井下工具检测装置的制作方法

本发明涉及天然气石油开采技术领域，尤其涉及一种井下工具检测装置。

背景技术：

针对在石油井或天然气井(下统称为油气井)的井道中工作的井下工具，知晓其是否到达井道中的某个预设位置以及到达该预设位置时的速度可能是非常重要的。尤其是在井道中由重力或流体推力带动而运动的井下工具，知晓其是否到达井道中的某个预设位置以及到达该预设位置时的速度，对油气井或井下工具的控制至关重要。

然而，当前缺少可靠的设备用于检测井下工具是否到达井道中的某个预设位置以及到达该预设位置时的速度。目前，在多数情况下只能采用经验判断井下工具的位置，其准确度低。在一些情况下，也可能根据井道内的流体压力、井下工具与井道之间的摩擦力、井下工具的重量和时间等参数间接的计算井下工具在井道中的位置，这同样存在准确度低的问题。而对于井下工具否到达井道中的某个预设位置时的速度，当前没有较好的方法进行检测。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种井下工具检测装置，其能够检测井下工具是否到达井道中的某个预设位置，并且能够检测井下工具到达该预设位置时的速度。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

井下工具检测装置，包括：基体，所述基体上开设有沿前后方向延伸且前端开放的工作通道；工作部，所述工作部设置在所述工作通道内，并被构造为沿前后方向在接触位置和触发位置之间运动；复位机构，所述复位机构被构造为对所述工作部施加复位力以使所述工作部具备向所述接触位置运动的趋势；接触轮，所述接触轮可转动的连接在所述工作部的前端，所述接触轮的至少一部分从所述工作通道前端伸出至所述工作通道外；第一触发器和第二触发器，所述第一触发器设置在所述工作部上，所述第二触发器偏心的设置在所述接触轮上；以及第一检测器和第二检测器，沿从后至前的方向所述第一检测器和所述第二检测器依次设置在所述基体上；其中，当所述工作部位于所述触发位置时，所述第一触发器与所述第一检测器配合；当所述工作部位于所述触发位置且所述接触轮转动时，所述第二触发器与所述第二检测器间断的配合。

进一步的，还包括限位件，所述限位件可沿前后方向运动的设置在所述工作通道内，所述限位件被构造为可选择性的与所述工作部抵靠，以阻止所述工作部向后运动。

进一步的，还包括操作部；所述操作部进入所述工作通道的后端与所述限位件配合，所述操作机构被构造为限定所述限位件在前后方向上的位置。

进一步的，所述限位件为杆状部件，所述限位件与所述工作通道的内壁之间设置有轴密封机构。

进一步的，所述轴密封机构包括由所述工作通道的内壁径向向内凸出的第一限位环和第二限位环；所述第一限位环和所述第二限位环被所述限位件贯穿；所述轴密封机构还包括设置在所述第一限位环和所述第二限位环之间的密封套、弹性套和弹簧；所述密封套可滑动地套设于所述限位件；所述密封套靠近所述第一限位环的一端径向向外凸出形成接触环；所述弹性套套设于所述密封套；所述弹簧的一端与所述第二限位环抵靠；所述弹簧的另一端作用于所述弹性套以使所述弹性套紧贴所述接触环，且使所述接触环紧贴所述第一限位环；所述弹性套的外周面与所述工作通道的内壁接触；所述弹性套的内周面与所述密封套的外周面接触；所述密封套的内周面与所述限位件的外周面接触。

进一步的，所述操作部与所述工作通道螺纹连接，所述限位件的后端与所述操作部抵靠。

进一步的，所述井下工作检查装置还包括安装部；所述基体上开设有从后向前延伸的安装孔；所述安装孔的前端封闭且后端开放；所述安装孔与所述工作通道不连通；所述第一检测器和所述第二检测器安装在所述安装部上；所述安装部插入并固定在所述安装孔内。

