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，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。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。

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。

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，基体上开设有沿预设轴线延伸的工作通道；位置检测器，位置检测器设置在工作通道内；接触头，接触头至少部分位于工作通道外并被构造为沿预设轴线运动以靠近或远离位置检测器；复位机构，复位机构被构造为对接触头施加复位力以使接触头具备远离位置检测器的趋势；以及触发器，触发器与接触头连接并被构造为随接触头运动以靠近或远离位置检测器；其中，位置检测器被构造为根据其与触发器之间的距离输出位置检测信号。

进一步的，还包括设置在工作通道内的容纳机构，容纳机构包括容纳头以及与容纳头连接的通信管；容纳头内形成容纳空间；通信管与容纳头连接，且通信管的内部空间与容纳空间连通；通信管沿预设轴线延伸至基体外；位置检测器设置在容纳空间内。

进一步的，容纳头包括内套管和外套管；内套管具备相对的开放端和封闭端；内套管的封闭端与通信管连通；内套管限定容纳空间；外套管具备相对的开放端和封闭端；外套管与内套管螺纹连接，且外套管的封闭端正对内套管的开放端。

进一步的，容纳机构可沿预设轴线滑动的设置在工作通道内；通信管与工作通道的内壁之间设置有轴密封机构。

进一步的，轴密封机构包括由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；第一限位环和第二限位环被通信管贯穿；轴密封机构还包括设置在第一限位环和第二限位环之间的密封套、弹性套和弹簧；密封套可滑动地套设于通信管；密封套靠近第一限位环的一端径向向外凸出形成接触环；弹性套套设于密封套；弹簧的一端与第二限位环抵靠；弹簧的另一端作用于弹性套以使弹性套紧贴接触环，且使接触环紧贴第一限位环；弹性套的外周面与工作通道的内壁接触；弹性套的内周面与密封套的外周面接触；密封套的内周面与通信管的外周面接触。

进一步的，接触头的表面开设有围绕预设轴线的环形槽；环形槽内设置有多个滚珠；环形槽内嵌设有安装环；安装环上开设有与滚珠一一对应的通孔；滚珠的一部分通过通孔露出至环形槽外。

进一步的，接触头上开设有泄压通道，泄压通道贯穿接触头。

进一步的，井下工具检测装置还包括导向杆，工作通道内设置有第三限位环；导向杆一端与接触头连接；导向杆的另一端贯穿第三限位环；导向杆远离接触头的一端径向向外凸出形成限位凸缘，限位凸缘被构造为与第三限位环抵靠。

进一步的，复位机构为套设在导向杆上的弹簧；复位机构的一端与接触头抵靠，复位机构的另一端与第三限位环抵靠。

进一步的，触发器为磁铁，位置检测器为磁接近传感器。

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在油气井的井道上，接触头伸入至井道内。当井下工具运动至接触头处时，井下工具对接触头施压，迫使接触头向位置检测器的方向运动。接触头靠近位置检测器进而带动触发器靠近位置检测器，此时位置检测器输出位置检测信号，根据该位置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。

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工作状态图；

图3为本发明实施例提供的井下工具检测装置的第二种工作状态图；

图4为本发明实施例提供的井下工具检测装置的第三种工作状态图。

图中：010-井下工具检测装置；110-基体；110a-预设轴线；111-工作通道；120-接触头；121-环形槽；122-滚珠；123-安装环；124-通孔；125-泄压通道；130-复位机构；140-导向杆；141-限位凸缘；153-第三限位环；160-触发器；170-位置检测器；180-容纳头；180a-容纳空间；181-内套管；182-外套管；190-通信管；191-限位片；200-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-限位管；211-限位通道；212-限位凹槽。

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的第一种工作状态图。图3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。图4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。

请结合参照图1-图4。本实施例提供的井下工具检测装置010包括基体110。基体110为圆柱状结构，其沿预设轴线110a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上开设有沿预设轴线110a延伸的工作通道111。在本实施例中，将工作通道111的两端分别定义为前端和后端，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的截面为圆形。

本实施例提供的井下工具检测装置010还包括接触头120。在本实施例中，接触头120的前端为半球形，接触头120的后端为圆柱形。接触头120的半球形的前端用于与井下工具接触。接触头120被构造为沿预设轴线110a运动。在本实施例中，接触头120整体位于工作通道111外，以便于接触头120的前端与井下工具接触。在其他实施方式中，也可以仅仅使接触头120前端或接触头120前端的一部位于工作通道111外即可。

