一种用于储层改造、生产监测与控制的智能开关阀的制作方法

本发明涉及石油天然气开发设备领域，特别是一种用于储层改造、生产监测与控制的智能开关阀。

背景技术：

随着勘探开发的深入，页岩气、致密气储层进入规模开发阶段，水平井分段压裂和体积压裂等大规模压裂方式已逐渐成为油气田开发的主体技术，现有的分段压裂技术主要有：裸眼封隔器+滑套分段压裂技术、可钻式桥塞分段压裂技术、大通径桥塞分段压裂技术、双封单压分段压裂技术、水力喷射分段压裂技术，但其都有一定局限性。

裸眼封隔器+滑套技术由于需要不同级差球和球座配合实现开启滑套，无法实现全通径，分段级数受限；可钻式桥塞虽可进行无限级大规模压裂，但作业周期长，成本高；大通径桥塞分段压裂技术保持了井眼大通径、无需钻磨，但仍不能实现井眼的全通径；双封单压分段压裂技术需拖动管柱，需带压作业配合，操作复杂，施工周期长；水力喷射分段压裂技术由于喷孔耐磨抗冲蚀能力有限加之节流压差大，故施工段数受限、作业周期长、施工规模受限。因此研制一种用于水平井无限级分段压裂的压裂滑套将推动压裂技术的发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种用于储层改造、生产监测与控制的智能开关阀，固井时采用本发明和套管连接后一起安装在井下，根据压裂层位计算并设计本发明的安装位置，再通过低频电磁波实现地面和滑套之间的无线通信，收发作业指令和资料，接收指令后，通过电气和液压控制系统驱动压裂滑套实开启和关闭，完成各级压裂滑套的压裂和封隔作业。有效解决现有分段压裂技术存在的作业周期长、作业成本高、分段级数受限等突出问题，实现储层的无限级大规模分段压裂改造。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种用于储层改造、生产监测与控制的智能开关阀，包括连接短节、电气短节、储液短节、液控短节和滑套短节，

所述连接短节包括左接箍接头、左端盖、右端盖和右接箍接头，左端盖设置于左接箍接头的右侧，右端盖设置于右接箍接头的左侧，

所述电气短节包括安装支架、电气接头、电气内壁和通用外壁，电气内壁同轴套装于通用外壁内，电气内壁的左端与左接箍接头的右端内表面通过螺纹配合连接，左端盖配合安装在电气内壁的左侧，且左端盖的左端面与左接箍接头的右端面紧密贴合，通用外壁的左端与左端盖的外表面通过螺纹配合连接，电气接头配合安装在通用外壁内，电气接头的左端与电气内壁的右端通过螺纹配合连接，左端盖、通用外壁、电气接头和电气内壁形成环状腔体，安装支架安装在该环状腔体内，安装支架的外侧表面上开设有多条沟槽，沟槽内安装有电路板、天线和锂电池，安装支架的右侧端面还开设有用于布设锂电池电源线和电路板数据线的安装支架线缆通道，电气接头上沿轴向开设有电气接头线缆通道，电气接头的中部内壁上还安装有温度压力传感器，温度压力传感器与电路板电连接，

所述储液短节包括储液接头、储液内壁和通用外壁，储液接头配合安装在通用外壁内，储液内壁同轴套装于通用外壁内，储液内壁的左端与电气接头的右端通过螺纹配合连接，右端与储液接头的左端通过螺纹配合连接，电气接头、储液内壁、储液接头和通用外壁形成储油环空，储液接头上沿轴线方向开设有多个储液接头线缆通道和多个储液接头液压油通道，储液接头液压油通道与储油环空连通，

所述液控短节包括液控接头、液控内壁和通用外壁，液控内壁同轴套装于通用外壁内，液控内壁的左端与储液接头的右端通过螺纹配合连接，液控接头的左端内外表面分别与液控内壁和通用外壁通过螺纹配合连接，储液接头、通用外壁、液控接头和液控内壁形成环状腔体，在该环状腔体内安装有液压控制系统，液控接头上沿轴向方向开设有多个第一液压通道液控短节段和多个第二液压通道液控短节段，储液接头液压油通道分别与第一液压通道液控短节段和第二液压通道液控短节段连通，

