一种用于控制滑套开关的系统的制作方法

本发明涉及石油天然气开采技术领域，特别是涉及一种用于控制滑套开关的系统。

背景技术：

随着社会的发展，常规能源的开采量已越来越不能满足社会对能源的需求，于是页岩油气等非常规能源的开采就显得越来越重要。页岩油气主要以水平井钻井和分段压裂完井的方式开采，而滑套作为一种可以沟通/隔离油气井和底层流体的井下工具已广泛应用于水平井分段压裂酸化改造工艺技术中。

目前，水平井分段压裂酸化改造广泛应用的是机械式投球滑套，即将每一级滑套对应尺寸的压裂球投入到井内，高压酸化压裂球将压裂球推至井内对应的滑套球座中进行封堵，并通过液压力开启滑套对此段产层进行压裂酸化。由于这种滑套结构复杂、通径小且压裂级数有限，并且当产层后期产水，需要关闭该层滑套时，此种滑套无法实现关闭封堵，可能导致油气井减产甚至报废。但是也有一种新式机械式投球滑套，如果在生产过程中某一层或者某几层出水，就可以将滑套开关工具用连续油管下到对应层关闭滑套，虽可以实现滑套的开关，但是分段级数有限，并且下连续油管作业时间较长，成本较高。

因此，如何提供一种操作简单，工作可靠的控制滑套开关的系统，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于控制滑套开关的系统，不仅操作简单，而且工作可靠。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种用于控制滑套开关的系统，包括：地面控制装置和井下控制装置，所述地面控制装置包括地面控制器和用于发送所述地面控制器的控制指令的井上电磁波模块，所述井下控制装置包括用于接收所述控制指令的井下电磁波模块、电源模块、控制滑套开关的执行机构和控制所述执行机构动作的泵站以及根据所述控制指令控制所述泵站工作的井下控制器，所述井下电磁波模块、所述电源模块、所述井下控制器和所述泵站以及所述执行机构依次连接于一个圆柱壳体内，所述执行机构包括外套筒和开关活塞，所述外套筒上设有喷射孔，当所述开关活塞动作，所述喷射孔和所述滑套的内孔完全连通时，所述滑套处于开启状态；所述喷射孔和所述滑套的内孔未连通时，所述滑套处于关闭状态。

优选地，所述井上电磁波模块包括井上电磁波信号处理单元和天线，所述井下电磁波模块包括线圈和井下电磁波信号处理单元，所述井上电磁波信号处理单元收到所述控制器发送的控制指令后进行处理并产生载波信号加载到所述天线上发送给所述线圈，所述线圈接收到所述载波信号后传送给所述井下电磁波信号处理单元进行处理并产生电信号传送给所述井下控制器，所述天线也可以接收所述井下电磁波模块反馈的载波信号，然后传送给所述井上电磁波信号处理单元进行处理转化为电信号传送给所述地面控制器。

优选地，所述圆柱壳体的上段包括上外壳体，所述上外壳体的上端连接有上接头，所述上外壳体内设有所述线圈，所述上外壳体的下端连接有第一连接头，所述第一连接头的底部连接有中外壳体，所述电源模块和所述井下电磁波信号处理单元以及所述井下控制器位于所述中外壳体内，所述中外壳体底部连接有下外壳体，所述下外壳体内设有所述泵站，所述下外壳体底部连接有第二连接头，所述第二连接头底部和所述执行机构连接。

优选地，所述下外壳体内设有下内壳体，所述下外壳体底部设有压力平衡装置，所述第一连接头、所述下外壳体和所述下内壳体以及所述压力平衡装置构成所述泵站的油箱。

优选地，所述开关活塞和所述外套筒之间设有上腔和下腔，所述上腔用于液压油进入并控制所述开关活塞向上移动，使得所述喷射孔和所述滑套的内孔完全连通，所述下腔用于液压油进入并控制所述开关活塞向下移动，使得所述开关活塞完全遮挡所述喷射孔，所述泵站包括完全浸没在所述油箱内的潜油电机、减速器、柱塞泵、内部设有油路的阀块以及一端和所述上腔连通的开启油路，所述开启油路上设有二位三通电磁阀A，所述二位三通电磁阀A分别和所述柱塞泵以及所述油箱连接，还包括一端和所述下腔连通的关闭油路，所述关闭油路上设有二位三通电磁阀B，所述二位三通电磁阀B分别和所述柱塞泵以及所述油箱连接，所述柱塞泵、所述二位三通电磁阀A和所述二位三通电磁阀B布置在所述阀块上，且通过所述阀块上的油路相连。

