CN103061707B - 井下循环开关阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种井下循环开关阀，是为满足高压注水井带压作业的各项工艺要求而设计的。在阀内部设计了循环锁定机构，使其能通过地面油管内打压顺利实现阀的无限次循环开启和关闭动作。该阀的开启和关闭只受控于油与套管间的压力差及油管流量，而与地层压力无关，因此能承受较大的地层压力，从而实现油管的可靠封堵。该阀内部带有自给式润滑系统，可及时补充润滑油，使阀的换向部件始终工作在良好的环境中，增加了使用寿命。可通过改变该阀内部零部件的尺寸配合来设定其换向的压力差、流量，从而适应不同地层压力区域内的施工作业。

Description

井下循环开关阀
技术领域
本发明涉及一种井下循环开关阀，属于油气井工程技术领域。
背景技术
注水是油田实现经济有效开发的基础，是提高采收率及二次采油的有效手段，但随着开发时间的延长，由于注水完井管柱中封隔器失效、管柱结垢腐蚀等的影响，需要进行检串等措施作业或修井作业，以保证注水效果。传统的高压注水井普遍采取放喷溢流的做法，降低压力后再进行施工，这种作业方式存在施工周期长、放空液量大、污染环境等众多问题，同时打破了注采井网的平衡，严重影响了油田的有效开发。近几年，各大油田逐步推广应用带压作业技术解决此类问题，但由于国内注水井的管柱结构中未配套对应的井下工具，导致带压作业起钻前必须使用油管内堵塞工具封堵油管，下钻过程中再次配套堵塞油管的完井工具，从而加大了施工工作量、增加了作业成本。
目前，也有用于高压注水井带压作业的各类阀，但此类阀不能完全实现带压下钻、正常注水、配合反洗井作业和带压起钻的四项功能，因此在高压注水井带压作业工艺上有缺陷，不适宜规模推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种循环开关阀，其可满足高压注水井带压作业的各项工艺要求，从根本上改变当前带压作业施工工艺。
本发明的具体技术内容如下：
带轨道槽的轨道筒套在设有螺纹孔的阀体外部，滑钉位于轨道筒轨道槽内并与阀体螺纹孔连接；轨道筒的上、下端均设有滚动轴承；带密封圈的密封套套在阀体底端，并由限位销钉固定；在阀体上设有联通其内腔和外部环形腔的过油孔，在阀体内腔设有滑动塞和空心堵钉；防护筒固定在轨道筒外部；底端设有内嵌式卡簧的下接头套在防护筒和密封套外部；阀体上方螺纹连接设有过流孔和密封槽的阀芯，带节流孔的上接头套在阀芯外部并螺纹连接下接头，网管套在上接头外部。
本发明井下循环开关阀的工作原理如下：
附图2为轨道筒的“W”形轨迹展开图，该循环阀处于原始状态时，滑钉在轨道的A处，此时阀芯过流孔和上接头节流孔错开，该阀处于关闭状态，此时该阀可防止起下油管时井内流体(油、气、水等)从油管内溢出。完井后，进行注水井的正常注水，随着液体进入油管，阀内压力升高，当压力大于井底压力时即推动阀芯下移，滑钉移动至轨道B处，直至阀芯过流孔与上接头节流孔联通，此时液体通过该通道注入地层(此时油管注水流量完全可以通过该孔)，在油套管压差的作用下，滑钉处于B处，此时可实现水井正常注水。
在进行反洗井作业前，通过油管瞬时大排量打压，此时，阀芯过流孔与上接头节流孔已不足以使瞬时加大的注水流量完全通过，在阀内外形成节流压差，在压力的作用下阀体下移，轨道筒转动，直至滑钉下移至轨道C处；当瞬时流量达到设定值时停止打压，油管泄压后，在井底压力的作用下，滑钉沿轨道移至D处，此时阀芯过流孔与上接头节流孔对齐，该阀开启，可以进行反洗井作业；在反洗井作业结束后，以同样方式向油管内打压、泄压，滑钉沿滑道先至C处再移至A处，此时该阀恢复原始状态。
该阀内部设有自给式润滑系统，阀体内腔及阀体与下接头间的环形空间充满润滑油，井底压力通过空心堵钉推动滑动塞，使阀体内腔的润滑油经过油孔向阀体和下接头之间的环形空间补充。上接头与下接头之间、下接头与密封套之间均设有密封圈，将该环形空间密封，滑钉、轨道筒及滚动轴承等换向部件在此密封空间内实现上下滑动。
本发明设计了阀内部的循环锁定机构，使其能通过地面油管内打压，顺利实现阀的无限次循环开启和关闭动作，该阀的开启和关闭只受控于油与套管间的压力差及油管流量，而与地层压力无关，因此能承受较大的地层压力，从而实现油管的可靠封堵。该阀内部带有自给式润滑系统，可及时补充润滑油，使阀的换向部件始终工作在良好的环境中，增加了使用寿命。此外，可通过改变该阀内部零部件的尺寸配合来设定其换向的压力差、流量，从而适应不同地层压力区域内的施工作业。
附图说明
图1为井下循环开关阀的结构示意图。
图2为井下循环开关阀轨道筒的“W”形轨迹展开图。
具体实施方式
实施例：
参照图1和2对本发明的实施例进一步说明：
带轨道槽的轨道筒8套在设有螺纹孔的阀体10外部，滑钉9穿过轨道筒8轨道槽连接于阀体10上的螺纹孔；轨道筒8的上、下端均设有滚动轴承7；带密封圈的密封套13套在阀体10底端，并由限位销钉15固定；在阀体10内腔上部，设有联通其外部环形腔的过油孔，在阀体10内腔底端设有滑动塞14和空心堵钉16；防护筒11固定在轨道筒8的外部；底端设有内嵌式卡簧17的下接头6套在防护筒11和密封套13外部；阀体10上方螺纹连接设有密封槽的阀芯5，阀芯 5上均布有4组且每组3个的过流孔，均布有4个节流孔的上接头1套在阀芯5外部，而网管3则套在上接头1的外部。
先把轨道筒8套在阀体10外部，在阀体10外表面一般预留两个螺纹孔，对齐轨道筒8轨道槽和阀体10外圆周表面的预留螺纹孔，把滑钉9穿过轨道筒8轨道槽旋入阀体10预留的螺纹孔，然后在轨道筒8外部装上防护筒11，并用铆钉12固定，保护滑钉9及轨道筒8；在轨道筒8两端各装设一滚动轴承7，以保证循环锁定机构的灵活转动；把带有密封圈的密封套13套在阀体10底端，并用限位销钉15轴向固定；在阀芯5预留的密封槽内嵌入C型环2和O型圈4，并将阀芯5螺纹连接阀体10；向阀体10内部注满润滑油，插入滑动塞14，再旋入空心堵钉16，最后整体装入有内嵌式卡簧17的下接头6；在上接头1的外部套上网管3，而后将上接头1螺纹连接下接头6。
现场操作时，只需将本装置安装在完井管柱最下端即可(原始状态下，阀处于关闭状态)，此时阀处于关闭状态可起到下油管时防止井内流体(油、气、水等)从油管内溢出；管柱下到位后可通过地面打压控制油、套管之间的压力差(一般油管压力大于地层压力1-2MPa后油套压差就稳定不变)及油管流量(主要由流量控制阀动作)至设定值时，停止打压后从油管内泄压，即可实现该阀的开启动作(此时可进行注水井的正常注水、油水井的反洗井及措施作业、气井的正常开采等)；同样方式再次打压、提高流量至设定值时，停止打压后从油管内泄压，即可实现该阀的关闭动作。