所述滑套短节包括滑套外壁、滑套内壁和内滑套，滑套外壁的左端与液控接头的右端外表面通过螺纹配合连接，右端与右端盖的左端外表面通过螺纹配合连接，滑套内壁的左端与液控接头的右端内表面通过螺纹配合连接，右端与右接箍接头的左端内表面通过螺纹配合连接，右端盖的右端面与右接箍接头的左端面紧密贴合，内滑套滑动安装在滑套外壁与滑套内壁之间，滑套外壁的侧壁中部设置有多个滑套外壁压裂液出口，内滑套的侧壁中部设置有多个内滑套压裂液出口，滑套内壁的侧壁中部设置有多个滑套内壁压裂液出口，压裂时，滑套内壁压裂液出口、内滑套压裂液出口和滑套外壁压裂液出口对齐，滑套外壁上沿轴向开设有第二液压通道滑套外壁段，液控接头、滑套外壁、内滑套和滑套内壁围合形成第一液压腔，第一液压通道液控短节段与第一液压腔连通，右端盖、滑套外壁、内滑套和滑套内壁围合形成第二液压腔，第二液压通道液控短节段通过第二液压通道滑套外壁段与第二液压腔连通。

所述的液压控制系统包括两位三通电磁换向阀A、两位三通电磁换向阀B、直流电机和液压泵，直流电机的输出端与减速器的输入端连接，减速器的输出端与液压泵的动力输入端连接，液压泵的进液口与储油环空连接，液压泵的出液口分别与两位三通电磁换向阀A、两位三通电磁换向阀B的第一接口连接，两位三通电磁换向阀A的第二接口与第一液压腔连通，两位三通电磁换向阀B的第二接口与第二液压腔连通，两位三通电磁换向阀A和两位三通电磁换向阀B的第三接口分别与储油环空连通。

所述的液压泵的出液口处还设置有流量计，所述的液压泵的出液口与两位三通电磁换向阀A的第三接口之间还设置有溢流阀。

所述的滑套外壁的内表面沿轴向开设有周向限位槽，所述的内滑套的外表壁上沿径向设置有周向限位销，周向限位销与周向限位槽滑动配合。

所述的滑套外壁上还设有滑套外壁注液口，滑套外壁注液口与第二液压腔连通。

所述的通用外壁上还设有通用外壁注液口，通用外壁注液口与储油环空连通。

一种用于储层改造、生产监测与控制的智能开关阀的其施工方法，包括以下步骤：

S1、随固井管柱下入多级智能开关阀至人工井底；

S2、地面控制站向井下发送无线通讯信号，信号内容为打开某一指定层位智能开关阀，关闭其它层位智能开关阀；

S3、井下各级智能开关阀收到信号，依据指令通过电气和液压控制系统打开或关闭各级压裂液出口；

S4、井下指定层位的智能开关阀向地面控制站发送该层位温度压力传感器测得的温度、压力数值数据信号，地面控制站收到数值数据后以此作为依据判断地层破裂所需的压力，为压裂时压裂液压力值设定做参考；

S5、对压裂液出口处于开启状态的层位进行压裂作业；

S6、重复步骤S2～S4，直至全井段压裂完成；

S7、重复步骤S2～S3，依次完成各储层产能标定；

S8、筛选高产能储层，通过地面控制站向井下发送无线通讯信号，信号内容为开启全部高产能储层智能开关阀，关闭其它低产能储层智能开关阀实现油气生产；

S9、在生产过程中根据温度压力传感器的监测数据和油气产层的其它数据来控制智能开关阀完成开启、关闭或节流动作，实现生产监测和控制。

所述的固井管柱包括表层套管、技术套管、生产套管、水泥环、智能开关阀和套管接箍；所述的智能开关阀通过套管接箍与生产套管相连。

本发明具有以下优点：

1、本发明使用无线通信的方式保证地面和井下具备稳定的通信能力，消除距离的影响，有效解决控制通道构建周期长、成本高的问题。

2、本发明使用电液控制实现滑套的开启和关闭，无需下入其他工具辅助，同时开关次数不受限制，一个指令可实现多个滑套的开关动作，有效解决目前分段压裂技术存在的作业周期长、作业成本高、分段级数受限等突出问题，实现储层的无限级大规模分段压裂改造。