优选地，所述柱塞泵的出油口处设有溢流阀，所述溢流阀分别和所述二位三通电磁阀A以及所述二位三通电磁阀B连接，所述溢流阀位于所述阀块上。

优选地，所述压力平衡装置包括布置在所述阀块下方的平衡活塞和缸筒，所述平衡活塞位于所述缸筒内，所述缸筒的底部侧壁上设有导流孔，所述导流孔和所述滑套的内腔连通。

优选地，所述电源模块包括用于给所述井下电磁波模块供电的第一电池组和用于给所述井下控制器供电的第二电池组。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明所提供的一种用于控制滑套开关的系统，包括：地面控制装置和井下控制装置，地面控制装置包括地面控制器和用于发送地面控制器的控制指令的井上电磁波模块，井下控制装置包括用于接收控制指令的井下电磁波模块、电源模块、控制滑套开关的执行机构和控制执行机构动作的泵站以及根据控制指令控制泵站工作的井下控制器，井下电磁波模块、电源模块、井下控制器和泵站以及执行机构依次连接于一个圆柱壳体内，执行机构包括外套筒和开关活塞，外套筒上设有喷射孔，当开关活塞动作，喷射孔和滑套的内孔完全连通时，滑套处于开启状态；喷射孔和滑套的内孔未连通时，滑套处于关闭状态。

通过地面控制器发出控制指令，井上电磁波模块接收到控制指令后，发送给井下电磁波模块，井下电磁波模块再传送给井下控制器，井下控制器控制泵站工作，进而使得执行机构动作，当执行机构的开关活塞使得外套筒的喷射孔和滑套的内孔连通时，滑套处于开启状态；当喷射孔和滑套的内孔未连通时，滑套处于关闭状态。因此可以通过地面控制器远程控制井下的滑套的开关动作，无需其它辅助工具，不仅操作方便，而且工作可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的一种用于控制滑套开关的系统的控制原理示意图；

图2为本发明一种具体实施方式所提供的一种用于控制滑套开关的系统的结构示意图；

图3为本发明一种具体实施方式所提供的一种用于控制滑套开关的系统中位于井下的部件的结构示意图；

图4为图3中A-A方向的剖视结构示意图；

图5为图3中B-B方向的剖视结构示意图；

图6为图3中C-C方向的剖视结构示意图；

图7为本发明一种具体实施方式所提供的一种用于控制滑套开关的系统的泵站处于开启滑套状态时的控制原理示意图；

图8为本发明一种具体实施方式所提供的一种用于控制滑套开关的系统的泵站处于关闭滑套状态时的控制原理示意图。

附图标记如下：

1为上接头，2为线圈芯轴，3为线圈，4为上外壳体，5为第一连接头，6为井下电磁波信号处理单元，7为电池仓，8为第一电池组，9为第二电池组，10为井下控制器，11为潜油电机，12为减速器，13为柱塞泵，14为二位三通电磁阀A，15为二位三通电磁阀B，16为溢流阀，17为阀块，18为油箱，19为平衡活塞，20为缸筒，21为下内壳体，22为导流孔，23为旋转接头，24为下外壳体，25为第二连接头，26为开关活塞，27为外套筒，28为喷射孔，29为下接头，30为上腔，31为下腔，32为套管，33为封隔器，34为滑套，35为地面控制器，36为井上电磁波信号处理单元，37为天线。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，目前的可控开关滑套不仅操作不便，而且成本较高。

基于上述研究的基础上，本发明实施例提供了一种用于控制滑套开关的系统，通过地面控制器发出控制指令，井上电磁波模块接收到控制指令后，发送给井下电磁波模块，井下电磁波模块再传送给井下控制器，井下控制器控制泵站工作，进而使得执行机构动作，当执行机构的开关活塞使得外套筒的喷射孔和滑套的内孔连通时，滑套处于开启状态；当喷射孔和滑套的内孔未连通时，滑套处于关闭状态。因此可以通过地面控制器远程控制井下的滑套的开关动作，无需其它辅助工具，不仅操作方便，而且工作可靠。

