CN108468532A - 一种石油管道防砂疏通管内机器人***及其清疏方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石油管道防砂疏通管内机器人***及其清疏方法，包括井下声呐探测、检测、定位及动力设备、管内闭气疏通设备以及地面控制显示***和气、水、化学试剂存储设备、动力和加压***，所述井下声呐探测、检测、定位及动力设备是通过管内机器人自身动力行进，根据速度和自身定位以及测绳长度等确定位置，利用声呐等探测设备检测关内外情况，到达待修复区域根据修复长度选择封闭长度，密封后利用气体或者液体（水或其它试剂）进行不同压力进行闭气测试，根据地面控制显示***判断堵塞情况和应对的压力类型进行管外堵塞疏通和清洗。本发明结构简单，操作简单，对于强度较低的砂岩、页岩等地质石油、天然气、天然气水合物开采的防砂有很强的针对性解决方案；实时监控，实时反馈，无需吊管，实现成本低，使用效果好，便于推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及在弱胶结或者未胶结的地层开采石油、天然气及天然气水合物是容易发生的筛管堵塞在不进行吊管操作前提下对堵塞管带进行的一种管内清疏和疏通的设备，可以对堵塞部位进行检测、定点、疏通，可以有效改善此类工况下防砂难度，降低能源开采成本和开采效率，属于石油开采防砂技术的领域，具体是一种石油管道防砂疏通管内机器人***及其清疏方法。
背景技术
防砂是指在石油或者天然气及天然气水合物开采井的生产寿命期内在不使用控砂装置的情况下存在可以接受的出砂风险。通过对反冲洗憋压的过滤罐筛管进行跟踪，发现滤管筛管出现沉积物，将内衬管孔洞堵死，通量减小，导致筛管堵塞，反冲洗憋压，影响过滤和反冲洗效果，加速滤料的污染。对过滤筛管沉积物特性进行分析，研究筛管沉积物的形成机理及影响因素，提出控制筛管沉积物形成的有效措施，在保证水质的同时，可减少维修维护成本。
目前国内外常用的油井防砂工艺主要分为化学防砂和机械防砂两大类。化学防砂是向地层注入一定的化学剂，对地层粘土进行稳定处理或对地层砂进行胶结，防止砂粒在地层中的运移，其优点是不影响各种作业措施的实施，但化学防砂强度和有效期受在许多工况下达不到工程的要求，有一定的局限性。机械防砂方法有滤砂管、管外砾石充填、双层预填充筛管、可膨胀筛管等方法。但是现有的各类机械防砂方法都有其自身的特点和适应范围，并且大都难以克服中后期出砂较严重或经过多次防砂作业的油井的防砂的困难，相应的防砂作业费用也逐渐攀升。油井出砂是困扰疏松砂岩油气藏开采的一个主要问题，其主要危害是：加剧地面和井下设备的磨损；易造成砂埋油层卡泵；出砂严重时还会引起井壁坍塌，造成套管变形、油井报废；降低油井的产能、增加原油的开采成本。因此，为确保油田稳产、高产，就必须采取有效措施来解决油井的防砂问题。开发新型高效实用的防砂技术，改善现有防砂工艺，成为延长油井生产周期、节约生产成本的一个重要问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石油管道防砂疏通管内机器人***及其清疏方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种石油管道防砂疏通管内机器人***及其清疏方法，包括包括管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***、管内闭气疏通设备、以及地面控制及显示***和气、水、化学试剂存储设备、动力和加压***，用于探测和监测油气筛管的管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***；用于管内封堵疏通的封堵设备；用于反馈和控制动力***和压力***的地面控制和显示***；用于疏通的介质气、水、化学试剂溶液存储设备；提供动力和加压的动力与加压设备。所述管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***、管内闭气疏通设备、地面控制及显示***、气、水、化学试剂存储设备、动力和加压***，所述管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***与管内闭气疏通设备、地面控制及显示***、气、水、化学试剂存储设备和动力和加压***连接，所述管内闭气疏通设备分别与动力和加压***、气、水、化学试剂存储设备、地面控制及显示***连接，所述地面控制及显示***和显示屏管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***、管内闭气疏通设备、动力和加压***连接，所述气、水、化学试剂存储设备和管内闭气疏通设备、地面控制及显示***以及动力和加压***相连所述管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***由地面钢绞线绞盘连接，通过信号传输线和水气软管和管内封隔疏通设备相连，通过管