專利名稱：一種電機驅動蝸齒傳動井下套管閥的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種石油工程欠平衡鉆井領域，特別涉及一種電機驅動蝸齒傳動井下
套管閥。
背景技術：
目前油田欠平衡鉆井使用的井下套管閥，其閥舌的開關方式是由地面液壓控制柜 連接兩根液壓毛細油管線到井下套管閥的開關液壓腔上，通過地面對液壓控制柜的操作使 兩根液壓毛細油管的某一根通高壓來實現井下套管閥的閥舌的打開與關閉。這種型式的井 下套管閥的安裝過程中的井口操作與下井操作都很麻煩。這對正常鉆井施工會造成一定的 負面影響。另一方面，毛細管線一般只作幾米長的短管使用，因此近千米的高壓毛細油管線 在鉆井井下使用本身就是一個高危故障源。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種電機驅動蝸齒傳動井下套管閥，該井下套管 閥實現了操作簡便，減少故障源?？朔爽F有的井下套管閥操作麻煩，具有高危故障源的不 足。本發明所采取的技術方案是一種電機驅動蝸齒傳動井下套管閥，套管接箍、上部 套管短節、主體偏心筒、下部外筒和下部偏心轉換接頭從上至下順序用絲扣連接；主體偏心 筒的外側開有電子腔室和驅動腔室兩個長槽，并固定有電子腔室蓋板和驅動腔室蓋板，主 體偏心筒下半部的內側設有閥舌開關筒，主體偏心筒下端與閥座鋼性連接，閥座一側外部 固定有閥座軸銷筋板，閥舌緊固有閥舌筋板，閥舌筋板和閥座軸銷筋板通過閥舌轉動軸銷 鉸接，閥舌和閥座之間連接有扭簧，電子腔室內設置有電子元器件、印刷電路板和連接信號 線，電子腔室的上端設有兩個出線口，一個連接電纜線接頭，另一個連接電機繞組輸出接線 頭，下端設有一個出線口連接壓力傳感器，與壓力傳感器對應的閥座上開有壓力導孔，電子 腔室的中段設有兩個霍爾傳感器，上部一個是閥舌全關霍爾傳感器，下部一個是閥舌全開 霍爾傳感器，在閥舌開關筒上一側安裝永磁鐵，驅動腔室內上部為橡膠波紋管骨架，橡膠波 紋管骨架連接驅動總成殼體，橡膠波紋管骨架外面套有橡膠波紋管，驅動總成殼體內按傳 動順序裝有電機繞組接線頭、電機、多級減速箱、蝸桿上軸承和機械密封總成，驅動腔室上 端設有一個出線口與電機繞組輸入接線頭相連，蝸桿上端與驅動腔室下端的蝸桿上軸承相 連，下端與蝸桿下軸承相連，蝸桿的蝸桿齒與閥舌開關筒蝸齒相嚙合。下部外 筒和下部偏心轉換接頭的絲扣連接處設有防轉螺銷，下部偏心轉換接頭內 側設有閥舌永久開啟工作筒及相應的止回銷總成，下部偏心轉換接頭外側上部設有下部偏 心轉換接頭密封圈。電子腔室與電子腔室蓋板之間用電子腔室蓋板密封圈密封，電子腔室蓋板用蓋板 緊固螺栓緊固在電子腔室上，驅動腔室與驅動腔室蓋板之間用驅動腔室蓋板密封圈密封， 驅動腔室蓋板用蓋板緊固螺栓緊固在驅動腔室上。
主體偏心 筒下端與閥座之間通過連筋鋼性連接，閥座一側外部用閥座軸銷螺栓將 閥座軸銷筋板固定，閥舌用閥舌筋板螺栓將閥舌筋板緊固。主體偏心筒下部和閥座上部分別設置了主體偏心筒密封圈和閥座密封圈予以密 封隔離。橡膠波紋管骨架上設有橡膠波紋管骨架密封圈和骨架導壓孔，對應主體偏心筒上 也開有導壓孔。閥舌開關筒蝸齒是閥舌開關筒外部一側設置的一個在環向上有一定寬度軸向上 有一定長度的長窄臺加工成的長直蝸輪齒條，對應閥舌開關筒蝸齒在驅動腔室與閥舌開關 筒之間的主體偏心筒上加工成一長窄條窗口與之匹配，使之形成鍵與鍵槽的關系。電機繞組輸出接線頭、電機繞組輸入接線頭以及電機繞組輸出接線頭與電機繞組 輸入接線頭之間連接的電機繞組引線外面套有一過線保護套，過線保護套內充有絕緣液壓 油，橡膠波紋管內充有絕緣潤滑油。