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

请参考图1-图8。

本发明的一种具体实施方式提供了一种用于控制滑套34开关的系统，包括：地面控制装置和井下控制装置，地面控制装置包括地面控制器35和用于发送地面控制器35的控制指令的井上电磁波模块，井下控制装置包括用于接收控制指令的井下电磁波模块、电源模块、控制滑套34开关的执行机构和控制执行机构动作的泵站以及根据控制指令控制泵站工作的井下控制器10，井下电磁波模块、电源模块、井下控制器10和泵站以及执行机构依次连接于一个圆柱壳体内，执行机构包括外套筒27和开关活塞26，外套筒27上设有喷射孔28，外套筒27底部和下接头29连接，下接头29用于和其它部件连接，当开关活塞26动作，喷射孔28和滑套34的内孔完全连通时，滑套34处于开启状态；喷射孔28和滑套34的内孔未连通时，滑套34处于关闭状态。

在本实施例中，通过地面控制器35发出控制指令，井上电磁波模块接收到控制指令后，发送给井下电磁波模块，井下电磁波模块再传送给井下控制器10，井下控制器10控制泵站工作，进而使得执行机构动作，当执行机构的开关活塞26使得外套筒27的喷射孔28和滑套34的内孔连通时，滑套34处于开启状态；当喷射孔28和滑套34的内孔未连通时，滑套34处于关闭状态。因此可以通过地面控制器35远程控制井下的滑套34的开关动作，无需其它辅助工具，不仅操作方便，而且工作可靠。

进一步地，井上电磁波模块包括井上电磁波信号处理单元36和天线，井下电磁波模块包括线圈3和井下电磁波信号处理单元6，井上电磁波信号处理单元36收到控制器发送的控制指令后进行处理并产生载波信号加载到天线37上发送给线圈3，线圈3接收到载波信号后传送给井下电磁波信号处理单元6进行处理并产生电信号传送给井下控制器10，天线37也可以接收井下电磁波模块反馈的载波信号，然后传送给井上电磁波信号处理单元36进行处理转化为电信号传送给地面控制器35。

根据施工油气井分层需求，在完井作业管柱上同时连接一定数量的滑套34，滑套34通过和套管32连接，和其它部件一起被送入井下，每个套筒通过封隔器33进行分隔，与每个滑套34相对应的井下电磁波信号处理单元6中预存有控制指令，当线圈3接收到天线37发送来的载波信号后传送给井下电磁波信号处理单元6，经井下电磁波信号处理单元6处理后，与预存的控制指令进行比对，不一致则不产生操作指令，一致则产生操作指令并传送给井下控制器10，进而控制泵站进行工作。

进一步地，圆柱壳体的上段包括上外壳体4，上外壳体4的上端连接有上接头1，上外壳体4内设有线圈芯轴2，线圈芯轴2外设有线圈3，上外壳体4的下端连接有第一连接头5，第一连接头5的底部连接有中外壳体，中外壳体内设有电池仓，电源模块位于电池仓中，井下电磁波信号处理单元6以及井下控制器10位于中外壳体内，中外壳体底部连接有下外壳体24，下外壳体24内设有泵站，下外壳体24底部连接有第二连接头25，第二连接头25通过旋转接头23和下外壳体24底部连接，第二连接头25底部和执行机构连接。

更进一步地，下外壳体24内设有下内壳体21，下外壳体24底部设有压力平衡装置，第一连接头5、下外壳体23和下内壳体21以及压力平衡装置构成泵站的油箱18。

其中，开关活塞26和外套筒27之间设有上腔30和下腔31，上腔30用于液压油进入并控制开关活塞26向上移动，使得喷射孔28和滑套34的内孔完全连通，下腔31用于液压油进入并控制开关活塞26向下移动，使得开关活塞26完全遮挡喷射孔28，泵站包括完全浸没在油箱18内的潜油电机11、减速器12、柱塞泵13、内部设有油路的阀块17以及一端和上腔30连通的开启油路，开启油路上设有二位三通电磁阀A14，二位三通电磁阀A14分别和柱塞泵13以及油箱18连接，还包括一端和下腔30连通的关闭油路，关闭油路上设有二位三通电磁阀B15，二位三通电磁阀B15分别和柱塞泵13以及油箱18连接，柱塞泵13、二位三通电磁阀A14和二位三通电磁阀B15布置在阀块17上，且通过阀块17上的油路相连。