进一步的，所述安装部上开设有从其后端向前延伸至所述第一检测器和所述第二检测器处的通信通道；所述通信通道的后端与外界连通。

进一步的，所述工作部的表面开设有环形槽；所述环形槽内设置有多个滚珠，所述滚珠被构造为与所述工作通道的内壁滚动接触。

进一步的，所述第一触发器和所述第二触发器均为磁铁；所述第一检测器和所述第二检测器均为磁接近传感器。

本发明的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

本发明实施例提供的井下工具检测装置用于旁接于油气井的井道上，接触轮伸入至井道内。当井下工具运动至接触轮所处的位置时，井下工具对接触轮施压，迫使工作部运动至触发位置，此时第一触发器与第一检测器配合，第一检测器输出第一检测信号，根据该第一检测信号即可确定井下工具到达井下工具检测装置所处的位置。与此同时，在井下工具运动过程中，井下工具与接触轮接触，并带动接触轮转动，使得第二触发器与第二检测器间断的配合，第二检测器间断的输出第二检测信号。井下工具的运动速度越快，则接触轮转动的速度越快，使得第二检测器在单位时间内输出的第二检测信号的次数越多。根据第二检测器在单位时间内输出的第二检测信号的次数即可确定接触轮的转速，进一步的根据接触轮的转速即可确定井下工具的运动速度。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例中需要使用的附图作简单介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施方式，不应被看作是对本发明范围的限制。对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的情况下，能够根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的井下工具检测装置的外部结构示意图；

图2为本发明实施例提供的井下工具检测装置的第一种状态下的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的井下工具检测装置的第二种状态下的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的井下工具检测装置的第三种状态下的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的井下工具检测装置中，基体的剖面结构示意图；

图6为本发明实施例提供的井下工具检测装置中，工作部的立体结构示意图；

图7a为本发明实施例提供的井下工具检测装置的第一种工作状态图；

图7b为本发明实施例提供的井下工具检测装置的第二种工作状态图；

图7c为本发明实施例提供的井下工具检测装置的第三种工作状态图。

图中：010-井下工具检测装置；020-井下工具；030-井道；040-生产管道；110-基体；111-工作通道；111a-第一通道；111b-第二通道；111c-第三通道；112-安装孔；120-工作部；121-容纳槽；122-支撑臂；123-转轴孔；124-复位孔；125-泄压孔；126-环形槽；127-滚珠；130-复位机构；140-接触轮；141-转轴；142-轴承；150-第一触发器；160-第二触发器；170-第一检测器；180-第二检测器；190-限位件；200-轴密封机构；201-第一限位环；202-第二限位环；203-密封套；204-弹性套；205-弹簧；206-接触环；207-金属环；210-安装部；211-通信通道；220-操作部。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，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的限制。

本发明的描述中，“天然气井”可以是用于采集常规天然气的天然气井，也可以是用于采集非常规天然气(页岩气、煤层气等)的天然气井。

实施例1：

图1为本实施例提供的井下工具检测装置010的外部结构示意图。图2为本实施例提供的井下工具检测装置010的第一种状态下的结构示意图，其中工作部120位于接触位置。图3为本实施例提供的井下工具检测装置010的第二种状态下的结构示意图，其中工作部120位于触发位置。图4为本实施例提供的井下工具检测装置010的第三种状态下的结构示意图，其中限位件190与工作部120抵靠以阻止工作部120向后运动。

本实施例提供的井下工具检测装置010包括基体110。图5为本实施例提供的井下工具检测装置010中，基体110的剖面结构示意图。基体110为圆柱状结构，其轴线沿前后方向延伸。在基体110的外周面开设有外螺纹，以使基体110能够螺纹连接在油气井上。在基体110上开设有沿前后方向延伸的工作通道111。工作通道111的前端和后端均开放，使得工作通道111在无密封措施的情况下与外界连通。工作通道111的截面形状为圆形。进一步的，在本实施例中，工作通道111包括沿从前至后的方向依次连通的第一通道111a、第二通道111b和第三通道111c。第一通道111a、第二通道111b和第三通道111c同轴，并且，第一通道111a的内径大于第二通道111b的内径，第二通道111b的内径大于第三通道111c的内径。

本实施例提供的井下工具检测装置010还包括工作部120。图6为本实施例提供的井下工具检测装置010中，工作部120的立体结构示意图。工作部120设置在第一通道111a内，工作部120具备与第一通道111a相适应的外圆面，以使得工作部120能够在第一通道111a内沿前后方向在接触位置(图2所示的位置)和触发位置(图3所示的位置)之间运动。工作部120的前端开设有向后延伸的容纳槽121。容纳槽121将工作部120的前端分割为对称的两个支撑臂122。在支撑臂122上开设有转轴孔123。两个支撑臂122上的转轴孔123同轴。