Claims (2)

1.一种井下循环开关阀，其特征在于：
带轨道槽的轨道筒(8)套在设有螺纹孔的阀体(10)外部，滑钉(9)位于轨道筒(8)轨道槽内并与阀体(10)螺纹孔连接；轨道筒(8)的上、下端均设有滚动轴承(7)；带密封圈的密封套(13)套在阀体(10)的底端，并由限位销钉(15)固定；在阀体(10)上设有联通其内腔和外部环形腔的过油孔，在阀体(10)内腔设有滑动塞(14)和空心堵钉(16)；防护筒(11)固定在轨道筒(8)外部；底端设有内嵌式卡簧(17)的下接头(6)套在防护筒(11)和密封套(13)外部；阀体(10)上方螺纹连接设有过流孔和密封槽的阀芯(5)，带节流孔的上接头(1)套在阀芯(5)外部并螺纹连接下接头(6)，网管(3)套在上接头(1)外部。
2.根据权利要求1所述井下循环开关阀，其特征在于阀内设置了循环锁定机构，使其能通过地面油管内打压顺利实现阀的无限次循环开启和关闭动作，该阀的开启和关闭只受控于油与套管间的压力差及油管流量，而与地层压力无关，因此能承受较大的地层压力，从而实现油管的可靠封堵；该阀内部带有自给式润滑系统，可及时补充润滑油，使阀的换向部件始终工作在良好的环境中，增加了使用寿命；可通过改变该阀内部零部件的尺寸配合来设定其换向的压力差、流量，从而适应不同地层压力区域内的施工作业。
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