CN103244075B - 一种智能井层段控制阀 - Google Patents
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Abstract
一种智能井层段控制阀,滑套安装在流体节流器内,滑套与流体节流器配合开启/关闭不同的节流孔眼,流体节流器连接在下接头上,下接头连接在层段控制阀下缸体上,各密封组结构紧凑均采用聚四氟乙烯材料在井下高温高压条件下与上活塞、下活塞、滑套、层段控制阀下缸体、层段控制阀上缸体形成良好的动/静密封,层段控制阀上缸体的端面处开有两个进液孔道,一个是控制阀开启的进液孔道,另一个是控制阀关闭的公共进液孔道,并且均通过1/4inch的NPT接头与层段控制阀上缸体进行螺纹密封连接,流体节流器开有开度不同的多个节流孔,采用液压活塞推动滑套运动,进行多级节流来调节地层流体的进液量,具有使用寿命长、密封性能好等优点。
Description
技术领域
本发明属于智能井技术的层段控制阀技术领域,具体涉及一种智能井层段控制阀。
背景技术
智能井技术是一个涵盖石油工程、机械电子工程、自动化工程、通信工程、计算机工程等多个学科领域的综合性系统工程,其关键技术主要集中在井下信息测量技术、生产流体控制技术与数据传输技术三大技术。其中生产流体控制技术是智能井技术的关键核心技术,而层段控制阀则是实现生产流体控制技术的核心工具。通过使用层段控制阀的流体节流功能可以实现对不同层段或者分支流量的单独控制,有效地控制层间干扰,延迟水突破抑制含水率上升等,从而调节油藏的生产动态,实现油藏的实时控制与优化开采。智能井技术在国内还处于起步研究阶段,智能井技术成功应用的关键问题之一是层段控制阀的研制。
目前,国内常规的井下液体流量的控制是通过更换油嘴或滑套开关控制。油嘴的尺寸一旦确定下井后就不能在变动,如果根据油藏的实际情况需要调节油嘴的尺寸,则需要停止生产将整个管柱取出来进行更换油嘴。滑套采用机械方式开启,通过油管内部压力推动滑套单方向移动,但是目前只能将滑套由一侧推到另一侧,即只能开或关,如果需要再次打开或关闭只能取出管柱在地面进行调节。这两种流体控制方式费时费事费力成本高,且不能根据油藏的情况进行实时的调控。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种智能井层段控制阀,具有使用寿命长、滑套与活塞动作可靠性高、密封性能好、加工简单、制作成本低的优点。
为了达到上述目的,本发明采取的技术方案为:
一种智能井层段控制阀,包括滑套6,滑套6安装在流体节流器4内,滑套6在流体节流器4内能够滑动,滑套6加工有密封沟槽与流体节流器4形成金属密封,流体节流器4通过螺纹连接固定在下接头1的一端,下接头1的该端通过螺纹连接在层段控制阀下缸体3上,下接头1的另一端通过螺纹连接油管接箍与其它油管柱相连接,下接头1、流体节流器4与层段控制阀下缸体3内腔之间通过节流器一号密封组2进行静密封,节流器一号密封组2通过节流器一号密封组垫片27进行调节密封性,滑套6与层段控制阀下缸体3内腔之间通过节流器二号密封组5进行动密封,节流器二号密封组5通过节流器二号密封组垫片26进行调节密封性,滑套6通过螺纹连接在下活塞10上,锁爪7通过第一固定螺钉8固定在下活塞10上,层段控制阀下缸体3通过螺纹与层段控制阀上缸体11连接,固定片32通过第三固定螺钉31将层段控制阀下缸体3与层段控制阀上缸体11固定,下活塞10与层段控制阀上缸体11内腔通过层段控制阀下缸体内腔密封组9进行动密封,层段控制阀上缸体内腔密封组9通过一号挡圈24与二号挡圈25固定在