一种用于智能分层注水的管柱内置测调电缆井下自动连接装置及方法与流程

本发明涉及石油开采的技术领域，特别是一种用于智能分层注水的管柱内置测调电缆井下自动连接装置及方法。

背景技术：

目前，随着油气田注水开发的逐步深入，注水井分层注水施工越来越频繁，分层注水是指在注水井中下入封隔器，把差异较大的油层分隔开，再用智能配水器进行分层配水，使高渗层注水量得到控制，而中低渗透率油层注水量得到加强，最终保证各类油层都能发挥作用。分层注水时各个注水层的注水流量、压力等情况难以在地面实时监测和控制。

为解决以上问题，会在油气井内安装公接头，在电缆头部安装母接头，工作时，先下入电缆，到达一定深度后，将母接头与公接头对接，实现地面监测及控制设备与配水器上的压力传感器、流量传感器和温度传感器电连接，即采集的压力和流量信息从井下经电缆传递到地面设备上。然而，电缆下入速度慢，连接效率低，且油气井深度很深，难以保证公接头与母接头准确对接。即使能够将公头和母头连接，注水时在水压作用下，公头与母头连接不稳固。因此急需一套装置能够实现地面与井下实时通讯，检测并控制井下各层注水流量、压力等情况，公头和母头连接牢固的装置。

技术实现要素：

本发明能够实现地面与井下实时通讯，提供一种结构紧凑、公母接头连接牢固、在井下能够防短路湿插拔、连接效率高、操作简单的用于智能分层注水的管柱内置测调电缆井下自动连接装置及方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种用于智能分层注水的管柱内置测调电缆井下自动连接装置，它包括注水管柱、依次连接于注水管柱下端部的水力锚、过电缆封隔器、智能配水器、液压支撑锚和堵头，所述注水管柱内设置有电缆下放机构，电缆下放机构包括电缆、电缆母接头、电机和受力叶片，电缆的末端套设有外壳，外壳的柱面上且沿其圆周方向均匀铰接有多个受力叶片，受力叶片的另一端旋转安装有滚轮，每个滚轮均与注水管柱内壁相切，外壳的两侧均开设有位于受力叶片上方的通槽，外壳的外部套设有左半圆形件和右半圆形件，左半圆形件与右半圆形件固连，半圆形件上铰接有连杆，连杆的另一端铰接于受力叶片上，左半圆形件和右半圆形件上均固设有贯穿通槽的连接杆，两个所述连接杆之间固设有螺母，电机固设于外壳内，电机的输出轴处连接有丝杆，丝杆与螺母螺纹连接，所述的电缆母接头包括母接头外壳体、插孔绝缘板和电磁铁，母接头外壳体固设于外壳底部且与外壳连通，电磁铁设置于插孔绝缘板的底部，插孔绝缘板固设于母接头外壳体且与母接头外壳体内壁之间设置有环形槽，母接头外壳体的底面为斜向左倾斜的导向面，母接头外壳体的右侧柱面上开设有导向凹槽，插孔绝缘板内开设有垂向设置的插孔，插孔的顶部固设有插孔电线焊接点，插孔内设置有导电套，导电套与插孔电线焊接点一端固连，插孔电线焊接点另一端与电缆连接；

所述注水管柱内还固设有电缆公接头，所述电缆公接头包括公接头外壳体、插针绝缘板和汝铁硼磁铁，插针绝缘板固设于公接头外壳体内，汝铁硼磁铁设置于插针绝缘板的顶部，公接头外壳体的中部设置有与导向面相配合的锥面，插针绝缘板的右侧柱面上设置有与导向凹槽相配合的导向插销，插针绝缘板顶部和底部分别设置有插针和插针电线焊接点，插针电线焊接点与智能配水器上的传感器电连接，插针和插针电线焊接点之间连接有位于插针绝缘板内的导线。

