一种水平井分段采油工艺管柱的制作方法

本发明属于水平井采油工艺技术领域，尤其涉及一种水平井分段采油工艺管柱。

背景技术：

水平井技术是国内新兴的采油工艺技术，它可以增大井眼与油藏的接触面积，增大泄油面积，减少渗流阻力，大幅度提高单井产量。水平井采油时需要进行找堵水，现有的找堵水方式大多为机械式堵水，不但施工工艺复杂，而且施工周期长、效率低。为了解决这一问题，专利号为cn201510288629.5的发明专利公开了一种水平井找堵水与油层压力监测装置，这种找堵水工艺采用了电控的方式进行，有效解决了上述问题。但是，该装置存在两个重大缺陷：1、电缆对接器对接时，由于不可避免的冲击，导致对接插头和对接插座上零件相互碰撞后受损，严重影响电缆对接器的可靠性和使用寿命。2、该装置中的电动封隔器的结构复杂，密封点多，工作可靠性差。因此，有必要设计一种可靠性更高的的水平井采油工艺管柱。

技术实现要素：

本发明提供一种水平井分段采油工艺管柱，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

本发明包括抽油泵、电缆对接器、过电缆油管锚、电控封隔器和电控配产器，电控封隔器和电控配产器上连接有用于供电的电缆，电缆向上延伸至地面，所述电缆对接器包括插头组件和插座组件，插头组件和插座组件上各连接有一根电缆，插座组件内设置有与插头组件匹配的插孔，插头组件的外侧和所述插孔的内侧各设置有一组导电环，插头组件上的导电环连接在插头组件上的电缆末端，插座组件上的导电环连接在插座组件上的电缆末端，插头组件与插座组件插接后，两组导电环内的各导电环两两接触，从而将连接在插头组件上的电缆和连接在插座组件上的电缆连通；

在所述电缆对接器内，所述插座组件滑动安装在电缆对接器外壳内，电缆对接器外壳内设置有电动推杆，电动推杆上设置有滑杆，所述插座组件固定安装在所述滑杆的末端并可在电动推杆的驱动下沿轴向移动，所述插头组件通过锁球机构连接在电缆对接器外壳上，所述的锁球机构包括斜孔、锁球和锁槽，其中，斜孔加工在电缆对接器外壳下端的侧面，斜孔的下端位于电缆对接器外壳的内侧，所述锁球安装在所述斜孔内，所述锁槽加工在插头组件的侧面，锁槽为一个环形槽，锁槽的横截面为圆弧形，且该圆弧形的直径与所述锁球的直径相等。

作为进一步的技术方案，所述电控封隔器的结构包括上接头、下接头、中心管、坐封活塞、活塞套、胶筒和电磁驱动机构，上接头和下接头分别通过螺纹连接在中心管的上下两端，活塞套的上端通过螺纹连接在上接头上，坐封活塞插装在活塞套内，坐封时，坐封活塞在电磁驱动机构的作用下沿中心管的外壁滑动，从而压缩胶筒，使胶筒坐封。

作为进一步的技术方案，所述电磁驱动机构包括电磁组件、永磁铁、磁轭和复位弹簧，电磁组件通过螺纹固定连接在中心管的外壁上并通过电缆供电，永磁铁位于电磁组件的正下方，电磁组件内设有电磁线圈，电磁线圈通电后，电磁组件与永磁铁相互排斥，永磁铁镶嵌在所述磁轭的上端面上，磁轭的侧面加工有环形槽，环形槽内安装有卡簧，卡簧的外侧与坐封活塞的内侧分别设置有相互匹配的单向止退螺纹，单向止退螺纹使卡簧只能沿坐封活塞的内壁向上滑动，所述复位弹簧套在中心管的外侧且位于所述磁轭与坐封活塞之间，磁轭在复位弹簧的作用下始终保持向上的运动趋势。

作为进一步的技术方案，所述电磁驱动机构还包括活塞杆、固定座和副活塞，固定座固定安装在中心管或活塞套上，固定座上设置有轴向通孔，所述活塞杆从上端插装在该通孔内，所述副活塞插装在活塞套内，副活塞与固定座之间为密封腔，该密封腔以及固定座上的通孔内填充有硅脂。

作为替换方案，所述电磁组件的结构包括电机、上磁环和下磁环，其中，上磁环套装在中心管的外侧并可在电机的驱动下转动，下磁环通过螺纹连接在中心管上，上磁环的下端面和下磁环的上端面上分别镶嵌有四块扇形磁体，在上磁环上或下磁环上，相邻的两块扇形磁体上相互靠近的两端同为s极或同为n极。