层段控制阀上缸体11腔内并调节层段控制阀上缸体内腔密封组9的密封性,下活塞10与上活塞20通过螺纹连接,下活塞10、上活塞20与层段控制阀上缸体11活塞腔通过下活塞密封组22进行动密封,下活塞密封组22通过下活塞密封组垫片12进行调节密封性,上活塞20在上接头15腔内滑动,上接头15通过螺纹固定在层段控制阀上缸体11上,上接头15的另一端通过螺纹连接油管接箍与其它油管柱连接,上活塞20、上接头15与层段控制阀上缸体11内腔通过上活塞密封组19进行动密封,上活塞密封组19通过上活塞密封组垫片18进行调节密封性。
所述的流体节流器4每隔一段距离开有开度不同的节流孔,根据进液量的需要液压油推动下活塞10或上活塞20运动,同时带动滑套6向上或向下移动到流体节流器4相应的位置挡住不需要进液的节流孔,流体从未挡住的节流孔进液,同时锁爪7进入层段控制阀下缸体3腔内的相应卡槽锁紧,滑套6与流体节流器4如此配合开启或关闭节流孔眼,从而控制流体的进入量。
所述的层段控制阀上缸体11与层段控制阀下缸体3外侧开有封装液压控制管线扁平缆与单根管线的沟槽,外挂两根扁平缆28与一根单根管线,通过上缸体管缆固定片30与下缸体管缆固定片34将扁平缆28与管线通过第二固定螺钉29、第四固定螺钉33固定在层段控制阀上缸体11与层段控制阀下缸体3上。
所述的层段控制阀上缸体11的上端面处开有两个进液孔,一个是控制滑套开启进液孔,推动下活塞10移动,带动滑套6运动开启层段控制阀,并通过1/4inch滑套开启液压管线NPT接头13进行螺纹密封连接;另一个是控制滑套关闭的公共进液孔,推动上活塞20移动,通过下活塞10带动滑套6运动关闭层段控制阀,并且通过1/4inch滑套公共关闭管线NPT上接头17与滑套公共关闭管线NPT下接头21进行螺纹密封连接,滑套公共关闭管线穿越上缸体,通过滑套公共关闭管线NPT下接头21连接滑套公共关闭下管线23。
所述的下接头1、层段控制阀下缸体3、下缸体管缆固定片34、上缸体管缆固定片30、层段控制阀上缸体11、上接头15、上活塞20、固定片32、下活塞10和滑套6采用耐腐蚀的镍基合金钢。
所述的流体节流器4开有开度不同的节流孔,节流孔是流体进入层段控制阀内的通道,流体节流器4直接与流体接触,流体节流器4采用碳化钨合金钢材料。
所述的锁爪7采用弹性材料合金结构钢35CrMo。
所述的一号挡圈24、二号挡圈25、节流器二号密封组垫片26、节流器一号密封组垫片27、下活塞密封组垫片12、上活塞密封组垫片18采用优质碳素钢45。
所述的节流器一号密封组2、节流器二号密封组5、层段控制阀上缸体内腔密封组9、上活塞密封组19、下活塞密封组22,采用聚四氟乙烯材料。
本发明的优点:采用液压活塞推动滑套运动,进行多级节流来调节地层流体的进液量,控制生产压差,避免频繁的人工干预,具有使用寿命长、滑套与活塞动作可靠性高、密封性能好、加工简单、制作成本低的优点。
附图说明
图1-1为本发明的剖视图。
图1-2为本发明的主视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细描述。
