一种无线控制的智能井下取样系统.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201420524276.5

申请日:

2014.09.14

公开号:

CN204041067U

公开日:

2014.12.24

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

避免重复授予专利权IPC(主分类):E21B 49/08申请日:20140914授权公告日:20141224放弃生效日:20161026|||授权

IPC分类号:

E21B49/08

主分类号:

E21B49/08

申请人:

哈尔滨理工大学; 周封

发明人:

周封; 王晨光; 王丙全; 刘健; 郝婷; 周至柔; 刘小可; 伏圣群; 唐树斌; 胡海涛

地址:

150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路52号

优先权:

专利代理机构:

代理人:

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内容摘要

一种无线控制的智能井下取样系统,属于数字化油田领域。系统由取样装置本体、无线遥控装置、防喷溅型取样杯和固定棒组成。其中取样装置本体由上接头、中间连接体、取样桶及下接头组成,各部分螺纹连接;无线遥控装置由遥控天线、电源开关、蜂鸣器、指示灯和按键构成;防喷溅型取样杯由杯盖、进油连接孔、排气孔、取样杯体、标尺组成。所述系统在进行取样时,将固定棒插入上接头的临时固定孔中开启取样装置本体电源,并通过无线遥控装置对取样装置本体的取样方式进行远程设置,取样完成后,将防喷溅取样杯安装至取样装置本体上,通过无线遥控装置完成转样。系统结构简单、安装简便、操作便捷、灵活性强、控制方式灵活,并能够长期放置井下。

权利要求书

权利要求书
1.  一种无线控制的智能井下取样系统,其特征在于:系统包括:取样装置本体(1)、无线遥控装置(2)、防喷溅型取样杯(3)和固定棒(4);
    取样装置本体(1)由上接头(11)、中间连接体(12)、取样桶(13)及下接头(14)组成;
    所述取样装置本体(1)的上接头(11)上部为安装定位槽(111);临时固定孔(112)位于安装定位槽(111)下方,该孔为通孔,孔底部装有凸型开关(113);其下为中空结构,开有均匀长条形侧孔(114);上接头(11)底部有内螺纹;
    所述取样装置本体的中间连接体(12)上部配有外螺纹与上接头(11)底部内螺纹连接,包括:通信天线(121)、控制电路(122)及锂电池(123);通信天线(121)安装于中间连接体(12)顶端的天线安装孔,与控制电路(122)有线连接,并通过上接头(11)底部长条形侧孔(114)与外界无线通信;控制电路(122)位于通信天线(121)下端,利用支架固定;锂电池(123)与控制电路(122)通过两相接头连接并放置于中间连接体(12)下部,为控制电路(122)提供电源;中间连接体(12)底部为内螺纹;
    所述取样装置本体(1)的取样桶(13)上部配有外螺纹与中间连接体(12)底部内螺纹连接,包括推拉器(131)、推拉杆(132)、活塞(133)、锥形堵塞器(134)、进油孔(135)、储液罐(136)及出油孔(137);
    推拉器(131)通过插头与控制电路(122)有线连接;推拉杆(132)顶端与推拉器(131)连接;推拉杆(132)上端配有活塞(133),下端为锥形堵塞器(134),活塞(133)与储液罐(136)内壁紧密结合,并由推拉器(131)带动在储液罐(136)内滑动;储液罐(136)为圆筒状,上端开有等间隔的进油孔(135),该孔为通孔,下端为出油孔(137),锥形堵塞器(134)与出油孔(137)紧密结合;出油孔(137)下端为取样桶(13)内螺纹;
    所述取样装置本体(1)的下接头(14)上端配有外螺纹与取样桶(13)底部内螺纹连接;
    无线遥控装置(2)由遥控天线(21)、电源开关(22)、蜂鸣器(23)、指示灯(24)和按键(25)构成;
    防喷溅型取样杯(3)由杯盖(31)、进油连接孔(32)、排气孔(33)、取样杯体(34)、标尺(35)组成。

2.  根据权利要求1所述的一种无线控制的智能井下取样系统,其特征在于:所述取样装置本体(1)各部分连接处通过O型密封圈密封。

3.  根据权利要求1所述的一种无线控制的智能井下取样系统,其特征在于:所述中间连接体(12)内控制电路(122)包括:电源控制电路(1221)、加速度传感器(1222)、中央处理电路(1223)、控制信号输出电路(1224)和无线通信电路(1225)。

4.  根据权利要求3所述的一种无线控制的智能井下取样系统,其特征在于:由地面拖动装置控制取样装置本体(1)的运动特性,由加速度传感器(1222)测量该运动特性,并作为取样装置本体(1)的取样控制信号。

5.  根据权利要求1所述的一种无线控制的智能井下取样系统,其特征在于:所述无线遥控装置(2)包括四个指示灯(21)和四个按键(22),四个指示灯(21)分别为转样控制、自动定时模式设置、手动地面控制模式设置和确定/取消,并与相应按键(22)对应;可通过其对取样装置本体(1)进行转样控制和取样方式设置;所述的电源开关(22)对无线遥控装置(2)的电池供电进行开关控制;所述的蜂鸣器(23)用于取样装置本体(1)在自动定时模式下提醒定时时间到。

6.  根据权利要求1所述的一种无线控制的智能井下取样系统,其特征在于:所述防喷溅型取样杯(3)的进油连接孔(32)位于取样杯体(34)顶部侧面;杯盖(31)上顶部有排气孔(33),与取样杯体(34)顶部通过螺纹连接;标尺(35)位于取样杯体(34)外壁。

7.  根据权利要求1所述的一种无线控制的智能井下取样系统,其特征在于:所述取样桶(13)内活塞(133)为长圆柱形,当锥形阻塞器(134)封闭出油孔(137)时,活塞(133)上部封闭进油孔(135),当需进行取样或转样时,由控制电路(122)控制推拉器(131)收起推拉杆(132)带动活塞(133)和锥形堵塞器(134)在取样桶(13)内向上滑动,从而先打开出油孔(137)、后打开进油孔(135)。

8.  根据权利要求1所述的一种无线控制的智能井下取样系统,其特征在于:所述取样装置本体(1)不进行取样工作时长期放置于井下,并处于断电状态。

9.  根据权利要求1所述的一种无线控制的智能井下取样系统,其特征在于:临时固定孔(112)底部的凸型开关(113)与控制电路(122)电缆连接,为控制电路(122)的电源控制电路(1221)提供电源控制信号,取样时将固定棒(4)插入临时固定孔(112)中即可开启取样装置本体(1)电源。

