及与其配套的异型密封垫圈6，活塞2外端面装有密封挡圈15。

注水井在线智能调控水嘴装置随井下测调配水器下入井之后，井下测调配水器内的控制芯片的电机控制单元接收地面的注水量数据后，与实际测得的流量数据比较，若差值超过允许误差限度，则控制电机减速机转动，同时通过磁钢与霍尔元件测量、计算电机减速机转动圈数。电机减速机转动带动梯形丝杠转动，梯形丝杠带动连杆转动，实现连杆顶端平衡阀芯与平衡阀套的相对脱离运动，达到调节水嘴开度的目的，完成流量调节以达到预期注水量，实现注水层调配注水。当连杆转动至行程开关处时，会触发行程开关，使电机减速机断电，保证水嘴在完全开启或关闭时电机减速机停止转动。

本发明将电机减速机调节机构内置其中，根据流量计监测以及数据处理模块分析结果发布控制指令，驱动电机减速机调大或调小水嘴开度以改变分层配注量；为提高水嘴抗刺性能，延长使用寿命，采用了氧化锆陶瓷高硬度材料；为直观监测水嘴开度，采用霍尔元件技术监测驱动轴旋转角度，进而监测水嘴开度。该装置和压力、温度、流量传感器集成为一体后，能够在地面实时对井下各个层位的流量数据、流量调配过程和流量变化进行直读和监测，不需要下入测调仪器，缩短了调配时间，降低了劳动强度；同时摆脱了原有投捞水嘴受井斜的影响，能满足大斜度井和水平井的要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。