本發明的有益效果是本發明由于采用了定向井有線隨鉆測斜儀用的單心電纜連 接地面與井下套管閥，地面由計算機通過鍵盤或鼠標輸入命令，操控井下的閥舌進行開關 動作，同時井下單片機控制系統定時采樣壓力傳感器、閥舌全開霍爾傳感器和閥舌全關霍 爾傳感器的參數值，并將參數信號進行轉換通過電纜發給地面，保證地面計算機處于實時 監控井下套管閥狀態的方式，因而具有操作簡便，減少故障源的優點。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步詳細的說明。圖1為本發明電源與信號流程框圖。圖2為本發明機電傳動流程框圖。圖3為本發明外觀俯視圖。圖4為圖3的A-A向橫剖面構造圖。圖5為圖3的B-B向橫剖面構造圖。圖6是圖5的C-C向縱剖面構造圖。圖7是圖5的D-D向縱剖面構造圖。
具體實施例方式如圖1所示，井下套管閥閥舌的開關動作均由地面計算機通過鍵盤或鼠標輸入命 令，該命令信號經接口箱通過電纜傳至井下單片機控制系統，同時通過接口箱將電源輸送 給井下系統。井下單片機控制系統收到地面的控制信號后發出電機驅動信號，以控制電機 的正反轉。同時單片機控制系統定時采樣壓力傳感器，閥舌全開位置傳感器和閥舌全關位 置傳感器的參數值，并將參數信號進行轉換通過電纜發給地面。由此保持地面計算機處于 實時監控井下套管閥狀態的過程中。如圖2所示，井下單片機控制系統發出的電機控制信號經驅動電路后驅動電機有 向轉動，從而達到由電力到機械傳動的轉換，電機軸輸出的是高轉速低扭距機械力，須經多 級減速箱轉換成低轉速大扭距機械力去驅動蝸齒傳動。另一方面，通過機械密封將電機和 多級減速箱與蝸齒傳動部分隔開，保證電機和減速箱用潤滑油潤滑。閥舌的開關由閥舌開關筒作軸向往復運動和閥舌扭簧配合完成的，蝸齒傳動特點是具有自鎖能力和大扭距傳動 比。
如圖3、4、5、6和7所示，套管接箍1、上部套管短節2、主體偏心筒5、下部外筒9和 下部偏心轉換接頭12從上至下順序用絲扣連接，其中下部外筒9和下部偏心轉換接頭12 的絲扣連接處設有防轉螺銷10，下部偏心轉換接頭12內側設有閥舌永久開啟工作筒39及 相應的止回銷總成11，外側上部設有下部偏心轉換接頭密封圈38 ；主體偏心筒5的較厚的 外側開有電子腔室21和驅動腔室55兩個長槽，并設有電子腔室蓋板6和驅動腔室蓋板7 及相應的電子腔室蓋板密封圈18和驅動腔室蓋板密封圈19予以內外保護隔離和密封，電 子腔室蓋板6和驅動腔室蓋板7均用蓋板緊固螺栓8緊固；主體偏心筒5下半部的內側設 有閥舌開關筒13，主體偏心筒5下端部用連筋30與閥座28連接，閥座28 —側外部設置了 閥座軸銷筋板33，并用閥座軸銷螺栓32將其緊固，閥舌37用閥舌筋板螺栓35將閥舌筋板 36緊固，閥舌筋板36和閥座軸銷筋板33通過閥舌轉動軸銷54鉸接，并通過扭簧34始終迫 使閥舌37和閥座28處于關閉的趨勢，主體偏心筒5下端部及閥座28上端部分別設置了主 體偏心筒密封圈29和閥座密封圈31予以隔離；電子腔室21內設置有單片機控制系統的電 子元器件22和印刷電路板23及與之連接的連接信號線25，電子腔室21的上端設有兩個出 線口，一個接電纜線接頭4，另一個接電機繞組輸出接線頭20，下端設有一個出線口接壓力 傳感器26，壓力傳感器26的被測壓力由設在閥座28上的壓力導孔27引入，測取的是閥舌 37下部的壓力值，電子腔室21的中段設有兩個霍爾傳感器，上部一個是閥舌全關霍爾傳感 器24，下部一個是閥舌全開霍爾傳感器14，這兩個霍爾傳感器的距離正是閥舌開關筒軸向 運動的間距，當閥舌開關筒向上運動到使閥舌開關筒13上的永磁鐵15與閥舌全關霍爾傳 感器24對齊時閥舌全關霍爾傳感器24就會有一狀態變化信號輸出，同樣當閥舌開關筒13 向下運動到使閥舌開關筒13上的永磁鐵15與閥舌全開霍爾傳感器14對齊時閥舌全開霍 