所述的公接头外壳体的顶部设置有密封环i。

所述的公接头外壳体内固设有卡簧。

所述的插针绝缘板固设于卡簧上。

所述的插孔绝缘板的柱面上设置有密封环ii。

所述的电缆内设置有通讯电缆、控制电缆和动力电缆。

所述的汝铁硼磁铁为永久磁铁。

所述的装置用于智能分层注水的管柱内置测调电缆井下自动连接的方法，它包括以下步骤：

s1、将注水管柱下入油气井中；将电缆下放机构的电缆下入注水管柱中，所有的滚轮均与注水管柱内壁接触，再向注水管柱内注水，水流为电缆下放机构提供向下运动的动力，即受力叶片受到水冲击后，滚轮沿着注水管柱向下移动；

s2、电缆下入到达预定的深度时，即电缆母接头快要接触到电缆公接头时，给电磁铁和汝铁硼磁铁通电，电缆母接头与电缆公接头相互吸引，公接头外壳体的上端部插入母接头外壳体的环形槽内，随后母接头外壳体底面的导向面与公接头外壳体中部的锥面逐渐吻合，能够保证连接的方向性，当导向面与锥面完全配合后，导向插销刚好插入于导向凹槽内，且插针插入于导电套内，实现了电缆母接头与电缆公接头的对接；

s3、步骤s2结束后，控制电机正转，电机带动丝杆转动，螺母沿着丝杆向下移动，从而套环向下移动，连杆带动受力叶片绕其与外壳的铰接点转动，以将受力叶片收拢；

s4、智能配水器上的流量传感器、压力传感器、温度传感器分别检测注水的流量、注水压力以及温度，并将这些参数转换为电信号，电信号顺次经插针电线焊接点、导线、插针、导电套、插孔电线焊接点、电缆最后传递给地面监测或控制设备，实现了地面与井下实时通讯，进一步的实现了对注水压力和流量的控制。

本发明具有以下优点：本发明公母接头连接牢固、在井下能够防短路湿插拔、连接效率高、操作简单；能够实现地面与井下实时通讯。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为电缆公接头与电缆母接头对接的结构示意图；

图3为受力叶片收拢状态的结构示意图；

图4为电缆下放机构的结构示意图；

图5为电缆下放机构中外壳、半圆形件和受力叶片的安装示意图；

图6为电缆母接头的结构示意图；

图7为电缆公接头的结构示意图；

图8为电缆公接头与电缆母接头连接后的半剖示意图；

图9为图8的正视图；

图10为图9的右视图；

图中，1-注水管柱，2-水力锚，3-过电缆封隔器，4-智能配水器，5-液压支撑锚，6-堵头，7-电缆，8-电缆母接头，9-电机，10-受力叶片，11-外壳，12-滚轮，13-通槽，14-左半圆形件，15-右半圆形件，16-连杆，17-连接杆，18-螺母，19-丝杆，20-母接头外壳体，21-插孔绝缘板，22-电磁铁，23-环形槽，24-导向面，25-导向凹槽，26-插孔，27-插孔电线焊接点，28-导电套，29-电缆公接头，30-公接头外壳体，31-插针绝缘板，32-汝铁硼磁铁，33-锥面，34-导向插销，35-插针，36-插针电线焊接点，37-导线，38-密封环i，39-卡簧，40-密封环ii。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图1~5所示，一种用于智能分层注水的管柱内置测调电缆井下自动连接装置，它包括注水管柱1、依次连接于注水管柱1下端部的水力锚2、过电缆封隔器3、智能配水器4、液压支撑锚5和堵头6，所述注水管柱1内设置有电缆下放机构，电缆下放机构包括电缆7、电缆母接头8、电机9和受力叶片10，电缆7内设置有通讯电缆、控制电缆和动力电缆，电缆7与地面监测和控制设备连接，电缆7的末端套设有外壳11，外壳11的柱面上且沿其圆周方向均匀铰接有多个受力叶片10，受力叶片10的另一端旋转安装有滚轮12，每个滚轮12均与注水管柱1内壁相切，外壳11的两侧均开设有位于受力叶片10上方的通槽13，外壳11的外部套设有左半圆形件14和右半圆形件15，左半圆形件14与右半圆形件15固连，两个半圆形件组成套环，该套环可沿着外壳11做上下移动，半圆形件上铰接有连杆16，连杆16的另一端铰接于受力叶片10上，左半圆形件14和右半圆形件15上均固设有贯穿通槽13的连接杆17，两个所述连接杆17之间固设有螺母18，电机9固设于外壳11内，电机9的输出轴处连接有丝杆19，丝杆19与螺母18螺纹连接。当电机9正转时，电机9带动丝杆19转动，螺母18沿着丝杆19向下移动，从而套环向下移动，连杆16带动受力叶片10绕其与外壳11的铰接点转动，此时受力叶片10处于收拢状态，其目的是给注水提供更大的过水面积，同时减小受力。