说明书

说明书一种无线控制的智能井下取样系统
技术领域
本实用新型涉及一种无线控制的智能井下取样系统,取样系统由取样装置本体、无线遥控装置、防喷溅型取样杯和固定棒构成。具体的说是采用无线技术对取样系统进行控制,并进行取样和转样的系统。属于数字化油田领域。 
背景技术
随着我国油气田开发进入到中后期,如何提高采油效率,降低开采成本已越来越被重视,目前油田根据油井的分布位置和油井的储液量不同,将其分为高产井和低产井。特别对于低压、低渗、低产的“三低”油气井,在井内供液不足时,抽油机不可避免出现空转、无谓消耗电能,增加设备的磨损,严重情况下可能会烧泵(螺杆泵)。而在井内供液充足时,抽油机可能在停机状态,不能尽快地将油采出,不仅影响产量,还会增加地层压力,不利于原油渗透。 
针对油田现状,为最大限度的提高油井产量,降低开采能耗,将油井的液面监测技术纳入油井科学管理范畴是及其必要的,对不同深度的原油进行取样化验对于在保证产量的同时,充分掌握油层的储量、提高单位时间的产量、降低单位产量的能耗、提高油井生产效率有着重要的现实意义。 
目前油田常用的获取油样的技术有两种,一种是在井口采油树处进行油样采集,这种方法的优点是方便快捷,只需将井口阀门打开即可取得油样,但其缺点也很突出,即由该方法取得的油样无法直接反应井下油层分布,对于油层液面监测的可利用价值较低;另外一种是利用专用取样设备进行井下取样,能够实现油井井下取得油样的目的,但现有的取样设备不具备定点取样的功能或很难实现对井下特定油层进行取样;同时该类取样器需要通过专用工具对其进行操作和设置,而且为了避免影响油井的正常工作,需要在每次取样完成后将其从油井上拆下。 
通过对油田现状的分析,本方法采用无线技术通过遥控器控制取样体,取样体内部控制电路可以在不使用时自动断电,节省电量。同时取样装置的结构设计有效地防止了转样过程中的喷溅现象。本装置具有结构简单,免拆除的特点,即减少了维护成本,又省去了大量的人力物力。 
发明内容
本实用新型提供了一种无线控制的智能井下取样系统,由无线遥控装置对取样装置本体进行井下取样方式设置后,由油井拖动装置将取样装置本体下放至井下指定位置,在自动或手动控制模式下完成井下对油品的取样,当取样装置提升到井口后,将放喷溅型取样杯安装在取样装置出油孔处,并通过无线遥控装置远程控制取样装置打开出油孔将油样放出。同时取样装置能够在不使用时自动断电,加之大容量锂电池的使用,使得取样装置本体能够在井下长期驻留。该系统及方法解决了传统取样装置或取样方法的安装复杂、操作不便、转样困难、样品不准的缺点,极大地提高了油田的生产效率。 
为达到上述目的,本实用新型所采用的技术方案为:系统包括取样装置本体、无线遥控装置、防喷溅型取样杯和固定棒。 
取样装置本体由上接头、中间连接体、取样桶及下接头组成。 
所述取样装置本体的上接头上部为安装定位槽;临时固定孔位于安装定位槽下方,该孔为通孔,孔底部装有凸型开关;其下为中空结构,开有均匀长条形侧孔;上接头底部有内螺纹。 
所述取样装置本体的中间连接体上部配有外螺纹与上接头底部内螺纹连接,包括:通信天线、控制电路及锂电池;通信天线安装于中间连接体顶端的天线安装孔,与控制电路有线连接,并通过上接头底部长条形侧孔与外界无线通信;控制电路位于通信天线下端,利用支架固定;锂电池与控制电路通过两相接头连接并放置于中间连接体下部,为控制电路提供电源;中间连接体底部为内螺纹。 
所述取样装置本体的取样桶上部配有外螺纹与中间连接体底部内螺纹连接,包括推拉器、推拉杆、活塞、锥形堵塞器、进油孔、储液罐及出油孔。推拉器通过插头与控制电路有线连接;推拉杆顶端与推拉器连接;推拉杆上端配有活塞,下端为锥形堵塞器,活塞与储液罐内壁紧密结合,并由推拉器带动在储液罐内滑动;储液罐为圆筒状,上端开有等间隔的进油孔,该孔为通孔,下端为出油孔,锥形堵塞器与出油孔紧密结合;出油孔下端为取样桶内螺纹。 
所述取样装置本体的下接头上端配有外螺纹与取样桶底部内螺纹连接。 
无线遥控装置由遥控天线、电源开关、蜂鸣器、指示灯和按键构成。 
防喷溅型取样杯由杯盖、进油连接孔、排气孔、取样杯体、标尺组成。 
所述取样装置本体各部分连接处通过O型密封圈密封。 
所述中间连接体内控制电路包括:电源控制电路、加速度传感器、中央处理电路、控制信号输出电路和无线通信电路。 
由地面拖动装置控制取样装置本体的运动特性,由加速度传感器测量该运动特性,并作为取样装置本体的取样控制信号。 
所述运动特性由一种或两种以上运动方式和运动时间组合而成,运动方式包括;正向匀速移动、正向变速移动、反向匀速移动、反向变速移动和停止;运动时间包括短时间和长时间。 
所述的正向变速移动和反向变速移动中的变速移动为加速移动或减速移动。 
所述的运动方式是由地面拖动装置和控制平台所决定,但至少应能够控制取样装置本体的移动和停止。 
所述的长时间设定为取样装置本体运动或停止运动的时间大于60s;短时间设定为取样装置本体运动或停止运动的时间大于1s,小于60s。 
所述无线遥控装置包括四个指示灯和四个按键,四个指示灯分别为转样控制指示灯、自动定时模式设置指示灯、手动地面控制模式设置指示灯和确定/取消指示灯,并与相应按键对应;可通过其对取样器本体进行转样控制和取样方式设置。所述的电源开关对无线遥控装置的电池供电进行开关控制;所述的蜂鸣器用于取样装置本体在自动定时模式下提醒定时时间到。 
所述的自动定时模式是对取样装置本体进行定时时间和取样时间的设定,当定时时间到后,取样装置本体将打开取样装置本体的进油孔,进行油品采样,同时开始对取样时间进行计时,当取样时间到后,关闭进油孔,完成取样。 