爾傳感器14就會有一狀態變化信號輸出；驅動腔室55內上部為橡膠波紋管骨架42，下部 是與之相連的驅動總成殼體50，橡膠波紋管骨架42上設有橡膠波紋管骨架密封圈41和骨 架導壓孔43及外面套有橡膠波紋管45，對應主體偏心筒5上也開有導壓孔44，驅動總成殼 體50內按傳動順序裝有電機繞組接線頭46、電機47、多級減速箱48、蝸桿上軸承49和機 械密封總成52，并設有驅動總成殼體密封圈51，其中井下單片機控制系統發出的電機控制 信號經驅動電路后驅動電機47有向轉動，從而達到由電力到機械傳動的轉換，電機軸輸出 的是高轉速低扭距機械力，須經多級減速箱48轉換成低轉速大扭距機械力去驅動蝸齒傳 動。另一方面，通過機械密封總成52將電機47和多級減速箱48與蝸齒傳動部分隔開，保 證電機47和多級減速箱48及蝸桿上軸承49用潤滑油潤滑，橡膠波紋管45對應的橡膠波 紋管骨架42和主體偏心筒5處的骨架導壓孔43和導壓孔44，使橡膠波紋管45內外及電 機47、多級減速箱48、蝸桿上軸承49和機械密封內外均處相同鉆具水眼壓力之中；驅動腔 室55上端設有一個出線口與電機繞組輸入接線頭40相連，蝸桿17上端與驅動腔室55下 端的蝸桿上軸承49相連，下端與蝸桿下軸承53相連，另一方面，閥舌開關筒13外部一側設 置了一個在環向上有一定寬度軸向上有一定長度的長窄臺，并將其加工成長直蝸輪齒條， 即閥舌開關筒蝸齒16，閥舌開關筒蝸齒16與蝸桿齒嚙合形成蝸齒傳動，對應閥舌開關筒蝸 齒16在驅動腔室55與閥舌開關筒13之間的主體偏心筒5上加工成一長窄條窗口與之匹 配，使之形成鍵與鍵槽的關系，加上蝸齒傳動的自鎖能力使閥舌開關筒13在軸向和環向不會串動和轉動，這種結 構特點使鉆具在旋轉或上提下放過程中不會因鉆具對閥舌開關筒13 內壁的摩阻作用使閥舌開關筒13產生不必要的意外動作。另外電纜線接頭4應與定向井用有線隨鉆測斜儀電纜相連，其連接結構和方法與 常規定向井用有線隨鉆測斜儀電纜一樣。電機繞組輸出接線頭20、電機繞組輸入接線頭40 以及電機繞組輸出接線頭20與電機繞組輸入接線頭40之間連接的電機繞組引線外面套有 一過線保護套3，過線保護套3內充有絕緣液壓油，橡膠波紋管45內充有絕緣潤滑油。本發明自身具有閥舌37永久開啟與自鎖功能。當該功能出現故障需要強行永久 開啟閥舌閥舌37時，可下入專用工具先打開閥舌37，再卡住閥舌永久開啟工作筒39內壁， 上提至止回銷總成11以上，使止回銷總成11的銷子打開擋住閥舌永久開啟工作筒39，即可 完成閥舌37的永久開啟。止回銷總成11在軸向上可設置多個。
權利要求
1.一種電機驅動蝸齒傳動井下套管閥，套管接箍(1)、上部套管短節O)、主體偏心筒(5)、下部外筒(9)和下部偏心轉換接頭(1 從上至下順序用絲扣連接；其特征在于主體 偏心筒(5)的外側開有電子腔室和驅動腔室(5 兩個長槽，并固定有電子腔室蓋板(6)和驅動腔室蓋板(7)，主體偏心筒( 下半部的內側設有閥舌開關筒(13)，主體偏心筒 (5)下端與閥座(28)鋼性連接，閥座(28) 一側外部固定有閥座軸銷筋板(33)，閥舌(37) 緊固有閥舌筋板(36)，閥舌筋板(36)和閥座軸銷筋板(3 通過閥舌轉動軸銷(54)鉸接， 閥舌(37)和閥座08)之間連接有扭簧(34)，電子腔室內設置有電子元器件(22)、印 刷電路板和連接信號線(25)，電子腔室的上端設有兩個出線口，一個連接電纜 線接頭G)，另一個連接電機繞組輸出接線頭(20)，下端設有一個出線口連接壓力傳感器 (26)，與壓力傳感器06)對應的閥座08)上開有壓力導孔(27)，電子腔室的中段設 有兩個霍爾傳感器，上部一個是閥舌全關霍爾傳感器04)，下部一個是閥舌全開霍爾傳感 器(14)，在閥舌開關筒(1 