如图6~10所示，所述的电缆母接头8包括母接头外壳体20、插孔绝缘板21和电磁铁22，母接头外壳体20固设于外壳11底部且与外壳11连通，电磁铁22设置于插孔绝缘板21的底部，插孔绝缘板21固设于母接头外壳体20且与母接头外壳体20内壁之间设置有环形槽23，母接头外壳体20的底面为斜向左倾斜的导向面24，母接头外壳体20的右侧柱面上开设有导向凹槽25，插孔绝缘板21内开设有垂向设置的插孔26，插孔26的顶部固设有插孔电线焊接点27，插孔26内设置有导电套28，导电套28与插孔电线焊接点27一端固连，插孔电线焊接点27另一端与电缆7连接；

所述注水管柱1内还固设有电缆公接头29，所述电缆公接头29包括公接头外壳体30、插针绝缘板31和汝铁硼磁铁32，汝铁硼磁铁32为永久磁铁，插针绝缘板31固设于公接头外壳体30内，汝铁硼磁铁32设置于插针绝缘板31的顶部，公接头外壳体30的中部设置有与导向面24相配合的锥面33，插针绝缘板31的右侧柱面上设置有与导向凹槽25相配合的导向插销34，插针绝缘板31顶部和底部分别设置有插针35和插针电线焊接点36，插针电线焊接点36与智能配水器4上的传感器电连接，插针35和插针电线焊接点36之间连接有位于插针绝缘板31内的导线37。

所述的公接头外壳体30的顶部设置有密封环i38，插孔绝缘板21的柱面上设置有密封环ii40，所述的公接头外壳体30内固设有卡簧39，插针绝缘板31固设于卡簧39上。所述的密封环i38和密封环ii40能够防短路湿插拔。

所述的装置用于智能分层注水的管柱内置测调电缆井下自动连接的方法，它包括以下步骤：

s1、将注水管柱1下入油气井中；将电缆下放机构的电缆7下入注水管柱1中，所有的滚轮12均与注水管柱1内壁接触，再向注水管柱1内注水，水流为电缆下放机构提供向下运动的动力，即受力叶片10受到水冲击后，滚轮12沿着注水管柱1向下移动。受力叶片10的宽度越宽，电缆下放速度也就越快，从而加快了电缆的下放速度；

s2、电缆下入到达预定的深度时，即电缆母接头8快要接触到电缆公接头29时，给电磁铁22和汝铁硼磁铁32通电，电缆母接头8与电缆公接头29相互吸引，公接头外壳体30的上端部插入母接头外壳体20的环形槽23内，随后母接头外壳体20底面的导向面24与公接头外壳体30中部的锥面33逐渐吻合，能够保证连接的方向性，当导向面24与锥面33完全配合后，导向插销34刚好插入于导向凹槽25内，且插针35插入于导电套28内，实现了电缆母接头与电缆公接头的对接；导向插销34与导向凹槽25的配合，能够避免电缆母接头与电缆公接头连接后，在水力冲击下发生周向位移，而电磁铁22和汝铁硼磁铁32的相吸，能够避免电缆母接头与电缆公接头连接后，在水力冲击下发生轴向位移，保证了公母接头连接更加牢固。

、步骤s2结束后，控制电机9正转，电机9带动丝杆19转动，螺母18沿着丝杆19向下移动，从而套环向下移动，连杆16带动受力叶片10绕其与外壳11的铰接点转动，以将受力叶片10收拢；

s4、智能配水器4上的流量传感器、压力传感器、温度传感器分别检测注水的流量、注水压力以及温度，并将这些参数转换为电信号，电信号顺次经插针电线焊接点36、导线37、插针35、导电套28、插孔电线焊接点27、电缆7最后传递给地面监测或控制设备，实现了地面与井下实时通讯，进一步的实现了对注水压力和流量的控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。