所述的手动地面控制模式是指地面拖动装置将取样装置本体下放至井下需进行取样的位置后,通过地面拖动装置控制取样装置本体在井下完成特定的运动状态,从而实现运动特性;加速度传感器实时监测取样装置本体的运动状态,中央处理电路则根据加速度信号分析取样装置本体的运动特性,当符合的运动特性出现时,打开进油孔从而完成取样的控制方法。 
所述防喷溅型取样杯的进油连接孔位于取样杯体顶部侧面;杯盖上顶部有排气孔,与取样杯体顶部通过螺纹连接;标尺位于取样杯体外壁,通过标尺观察取得油样的容积。 
所述取样桶内活塞为长圆柱形,当锥形阻塞器封闭出油孔时,活塞上部封闭进油孔,当需进行取样或转样时,由控制电路控制推拉器收起推拉杆带动活塞和锥形堵塞器在取样桶内向上滑动,从而先打开出油孔、后打开进油孔。有效地避免了在转样时储液罐与外界气压不一致而造成喷溅,样品由重力作用流入防喷溅型取样杯中。 
所述取样装置本体不进行取样工作时长期放置于井下,并处于断电状态。 
临时固定孔底部的凸型开关与控制电路电缆连接,为控制电路的电源控制电路提供电源控制信号,取样时将固定棒插入临时固定孔中即可开启取样装置本体电源。 
本实用新型所提供的系统及方法其有益效果如下: 
a.通过无线遥控装置、取样装置本体、防喷溅型取样杯和固定棒即可实现油井井下油样的长期采集,该系统结构简单、安装简便、操作便捷、灵活性强。
b.系统中能耗较大的取样装置本体内部控制电路在不工作超过设定时间后自动断电,大大提高待机时间,加之大容量锂电池的使用,使得取样装置本体可长期放置井下,免除了取样后需拆除的缺点。 
c.系统中取样装置本体的设置和操作均通过无线遥控装置远程进行,避免了取样过程中需直接接触操作的缺点及转样过程中人工操作对样品的污染。
d.根据现场情况,系统通过无线遥控装置设定取样装置本体的取样模式:自动定时模式和手动地面控制模式,从而最大程度的保证了在不同井况下井下取样的精度。 
附图说明
图1是本实用新型系统结构连接示意图。 
图2是本实用新型取样装置本体结构图。 
图3是本实用新型控制电路组成框图。 
图4是本实用新型无线遥控装置结构图。 
图5是本实用新型防喷溅型取样杯结构图。 
图6是本实用新型一实施例的提供的取样过程框图。 
图7是本实用新型一实施例的取样模式流程图。 
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。 
如图1所示,一种无线控制的智能井下取样系统,系统由取样装置本体(1)、无线遥控装置(2)、防喷溅取样杯(3)和固定棒(4)组成。其中系统中的取样装置本体(1)由上接头(11)、中间连接体(12)、取样桶(13)及下接头(14)构成,取样装置本体(1)各部分通过螺纹连接,采用O型密封圈密封;固定棒(4)为长圆柱形。 
如图2所示,取样装置本体(1)的上接头(11)由安装定位槽(111)、临时固定孔(112)、凸型开关(113)和侧孔(114)组成。上接头(11)分为上下两部分,其上部为实体结构,有安装定位槽(111)和临时固定孔(112);其下部为中空结构,开有均匀长条形侧孔(114)。 
取样装置本体(1)的中间连接体(12)由通信天线(121)、控制电路(122)及锂电池(123)组成。其中中间连接体(12)上部配有外螺纹与上接头(11)底部内螺纹连接;通信天线(121)安装于中间连接体(12)顶端的天线安装孔,与控制电路(122)有线连接,并通过上接头(11)底部的侧孔(114)与外界无线通信;控制电路(122)位于通信天线(121)下端,并用支架固定,防止与内壁接触;锂电池(123)与控制电路(122)通过两相接头连接并放置于中间连接体(12)下部,为控制电路(122)提供电源;中间连接体(12)底部为内螺纹。 
取样装置本体(1)的取样桶(13)由推拉器(131)、推拉杆(132)、活塞(133)、锥形堵塞器(134)、进油孔(135)、储液罐(136)及出油孔(137)组成。取样桶(13)上部配有外螺纹与中间连接体(12)底部内螺纹连接。推拉器(131)位于取样桶(13)顶部,通过插头与控制电路(122)有线连接;推拉杆(132)上端配有长圆柱形活塞(133),下端为锥形堵塞器(134),活塞(133)与储液罐(136)内壁紧密结合,锥形堵塞器(134)与储液罐(136)底部的出油孔(137)紧密结合,推拉杆(132)顶端与推拉器(131)底部连接,由推拉器(132)带动其在储液罐(136)内上下滑动;储液罐(136)上部开有等间隔进油孔(135),当锥形堵塞器(134)关闭出油孔(137)时,由活塞(133)上部封闭进油孔(135)。 
取样装置本体(1)的下接头(14)上端配有外螺纹与取样桶(13)底部内螺纹连接,可与抽油泵或井下配重块等井下设备相连,从而达到在不影响油田生产的前提下长期将取样装置本体(1)放置于井下,避免了频繁拆装取样系统的不便。 
如图3所示,中间连接体(12)内控制电路(122)由电源控制电路(1221)、加速度传感器(1222)、中央处理电路(1223)、控制信号输出电路(1224)和无线通信电路(1225)组成。其中通信天线(121)有线连接至无线通信电路(1225)上的对应接口;锂电池(123)与电源控制电路(1221)的电源接口通过两相电源线连接;推拉器(131)的控制线连接至控制信号输入电路(1224)的信号输出接口上。 
当固定棒(4)插入临时固定孔(112)时,电源控制电路(1221)将收到临时固定孔(112)中凸型开关(113)的开关信号,从而对锂电池(123)的电能进行变换,为控制电路(122)各部分电路提供对应的电源;当系统未进行工作超过设定的时间时,由中央处理电路(1223)输出电源控制信号给电源控制电路(1221)将电源关闭,以降低能耗。 