3、本发明中间部分为全通径，压裂时用作液体通道，生产时作为其它井下工具的通道。

4、本发明通过流量计检测液压油流量大小，再由电路板中程序换算为内滑套行程，并通过无线通信传输行程数据值地面，实现压裂液出口开口大小检测和控制。

附图说明

图1 为本发明所述的智能开关阀结构示意图；

图2 为安装支架的结构示意图；

图3 为图2中A-A剖视结构示意图；

图4 为图2中B-B剖视结构示意图；

图5 为图2中C-C剖视结构示意图；

图6 为液压控制系统的安装结构示意图；

图7 为内滑套的结构示意图；

图8 为图2中D-D剖视结构示意图；

图9 为智能开关阀液压控制原理图；

图中：1-左接箍接头，2-左端盖，3-安装支架，4-电气接头，5-储液接头，6-液控接头，7-内滑套，8-右端盖，9-右接箍接头，10-滑套外壁，11-滑套内壁，12-液控内壁，13-储液内壁，14-通用外壁，15-电气内壁，101-表层套管，102-技术套管，103-生产套管，104-水泥环，105-套管接箍，106-智能开关阀，301-电路板，302-天线，303-锂电池，304-安装支架线缆通道，401-电气接头线缆通道，402-温度压力传感器，501-储液接头线缆通道，502-储液接头液压油通道，601-第一液压通道液控短节段，602-第二液压通道液控短节段，603-两位三通电磁换向阀A，604-两位三通电磁换向阀B，605-溢流阀，606-直流电机，607-减速器，608-液压泵，609-流量计，701-内滑套压裂液出口，702-周向限位销，703-滑套内壁压裂液出口，704-滑套外壁压裂液出口，801-通用外壁注液口，802-滑套外壁注液口，803-周向限位槽，804-第二液压通道滑套外壁段，901-储油环空。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种用于储层改造、生产监测与控制的智能开关阀，包括连接短节、电气短节、储液短节、液控短节和滑套短节，所述连接短节包括左接箍接头1、左端盖2、右端盖8和右接箍接头9，左端盖2设置于左接箍接头1的右侧，右端盖8设置于右接箍接头9的左侧，如图2和图3所示，所述电气短节包括安装支架3、电气接头4、电气内壁15和通用外壁14，电气内壁15同轴套装于通用外壁14内，电气内壁15的左端与左接箍接头1的右端内表面通过螺纹配合连接，左端盖2配合安装在电气内壁15的左侧，且左端盖2的左端面与左接箍接头1的右端面紧密贴合，通用外壁14的左端与左端盖2的外表面通过螺纹配合连接，电气接头4配合安装在通用外壁14内，电气接头4的左端与电气内壁15的右端通过螺纹配合连接，左端盖2、通用外壁14、电气接头4和电气内壁15形成环状腔体，安装支架3安装在该环状腔体内，安装支架3的外侧表面上开设有多条沟槽，沟槽内安装有电路板301、天线302和锂电池303，安装支架3的右侧端面还开设有用于布设锂电池电源线和电路板数据线的安装支架线缆通道304，在本实施例中，安装支架3的右端有4个呈45°等间距分布的通孔和一个与顺时针第二通孔对称分布的通孔，电气接头4上沿轴向开设有电气接头线缆通道401，在本实施例中，电气接头线缆通道401为电气接头4的左端有4个呈45°等间距分布的通孔和1个与顺时针第2通孔对称分布的盲孔，电气接头4的中部内壁上还安装有温度压力传感器402，温度压力传感器402与电路板301电连接，温度压力传感器402用于检测井下的温度和压力数值信号，并将数值信号发送给电路板301，如图1和图4所示，所述储液短节包括储液接头5、储液内壁13和通用外壁14，储液接头5配合安装在通用外壁14内，储液内壁13同轴套装于通用外壁14内，储液内壁13的左端与电气接头4的右端通过螺纹配合连接，右端与储液接头5的左端通过螺纹配合连接，电气接头4、储液内壁13、储液接头5和通用外壁14形成储油环空901，储液接头5上沿轴线方向开设有多个储液接头线缆通道501和多个储液接头液压油通道502，在本实施例中储液接头5上有呈45°等间距分布的4个储液接头线缆通道501，呈45°等间距分布的3个储液接头液压油通道502，储液接头液压油通道502与储油环空901连通，如图1和图5所示，所述液控短节包括液控接头6、液控内壁12和通用外壁14，液控内壁12同轴套装于通用外壁14内，液控内壁12的左端与储液接头5的右端通过螺纹配合连接，液控接头6的左端内外表面分别与液控内壁12和通用外壁14通过螺纹配合连接，储液接头5、通用外壁14、液控接头6和液控内壁12形成环状腔体，在该环状腔体内安装有液压控制系统，液控接头6上沿轴向方向开设有多个第一液压通道液控短节段601和多个第二液压通道液控短节段602，储液接头液压油通道502分别与第一液压通道液控短节段601和第二液压通道液控短节段602连通，如图1所示，所述滑套短节包括滑套外壁10、滑套内壁11和内滑套7，滑套外壁10的左端与液控接头6的右端外表面通过螺纹配合连接，右端与右端盖8的左端外表面通过螺纹配合连接，滑套内壁11的左端与液控接头6的右端内表面通过螺纹配合连接，右端与右接箍接头9的左端内表面通过螺纹配合连接，右端盖8的右端面与右接箍接头9的左端面紧密贴合，内滑套7滑动安装在滑套外壁10与滑套内壁11之间，滑套外壁10的侧壁中部设置有多个滑套外壁压裂液出口704，如图7所示，内滑套7的侧壁中部设置有多个内滑套压裂液出口701，滑套内壁11的侧壁中部设置有多个滑套内壁压裂液出口703，在本实施例中，滑套内壁11、内滑套7和滑套外壁10上均设置有6个在周向上等间距分布的压裂液出口，压裂时，滑套内壁压裂液出口703、内滑套压裂液出口701和滑套外壁压裂液出口704对齐，滑套外壁10上沿轴向开设有第二液压通道滑套外壁段804，液控接头6、滑套外壁10、内滑套7和滑套内壁11围合形成第一液压腔，第一液压通道液控短节段601与第一液压腔连通，右端盖8、滑套外壁10、内滑套7和滑套内壁11围合形成第二液压腔，第二液压通道液控短节段602通过第二液压通道滑套外壁段804与第二液压腔连通。