本实施例提供的井下工具检测装置010还包括复位机构130。复位机构130被构造为对工作部120施加向前的复位力，以使工作部120具备向接触位置运动的趋势。在不受其他外力的情况下，工作部120在复位机构130的带动下运动至接触位置。在受向后的外力的情况下，工作部120克服复位机构130的复位力运动至触发位置。在本实施例中，复位机构130为弹簧。在工作部120的后端开设有向前延伸的复位孔124。复位机构130的前端被容纳在复位孔124中并与复位孔124的端部抵靠，复位机构130的后端与第一通道111a和第二通道111b之间的台阶面抵靠。可以理解的，在其他实施方式中，复位机构130可以采用其他结构实现，只要其能够对工作部120提供持续的复位力即可。例如复位机构130为同极相对设置的两块磁铁，两者沿分别设置在工作部120和基体110上，两块磁铁的排斥力即构成施加在工作部120上的复位力。

本实施例提供的井下工具检测装置010还包括接触轮140。接触轮140位于容纳槽121内。转轴141贯穿接触轮140，转轴141的两端分别插入两个转轴孔123中。接触轮140可在外力的作用下转动。接触轮140的一部分位于容纳槽121外，即接触轮140的一部分向前相对于工作部120的前端面凸出，以便于接触轮140与井下工具接触。在本实施例中，接触轮140与转轴141之间还设置有轴承142，以使接触轮140能够更加顺畅的转动。

本实施例提供的井下工具检测装置010还包括第一触发器150、第二触发器160、第一检测器170和第二检测器180。第一触发器150设置在工作部120上，第二触发器160偏心的设置在接触轮140上。第一检测器170和第二检测器180均设置在基体110上，并且第一检测器170位于第二检测器180的后方。第一检测器170用于与第一触发器150配合，第二检测器180用于与第二触发器160配合。

图7a为本实施例提供的井下工具检测装置010的第一种工作状态图，此时井下工具020与接触轮140不接触。图7b为本实施例提供的井下工具检测装置010的第二种工作状态图，此时井下工具020挤压接触轮140向后运动。井下工具检测装置010旁接于井道030上，并且接触轮140伸入至井道030内。井下工具020沿井道030上下运动。当井下工具020没有运动至井下工具检测装置010所处位置时，工作部120位于接触位置，第一检测器170与第一触发器150错开，第一检测器170无法检测到第一触发器150，第一检测器170输出低电平。第二检测器180与第二触发器160错开，第二检测器180无法检测到第二触发器160，第二检测器180输出低电平。当井下工具020运动至井下工具检测装置010所处的位置时，井下工具020在运动的过程中挤压接触轮140，对接触轮140施加向后的力，使得工作部120向后运动至触发位置，此时第一触发器150与第一检测器170配合，第一检测器170输出高电平(即第一检测信号)。根据第一检测信号即可判定井下工具020到达井下工具检测装置010所处的位置。在井下工具020沿井道030运动并挤压接触轮140的过程中，井下工具020带动接触轮140转动，使得第二触发器160与第二检测器180间断的配合，第二检测器180间断的输出高电平(即第二检测信号)。井下工具020的运动速度越快，则接触轮140转动的速度越快，使得第二检测器180在单位时间内与第二触发器160配合的次数越多，第二检测器180输出第二检测信号的次数也越多。根据第二检测器180在单位时间内输出的第二检测信号的次数即可确定接触轮140的转速，进一步的根据接触轮140的转速即可确定井下工具020的运动速度。

需要进一步说明的是，由于接触轮140可以在井下工具020的带动下转动，因此当井下工具020在向后挤压接触轮140的过程中突然反方向运动时，接触轮140不会对井下工具020的反方向运动造成阻碍，避免了井下工具020被卡住的情况发生。