中央处理电路(1223)分别与加速度传感器(1222)、控制信号输出电路(1224)和无线通信电路(1225)连接。当控制电路(122)获得电源开始工作后,中央处理电路(1223)通过无线通信电路(1225)与无线遥控装置(2)进行无线通信,完成相应设置和控制操作;在井下需打开进油孔(135)进行取样时,中央处理电路(1223)输出控制信号给控制信号输出电路(1224),控制有线连接在控制信号输出电路(1224)上的推拉器(131)带动推拉杆(132)上的活塞(133)和锥形堵塞器(134)向上滑动,完成此操作。 
加速度传感器(1222)实时监测取样装置本体(1)的运动状态,并将处理后信号送入中央处理电路(1223)中,用于分析取样装置本体(1)的运动特性。 
如图4所示,无线遥控装置(2)由遥控天线(21)、电源开关(22)、蜂鸣器(23)、指示灯(24)和按键(25)构成。其中无线遥控装置(2)中共有四组指示灯(24)和按键(25),分别对应转样控制、自动定时模式设置、手动地面控制模式设置和确定/取消。需要对取样装置本体(1)进行功能操作或者模式设定时,按下相应的按键(25),则无线遥控装置(2)将信号通过遥控天线(21)发送给取样装置本体(1),并将设置结果通过对应按键(25)的指示灯(24)显示出来;电源开关(22)对无线遥控装置(2)的电池供电进行开关控制;在将取样装置本体(1)设置为自动定时模式后,无线遥控装置(2)同步计时,并在定时时间到后,通过蜂鸣器(23)提醒。 
如图5所示,防喷溅型取样杯(3)由杯盖(31)、进油连接孔(32)、排气孔(33)、取样杯体(34)、标尺(35)组成。 
为了更好的说明一种无线控制的智能井下取样系统的取样过程,参照图6所示,可分为四个阶段。 
a.取样准备阶段。首先利用拖动装置把取样装置本体(1)提至井口,将固定棒(4)插入临时固定孔(112)中,使得凸型开关(113)闭合,并将该开关信号送入电源控制电路(1221)中,开启取样装置本体(1)的电源。再利用无线遥控装置(2)对取样装置本体(1)进行取样模式设置,其中取样模式分为自动定时模式和手动地面控制模式,设置成功后,无线遥控装置(2)上的对应功能的指示灯(24)将常亮,最终将固定棒(4)取出,完成该阶段。 
b.下井取样阶段。通过操作拖动装置将取样装置本体(1)匀速下放至井下,到达指定取样位置后,停止取样装置本体(1)的移动并等待其完成取样。 
c.取样完成上提阶段。当到达取样时间后,通过操作拖动装置将取样装置本体(1)匀速上提至井口。 
d.转样阶段。将防喷溅取样杯(3)的进油连接孔(32)连接至取样装置本体(1)的出油孔(137)后,通过无线遥控装置(2)的按键(25)中的转样功能按键,远程控制取样装置本体(1)先打开出油孔(137),后再打开进油孔(135),使样品由重力作用流入防喷溅取样杯(3)中。利用标尺(35)观察样品容量,当达到取样样品的需要容量后,再次通过无线遥控装置(2)的按键(25)中的转样功能按键,关闭出油孔(137)和进油孔(135),完成转样。 
另,由于取样装置本体(1)的储液罐(136)比防喷溅取样杯(3)的取样杯体(34)容量大,因此在转样完成后,储液罐(136)中仍会残留部分样品,为保证下次取样样品的准确,可通过无线遥控装置(2)的转样功能,将储液罐(136)的残留样品排空。 
系统在进行井下取样时,可通过两种取样模式完成取样,为了更好的说明这两种模式的流程,参照图7所示。 
取样装置本体(1)的电源开启后,通过无线遥控装置(2)对其进行取样模式远程设置。 
当选择设置为自动定时模式时,根据取样装置本体(1)的下井速度,计算到达取样深度的时间,并通过远程设定为定时时间,中央处理电路(1223)将开启内部定时器,开始计时,无线遥控装置(2)同步开启定时,当到达定时时间后,无线遥控装置(2)的蜂鸣器(23)发出声音,提醒已到达预定位置,则停止拖动装置;同时中央处理电路(1223)判断定时时间到,自动打开进油孔(135),进行取样,并开始预设的取样时间计时,取样时间到后,关闭进油孔(135),完成整个取样过程;无线遥控装置(2)也同步进行取样时间计时,判断取样时间到则驱动蜂鸣器(23)发出声音,提醒取样完成。 
另,在取样时,由推拉器(131)带动推拉杆(132)向推拉器(131)方向移动时,锥形堵塞器(134)和活塞(133)将同时在储液罐(136)内移动,并先后打开出油孔(137)和进油孔(135),样品则由重力和气压作用,充满整个储液罐(136);根据样品充满储液罐(136)的时间来设定取样时间。 
当选择设置为手动地面控制模式时,控制电路(122)的加速度传感器(1222)在取样装置本体(1)匀速下井过程中实时监测其运动状态,并将加速度信号送入中央处理电路(1223)中进行计算和分析;当到达取样深度后,通过地面拖动装置控制取样装置本体(1)进行特定规律的移动和停止,从而完成特定的运动特性。例如,预设运动特性之一为取样装置本体(1)由正向匀速运动至短时间停止,当取样装置本体(1)匀速向井下正向运动至指定位置后,通过地面拖动装置控制取样装置本体(1)停止移动,中央处理电路(1223)根据加速度传感器(1222)的检测信号获知取样装置本体(1)的运动状态由正向匀速运动变为停止,且停止时间超过5秒,中央处理电路(1223)则通过控制信号输出电路(1224)控制推拉器(131)打开进油孔(135);并在到达取样时间后,关闭进油孔(135)完成取样。同理,预设运动特性还可为长时间停止至反向匀速运动、正向匀速运动至反向匀速运动、正向短时间匀速运动至短时间停止等,从而实现在井口向井下传递不同的控制信号。 