参照图1-1和图1-2,一种智能井层段控制阀,包括滑套6,滑套6安装在流体节流器4内,滑套6在流体节流器4内能够滑动,滑套6加工有密封沟槽与流体节流器4形成金属密封,滑套6与流体节流器4配合开启/关闭不同的孔眼,从而控制流体的进入量,流体节流器4通过螺纹连接固定在下接头1的一端,下接头1的该端通过螺纹连接在层段控制阀下缸体3上,下接头1的另一端通过螺纹连接油管接箍与其它油管柱相连接,下接头1、流体节流器4与层段控制阀下缸体3内腔之间通过节流器一号密封组2进行静密封,节流器一号密封组2通过节流器一号密封组垫片27进行调节密封性,滑套6与层段控制阀下缸体3内腔之间通过节流器二号密封组5进行动密封,节流器二号密封组5通过节流器二号密封组垫片26进行调节密封性,滑套6通过螺纹连接在下活塞10上,锁爪7通过第一固定螺钉8固定在下活塞10上,层段控制阀下缸体3通过螺纹与层段控制阀上缸体11连接,固定片32通过第三固定螺钉31将层段控制阀下缸体3与层段控制阀上缸体11固定,防止层段控制阀下缸体3与层段控制阀上缸体11发生相对转动而脱扣,下活塞10与层段控制阀上缸体11内腔通过层段控制阀下缸体内腔密封组9进行动密封,层段控制阀上缸体内腔密封组9通过一号挡圈24与二号挡圈25固定在层段控制阀上缸体11腔内并调节层段控制阀上缸体内腔密封组9的密封性,下活塞10与上活塞20通过螺纹连接,下活塞10、上活塞20与层段控制阀上缸体11活塞腔通过下活塞密封组22进行动密封,下活塞密封组22通过下活塞密封组垫片12进行调节密封性,上活塞20在上接头15腔内滑动,上接头15通过螺纹固定在层段控制阀上缸体11上,上接头15的另一端通过螺纹连接油管接箍与其它油管柱连接,上活塞20、上接头15与层段控制阀上缸体11内腔通过上活塞密封组19进行动密封,上活塞密封组19通过上活塞密封组垫片18进行调节密封性。
所述的层段控制阀上缸体11与层段控制阀下缸体3外侧开有封装液压控制管线扁平缆与单根管线的沟槽,外挂两根扁平缆28与一根单根管线,通过上缸体管缆固定片30与下缸体管缆固定片34将扁平缆28与管线通过第二固定螺钉29、第四固定螺钉33固定在层段控制阀上缸体11与层段控制阀下缸体3上。
所述的层段控制阀上缸体11的上端面处开有两个进液孔,一个是控制滑套开启进液孔,推动下活塞10移动,带动滑套6运动开启层段控制阀,并通过1/4inch滑套开启液压管线NPT接头13进行螺纹密封连接;另一个是控制滑套关闭的公共进液孔,推动上活塞20移动,通过下活塞10带动滑套6运动关闭层段控制阀,并且通过1/4inch滑套公共关闭管线NPT上接头17与滑套公共关闭管线NPT下接头21进行螺纹密封连接,滑套公共关闭管线穿越上缸体,通过滑套公共关闭管线NPT下接头21连接滑套公共关闭下管线23。
由于层段控制阀长期安装在井下,且我国大多数油气井下含H2S、CO2等腐蚀性气体。因此,下接头1、层段控制阀下缸体3、下缸体管缆固定片34、上缸体管缆固定片30、层段控制阀上缸体11、上接头15、上活塞20、固定片32、下活塞10和滑套6采用耐腐蚀的镍基合金钢。
流体节流器4是层段控制阀控制流体的关键部件,开有开度不同的节流孔,节流孔是流体进入层段控制阀内的通道,流体节流器4直接与流体接触,由于井下高温、高压、强腐蚀环境,流体对流体节流器4具有冲蚀和腐蚀的作用,因此,流体节流器4应具有耐冲蚀、耐腐蚀的特性,且与滑套6具有良好的金属密封性,因此,流体节流器4采用碳化钨合金钢材料。
所述的锁爪7主要起到锁紧的作用,要求在较大液压推力作用下,使锁爪变形脱离层段控制阀下缸体3腔内的卡槽,当液压推力去掉后,锁爪能够恢复原状进入层段控制阀下缸体3腔内的卡槽锁紧。因此,采用具有良好弹性的弹性材料合金结构钢35CrMo。
所述的一号挡圈24、二号挡圈25、节流器二号密封组垫片26、节流器一号密封组垫片27、下活塞密封组垫片12、上活塞密封组垫片18起到调节各个密封组的密封性且固定的作用,可以承受一定的压力。因此,采用优质碳素钢45。