本实施例提供的井下工具检测装置010还包括限位件190。限位件190设置在工作通道111内，并能够沿前后方向运动。限位件190能够向前运动直至与工作部120抵靠。当工作部120没有到达触发位置时，限位件190与工作部120抵靠，能够阻止工作部120向后运动。图7c为本实施例提供的井下工具检测装置010的第三种工作状态图，此时井下工具020被捕捉。在本实施例中，井下工具020为柱塞，井下工具检测装置010布置在略高于生产管道040的位置。在开井状态井下工具020上行。当井下工具020的下端到达略高于生产管道040的位置时，井下工具020下方井道030中的流体进入生产管道040，井下工具020下方的流体压力降低，井下工具020受到的流体推力降低，井下工具020向下运动封堵住生产管道040的入口。此时，井下工具020下方的流体压力增大，井下工具020受到的流体推力上升，使得井下工具020向上运动，生产管道040的入口露出。如此，井下工具020能够动态停留在生产管道040附近的位置。在这个过程中，井下工具020挤压接触轮140使其向后运动，第一检测器170输出位置检测信号。此时，使限位件190向前运动直至与工作部120抵靠，阻止工作部120和接触轮140向后运动。这样既可通过接触轮140将井下工具020捕捉住，将井下工具020定位在其当前所处位置。在关井后，井下工具020受到的向上的流体推力降低或消失，井下工具020依然能够被保持在井下工具检测装置010所处的位置，此时即可安全的取出井下工具020或者对井下工具020进行其他操作。

在本实施例中，采用操作部220限定限位件190的位置。操作部220进入第三通道111c并与限位件190配合，操作部220被构造为限定限位件190在前后方向上的位置。操作部220可以采用多种形式实现，例如直线电机、液压缸或气压缸等。在本实施例中，限位件190位杆状部件，其前端位于第一通道111a内，用于与工作部120抵靠，其后端穿过第二通道111b并伸入至第三通道111c内。第三通道111c内设置有内螺纹，操作部220为周面设置有外螺纹的柱状体。操作部220与第三通道111c螺纹连接。转动操作部220，使得操作部220在第三通道111c内前后运动。井道030内的压力流体通过工作通道111的前端进入第一通道111a内，对限位件190的端面施加向后的推力，使得限位件190向后运动并与操作部220抵靠。当操作部220向后运动时，限位件190在流体推力的作用下随着操作部220向后运动，使得限位件190不会与工作部120接触。当需要捕捉井下工具020时，转动操作部220，使操作部220向前运动，进而带动限位件190向前运动直至与工作部120抵靠，阻止工作部120向后运动，完成对井下工具020的捕捉。

进一步的，限位件190的前端直径大于限位件190后端的直径。在捕捉井下工具020时，限位件190的前端插入复位孔124内，并与复位孔124的前端抵靠。

进一步的，在工作部120上开设有连通复位孔124和容纳槽121的泄压孔125。当井道030内处于高压状态时，井道030内的压力有可能阻止工作部120运动至接触位置。设置泄压孔125后，井道030内的压力流体能够容易的进入第一通道111a中，使得工作部120前后压力平衡，确保工作部120能够在复位机构130的作用下运动至接触位置。另外，进入第一通道111a中的压力流体会对限位件190施加向后的推力，确保限位件190处于靠后的位置，避免在不需要捕捉井下工具020时工作部120与限位件190发生碰撞。

进一步的，本实施例中，在限位件190与第二通道111b的内壁之间设置有轴密封机构200，以使限位件190与第二通道111b的内壁之间形成良好的动密封。轴密封机构200包括由第二通道111b的内壁径向向内凸出的第一限位环201(第一限位环201限定第三通道111c)和第二限位环202。第一限位环201和第二限位环202均被限位件190可滑动的贯穿。轴密封机构200还包括设置在第一限位环201和第二限位环202之间的密封套203、弹性套204和弹簧205。密封套203套设在限位件190上，密封套203靠近第一限位环201的一端径向向外凸出形成接触环206。弹性套204套设在密封套203上。弹簧205套设在限位件190上，弹簧205的一端与第二限位环202抵靠，弹簧205的另一端作用于弹性套204的端部。弹簧205始终处于被压缩的状态，弹簧205对弹性套204施加沿轴向的弹性力，使弹性套204带动密封套203向第一限位环201运动，最终使得接触环206与第一限位环201紧贴，形成密封。在弹簧205施加的轴向力的作用下，弹性套204在径向方向上发生形变，使得弹性套204的外周面紧贴第二通道111b的内壁，同时弹性套204的内周面紧贴密封套203的外周面并对密封套203施加径向向内的压力。弹性套204对密封套203施加的径向向内的压力，使得密封套203的内周面能够紧贴限位件190的外周面。上述结构实现了弹性套204的外周面与第二通道111b内壁之间的密封，实现了弹性套204的内周面与密封套203之间的密封，实现了密封套203的内周面与限位件190之间的密封。如此，即实现了限位件190与第二通道111b的内壁之间的密封，避免了井下工具检测装置010发生泄漏的情况发生。