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***在待修复油气开采管内进行探测筛管部分的阻塞情况，若找到堵塞可疑部位则调整管内封隔疏通设备位置进行压力测试排查，排查结果在地面控制及显示设备上，根据上步骤结果选择疏通方案选择，用气体、水或者化学试剂疏通进行选择，液体通过柱塞泵进行加压，动力由直流变速马达提供，通过软管到达管内封隔设备内预留阀内，管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***的钢绞线与地面钢绞线盘相连，为独立动力***且与地面控制***相连进行操控，气体、水或者化学试剂疏通软管和电线电缆和传感器线路为五路管道并列为电机驱动绞盘驱动，整个设备在机器人***和封堵***进入管内后均为操控面版自动化控制，可视化操作，精准疏通。
作为本发明进一步的方案：所述石油管道防砂疏通管内机器人***可集成于集装箱内车载、手推便携式、以及与其他勘探设备镶嵌一体式。测试气、溶液试剂可根据不同的地质情况和钻井情况进行选择或者定制特殊试剂进行作业。
作为本发明再进一步的方案：所述的石油管道防砂疏通管内机器人***及其清疏方法，包括以下步骤：
（1）利用管内机器人进行关内外探测和定位，确定筛管堵塞情况和部位以及确定后面封隔设备到达指定位置；
（2）利用封隔设备先进行封隔闭气或者封隔水压测试，通过地面监测***获得相关压力和探测数据进行封隔情况确认和指定疏通压力和方案；
（3）由于油井埋深一般较大，有很高的的土压力，因此采用柱塞泵，以期望达到理想的压力和可控制的结束压力参数；
（4）压力测试和压力疏通过程中，气、化学试剂或者水的流速随着地下情况在变化，采用变速机进行动力设置，以确保设备的安全和设备工作的顺利进行；
（5）地面监测***是通过传感器和管内机器人的相关参数确定设备的位置和测试和疏通时候的压力变化以及注入液体的速度和体积，对整个探测检测和疏通过程进行实施监控，并调整操作指标已达到合理高效的目的。
作为本发明再进一步的方案：所述石油管道防砂疏通管内机器人***可集成于集装箱内车载、手推便携式、以及与其他勘探设备镶嵌一体式。测试气、溶液可根据不同的地质情况和钻井情况进行选择或者定制特殊试剂进行作业。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：结构简单，设计新颖合理，便于使用，操作简单；无需吊管，节省时间，靶向诊断，定点清疏，随诊随治，试剂多样，无污染环保，效率高，经济实用。实现成本低，使用效果好，便于推广使用。
附图说明
图1为石油管道防砂疏通管内机器人***中管内机器人的内部结构示意图。
图2为石油管道防砂疏通管内机器人***中整体***的电路示意图。
图3为石油管道防砂疏通管内机器人***中管内机器人在竖直井内的下放示意图。
图4为石油管道防砂疏通管内机器人***中管内机器人水平管内封隔前后示意图。
附图标记说明：
| 1—摄像头； | 2—压力传感器； | 3—定位孔； |
| 4—探测仪器孔； | 5—轮子； | 6—橡胶密封圈进气孔； |
| 7—压力传感器； | 8—闭气进气阀； | 9—压力进水阀； |
| 10—化学试剂阀； | 11—机器人动力和信号电线； | 12—进气管； |
| 13—化学试剂A管； | 14—化学试剂A管； | 15—进水管； |
| 16—密封橡胶圈： | 17—减速机： | 18—柱塞泵： |
| 19—压力调控： | 20—水汽过滤阀： | 21—压力反馈仪： |
| 22—化学试剂A； | 23—化学试剂B； | 24—控制面板。 |
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
请参阅图1～4，本发明实施例中，一种石油管道防砂疏通管内机器人***及其清疏方法，包括包括管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***、管内闭气疏通设备、以及地面控制及显示***和气、水、化学试剂存储设备、动力和加压***。所述管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***先进行油气管道内的筛管堵塞情况进行探测，并且牵引封堵设备到待疏通区域，所述管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***包括利用地球物理勘探的声呐设备、驱动机器人前进的驱动设备及电线、管内监测摄像设备及附属照明设备，所述地球物理勘探的声呐设备探测管外砂石堵塞情况，与传感电线相连，所述驱动机器人前进的驱动设备及电线是利用直流电驱动电机使得管内机器人在油气管内爬行，通过钢丝绳与封堵设备连接，牵引封堵设备到达指定待疏通区域，所述管内监测摄像设备及附属照明设备是利用双轴原理将摄像头的观测范围扩展至270o*270o,在强光照明条件下进行管内直观视频和照片拍摄以作参考和分析。
