一种电控油气井用井下开关阀的制作方法

1.本发明涉及石油天然气钻井的井下作业技术领域，尤其涉及一种电控油气井用井下开关阀。


背景技术：

2.石油天然气油气井的建设行业是一个高风险的行业，由于地下流体、温度、压力的不确定性，在石油天然气钻井、测井、录井、固井、完井、测试过程中，需要在井下对钻杆、套管、油管等通道进行开关控制或者节流控制，以便于更加安全地进行油气井建井工程。
3.现有技术中的井下开关阀多为采用液压系统来控制阀体的打开和关闭，在使用的时候，由于液压管线的管壁比较薄，在下入井下的过程中遇到碰撞、挤压，则有可能造成液压管线堵塞甚至破损，现有使用最多的两条液控管线控制的方式，其中任何一条管线受损，都会导致井下开关阀只能开或者只能关，从而使井下开关阀失控，此外，液压系统结构复杂，安装和使用都比较困难。
4.地面控制部分需要长期使用，永久锁定之后，因为液控管线留在了井下，会形成气体或者液体的通道，从而使得井下的气体或者液体顺着液控管线到达地面，带来新的安全隐患。
5.现有技术中无一例外地打开的阀板与密封筒之间的角度呈90度，导致了开关阀打开和关闭时的行程长，在井下的温度条件下，使阀板复位的弹簧的性能要求较高，从而限制了井下开关阀的下入深度和开关次数，也带来了可靠性的问题。