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1、(10)授权公告号 CN 204041067 U(45)授权公告日 2014.12.24CN204041067U(21)申请号 201420524276.5(22)申请日 2014.09.14E21B 49/08(2006.01)(73)专利权人哈尔滨理工大学地址 150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路52号专利权人周封(72)发明人周封 王晨光 王丙全 刘健郝婷 周至柔 刘小可 伏圣群唐树斌 胡海涛(54) 实用新型名称一种无线控制的智能井下取样系统(57) 摘要一种无线控制的智能井下取样系统,属于数字化油田领域。系统由取样装置本体、无线遥控装置、防喷溅型取样杯和固定棒组成。其中取样装置。

2、本体由上接头、中间连接体、取样桶及下接头组成,各部分螺纹连接;无线遥控装置由遥控天线、电源开关、蜂鸣器、指示灯和按键构成;防喷溅型取样杯由杯盖、进油连接孔、排气孔、取样杯体、标尺组成。所述系统在进行取样时,将固定棒插入上接头的临时固定孔中开启取样装置本体电源,并通过无线遥控装置对取样装置本体的取样方式进行远程设置,取样完成后,将防喷溅取样杯安装至取样装置本体上,通过无线遥控装置完成转样。系统结构简单、安装简便、操作便捷、灵活性强、控制方式灵活,并能够长期放置井下。(51)Int.Cl.(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 权利要求书2页 说明书6页 附图5页(19)中华人民共和国国家知识。

3、产权局(12)实用新型专利权利要求书2页 说明书6页 附图5页(10)授权公告号 CN 204041067 UCN 204041067 U1/2页21.一种无线控制的智能井下取样系统,其特征在于:系统包括:取样装置本体(1)、无线遥控装置(2)、防喷溅型取样杯(3)和固定棒(4);取样装置本体(1)由上接头(11)、中间连接体(12)、取样桶(13)及下接头(14)组成;所述取样装置本体(1)的上接头(11)上部为安装定位槽(111);临时固定孔(112)位于安装定位槽(111)下方,该孔为通孔,孔底部装有凸型开关(113);其下为中空结构,开有均匀长条形侧孔(114);上接头(11)底部有内。

4、螺纹;所述取样装置本体的中间连接体(12)上部配有外螺纹与上接头(11)底部内螺纹连接,包括:通信天线(121)、控制电路(122)及锂电池(123);通信天线(121)安装于中间连接体(12)顶端的天线安装孔,与控制电路(122)有线连接,并通过上接头(11)底部长条形侧孔(114)与外界无线通信;控制电路(1 22)位于通信天线(121)下端,利用支架固定;锂电池(123)与控制电路(122)通过两相接头连接并放置于中间连接体(12)下部,为控制电路(122)提供电源;中间连接体(12)底部为内螺纹;所述取样装置本体(1)的取样桶(13)上部配有外螺纹与中间连接体(12)底部内螺纹连接,包。

5、括推拉器(131)、推拉杆(132)、活塞(133)、锥形堵塞器(134)、进油孔(135)、储液罐(136)及出油孔(137);推拉器(131)通过插头与控制电路(122)有线连接;推拉杆(132)顶端与推拉器(131)连接;推拉杆(132)上端配有活塞(133),下端为锥形堵塞器(134),活塞(133)与储液罐(136)内壁紧密结合,并由推拉器(131)带动在储液罐(136)内滑动;储液罐(136)为圆筒状,上端开有等间隔的进油孔(135),该孔为通孔,下端为出油孔(137),锥形堵塞器(134)与出油孔(137)紧密结合;出油孔(137)下端为取样桶(13)内螺纹;所述取样装置本体(1。

6、)的下接头(14)上端配有外螺纹与取样桶(13)底部内螺纹连接;无线遥控装置(2)由遥控天线(21)、电源开关(22)、蜂鸣器(23)、指示灯(24)和按键(25)构成;防喷溅型取样杯(3)由杯盖(31)、进油连接孔(32)、排气孔(33)、取样杯体(34)、标尺(35)组成。2.根据权利要求1所述的一种无线控制的智能井下取样系统,其特征在于:所述取样装置本体(1)各部分连接处通过O型密封圈密封。3.根据权利要求1所述的一种无线控制的智能井下取样系统,其特征在于:所述中间连接体(12)内控制电路(122)包括:电源控制电路(1221)、加速度传感器(1222)、中央处理电路(1223)、控制信。

7、号输出电路(1224)和无线通信电路(1225)。4.根据权利要求3所述的一种无线控制的智能井下取样系统,其特征在于:由地面拖动装置控制取样装置本体(1)的运动特性,由加速度传感器(1222)测量该运动特性,并作为取样装置本体(1)的取样控制信号。5.根据权利要求1所述的一种无线控制的智能井下取样系统,其特征在于:所述无线遥控装置(2)包括四个指示灯(21)和四个按键(22),四个指示灯(21)分别为转样控制、自动定时模式设置、手动地面控制模式设置和确定/取消,并与相应按键(22)对应;可通过其对取样装置本体(1)进行转样控制和取样方式设置;所述的电源开关(22)对无线遥控装置(2)的电池供电。

8、进行开关控制;所述的蜂鸣器(23)用于取样装置本体(1)在自动定时模式下提醒定时时间到。权 利 要 求 书CN 204041067 U2/2页36.根据权利要求1所述的一种无线控制的智能井下取样系统,其特征在于:所述防喷溅型取样杯(3)的进油连接孔(32)位于取样杯体(34)顶部侧面;杯盖(31)上顶部有排气孔(33),与取样杯体(34)顶部通过螺纹连接;标尺(35)位于取样杯体(34)外壁。7.根据权利要求1所述的一种无线控制的智能井下取样系统,其特征在于:所述取样桶(13)内活塞(133)为长圆柱形,当锥形阻塞器(134)封闭出油孔(137)时,活塞(133)上部封闭进油孔(135),当需。

9、进行取样或转样时,由控制电路(122)控制推拉器(131)收起推拉杆(132)带动活塞(133)和锥形堵塞器(134)在取样桶(13)内向上滑动,从而先打开出油孔(137)、后打开进油孔(135)。8.根据权利要求1所述的一种无线控制的智能井下取样系统,其特征在于:所述取样装置本体(1)不进行取样工作时长期放置于井下,并处于断电状态。9.根据权利要求1所述的一种无线控制的智能井下取样系统,其特征在于:临时固定孔(112)底部的凸型开关(113)与控制电路(122)电缆连接,为控制电路(122)的电源控制电路(1221)提供电源控制信号,取样时将固定棒(4)插入临时固定孔(112)中即可开启取样。