进一步的，在本实施例中，弹性套204由橡胶构成。更进一步的，弹性套204包括多个相互独立且并排设置的橡胶环。多个橡胶环在弹簧205施加的轴向力的作用下相互紧贴。在弹簧205施加的轴向力的作用下，各个橡胶环各自单独发生径向形变，能够确保密封套203轴向各处受到较为均匀的径向压力，进而提高密封套203与限位件190之间的密封性能。

进一步的，密封套203可以由聚四氟乙烯或尼龙制成，在本实施例中，密封套203由聚四氟乙烯制成。

进一步的，在本实施例中，轴密封机构200还包括设置在弹性套204与弹簧205之间的金属环207；金属环207套设于密封套203上。弹簧205的弹性力通过金属环207作用于弹性套204上，使得弹性套204能够受到更加均匀的轴向力，有助于增加弹性套204的使用寿命。

进一步的，如上文所述，在工作中，井道030内的流体会进入工作通道111。如果将第一检测器170和第二检测器180布置在工作通道111内，则工作通道111内的流体有可能影响第一检测器170和第二检测器180的正常工作。另外，在布置第一检测器170和第二检测器180的通信线缆时也存在密封问题。因此，在本实施例中，采用如下方案解决上述问题。在基体110上开设有从其后端面向前端延伸的安装孔112。安装孔112的轴线与工作通道111的轴线平行。安装孔112为盲孔，其前端封闭。另外，安装孔112与工作通道111不连通。本实施例提供的井下工具检测装置010还包括安装部210。安装部210为柱状并插入安装孔112内，安装部210可拆卸的安装在安装孔112内。第一检测器170和第二检测器180均安装在安装部210上。进一步的，在安装部210上还开设有通信通道211，通信通道211从安装部210的后端向前延伸至第一检测器170和第二检测器180处。通信通道211的后端与外界连通。这样，第一检测器170和第二检测器180的数据传输线缆能够通过通信通道211布置，而不会存在密封的问题。

在本实施例中，第一触发器150和第二触发器160均为磁铁，第一检测器170和第二检测器180均为磁接近传感器。可以理解的，在其他实施方式中，第一检测器170和第二检测器180可以为微开关，第一触发器150和第二触发器160通过与第一检测器170和第二检测器180的接触来触发第一检测器170和第二检测器180。

进一步的，在本实施例中，工作部120的周面开设有多个围绕其轴线的环形槽126,，在环形槽126内设置有多个滚珠127。滚珠127用于与第一通道111a的内壁滚动接触，使得工作部120能够沿前后方向顺畅的运动。

综上所述，本发明实施例提供的井下工具检测装置用于旁接于油气井的井道上，接触轮伸入至井道内。当井下工具运动至接触轮所处的位置时，井下工具对接触轮施压，迫使工作部运动至触发位置，此时第一触发器与第一检测器配合，第一检测器输出第一检测信号，根据该第一检测信号即可确定井下工具到达井下工具检测装置所处的位置。与此同时，在井下工具运动过程中，井下工具与接触轮接触，并带动接触轮转动，使得第二触发器与第二检测器间断的配合，第二检测器间断的输出第二检测信号。井下工具的运动速度越快，则接触轮转动的速度越快，使得第二检测器在单位时间内输出的第二检测信号的次数越多。根据第二检测器在单位时间内输出的第二检测信号的次数即可确定接触轮的转速，进一步的根据接触轮的转速即可确定井下工具的运动速度。

以上所述仅为本发明的部分实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。