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被构造为对接触头120施加复位力，以使接触头120向前运动。当接触头120受井下工具挤压时，能够克服复位机构130施加的复位力向后运动。本实施例提供的井下工具检测装置010还包括导向杆140。在工作通道111的前端设置有第三限位环153。第三限位环153沿从前至后的方向，通过螺纹连接的方向进入工作通道111的前端，并与工作通道111固定连接。导向杆140的前端与接触头120的后端螺纹连接，导向杆140的后端可滑动的贯穿第三限位环153。导向杆140的后端径向向外凸出形成限位凸缘141。限位凸缘141被构造为与第三限位环153抵靠，以阻止接触头120继续向前运动，即当限位凸缘141与第三限位环153抵靠时，接触头120向前运动至极限位置。在本实施例中复位机构130为弹簧，其前端与接触头120的后端抵靠，其后端与第三限位环153抵靠。复位机构130处于被压缩的状态，进而对接触头120施加复位力。在其他实施方式中，复位机构130可以采用其他结构实现，只要其能够对接触头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，两者分别设置在接触头120和第三限位环153上，两块磁铁的排斥力即构成施加在接触头120上的复位力。

本实施例提供的井下工具检测装置010还包括触发器160。触发器160与接触头120连接，以随接触头120在前后方向上运动。具体的，触发器160设置在导向杆140的后端。在导向杆140的后端开设有触发器孔，触发器160被固定在触发器孔内。

本实施例提供的井下工具检测装置010还包括位置检测器170。位置检测器170设置在工作通道111内。位置检测器170用于检测触发器160。当触发器160随接触头120向后运动时，触发器160与位置检测器170之间的距离缩小。当触发器160随接触头120向前运动时，触发器160与位置检测器170之间的距离增大。位置检测器170根据其与触发器160之间的距离输出位置检测信号。在本实施例中，当位置接触头120向前运动至极限时，位置检测器170无法检测到触发器160，位置检测器170输出低电平(如图2所示)。当接触头120在井下工具的挤压下向后运动一定距离时，位置检测器170检测到触发器160，输出高电平(如图3所示)。高电平即为位置检测信号。当检测到位置检测信号时，即可确定井下工具到达井下工具检测装置010所处的位置。如此实现了对井下工具位置的检测。在本实施例中，触发器160为磁铁，位置检测器170为磁接近传感器。在其他实施方式中，位置检测器170也可以采用微开关，当触发器160与位置检测器170接触时，位置检测器170输出高电平。

由于本实施例提供的井下工具检测装置010在使用时，接触头120需要伸入到油气井的井道内，这导致油气井内的流体能够进入工作通道111中，有可能影响位置检测器170的正常工作。为此，需要考虑对位置检测器170的密封。因此，在本实施例中，井下工具检测装置010还包括容纳机构，容纳机构包括容纳头180和通信管190。容纳头180内形成容纳空间180a，位置检测器170设置在容纳空间180a中。容纳空间180a与工作通道111不连通。容纳头180连接在通信管190的前端，通信管190的内部空间与容纳空间180a连通。通信管190由工作通道111的后端延伸至工作通道111外。将位置检测器170设置在容纳头180内，解决了位置检测器170的密封问题，使得位置检测器170能够稳定的工作。通信管190能够容纳连接位置检测器170的通信线缆，使得位置检测器170的位置检测信号能够稳定的传输。

进一步的，在本实施例中，容纳头180包括内套管181和外套管182。内套管181的前端为开放端，内套管181的后端为封闭端。内套管181所限定的空间即为容纳空间180a。内套管181的封闭端与通信管190连接。外套管182的前端为封闭端，外套管182的后端为开放端。外套管182与内套管181螺纹连接，并且外套管182的封闭端正对内套管181的开发端。在外套管182的内表面和内套管181的外表面之间还设置有密封圈。如此，实现了方便的装配和有效的密封。