所述的节流器一号密封组2、节流器二号密封组5、层段控制阀上缸体内腔密封组9、上活塞密封组19、下活塞密封组22,要求在井下高温高压条件下与上活塞20、下活塞10、滑套6、层段控制阀下缸体3、层段控制阀上缸体11具有良好的动/静密封性且结构紧凑。因此,采用聚四氟乙烯材料。
本发明的工作原理:
层段控制阀上缸体11的上开有2个进液孔道,并通过1/4inch滑套开启液压管线NPT接头13、1/4inch滑套公共关闭管线NPT上接头17、滑套公共关闭管线NPT下接头21进行螺纹密封连接,1/4inch滑套开启液压管线NPT接头13、1/4inch滑套公共关闭管线NPT上接头17另一侧连接液压管线,当液压油通过液压控制管线14和层段控制阀上缸体11的进液孔道进入下活塞10与层段控制阀上缸体11内腔通过层段控制阀上缸体内腔密封组9进行动密封形成的活塞缸腔内,下活塞10与上活塞20通过螺纹连接,下活塞10、上活塞20与层段控制阀上缸体11活塞腔通过下活塞密封组22进行动密封,由于层段控制阀上缸体内腔密封组9被一号挡圈24与二号挡圈25固定在层段控制阀上缸体11腔内,因此液压油将推动下活塞10向上移动,如图1所示,带动滑套6向上移动到需要开启流入节流孔眼的位置,同时带动锁爪7进入对应的卡槽位置锁紧。
当液压油通过公共关闭液压管线16和层段控制阀上缸体11上开有的公共关闭的进液孔道,并且通过1/4inch滑套公共关闭管线NPT上接头17与滑套公共关闭管线NPT下接头21进行螺纹密封连接,滑套公共关闭管线NPT上接头17与滑套公共关闭管线NPT下接头21的另一侧都连接液压控制管线,上活塞20在上接头15与层段控制阀上缸体的腔内滑动,当液压油经过公共关闭液压管线16进入层段控制阀上缸体11的公共进液孔道再进入上活塞20、上接头15与层段控制阀上缸体11内腔并通过上活塞密封组19进行动密封形成的活塞缸腔内,由于上接头15通过螺纹连接将上活塞密封组19固定在层段控制阀上缸体11的腔内,因此,液压油将推动上活塞20向下移动,通过下活塞10带动滑套6向下移动到需要关闭节流孔眼的位置,同时带动锁爪7进入对应的卡槽位置锁紧。
上活塞20与下活塞10带动滑套6从一侧一直运动到另一侧,再从另一侧运到到另一侧,如此反复运动到需要的开启的节流孔眼位置。
Claims (9)
1.一种智能井层段控制阀,包括滑套(6),其特征在于:滑套(6)安装在流体节流器(4)内,滑套(6)在流体节流器(4)内能够滑动,滑套(6)加工有密封沟槽与流体节流器(4)形成金属密封,流体节流器(4)通过螺纹连接固定在下接头(1)的一端,下接头(1)的该端通过螺纹连接在层段控制阀下缸体(3)上,下接头(1)的另一端通过螺纹连接油管接箍与其它油管柱相连接,下接头(1)、流体节流器(4)与层段控制阀下缸体(3)内腔之间通过节流器一号密封组(2)进行静密封,节流器一号密封组(2)通过节流器一号密封组垫片(27)进行调节密封性,滑套(6)与层段控制阀下缸体(3)内腔之间通过节流器二号密封组(5)进行动密封,节流器二号密封组(5)通过节流器二号密封组垫片(26)进行调节密封性,滑套(6)通过螺纹连接在下活塞(10)上,锁爪(7)通过第一固定螺钉(8)固定在下活塞(10)上,层段控制阀下缸体(3)通过螺纹与层段控制阀上缸体(11)连接,固定片(32)通过第三固定螺钉(31)将层段控制阀下缸体(3)与层段控制阀上缸体(11)固定,下活塞(10)与层段控制阀上缸体(11)内腔通过层段控制阀下缸体内腔密封组(9)进行动密封,层段控制阀上缸体内腔密封组(9)通过一号挡圈(24)与二号挡圈(25)固定在层段控制阀上缸体(11)腔内并调节层段控制阀上缸体内腔密封组(9)的密封性,下活塞(