[发明专利]直动式压裂完井开关控制工具及控制方法

权利要求书

1.直动式压裂完井开关控制工具，其特征在于，包括上接头、外筒、连接接头、上工作筒、下工作筒、下接头、定位机构、卡爪机构、动力传动系统；所述上接头、外筒、连接接头、上工作筒、下工作筒、下接头自上而下依次连接，所述上工作筒内部设置定位机构，所述下工作筒内部设置卡爪机构，所述动力传动系统主要设置在外筒内部，并且所述动力传动系统通过传动轴分别与定位机构、卡爪机构连接;所述上工作筒外壁上开有短矩形通孔，且短矩形通孔的上下两端开有与短矩形通孔等宽的短槽；所述下工作筒外壁上开有长矩形通孔，且内壁上在长矩形通孔的两端开有与长矩形孔等宽的长槽；所述定位机构包括定位块、定位块压板、固定螺钉、弹簧、锁块、锁套、轨道销钉、螺旋槽轨道；所述定位块安装在上工作筒外壁上的短矩形通孔内，且定位块凸出短矩形通孔外用来限制定位块在轴向的移动，所述定位块上下两端开设肩台，所述上工作筒外壁矩形短槽上设置定位块压板，所述定位块压板挡住定位块的肩台，限制定位块的径向移动；所述锁块布置在定位块的内侧，锁块与定位块之间安装有弹簧用于定位块的径向支撑；所述锁套布置在锁块的内侧，锁套的外壁中间开有梯形槽，并在中间径向方向安装有轨道销钉，轨道销钉内侧为动力传动系统的传动轴，并在该处位置的传动轴外壁开设螺旋槽轨道，轨道销钉内侧端伸入螺旋槽轨道内可以沿着螺旋槽轨道移动，螺旋槽轨道两端为闭合成环形槽。

2.根据权利要求1所述的直动式压裂完井开关控制工具，其特征在于，所述卡爪机构包括卡爪、传动螺母、弹簧、压环、剪切销钉；所述传动螺母外壁上开有卡爪槽，卡爪布置在卡爪槽里，卡爪与传动螺母之间安装弹簧用于卡爪的径向支撑，所述压环通过剪切销钉固定在传动螺母上，用于卡爪向外方向的径向限位和轴向限位，所述下工作筒外壁上的矩形通孔和内壁上矩形孔两端的槽用于卡爪的轴向限位，卡爪只能沿着长矩形通孔和长槽上下移动；所述传动螺母内侧为动力传动系统的传动轴，并在传动轴外壁开设与传动螺母相啮合的外传动螺纹，所开设的外传动螺纹的上下端至少开设到长槽的两端位置。

3.根据权利要求1所述的直动式压裂完井开关控制工具，其特征在于，所述动力传动系统主要包括电机、变速箱、联轴器、传动轴；所述电机、变速箱、联轴器、传动轴从上到下依次连接；所述传动轴上部加工有螺旋槽轨道，与定位机构上的轨道销钉配合，所述传动轴下部加工有传动螺纹，与卡爪机构上的传动螺母配合；所述传动轴两端分别安装上轴承、下轴承。

4.根据权利要求3所述的直动式压裂完井开关控制工具，其特征在于，上轴承通过传动轴上部的台阶及上轴承压环和连接接头进行固定，上轴承压环内部安装有上活塞、弹簧、上弹簧压帽，上活塞与上轴承之间的腔室充满润滑油用于上轴承润滑，下轴承通过传动轴下部的台阶及下接头和下轴承压环固定，下轴承压环内部安装有下活塞、弹簧、下弹簧压帽，下活塞与下轴承之间的腔室充满润滑油用于下轴承润滑。