10、装置本体(1)电源。权 利 要 求 书CN 204041067 U1/6页4一种无线控制的智能井下取样系统 技术领域0001 本实用新型涉及一种无线控制的智能井下取样系统,取样系统由取样装置本体、无线遥控装置、防喷溅型取样杯和固定棒构成。具体的说是采用无线技术对取样系统进行控制,并进行取样和转样的系统。属于数字化油田领域。背景技术0002 随着我国油气田开发进入到中后期,如何提高采油效率,降低开采成本已越来越被重视,目前油田根据油井的分布位置和油井的储液量不同,将其分为高产井和低产井。特别对于低压、低渗、低产的“三低”油气井,在井内供液不足时,抽油机不可避免出现空转、无谓消耗电能,增加设备的磨。

11、损,严重情况下可能会烧泵(螺杆泵)。而在井内供液充足时,抽油机可能在停机状态,不能尽快地将油采出,不仅影响产量,还会增加地层压力,不利于原油渗透。0003 针对油田现状,为最大限度的提高油井产量,降低开采能耗,将油井的液面监测技术纳入油井科学管理范畴是及其必要的,对不同深度的原油进行取样化验对于在保证产量的同时,充分掌握油层的储量、提高单位时间的产量、降低单位产量的能耗、提高油井生产效率有着重要的现实意义。0004 目前油田常用的获取油样的技术有两种,一种是在井口采油树处进行油样采集,这种方法的优点是方便快捷,只需将井口阀门打开即可取得油样,但其缺点也很突出,即由该方法取得的油样无法直接反应井。

12、下油层分布,对于油层液面监测的可利用价值较低;另外一种是利用专用取样设备进行井下取样,能够实现油井井下取得油样的目的,但现有的取样设备不具备定点取样的功能或很难实现对井下特定油层进行取样;同时该类取样器需要通过专用工具对其进行操作和设置,而且为了避免影响油井的正常工作,需要在每次取样完成后将其从油井上拆下。0005 通过对油田现状的分析,本方法采用无线技术通过遥控器控制取样体,取样体内部控制电路可以在不使用时自动断电,节省电量。同时取样装置的结构设计有效地防止了转样过程中的喷溅现象。本装置具有结构简单,免拆除的特点,即减少了维护成本,又省去了大量的人力物力。发明内容0006 本实用新型提供了一。

13、种无线控制的智能井下取样系统,由无线遥控装置对取样装置本体进行井下取样方式设置后,由油井拖动装置将取样装置本体下放至井下指定位置,在自动或手动控制模式下完成井下对油品的取样,当取样装置提升到井口后,将放喷溅型取样杯安装在取样装置出油孔处,并通过无线遥控装置远程控制取样装置打开出油孔将油样放出。同时取样装置能够在不使用时自动断电,加之大容量锂电池的使用,使得取样装置本体能够在井下长期驻留。该系统及方法解决了传统取样装置或取样方法的安装复杂、操作不便、转样困难、样品不准的缺点,极大地提高了油田的生产效率。说 明 书CN 204041067 U2/6页50007 为达到上述目的,本实用新型所采用的技。

14、术方案为:系统包括取样装置本体、无线遥控装置、防喷溅型取样杯和固定棒。0008 取样装置本体由上接头、中间连接体、取样桶及下接头组成。0009 所述取样装置本体的上接头上部为安装定位槽;临时固定孔位于安装定位槽下方,该孔为通孔,孔底部装有凸型开关;其下为中空结构,开有均匀长条形侧孔;上接头底部有内螺纹。0010 所述取样装置本体的中间连接体上部配有外螺纹与上接头底部内螺纹连接,包括:通信天线、控制电路及锂电池;通信天线安装于中间连接体顶端的天线安装孔,与控制电路有线连接,并通过上接头底部长条形侧孔与外界无线通信;控制电路位于通信天线下端,利用支架固定;锂电池与控制电路通过两相接头连接并放置于中。

15、间连接体下部,为控制电路提供电源;中间连接体底部为内螺纹。0011 所述取样装置本体的取样桶上部配有外螺纹与中间连接体底部内螺纹连接,包括推拉器、推拉杆、活塞、锥形堵塞器、进油孔、储液罐及出油孔。推拉器通过插头与控制电路有线连接;推拉杆顶端与推拉器连接;推拉杆上端配有活塞,下端为锥形堵塞器,活塞与储液罐内壁紧密结合,并由推拉器带动在储液罐内滑动;储液罐为圆筒状,上端开有等间隔的进油孔,该孔为通孔,下端为出油孔,锥形堵塞器与出油孔紧密结合;出油孔下端为取样桶内螺纹。0012 所述取样装置本体的下接头上端配有外螺纹与取样桶底部内螺纹连接。0013 无线遥控装置由遥控天线、电源开关、蜂鸣器、指示灯和。

16、按键构成。0014 防喷溅型取样杯由杯盖、进油连接孔、排气孔、取样杯体、标尺组成。0015 所述取样装置本体各部分连接处通过O型密封圈密封。0016 所述中间连接体内控制电路包括:电源控制电路、加速度传感器、中央处理电路、控制信号输出电路和无线通信电路。0017 由地面拖动装置控制取样装置本体的运动特性,由加速度传感器测量该运动特性,并作为取样装置本体的取样控制信号。0018 所述运动特性由一种或两种以上运动方式和运动时间组合而成,运动方式包括;正向匀速移动、正向变速移动、反向匀速移动、反向变速移动和停止;运动时间包括短时间和长时间。0019 所述的正向变速移动和反向变速移动中的变速移动为加速。

17、移动或减速移动。0020 所述的运动方式是由地面拖动装置和控制平台所决定,但至少应能够控制取样装置本体的移动和停止。0021 所述的长时间设定为取样装置本体运动或停止运动的时间大于60s;短时间设定为取样装置本体运动或停止运动的时间大于1s,小于60s。0022 所述无线遥控装置包括四个指示灯和四个按键,四个指示灯分别为转样控制指示灯、自动定时模式设置指示灯、手动地面控制模式设置指示灯和确定/取消指示灯,并与相应按键对应;可通过其对取样器本体进行转样控制和取样方式设置。所述的电源开关对无线遥控装置的电池供电进行开关控制;所述的蜂鸣器用于取样装置本体在自动定时模式下提醒定时时间到。0023 所述。