所述管内闭气疏通设备包括五路管线和一段中空管，两头距离管口约30CM有环形橡胶囊，囊下有可充气的阀口，在压力作用下可充气膨胀与外管筛管接触密封形成筛管和中空管以及两侧的膨胀橡胶囊的密封区域，密封区的筛管部分为待疏通部分。中空管中间有外置的传感器膜并与传感器相连，中空管上还设置三个阀门，阀门1是充气阀门，用于封堵器密封后的充气检测，充气后中空管外的压力通过传感器膜将压力时时传给外面的传感器，传感器将信号传给控制面板。阀门2、阀门3是用作注入化学试剂AB液，或者注水进行疏通的，注入液体的压力也可通过中空管上的传感器膜传给传感器再传给控制面板。这样设计可以时时控制井下设备工作情况以及得到反馈。
所述地面控制及显示***包括传感器线路和数模控制面板和电脑控制应用程序，通过电线电缆与管内机器人***、柱塞泵设备相连。控制面板通过对管内机器人***的摄像头和照明设备进行控制，以获得更好视角的影像资料；对管内机器人的动力***进行控制，控制其前进后退等操控；通过对柱塞泵的压力控制，控制封堵设备的封堵气压和疏通时的液体压力。
所述气、水、化学试剂存储设备包括储存化学试剂的两个大型容器，内置搅拌器可进行化学试剂的搅拌；溶液试剂经柱塞泵加压注入待疏通油气管部位；气体也可以进入柱塞泵进行加压后进行气体疏通；水、气、化学试剂是根据前一操作获得的影像资料和数据资料判断筛管外堵塞情况确定的，疏通压力的大小、间歇、持续时间等都是根据疏通时控制面板时时反馈的数据进行综合判断进行确定。
所述动力和加压***包括110伏特变速电动机和柱塞泵，变速电动机可为加压疏通进行持续的恒压加载，或者变压形成压力冲击波进行疏通；柱塞泵可在设定的高压力作用下进行液体流量调节，当外压逐渐变大柱塞泵的注入压力也会随之调整进行压力疏通。
所述包括包括管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***、管内闭气疏通设备、以及地面控制及显示***和气、水、化学试剂存储设备、动力和加压***五个部分相互紧密结合，从油气井隐患点排查探测、地位、封隔、测试、方案制定、加压疏通、数据记录等技术相结合，无需吊管、随诊随治、靶向疏通、快速高效，实时应力压力数据，可视化显示便于监测。
所述的一种石油管道防砂疏通管内机器人***及其清疏方法，包括以下步骤：
（1）利用管内机器人进行关内外探测和定位，确定筛管堵塞情况和部位以及确定后面封隔设备到达指定位置；
（2）利用封隔设备先进行封隔闭气或者封隔水压测试，通过地面监测***获得相关压力和探测数据进行封隔情况确认和指定疏通压力和方案；
（3）由于油气井帅管埋深一般较大，有很高的的土压力，因此采用柱塞泵，以期望达到理想的压力和可控制的结束压力参数；
（4）压力测试和压力疏通过程中，气、溶液试剂或者水的流速随着地下情况在变化，采用减速机进行动力设置，以确保设备的安全和设备工作的顺利进行；
（5）地面监测***是通过传感器和管内机器人的相关参数确定设备的位置和测试和疏通时候的压力变化以及注入液体的速度和体积，对整个探测检测和疏通过程进行实施监控，并调整操作指标以达到合理、高效的目的。
其中，所述石油管道疏通设备可集成于集装箱内车载、手推便携式、以及与其他勘探设备镶嵌一体式。测试气、溶液可根据不同的地质情况和钻井情况进行选择或者定制特殊试剂进行作业。
本发明具有以下优点：
1.本发明的结构简单，设计新颖合理，便于使用，操作简单，直观，可实时监控清疏结果。
2.本发明通过管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***设置地球物理探测仪和自主电机驱动马达以及相连的四驱驱动装置、照明和高清摄像头，可时时传输勘探影像资料和内部摄像影像资料，直观明了的了解油气管内部情况；通过对驱动装置的控制机器人可自由前进后退，马力大可拖动封堵设备和后续管线在管内爬行；摄像头是利用双轴原理，具有广阔视野，全程远程可视化操作，精准度高，靶向性强，工作效率高。
3.本发明通过设置封隔压力传感器、封隔橡胶气囊、疏通外空间压力传感器膜、压力传感器。封隔气囊装备有一个空间压力感应传感器，所有空间压力变化都会以电子形式传输到控制面板上的LED屏幕，并且显示在视频显示器的屏幕上。控制面板配备一个定时***以便于能在选定的时间段内监视空间压力的变化。这感应***允许在空气压力检测和化学试剂疏通密封过程中连续监视空间压力。传感器电缆与传感器是独立分开的，如果电缆有损坏，可以单独更换电缆而不需要替换传感器。
4.本发明地面控制及显示操作***包括控制面板调节器和实时监控显示器、流量流速监测曲线显示、探测影像资料显示。操作者可在管道测试、探测以及密封***在压力测试和压力疏通的周期中自始至终监控所有的测试和密封操作，管道测试和密封***控制面板被集成为模块面板。控制面板提供以下必要的操作：密封器的压力和充气时间的调节控制；管道空气测试的调节控制；化学试剂喷射密封泵控制。当管道测试和密封时，对封隔器空间操作压力的监控；没有化学试剂经控制面板流动，在设备室的化学试剂泵上的流动传感装置给控制面板记录和报告其流量。