5.根据权利要求1所述的直动式压裂完井开关控制工具，其特征在于，所述连接接头与上工作筒连接处的内侧设置有上压缩弹簧，所述上压缩弹簧上端顶住连接接头，下端顶住上弹簧压环，上弹簧压环固定在上工作筒上，防止连接接头与上工作筒连接处松动；所述上工作筒、下工作筒连接处的内侧还设置有支撑环、弹簧压环，所述支撑环、弹簧压环之间设置中压缩弹簧，防止上工作筒、下工作筒连接处松动；所述下工作筒与下接头连接处的内侧设置有下压缩弹簧，所述下压缩弹簧下端顶住下接头，上端顶住下压缩压环，下压缩压环固定在下工作筒上。

6.一种直动式压裂完井开关控制工具的控制方法，其特征在于，其步骤为：

初始状态：开关控制工具下入过程中，定位机构中的锁块处于锁套的中间位置，定位块与锁块之间存在间隙，定位块可以压缩弹簧回缩；卡爪机构中的卡爪位于下工作筒内壁上的矩形槽位置，工具可以顺利下入井筒内；

直动式压裂完井开关控制工具打开完井开关的过程：将开关控制工具下入到完井开关以下位置，此时，定位装置中的锁块处于锁套的中间位置，定位块未被锁定，卡爪机构中的卡爪位于下工作筒内壁上面的矩形槽位置，进行完井开关打开操作时，地面通过电缆发送打开指令，控制电机正转，并通过变速箱和联轴器带动传动轴正转，定位机构锁套上的轨道销钉沿着螺旋槽轨道上移到上面的环形槽，带动锁套上移压缩锁块，定位块与锁块之间的间隙变为零，定位块被锁定，此时，卡爪机构随着传动轴的转动向下移动一定距离，但移动距离较小，卡爪还处于矩形槽位置，不会弹出；定位块锁定后电机停传，上提开关控制工具，当定位块到达滑套外筒上部内侧的下定位台阶时开关控制工具被轴向定位，定位后地面通过电缆发送电机正转指令，电机正转带动传动轴正转，传动螺母带动卡爪机构向下移动，当移动到下工作筒外壁上的矩形通孔位置，卡爪弹出，继续下移，卡爪上部台阶挂住完井开关内部滑套的下部台阶，带动滑套下移，完井开关被打开，此时，卡爪进入到完井开关下接头内部的限位台阶，下移过程中卡爪被挤压压缩弹簧，卡爪与滑套脱离，卡爪机构再继续下行，使卡爪进入下工作筒内壁下面的矩形槽位置，电机停转后再反转使定位装置中的锁套下移，锁块回到锁套的中间位置，定位装置被解锁，电机停转，完成该完井开关打开操作；

直动式压裂完井开关控制工具关闭完井开关的过程：将开关控制工具下入到完井开关的以上位置，此时，定位装置中的定位块未被锁定，卡爪机构中的卡爪位于下工作筒内壁下面的矩形槽位置，进行完井开关关闭操作时，地面通过电缆发送打开指令，控制电机反转，带动传动轴反转，定位机构锁套上的轨道销钉沿着螺旋槽轨道下移到下面的环形槽，带动锁套下移压缩锁块，定位块被锁定，此时，卡爪机构随着传动轴的转动向上移动一定距离，但移动距离较小，卡爪还处于矩形槽位置，不会弹出；定位块锁定后电机停转，下放开关控制工具，当定位块到达完井开关上接头上部内侧的上定位台阶时开关控制工具被轴向定位，定位后地面通过电缆发送电机反转指令，电机反转带动传动轴反转，传动螺母带动卡爪机构向上移动，当移动到下工作筒外壁上的矩形通孔位置，卡爪弹出，继续上移，卡爪下部台阶挂住完井开关内部滑套的上部台阶，带动滑套上移，完井开关被关闭，此时，卡爪进入到完井开关滑套外筒上面内部的限位台阶，上移过程中卡爪被挤压压缩弹簧，卡爪与滑套脱离，再继续上移，卡爪进入矩形槽位置，电机停转后再正转使定位装置中的锁套上移，锁块回到锁套的中间位置，定位装置被解锁，电机停转，完成该完井开关关闭操作；重复上述操作可完成多个完井开关的开关操作。