本发明的有益效果为：

1、本发明通过在电缆对接器内增加电动推杆，插头组件和插座组件插接前，电动推杆上的滑杆位于上极限位置，插头组件和电缆对接器外壳通过锁球机构连接稳定后，启动电动推杆使滑杆带动插座组件下行，进而实现插头组件与插座组件的插接。这种对接方式可有效避免插头组件和插座组件之间的激烈碰撞，从而提高电缆对接的可靠性和电缆对接器的使用寿命。

2、本发明通过电磁驱动的方式使电控封隔器坐封，与现有技术相比，结构大幅简化，工作可靠性大幅增加，从而有效提升了分段采油工艺管柱的整体可靠性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是电缆对接器的结构示意图；

图3是图2中插头组件的结构示意图；

图4是电控封隔器的结构示意图；

图5是电控封隔器的第二种实施例的结构示意图；

图6是电控封隔器的第三种实施例的结构示意图；

图7是图6中电磁组件处的局部放大结构示意图；

图8是图7中上磁环的下端面或下磁环的上端面上扇形磁体的分布及磁极指向示意图；

图9是图2下半段的放大结构示意图；

图10是图4中a处的局部放大图

图中：1-抽油泵，2-电缆对接器，3-过电缆油管锚，4-电控封隔器，5-电控配产器，6-油管管柱，7-电缆，8-锁球，9-斜孔，10-导电环，11-插座组件，12-滑杆，13-电动推杆，14-过液通道，15-缓冲弹簧，16-锁槽，17-上接头，18-活塞套，19-中心管，20-复位弹簧，21-坐封活塞,22-胶筒，23-下接头，24-电磁组件，25-电磁线圈，26-永磁铁，27-磁轭，28-卡簧，29-单向止退螺纹，30-活塞杆，31-固定座，32-硅脂，33-副活塞，34-电机，35-上磁环，36-扇形磁体，37-下磁环,38-电缆对接器外壳。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

如图1所示，本实施例包括抽油泵1、电缆对接器2、过电缆油管锚3、电控封隔器4和电控配产器5，电控封隔器4和电控配产器5上连接有用于供电的电缆7，电缆7向上延伸至地面。电缆对接器2相当于一对设置在井下的插头和插座，其作用是在井下形成一个可重复接通或断开的电路断点，使检泵时电缆对接器2以下的油管管柱6和电缆不会受到检泵作业的影响。

如图2和图3所示，所述电缆对接器2包括插头组件和插座组件11，插头组件和插座组件11上各连接有一根电缆7，插座组件11内设置有与插头组件匹配的插孔，插头组件的外侧和所述插孔的内侧各设置有一组导电环10，插头组件上的导电环10连接在插头组件上的电缆7末端，插座组件11上的导电环10连接在插座组件11上的电缆7末端，插头组件与插座组件11插接后，两组导电环10内的各导电环10两两接触，从而将连接在插头组件上的电缆7和连接在插座组件11上的电缆7连通。电缆对接器2的以上结构为现有技术中已经存在的结构，在此不再赘述。

本发明的第一个重要创新点在于对电缆对接器的改进。

安装电缆对接器2时，需要先将插头组件安装在井下，然后再将插座组件11连同电缆对接器外壳38以及抽油泵1一同下入井中，最终完成插头组件和插座组件11的对接。而实际操作中，由于作业车的操作精度的限制，电缆对接时必然会产生冲击，当这种冲击发生在于插头组件和插座组件之间时，损坏便不可避免，造成短路或接触不良等问题。而在本发明中，通过在电缆对接器2内增加电动推杆13，插头组件和插座组件11插接前，电动推杆13上的滑杆12位于上极限位置，插头组件和电缆对接器外壳38通过锁球机构连接稳定后，启动电动推杆13使滑杆12带动插座组件11下行，进而实现插头组件与插座组件11的插接。这种对接方式可有效避免插头组件和插座组件11之间的激烈碰撞，从而提高电缆对接的可靠性和电缆对接器2的使用寿命。

如图2和图3所示，在本发明所述电缆对接器2内，所述插座组件11滑动安装在电缆对接器外壳38内，电缆对接器外壳38内设置有电动推杆13，电动推杆13上设置有滑杆12，所述插座组件11固定安装在所述滑杆12的末端并可在电动推杆13的驱动下沿轴向移动，所述插头组件通过锁球机构连接在电缆对接器外壳38上，所述的锁球机构包括斜孔9、锁球8和锁槽16，其中，斜孔9加工在电缆对接器外壳38下端的侧面，斜孔9的下端位于电缆对接器外壳38的内侧，所述锁球8安装在所述斜孔9内，所述锁槽16加工在插头组件的侧面，锁槽16为一个环形槽，锁槽16的横截面为圆弧形，且该圆弧形的直径与所述锁球8的直径相等。