5.本发明气、水、化学试剂存储设备及水汽单向阀、水气软管、电线电缆、管线绞盘方面的特点。水、气、化学试剂是根据前一操作获得的影像资料和数据资料判断筛管外堵塞情况确定的，疏通压力的大小、间歇、持续时间等都是根据疏通时控制面板时时反馈的数据进行综合判断进行确定。
6.本发明动力与加压***包括直流110伏特变速电动机和两个柱塞泵的特点。由于油气井筛管埋深一般较大，有很高的的土压力，采用柱塞泵可在设定的高压力作用下进行液体流量调节，当外压逐渐变大柱塞泵的注入压力也会随之调整进行压力疏通，以期望达到理想的液体或者气体压力和可控制的终止压力；在管道的压力测试和压力疏通过程中，气、溶液试剂或者水的流速随着地下压力情况在变化，采用变速电动机作为动力设置，可为加压疏通进行持续的恒压加载，或者变压形成压力冲击波进行疏通，以确保设备的安全和设备工作的顺利进行。
7.本发明的实现成本低，使用效果好，便于推广使用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种石油管道防砂疏通管内机器人***，包括包括管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***、管内闭气疏通设备、以及地面控制及显示***和气、水、化学试剂存储设备、动力和加压***，所述管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***（1）、管内闭气疏通设备（2）、地面控制及显示***（3）、气、水、化学试剂存储设备（4）、动力和加压***（5），所述管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***（1）与管内闭气疏通设备（2）、地面控制及显示***（3）、气、水、化学试剂存储设备（4）和动力和加压***（5）连接，所述管内闭气疏通设备（2）分别与动力和加压***（5）、气、水、化学试剂存储设备（4）、地面控制及显示***（3）连接，所述地面控制及显示***（3）和显示屏（6）管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***（1）、管内闭气疏通设备（2）、动力和加压***（5）连接，所述气、水、化学试剂存储设备（4）和管内闭气疏通设备（2）、地面控制及显示***（3）以及动力和加压***（5）相连所述管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***由地面钢绞线绞盘连接，通过信号传输线和水气软管和管内封隔疏通设备相连，通过管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***在待修复油气开采管内进行探测筛管部分的阻塞情况，若找到堵塞可疑部位则调整管内封隔疏通设备位置进行压力测试排查，排查结果在地面控制及显示设备上，根据上步骤结果选择疏通方案选择，用气体、水或者化学试剂疏通进行选择，液体通过柱塞泵进行加压，动力由直流变速马达提供，通过软管到达管内封隔设备内预留阀内，管内集声呐探测、检测、定位及动力设备为一体的管内机器人***的钢绞线与地面钢绞线盘相连，为独立动力***且与地面控制***相连进行操控，气体、水或者化学试剂疏通软管和电线电缆和传感器线路为五路管道并列为电机驱动绞盘驱动，整个设备在机器人***和封堵***进入管内后均为操控面版自动化控制，可视化操作，精准疏通。
2.根据权利要求1所述石油管道防砂疏通管内机器人***可集成于集装箱内车载、手推便携式、以及与其他勘探设备镶嵌一体式。
3.测试气、溶液试剂可根据不同的地质情况和钻井情况进行选择或者定制特殊试剂进行作业。
4.一种如权利要求1-2任一所述的一种石油管道防砂疏通管内机器人***及其清疏方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）利用管内机器人进行关内外探测和定位，确定筛管堵塞情况和部位以及确定后面封隔设备到达指定位置；
（2）利用封隔设备先进行封隔闭气或者封隔水压测试，通过地面监测***获得相关压力和探测数据进行封隔情况确认和指定疏通压力和方案；
（3）由于油井埋深一般较大，有很高的的土压力，因此采用柱塞泵，以期望达到理想的压力和可控制的结束压力参数；
（4）压力测试和压力疏通过程中，气、溶液试剂或者水的流速随着地下情况在变化，采用变速机进行动力设置，以确保设备的安全和设备工作的顺利进行；
（5）地面监测***是通过传感器和管内机器人的相关参数确定设备的位置和测试和疏通时候的压力变化以及注入液体的速度和体积，对整个探测检测和疏通过程进行实施监控，并调整操作指标已达到合理高效的目的。
5.根据权利要求3所述的一种石油管道防砂疏通管内机器人***及其清疏方法，其特征在于，所述石油管道防砂疏通管内机器人***可集成于集装箱内车载、手推便携式、以及与其他勘探设备镶嵌一体式。
6.测试气、溶液可根据不同的地质情况和钻井情况进行选择或者定制特殊试剂进行作业。
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