井下控制器10控制潜油电机11启动和控制二位三通电磁阀A14处于断电状态，由潜油电机11带动减速器12，然后由减速器12带动柱塞泵13开始工作，柱塞泵13产生的液压油通过二位三通电磁阀A14的上位油路进入开关活塞26的上腔30，进而推动开关活塞26向上移动，井下控制器10同时控制二位三通电磁阀B15处于得电状态，开关活塞26的下腔31内的液压油通过二位三通电磁阀B的下位油路回到油箱，当开关活塞26向上移动至极限位置时，外套筒27上的喷射孔28与滑套34的内孔完全连通，滑套34即可处于开启状态。

另外，柱塞泵13的出油口处设有溢流阀16，溢流阀16分别和二位三通电磁阀A14以及二位三通电磁阀B15连接，溢流阀16位于阀块17上。由于开关活塞26向上移动至极限位置，因此开关活塞26上腔30内的压力开始升高，当开关活塞26上腔30的压力达到溢流阀16的溢流压力后开始溢流。井下控制器10可以根据电流变化判断滑套34处于开启状态后关闭潜油电机11，并将滑套34已开启的信息发送给井下电磁波信号处理单元6，井下电磁波信号处理单元6收到滑套34已开启的信息后进行处理并产生载波信号加载到线圈3上发射给天线37，天线37接收到此载波信号后传送给井上电磁波信号处理单元36进行处理并传送给地面控制器35，地面控制器35收到反馈信号后，与预存信息进行比对，判断出该信息所属层位后，显示该层位的滑套34开启动作已完成。

如果某一层或某几层开始产水，就需要关闭该产水层的滑套34。通过地面控制器35在地面发出产水层中滑套34的关闭指令，井上电磁波信号处理单元36接收到关闭指令后进行处理并产生载波信号加载到天线37上发射出去，每一层中的线圈3接收到载波信号后传送给井下电磁波信号处理单元6进行处理，并与该层预存的操作指令进行比对，不一致则不产生操作指令，一致则产生操作指令传送给井下控制器10，井下控制器10进而控制泵站进行工作。

井下控制器10控制潜油电机11启动和控制二位三通电磁阀B15处于断电状态，由潜油电机11带动减速器12，然后由减速器12带动柱塞泵13开始工作，柱塞泵13产生的液压油通过二位三通电磁阀B15的上位油路进入开关活塞26的下腔31，进而推动开关活塞26向下移动，井下控制器10同时控制二位三通电磁阀A14处于得电状态，开关活塞26的上腔30内的液压油通过二位三通电磁阀A14的下位油路回到油箱，当开关活塞26向下移动至极限位置时，外套筒27上的喷射孔28与滑套34的内孔完全隔离，滑套34即可处于关闭状态。

由于开关活塞26向下移动至极限位置，因此开关活塞26下腔31内的压力开始升高，当开关活塞26上腔30的压力达到溢流阀的溢流压力后开始溢流。井下控制器10可以根据电流变化判断滑套34处于关闭状态后关闭潜油电机11，并将滑套34已关闭的信息发送给井下电磁波信号处理单元6，井下电磁波信号处理单元6收到滑套34已关闭的信息后进行处理并产生载波信号加载到线圈3上发射给天线37，天线37接收到此载波信号后传送给井上电磁波信号处理单元36进行处理并传送给地面控制器35，地面控制器35收到反馈信号后，与预存信息进行比对，判断出该信息所属层位后，显示该层位的滑套34关闭动作已完成。

通过采用电液驱动来实现滑套34的开关动作，不需要投球，滑套34内也不需要设置球座，因此滑套34通径大，有利于后期生产。而且通过泵站和执行机构直接连接，可以有效缩短油路，减小压力损失，增加可靠性。

进一步地，压力平衡装置包括布置在阀块17下方的平衡活塞19和缸筒20，平衡活塞19位于缸筒20内，缸筒20的底部侧壁上设有导流孔22，导流孔22和滑套34的内腔连通。通过将压力平衡装置布置在阀块17下方，与一般将压力平衡装置布置在电机上方相比，即使油箱漏液，也不会对电机造成威胁，因此安全性高。

更进一步地，电源模块包括用于给井下电磁波模块供电的第一电池组8和用于给井下控制器10供电的第二电池组9。通过分别给井下电磁波模块和井下控制器10进行供电，可以使其互不影响，可靠性高。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另一个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或顺序。

以上对本发明所提供的一种用于控制滑套开关的系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。