如图6和图9所示，所述的液压控制系统包括两位三通电磁换向阀A603、两位三通电磁换向阀B604、直流电机606和液压泵608，直流电机606的输出端与减速器607的输入端连接，减速器607的输出端与液压泵608的动力输入端连接，液压泵608的进液口与储油环空901连接，液压泵608的出液口分别与两位三通电磁换向阀A603、两位三通电磁换向阀B604的第一接口连接，两位三通电磁换向阀A603的第二接口与第一液压腔连通，两位三通电磁换向阀B604的第二接口与第二液压腔连通，两位三通电磁换向阀A603和两位三通电磁换向阀B604的第三接口分别与储油环空901连通，所述的液压泵608的出液口处还设置有流量计609，流量计609与电路板301电性连接，流量计609用于检测流入液压腔的液压油流量信号，并将流量感应信号发送给电路板301，所述的液压泵608的出液口与两位三通电磁换向阀A603的第三接口之间还设置有溢流阀605。当无线通信系统接收到地面开启智能开关阀的指令，当两位三通电磁换向阀A603、两位三通电磁换向阀B604都处于断电状态，此时开关阀不动作，当两位三通电磁换向阀A603上电，两位三通电磁换向阀B604断电时，第一液压腔内的液体回流至储油环空901，而储油环空901内的液体进入第二液压腔，推动内滑套7向左运动，当内滑套7左端面与液控接头6接触时，智能开关阀完全关闭；当两位三通电磁换向阀A603断电，两位三通电磁换向阀B604上电时，第二液压腔内的液体回流至储油环空901，而储油环空901内的液体进入第一液压腔，推动内滑套7向右运动，当内滑套7上的内滑套压裂液出口701、滑套内壁11上的滑套内壁压裂液出口703和滑套外壁10上的滑套外壁压裂液出口704对齐时，智能开关阀完全开启；在开启和关闭过程中，液压油都将从流量计609流过，流量计609可将流量数据经由线缆传输至电路板301，通过程序处理可换算为内滑套7行程，再无线传输至地面，地面操作者可根据内滑套7行程下达继续开启或关闭智能开关阀的指令，实现滑套行程控制，达到压裂液出口面积可控的目的。

如图8所示，所述的滑套外壁10的内表面沿轴向开设有周向限位槽803，所述的内滑套7的外表壁上沿径向设置有周向限位销702，周向限位销702与周向限位槽803滑动配合。

如图1所示，所述的滑套外壁10上还设有滑套外壁注液口802，滑套外壁注液口802与第二液压腔连通。

如图1所示，所述的通用外壁14上还设有通用外壁注液口801，通用外壁注液口801与储油环空901连通。

本发明所述的智能开关阀的工作过程为：固井时，依据设定的压裂级数将对应数量的智能开关阀作为固井管柱的组成部分与套管连接后安装于井下；压裂作业时，通过低频电磁波与地面设备实现无线通信，完成压裂作业指令和数据收发，压裂作业指令的形式为打开某一压裂层位滑套且关闭其它层位滑套，接收到压裂作业指令后，通过电气和液压控制开启指定层位滑套和关闭其它层位滑套，通过温度压力传感器测得的温度、压力数值数据为压裂时压裂液压力值设定做参考，此时开启的滑套处进行压裂作业，关闭的滑套处视为封隔作业，依次下达压裂作业指令即可完成各级储层的压裂；压裂作业完成后，再次按顺序下达指令打开各储层位置智能开关阀，依次将各储层和井眼沟通，建立油气资源输送通道，实现对各储层的产能标定；产量标定作业完成后，通过无线通信发送生产作业指令，生产作业指令的形式为打开高产能储层滑套，收到生产作业指令后，通过电气和液压控制开启全部层位滑套，将高产能储层和井眼沟通，建立油气资源输送通道，实现生产作业；在生产过程中，根据温度压力传感器的监测数据和油气产层的其它数据来下达指令，控制智能开关阀完成开启、关闭或节流动作，实现生产监测和控制。

本发明开关过程无需外部辅助，滑套开口大小可控，开关次数不受限制，分段级数不受限制，压裂时通过无线通信传输指令将指定层位的滑套打开，其余层位滑套关闭，可实现储层的无级限压裂；本发明有效简化压裂过程，缩短作业时间，节约施工成本。