18、的自动定时模式是对取样装置本体进行定时时间和取样时间的设定,当定时说 明 书CN 204041067 U3/6页6时间到后,取样装置本体将打开取样装置本体的进油孔,进行油品采样,同时开始对取样时间进行计时,当取样时间到后,关闭进油孔,完成取样。0024 所述的手动地面控制模式是指地面拖动装置将取样装置本体下放至井下需进行取样的位置后,通过地面拖动装置控制取样装置本体在井下完成特定的运动状态,从而实现运动特性;加速度传感器实时监测取样装置本体的运动状态,中央处理电路则根据加速度信号分析取样装置本体的运动特性,当符合的运动特性出现时,打开进油孔从而完成取样的控制方法。0025 所述防喷溅型取样杯的。

19、进油连接孔位于取样杯体顶部侧面;杯盖上顶部有排气孔,与取样杯体顶部通过螺纹连接;标尺位于取样杯体外壁,通过标尺观察取得油样的容积。0026 所述取样桶内活塞为长圆柱形,当锥形阻塞器封闭出油孔时,活塞上部封闭进油孔,当需进行取样或转样时,由控制电路控制推拉器收起推拉杆带动活塞和锥形堵塞器在取样桶内向上滑动,从而先打开出油孔、后打开进油孔。有效地避免了在转样时储液罐与外界气压不一致而造成喷溅,样品由重力作用流入防喷溅型取样杯中。0027 所述取样装置本体不进行取样工作时长期放置于井下,并处于断电状态。0028 临时固定孔底部的凸型开关与控制电路电缆连接,为控制电路的电源控制电路提供电源控制信号,取。

20、样时将固定棒插入临时固定孔中即可开启取样装置本体电源。0029 本实用新型所提供的系统及方法其有益效果如下:0030 a通过无线遥控装置、取样装置本体、防喷溅型取样杯和固定棒即可实现油井井下油样的长期采集,该系统结构简单、安装简便、操作便捷、灵活性强。0031 b系统中能耗较大的取样装置本体内部控制电路在不工作超过设定时间后自动断电,大大提高待机时间,加之大容量锂电池的使用,使得取样装置本体可长期放置井下,免除了取样后需拆除的缺点。0032 c系统中取样装置本体的设置和操作均通过无线遥控装置远程进行,避免了取样过程中需直接接触操作的缺点及转样过程中人工操作对样品的污染。0033 d根据现场情况。

21、,系统通过无线遥控装置设定取样装置本体的取样模式:自动定时模式和手动地面控制模式,从而最大程度的保证了在不同井况下井下取样的精度。附图说明0034 图1是本实用新型系统结构连接示意图。0035 图2是本实用新型取样装置本体结构图。0036 图3是本实用新型控制电路组成框图。0037 图4是本实用新型无线遥控装置结构图。0038 图5是本实用新型防喷溅型取样杯结构图。0039 图6是本实用新型一实施例的提供的取样过程框图。0040 图7是本实用新型一实施例的取样模式流程图。具体实施方式0041 以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。说 明 书CN 204041067 U4/6页70042 如图。

22、1所示,一种无线控制的智能井下取样系统,系统由取样装置本体(1)、无线遥控装置(2)、防喷溅取样杯(3)和固定棒(4)组成。其中系统中的取样装置本体(1)由上接头(11)、中间连接体(12)、取样桶(13)及下接头(14)构成,取样装置本体(1)各部分通过螺纹连接,采用O型密封圈密封;固定棒(4)为长圆柱形。0043 如图2所示,取样装置本体(1)的上接头(11)由安装定位槽(111)、临时固定孔(112)、凸型开关(113)和侧孔(114)组成。上接头(11)分为上下两部分,其上部为实体结构,有安装定位槽(111)和临时固定孔(112);其下部为中空结构,开有均匀长条形侧孔(114)。004。

23、4 取样装置本体(1)的中间连接体(12)由通信天线(121)、控制电路(122)及锂电池(123)组成。其中中间连接体(12)上部配有外螺纹与上接头(11)底部内螺纹连接;通信天线(121)安装于中间连接体(12)顶端的天线安装孔,与控制电路(122)有线连接,并通过上接头(11)底部的侧孔(114)与外界无线通信;控制电路(122)位于通信天线(121)下端,并用支架固定,防止与内壁接触;锂电池(123)与控制电路(122)通过两相接头连接并放置于中间连接体(12)下部,为控制电路(122)提供电源;中间连接体(12)底部为内螺纹。0045 取样装置本体(1)的取样桶(13)由推拉器(13。

24、1)、推拉杆(132)、活塞(133)、锥形堵塞器(134)、进油孔(135)、储液罐(136)及出油孔(137)组成。取样桶(13)上部配有外螺纹与中间连接体(12)底部内螺纹连接。推拉器(131)位于取样桶(13)顶部,通过插头与控制电路(122)有线连接;推拉杆(132)上端配有长圆柱形活塞(133),下端为锥形堵塞器(134),活塞(133)与储液罐(136)内壁紧密结合,锥形堵塞器(134)与储液罐(136)底部的出油孔(137)紧密结合,推拉杆(132)顶端与推拉器(131)底部连接,由推拉器(132)带动其在储液罐(136)内上下滑动;储液罐(136)上部开有等间隔进油孔(135。

25、),当锥形堵塞器(134)关闭出油孔(137)时,由活塞(133)上部封闭进油孔(135)。0046 取样装置本体(1)的下接头(14)上端配有外螺纹与取样桶(13)底部内螺纹连接,可与抽油泵或井下配重块等井下设备相连,从而达到在不影响油田生产的前提下长期将取样装置本体(1)放置于井下,避免了频繁拆装取样系统的不便。0047 如图3所示,中间连接体(12)内控制电路(122)由电源控制电路(1221)、加速度传感器(1222)、中央处理电路(1223)、控制信号输出电路(1224)和无线通信电路(1225)组成。其中通信天线(12 1)有线连接至无线通信电路(1225)上的对应接口;锂电池(1。

26、23)与电源控制电路(1221)的电源接口通过两相电源线连接;推拉器(131)的控制线连接至控制信号输入电路(1224)的信号输出接口上。0048 当固定棒(4)插入临时固定孔(112)时,电源控制电路(1221)将收到临时固定孔(112)中凸型开关(113)的开关信号,从而对锂电池(123)的电能进行变换,为控制电路(122)各部分电路提供对应的电源;当系统未进行工作超过设定的时间时,由中央处理电路(1223)输出电源控制信号给电源控制电路(1221)将电源关闭,以降低能耗。0049 中央处理电路(1223)分别与加速度传感器(1222)、控制信号输出电路(1224)和无线通信电路(1225。