技术实现要素：

6.鉴于以上问题，本发明的目的在于提供一种电控油气井用井下开关阀，旨在解决现有技术中因液压系统出现破损或堵塞会导致井下开关阀失控的问题。
7.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
8.提供一种电控油气井用井下开关阀，其包括阀体，阀体包括上接头、下接头和设置在阀体内的阀板仓，阀板仓内设置有阀板，阀体内设置有能与阀板贴合的密封面，阀板的正反两面上均设置有压力传感器和温度传感器，阀板仓底部设置有第一电磁体，阀板上设置有第二电磁体，密封面上设置有第三电磁体，第一电磁体、第二电磁体和第三电磁体均与地表上的控制端电性连接。
9.进一步地，阀板靠近上接头的一端设置有枢轴结构，阀板与枢轴结构外圈固定连接，枢轴结构的内轴与阀体固定连接。使用轴承可以降低阀板转动时的摩擦力，使阀板在打开或关闭开关阀的过程中更加顺畅，同时也提高了阀板的使用寿命。
10.进一步地，密封面与阀板仓之间的夹角为43
°
～46
°
。使得开关阀打开和关闭时的行程缩短了一半，减少了开关阀打开和关闭的时间，使得开关阀打开和关闭更加容易，同时，当开关阀关闭时，从下接口通入的流体对阀板的压力也将与阀板呈43
°
～46
°
角，极大地减小了阀板所需承受的正压力，使得阀板在工作时的形变减小，提高了阀板的使用寿命。
11.进一步地，第一电磁体、第二电磁体和第三电磁体都设置有多个。多个电磁体可以增强阀板与密封面或阀板仓之间的吸引力或排斥力，同时，通过对不同位置的电磁体通电，能适应不同的工作状况。
12.进一步地，第二电磁体分别第一电磁体和第三电磁体一一对应。使得阀板在打开或关闭阀门时，能够实现精准定位。
13.进一步地，阀板设置为椭圆型。椭圆型的阀板使得阀板与密封面贴合得更加紧密，同时更加方便阀板上的电磁体与密封面上的电磁体一一对应。
14.进一步地，阀体管壁内设置有电缆孔，电缆孔出口处设置有密封装置。电缆孔用于供电磁体和压力传感器等元器件的线缆通过，密封装置密封电缆孔，能够防止阀体内的气体或液体通过电缆孔泄露出去，提高了装置的安全性。
15.本发明的有益效果为：
16.使用电磁体作为打开或关闭阀板的动力装置，使得开关阀在打开和关闭时更加方便灵活、反应迅速、控制简单。
17.当需要关闭阀体通道时，通过地面控制端给第二电磁体和第三电磁体中通入不同的电流，使其产生相斥的磁场，阀板仓就会将阀板弹开，再给第一电磁体通入特定的电流，使得密封面与阀板相互吸引，将阀板吸附在密封面上；当需要打开阀体通道时，通过温度传感器和压力传感器反馈的阀板两侧的温度与压力信息，来调节井下开关阀通道内的流体压力来将阀板两侧的压力调节至平衡，阀板就只受电磁力作用，再给第一电磁体、第二电磁体和第三电磁体通入特定的电流，就能打开开关阀。
18.此外，温度传感器和压力传感器不仅可以辅助阀板打开开关阀，还可以起到随时传递开关阀内工况信息的作用，提高了开关阀的可控性和安全性。
19.同时，相比于现有技术中的液压式井下开关阀，本电控油气井用井下开关阀所使用的电磁体具有控制端体积小、安全性高的特点；使得井下开关阀本体部分的加工难度降低，结构简单，下入过程中遇到碰撞并不会影响电缆的通电和传输数据，安全性得以提高。下入深度和开关次数不再受弹簧性能的限制，开关阀的使用寿命增加，可靠性提高，也降低了成本。
20.此外，使用实芯电缆传输数据和动力，由于不再是液压环境，密封处理变得简单，密封后的电缆能有效防止井下气体或者液体沿着电缆线到达地面，极大地提高了装置的安全性。
附图说明
21.图1为井下开关阀结构图。
22.图2为枢轴结构局部放大图。
23.图3为枢轴结构侧视局部放大图。
24.图4为密封面结构图。
25.图5为阀板结构图。
26.图6为阀板仓底部结构图
27.图7为电缆孔出口处局部放大图
28.其中，1、上接头；2、下接头；3、阀板仓；4、阀板；5、密封面；6、枢轴结构；7、电缆孔；
8、密封圈、91、第一电磁体；92、第二电磁体；93、第三电磁体。
具体实施方式
29.下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
30.如图1所所示，该电控油气井用井下开关阀包括阀体，阀体包括上接头1、下接头2和设置在阀体内的阀板仓3，阀板仓3内设置有阀板4，阀体内设置有能与阀板4贴合的密封面5，阀板4的正反两面上均设置有压力传感器和温度传感器，阀板仓3底部设置有第三电磁体91，阀板4上设置有第二电磁体92，密封面5上设置有第一电磁体93，第一电磁体91、第二电磁体92和第三电磁体93均与地表上的控制端电性连接。
31.在实际操控例中，当井下开关阀需要打开通道时，阀板4上的温度传感器和压力传感器将阀板4上正反两面的压力和温度信息反馈到地面控制端，再从地面向开关阀内通入特定压力的流体，使得阀板4正反两面的压力相等，再通过地面控制端控制密封面5上的第三电磁体93与阀板4上的第二电磁体92产生相反磁场，使得密封面5推开阀板4。阀板4绕着枢轴结构6会向着阀板仓3靠近，再给阀板仓3底部的第一电磁体91通电，第一电磁体91产生的磁场与阀板4的磁场相互吸引，阀板4将会回到阀板仓3里面，此时，将密封面5的第三电磁体93内通的电流断开，井下开关阀的通道就会处于打开状态。
32.当需要关闭井下开关阀的通道时，给阀板仓3底部的第一电磁体91和阀板4的第二电磁体92内通入特定的电流，使得阀板仓3与阀板4产生相互排斥的磁场，从而推动阀板4绕着枢轴结构6靠近密封面5，而密封面5内的第三电磁体93产生的磁场会吸引阀板4贴合在密封面5上，此时，再将阀板仓3的第一电磁体91内通的电流断开，井下开关阀的通道就会处于关闭状态。
33.在开关阀打开或关闭过程中，为了缩短阀板的运动行程，密封面5与阀板仓3呈45
°
角，使得阀板4从阀板仓3到密封面5的行程缩短了一半，进而减小了电磁体的负担，同时，极大地减小了阀板所需承受的正压力，使得阀板在工作时的形变减小，提高了阀板的使用寿命。
34.如图2或图3所示，阀板4靠近上接头1的一端设置有枢轴结构6，阀板4与枢轴结构6的外圈焊接固定，在阀板仓3靠近上接头1一端的阀体内壁上开设有枢轴槽，枢轴结构6放置在枢轴槽内，枢轴结构6的内轴与阀体焊接固定，而枢轴结构6的外圈不会与阀体接触，当阀板4做打开或关闭开关阀的动作时，枢轴结构6可起到减小摩擦阻力的作用。
35.如图4～图6所示，由于密封面5相对于阀板仓3呈45
°
角，密封面为空心椭圆型，因此，为了使得阀板4与密封面5更加契合，将阀板4设置为椭圆型。
36.为了使密封面5与阀板4能紧密贴合，同时，阀板4能准确回到阀板仓3内，第一电磁体91、第二电磁体92和第三电磁体93均设置有多个，且分别在阀板仓3底部，阀板4和密封面5上沿边缘均匀分布，而且阀板4上的第二电磁体92分别与密封面5上的第三电磁体93和阀板仓3底部的第一电磁体91一一对应。
37.如图7所示，阀体管壁内加工有沿轴向延伸的电缆孔7，通过电缆孔7让与传感器和
电磁体等元器件连接的电缆通过，既可以保护电缆免受恶劣环境的损坏又可以使线缆更加规整，便于整个井下开关阀在安放和取出时更加便捷。电缆孔7出口处设置有密封圈8，密封圈8用于密封电缆孔7的出口，提高井下开关阀的防护等级。