具体实施过程中，电缆对接器2处还需要注意如下几点：

第一，电缆对接器2内必须设置上下贯通的过液通道14，以便产出液经过电缆对接器2，实现顺利产出。

第二，滑杆12伸缩过程中，为了避免电缆7被拉断，需要在插座组件11的上方设置一端冗余的电缆7，图2中便采用了将电缆7完成弹簧状来制造冗余，防止电缆7被拉断。

第三，为了使所述的锁球机构的连接更稳定，需要在插头组件与电缆对接器外壳38的下端之间设置缓冲弹簧15，缓冲弹簧15具体可采用波形弹簧或碟簧。

本发明的第二个重要创新点在于对电控封隔器4的控制方式的改进。

如图4所示，所述电控封隔器4的结构包括上接头17、下接头23、中心管19、坐封活塞21、活塞套18、胶筒22和电磁驱动机构，上接头17和下接头23分别通过螺纹连接在中心管19的上下两端，活塞套18的上端通过螺纹连接在上接头17上，坐封活塞21插装在活塞套18内，坐封时，坐封活塞21在电磁驱动机构的作用下沿中心管19的外壁滑动，从而压缩胶筒22，使胶筒22坐封。与现有技术中采用复杂的电动坐封驱动机构相比，本发明创造性地采用电磁驱动机构，不但坐封机构得到了简化，而且坐封力和坐封距离更容易保证。

如图3和图10所示，所述电磁驱动机构包括电磁组件24、永磁铁26、磁轭27和复位弹簧20，电磁组件24通过螺纹固定连接在中心管19的外壁上并通过电缆7供电，永磁铁26位于电磁组件24的正下方，电磁组件24内设有电磁线圈25，电磁线圈25通电后，电磁组件24与永磁铁26相互排斥，永磁铁26镶嵌在所述磁轭27的上端面上，磁轭27的侧面加工有环形槽，环形槽内安装有卡簧28，卡簧28的外侧与坐封活塞21的内侧分别设置有相互匹配的单向止退螺纹29，单向止退螺纹29使卡簧28只能沿坐封活塞21的内壁向上滑动，所述复位弹簧20套在中心管19的外侧且位于所述磁轭27与坐封活塞21之间，磁轭27在复位弹簧20的作用下始终保持向上的运动趋势。坐封时，通过电缆7对电磁线圈25通电，使其变成电磁铁，永磁铁26和磁轭27在磁力推动下向下运动，继而推动坐封活塞21使其下行，最终使胶筒22压缩，电磁组件24与永磁铁26之间的排斥力与胶筒22施加的反向力平衡时，将电磁线圈25断电，此时，磁轭27连同其上的永磁铁26在复位弹簧20的作用下向上移动复位，然后在此对电磁线圈25通电，使胶筒22继续被压缩，直至满足坐封要求。需要说明的是，所述的单向止退螺纹29，顾名思义，就是使卡簧28只能与坐封活塞21在一个方向上相对运动，而不能反向运动，这种机构的螺纹的牙形为直角三角形(俗称马牙)，在封隔器、油管锚等井下工具中广泛应用，属于常用的技术手段，故其具体结构在此不再赘述。

为了在保证坐封力的同时降低对电缆7承载能力的要求，本发明提供了另一种优化的电磁驱动机构。如图5所示，所述电磁驱动机构还包括活塞杆30、固定座31和副活塞33，固定座31固定安装在中心管19或活塞套18上，固定座31上设置有轴向通孔，所述活塞杆30从上端插装在该通孔内，所述副活塞33插装在活塞套18内，副活塞33与固定座31之间为密封腔，该密封腔以及固定座31上的通孔内填充有硅脂32。上述机构利用液压原理，使坐封活塞21的形成加大，但降低了对电磁组件提供的磁性排斥力的大小的要求，从而降低了对供电电流大小的要求，最终降低了对电缆7的承载能力的要求。

作为替换方案，所述电磁组件24的结构包括电机34、上磁环35和下磁环37，其中，上磁环35套装在中心管19的外侧并可在电机34的驱动下转动，下磁环37通过螺纹连接在中心管19上，上磁环35的下端面和下磁环37的上端面上分别镶嵌有四块扇形磁体36，在上磁环35上或下磁环37上，相邻的两块扇形磁体36上相互靠近的两端同为s极或同为n极。在上述结构中，上磁环35和下磁环37上的扇形磁体36可以有两种对应状态，一种状态是一块扇形磁体36的n极和s极分别与另一块扇形磁体36上的n极和s极上下对应，这种对应状态下，电磁组件24能提供的排斥力是两块扇形磁体36的叠加，因此排斥力最大；另一种状态是一块扇形磁体36的n极和s极分别与另一块扇形磁体36上的s极和n极上下对应，这种对应状态下，电磁组件24能提供的排斥力最小，甚至为零，以保证磁轭27和永磁铁26顺利复位。而电机34的作用是驱动上磁环35旋转，从而实现两种对应状态的切换。电机34的输出轴与上磁环35之间可采用齿轮和内齿环组成的齿轮传动机构实现动力传动。