上一側安裝永磁鐵(15)，驅動腔室(5 內上部為橡膠波紋管 骨架(42)，橡膠波紋管骨架0 連接驅動總成殼體(50)，橡膠波紋管骨架0 外面套有 橡膠波紋管(45)，驅動總成殼體(50)內按傳動順序裝有電機繞組接線頭(46)、電機(47)、 多級減速箱(48)、蝸桿上軸承09)和機械密封總成(52)，驅動腔室(5 上端設有一個出 線口與電機繞組輸入接線頭GO)相連，蝸桿(17)上端與驅動腔室(5 下端的蝸桿上軸承 (49)相連，下端與蝸桿下軸承(5 相連，蝸桿(17)的蝸桿齒與閥舌開關筒蝸齒(16)相嚙I=I ο
2.按照權利要求1所述的井下套管閥，其特征在于所述下部外筒(9)和下部偏心轉 換接頭(1 的絲扣連接處設有防轉螺銷(10)，下部偏心轉換接頭(1 內側設有閥舌永久 開啟工作筒(39)及相應的止回銷總成(11)，下部偏心轉換接頭(12)外側上部設有下部偏 心轉換接頭密封圈(38)。
3.按照權利要求1所述的井下套管閥，其特征在于所述電子腔室與電子腔室蓋 板(6)之間用電子腔室蓋板密封圈(18)密封，電子腔室蓋板(6)用蓋板緊固螺栓(8)緊固 在電子腔室上，驅動腔室(5 與驅動腔室蓋板(7)之間用驅動腔室蓋板密封圈(19) 密封，驅動腔室蓋板(7)用蓋板緊固螺栓(8)緊固在驅動腔室(5 上。
4.按照權利要求1所述的井下套管閥，其特征在于所述主體偏心筒(5)下端與閥座 (28)之間通過連筋(30)鋼性連接，閥座08) —側外部用閥座軸銷螺栓(32)將閥座軸銷筋 板(33)固定，閥舌(37)用閥舌筋板螺栓(35)將閥舌筋板(36)緊固。
5.按照權利要求1所述的井下套管閥，其特征在于所述主體偏心筒(5)下部和閥座 (28)上部分別設置了主體偏心筒密封圈09)和閥座密封圈(31)予以密封隔離。
6.按照權利要求1所述的井下套管閥，其特征在于所述橡膠波紋管骨架G2)上設 有橡膠波紋管骨架密封圈Gl)和骨架導壓孔(43)，對應主體偏心筒( 上也開有導壓孔 G4)。
7.按照權利要求1所述的井下套管閥，其特征在于所述閥舌開關筒蝸齒(16)是閥舌 開關筒(1 外部一側設置的一個在環向上有一定寬度軸向上有一定長度的長窄臺加工成 的長直蝸輪齒條，對應閥舌開關筒蝸齒(16)在驅動腔室(5 與閥舌開關筒(1 之間的主 體偏心筒( 上加工成一長窄條窗口與之匹配，使之形成鍵與鍵槽的關系。
8.按照權利要求1所述的井下套管閥，其特征在于所述電機繞組輸出接線頭(20)、電機繞組輸入接線頭GO)以及電機繞組輸出接線頭O0)與電機繞組輸入接線頭GO)之間 連接的電機繞組引線外面套有一過線保護套(3)，過線保護套(3)內充有絕緣液壓油，橡膠 波紋管0 內充有絕緣潤滑油。
全文摘要
本發明涉及一種石油工程欠平衡鉆井領域，特別涉及一種電機驅動蝸齒傳動井下套管閥。該套管閥主體偏心筒(5)的外側開有電子腔室(21)和驅動腔室(55)兩個長槽，主體偏心筒(5)下半部的內側設有閥舌開關筒(13)，電子腔室(21)內設置有電子元器件(22)、印刷電路板(23)和連接信號線(25)，電子腔室(21)的中段設有兩個霍爾傳感器，驅動腔室(55)內上部為橡膠波紋管骨架(42)，橡膠波紋管骨架(42)連接驅動總成殼體(50)，驅動總成殼體(50)內按傳動順序裝有電機繞組接線頭(46)、電機(47)、多級減速箱(48)、蝸桿上軸承(49)和機械密封總成(52)。本發明實現了操作簡便，減少故障源。
文檔編號E21B34/16GK102102500SQ20101059346
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年12月17日
發明者余雷, 俞晨, 劉宏麗, 吳智中 申請人:中國石油集團長城鉆探工程有限公司