27、)连接。当控制电路(122)获得电源开始工作后,中央处理电路(1223)通过无线通信电路(1225)与无线遥控装置(2)进行无线通信,完成相应设置和控制操作;在井下需打开进油孔(135)进行取样时,中央处理电路(1223)输出控制信号给控制信号输出电路(1224),控制有线连接在控制信号输出电路(1224)上的推拉器(131)带动推拉杆说 明 书CN 204041067 U5/6页8(132)上的活塞(133)和锥形堵塞器(134)向上滑动,完成此操作。0050 加速度传感器(1222)实时监测取样装置本体(1)的运动状态,并将处理后信号送入中央处理电路(1223)中,用于分析取样装置本体(1。

28、)的运动特性。0051 如图4所示,无线遥控装置(2)由遥控天线(21)、电源开关(22)、蜂鸣器(23)、指示灯(24)和按键(25)构成。其中无线遥控装置(2)中共有四组指示灯(24)和按键(25),分别对应转样控制、自动定时模式设置、手动地面控制模式设置和确定/取消。需要对取样装置本体(1)进行功能操作或者模式设定时,按下相应的按键(25),则无线遥控装置(2)将信号通过遥控天线(21)发送给取样装置本体(1),并将设置结果通过对应按键(25)的指示灯(24)显示出来;电源开关(22)对无线遥控装置(2)的电池供电进行开关控制;在将取样装置本体(1)设置为自动定时模式后,无线遥控装置(2。

29、)同步计时,并在定时时间到后,通过蜂鸣器(23)提醒。0052 如图5所示,防喷溅型取样杯(3)由杯盖(31)、进油连接孔(32)、排气孔(33)、取样杯体(34)、标尺(35)组成。0053 为了更好的说明一种无线控制的智能井下取样系统的取样过程,参照图6所示,可分为四个阶段。0054 a取样准备阶段。首先利用拖动装置把取样装置本体(1)提至井口,将固定棒(4)插入临时固定孔(112)中,使得凸型开关(113)闭合,并将该开关信号送入电源控制电路(1221)中,开启取样装置本体(1)的电源。再利用无线遥控装置(2)对取样装置本体(1)进行取样模式设置,其中取样模式分为自动定时模式和手动地面控。

30、制模式,设置成功后,无线遥控装置(2)上的对应功能的指示灯(24)将常亮,最终将固定棒(4)取出,完成该阶段。0055 b下井取样阶段。通过操作拖动装置将取样装置本体(1)匀速下放至井下,到达指定取样位置后,停止取样装置本体(1)的移动并等待其完成取样。0056 c取样完成上提阶段。当到达取样时间后,通过操作拖动装置将取样装置本体(1)匀速上提至井口。0057 d转样阶段。将防喷溅取样杯(3)的进油连接孔(32)连接至取样装置本体(1)的出油孔(137)后,通过无线遥控装置(2)的按键(25)中的转样功能按键,远程控制取样装置本体(1)先打开出油孔(137),后再打开进油孔(135),使样品由。

31、重力作用流入防喷溅取样杯(3)中。利用标尺(35)观察样品容量,当达到取样样品的需要容量后,再次通过无线遥控装置(2)的按键(25)中的转样功能按键,关闭出油孔(137)和进油孔(135),完成转样。0058 另,由于取样装置本体(1)的储液罐(136)比防喷溅取样杯(3)的取样杯体(34)容量大,因此在转样完成后,储液罐(136)中仍会残留部分样品,为保证下次取样样品的准确,可通过无线遥控装置(2)的转样功能,将储液罐(136)的残留样品排空。0059 系统在进行井下取样时,可通过两种取样模式完成取样,为了更好的说明这两种模式的流程,参照图7所示。0060 取样装置本体(1)的电源开启后,通。

32、过无线遥控装置(2)对其进行取样模式远程设置。0061 当选择设置为自动定时模式时,根据取样装置本体(1)的下井速度,计算到达取样深度的时间,并通过远程设定为定时时间,中央处理电路(1223)将开启内部定时器,开始计时,无线遥控装置(2)同步开启定时,当到达定时时间后,无线遥控装置(2)的蜂鸣器(23)说 明 书CN 204041067 U6/6页9发出声音,提醒已到达预定位置,则停止拖动装置;同时中央处理电路(1223)判断定时时间到,自动打开进油孔(135),进行取样,并开始预设的取样时间计时,取样时间到后,关闭进油孔(135),完成整个取样过程;无线遥控装置(2)也同步进行取样时间计时,。

33、判断取样时间到则驱动蜂鸣器(23)发出声音,提醒取样完成。0062 另,在取样时,由推拉器(131)带动推拉杆(132)向推拉器(131)方向移动时,锥形堵塞器(134)和活塞(133)将同时在储液罐(136)内移动,并先后打开出油孔(137)和进油孔(135),样品则由重力和气压作用,充满整个储液罐(136);根据样品充满储液罐(136)的时间来设定取样时间。0063 当选择设置为手动地面控制模式时,控制电路(122)的加速度传感器(1222)在取样装置本体(1)匀速下井过程中实时监测其运动状态,并将加速度信号送入中央处理电路(1223)中进行计算和分析;当到达取样深度后,通过地面拖动装置控。

34、制取样装置本体(1)进行特定规律的移动和停止,从而完成特定的运动特性。例如,预设运动特性之一为取样装置本体(1)由正向匀速运动至短时间停止,当取样装置本体(1)匀速向井下正向运动至指定位置后,通过地面拖动装置控制取样装置本体(1)停止移动,中央处理电路(1223)根据加速度传感器(1222)的检测信号获知取样装置本体(1)的运动状态由正向匀速运动变为停止,且停止时间超过5秒,中央处理电路(1223)则通过控制信号输出电路(1224)控制推拉器(131)打开进油孔(135);并在到达取样时间后,关闭进油孔(135)完成取样。同理,预设运动特性还可为长时间停止至反向匀速运动、正向匀速运动至反向匀速运动、正向短时间匀速运动至短时间停止等,从而实现在井口向井下传递不同的控制信号。说 明 书CN 204041067 U1/5页10图1说 明 书 附 图CN 204041067 U10。

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