容纳机构可以设置在工作通道111中，此时通信管190与基体110的后端通过焊接或螺纹连接的方式固定连接，如此可以实现工作通道111后端的密封。在本实施例中，容纳机构可沿预设轴线110a滑动的设置在工作通道111内。这样，当容纳机构沿预设轴线110a向前运动一段距离后，容纳头180能够抵顶于导向杆140的后端，进而阻止接触头120向后运动。当井下工具运动至井下工具检测装置010所处位置，并保持在该位置时，可以使容纳机构沿预设轴线110a向前运动直至容纳头180抵顶于导向杆140的后端，使得接触头120无法向后运动，这样能够实现对井下工具的捕捉，使井下工具定位在井下工具检测装置010所处的位置。例如，当井下工具为柱塞时，将井下工具检测装置010布置在井口略高于生产管道的位置。在开井状态柱塞上行。当柱塞的下端到达略高于生产管道的位置时，柱塞下方井道中的流体进入生产管道，柱塞下方的流体压力降低，柱塞受到的流体推力降低，柱塞向下运动封堵住生产管道的入口。此时，柱塞下方的流体压力增大，柱塞受到的流体推力上升，使得柱塞向上运动，生产管道的入口露出。如此，柱塞能够动态停留在生产管道附近的位置。在这个过程中，柱塞挤压接触头120使其向后运动。触发器160靠近位置检测器170，位置检测器170输出位置检测信号。此时，可以使容纳机构沿预设轴线110a向前运动直至容纳头180抵顶于导向杆140的后端，使得接触头120无法向后运动(如图4所示)，这样能够实现对柱塞的捕捉，将柱塞定位在其当前所处位置。在关井后，柱塞受到的向上的流体推力降低或消失，柱塞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柱塞或者对柱塞进行其他操作。由于需要容纳机构沿预设轴线110a前后滑动，因此在本实施例中需要在通信管190与工作通道111的内壁之间设置有轴密封机构200，以使通信管190与工作通道111的内壁之间形成良好的动密封。

轴密封机构200包括由工作通道111的内壁径向向内凸出的第一限位环201和第二限位环202。第一限位环201和第二限位环202均被通信管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套设在通信管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套设在通信管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的外周面紧贴工作通道111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的内周面能够紧贴通信管190的外周面。上述结构实现了弹性套204的外周面与工作通道111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的内周面与通信管190之间的密封。如此，即实现了通信管190与工作通道111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与通信管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。

井下工具检测装置010在工作过程中，井道内的压力流体会通过导向杆140与第三限位环153之间的间隙进入工作通道111内。在工作通道111内的压力流体对容纳头180施加向后的推力，在无其他外力作用的情况下，容纳头180会向后运动直至与第二限位环202抵靠。此时，位置检测器170的位置不会发生变化。接触头120受井下工具的挤压向后运动，使得触发器160靠近位置检测器170。当位置检测器170检测后触发器160后，位置检测器170输出位置检测信号。根据位置检测信号可知井下工具到达井下工具检测装置010所处的位置。如果此时需要捕捉井下工具，则对通信管190施加向前的力，使容纳机构沿预设轴线110a向前运动一段距离直至容纳头180抵顶于导向杆140的后端，进而阻止接触头120向后运动，实现对井下工具的捕捉。可以通过驱动装置(例如电机、液压缸或气压缸等)对通信管190施加向前的力，也可以通过人力对通信管190施加向前的力。在本实施例中，基体110的后端设置有限位管210，在限位管210上开设有沿前后方向延伸的限位通道211。限位通道211的后端开放，限位通道211的前端设置有沿周向延伸的限位凹槽212。在通信管190的后端设置有限位片191。限位片191沿径向方向贯穿限位通道211。在需要捕捉井下工具时，沿限位通道211推动限位片191向前运动，进而带动容纳机构沿预设轴线110a向前运动至与导向杆140抵顶的位置。然后旋转限位片191，使限位片191嵌入限位凹槽212中，以阻止容纳机构向后运动。

进一步的，在本实施例中，接触头120的后端开设有围绕预设轴线110a的环形槽121，在环形槽121内设置有多个滚珠122。在环形槽121的开口处嵌设有安装环123。安装环123上开设有与滚珠122一一对应的通孔124。滚珠122的一部分通过该通孔124露出至环形槽121外。滚珠122露出至环形槽121外的部分相对于接触头120径向向外凸出。滚珠122用于与安装井下工具检测装置010的通道的内壁滚动接触，使得接触头120能够顺畅的沿预设轴线110a前后运动。

由于接触头120需要伸入至井道内，而井道内的压力较高，尤其是在油气井生产状态下，井道内的压力有可能使接触头120无法向前运动进入井道，最终导致无法准确检测井下工具是否到达井下工具检测装置010所处的位置。为此，在本实施例中，接触头120上开设有泄压通道125。泄压通道125贯穿接触头120。泄压通道125从接触头120的前端贯穿至接触头120的后端。泄压通道125能够允许井道内的流体流动至接触头120的后端，使得接触头120前后压力均衡，如此即可确保接触头120能够在复位机构130的作用下向前运动至井道内。

本发明实施例提供的井下工具检测装置用于旁接在油气井的井道上，接触头伸入至井道内。当井下工具运动至接触头处时，井下工具对接触头施压，迫使接触头向位置检测器的方向运动。接触头靠近位置检测器进而带动触发器靠近位置检测器，此时位置检测器输出位置检测信号，根据该位置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。

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。