10)与上活塞(20)通过螺纹连接,下活塞(10)、上活塞(20)与层段控制阀上缸体(11)活塞腔通过下活塞密封组(22)进行动密封,下活塞密封组(22)通过下活塞密封组垫片(12)进行调节密封性,上活塞(20)在上接头(15)腔内滑动,上接头(15)通过螺纹固定在层段控制阀上缸体(11)上,上接头(15)的另一端通过螺纹连接油管接箍与其它油管柱连接,上活塞(20)、上接头(15)与层段控制阀上缸体(11)内腔通过上活塞密封组(19)进行动密封,上活塞密封组(19)通过上活塞密封组垫片(18)进行调节密封性。
2.根据权利要求1所述的一种智能井层段控制阀,其特征在于:所述的流体节流器(4)每隔一段距离开有开度不同的节流孔,根据进液量的需要液压油推动下活塞(10)或上活塞(20)运动,同时带动滑套(6)向上或向下移动到流体节流器(4)相应的位置挡住不需要进液的节流孔,流体从未挡住的节流孔进液,同时锁爪(7)进入层段控制阀下缸体(3)腔内的相应卡槽锁紧,滑套(6)与流体节流器(4)如此配合开启或关闭节流孔眼,从而控制流体的进入量。
3.根据权利要求1所述的一种智能井层段控制阀,其特征在于:所述的层段控制阀上缸体(11)与层段控制阀下缸体(3)外侧开有封装液压控制管线扁平缆与单根管线的沟槽,外挂两根扁平缆(28)与一根单根管线,通过上缸体管缆固定片(30)与下缸体管缆固定片(34)将扁平缆(28)与管线通过第二固定螺钉(29)、第四固定螺钉(33)固定在层段控制阀上缸体(11)与层段控制阀下缸体(3)上。
4.根据权利要求1所述的一种智能井层段控制阀,其特征在于:所述的层段控制阀上缸体(11)的上端面处开有2个进液孔,一个是控制滑套开启进液孔,推动下活塞(10)移动,带动滑套(6)运动开启层段控制阀,并通过1/4inch滑套开启液压管线NPT接头(13)进行螺纹密封连接;另一个是控制滑套关闭的公共进液孔,推动上活塞(20)移动,通过下活塞(10)带动滑套(6)运动关闭层段控制阀,并且通过1/4inch滑套公共关闭管线NPT上接头(17)与滑套公共关闭管线NPT下接头(21)进行螺纹密封连接,滑套公共关闭管线穿越上缸体,通过滑套公共关闭管线NPT下接头(21)连接滑套公共关闭下管线(23)。
5.根据权利要求1所述的一种智能井层段控制阀,其特征在于:所述的下接头(1)、层段控制阀下缸体(3)、下缸体管缆固定片(34)、上缸体管缆固定片(30)、层段控制阀上缸体(11)、上接头(15)、上活塞(20)、固定片(32)、下活塞(10)和滑套(6)采用耐腐蚀的镍基合金钢。
6.根据权利要求1所述的一种智能井层段控制阀,其特征在于:所述的流体节流器(4)开有开度不同的节流孔,节流孔是流体进入层段控制阀内的通道,流体节流器(4)直接与流体接触,流体节流器(4)采用碳化钨合金钢材料。
7.根据权利要求1所述的一种智能井层段控制阀,其特征在于:所述的锁爪(7)采用弹性材料合金结构钢35CrMo。
8.根据权利要求1所述的一种智能井层段控制阀,其特征在于:所述的一号挡圈(24)、二号挡圈(25)、节流器二号密封组垫片(26)、节流器一号密封组垫片(27)、下活塞密封组垫片(12)、上活塞密封组垫片(18)采用优质碳素钢45。
9.根据权利要求1所述的一种智能井层段控制阀,其特征在于:所述的节流器一号密封组(2)、节流器二号密封组(5)、层段控制阀上缸体内腔密封组(9)、上活塞密封组(19)和下活塞密封组(22)采用聚四氟乙烯材料。
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