CN103573214A - 一种带压作业循环底阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带压作业循环底阀，阀体外壳由上接头、主体管、换向接头和泄荷阀依次连接构成，主体管配有外阀瓣、内阀瓣和芯轴，外阀瓣、内阀瓣由外阀瓣导向销，且配置有导向筋，芯轴定位螺钉设置在芯轴上，限制芯轴的移动行程，泄荷阀内设置有下阀瓣、泄荷阀阀尖和测试接口，下阀瓣配有下阀瓣导向筋，芯轴下端外壁上还设有轨道换向槽，轨道换向槽以上限位槽、长下限位槽、上限位槽和短下限位槽沿水平方向循环排列组成，换向环上设置有换向定位销钉，换向定位销钉延伸至轨道换向槽内，换向定位销钉控制芯轴于换向接头内的行程。本阀具有下井防喷、来水转注、反循环洗井和再作业防喷功能；施工工艺简单、可靠，现场操作方便。

Description

一种带压作业循环底阀

技术领域

本发明涉及一种油气、注水井井下作业工具，一种完井内防喷成套装置，一种带压作业内防喷留井工具，尤其是一种带压作业循环底阀。

背景技术

在修井、完井及带压作业中，做好井控工作既可减少对油气层的破坏，又可防止井涌和井喷失控，以前作业时要用大量的压井液压井，井下的残余压力常在作业中带有安全隐患；如果采用在井口放压的话，常会有污水回收、周边油井地层能量下降而造成减产，作业完再次恢复地层能量不但费时又增加了费用。目前，带压油气井作业的普及和应用率已经得到了显著的增长，在地面进行带压油气井作业，其优点在于不使用压井液进行作业，从而消除了压力液对于产层的潜在破坏。对尾管进行可靠的控制，控制介质的流通，来保证了带压作业的安全、减轻作业工人施工难度、降低作业成本并可防止对井场的环境造成污染。

采油工艺完井管柱的多样性、复杂性给修井、完井及带压作业带来了很大的难度。

在抽油井（杆式泵）带压作业过程中以前通常用起下抽油杆设备，其问题有：起下抽油杆时，易产生柔性弯曲，正常起下难度大；部分油井抽油杆带有扶正块，刮蜡片；管柱环空有效密封难度大；瞬间溶解气上窜，气液比变化大，带压作业密封和操控难度大；高凝油、高含蜡井带压作业管柱内堵塞难度大；由于每根抽油杆起下都需地面抽油杆防喷装置，存在着作业时间长、效率慢、作业强度大、成本高的问题。

在抽油井（电泵井）带压作业过程中，其问题有：不规则管柱难以实现控制密封；管外铠装电缆难以实现动密封；潜油电泵机组难以通过防喷器组过程密封；

机采井的尾管都设有单流凡尔，无法通过控制油管内压力来控制井底流体流通。且杆式泵抽油井管内有抽油杆而无法采用管内堵塞的措施；电泵井的不规则管柱实现控制密封难，管外铠装电缆无法实现动密封，潜油电泵机组通过防喷器组过程密封难的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提出一种带压作业循环底阀，解决现有技术中带压作业尾管堵塞工艺的堵塞器投送难度大、一次成功率低，作业周期长及作业费用高等技术问题。

本发明的技术方案：一种带压作业循环底阀，所述循环底阀由上接头、主体管、换向接头和泄荷阀自上而下依次连接构成；所述上接头为中空管体、上端加工有与油管尾部相连接的连接螺孔；

所述主体管为中空管体，内部自上而下通过两次阶梯型收缩将主体管分为第一级定位台阶通径、第二级定位台阶通径和第三级定位台阶通径，主体管第一级定位台阶通径上部设有外阀瓣，所述外阀瓣上部设有与上接头底部通孔相匹配台阶，用于封闭上接头底部的通孔，外阀瓣台阶下端为圆柱体，外阀瓣圆柱体外壁上部设有与主体管第一级定位台阶通径相应尺寸的外阀瓣导向筋，外阀瓣外壁于外阀瓣导向筋下设置有介质流向通道，外阀瓣内还设置有向下开口的腔体，外阀瓣腔体下部内壁设有与芯轴连接的螺纹，所述内阀瓣设置于外阀瓣腔体内，内阀瓣与外阀瓣由外阀瓣导向销连接，内阀瓣外壁下部设有与外阀瓣腔体内径尺寸相匹配的内阀瓣导向筋，内阀瓣与外阀瓣之间设置有复位弹簧，内阀瓣下部为与台阶，所述台阶与芯轴内径尺寸相匹配，用于封闭芯轴通径；

所述芯轴外壁上配有芯轴定位螺钉，芯轴定位螺钉与主体管第二级定位台阶通径的尺寸匹配，芯轴定位螺钉下方的芯轴外径与主体管第二级定位台阶通径的内径匹配，芯轴定位螺钉下端至第二级定位台阶之间的芯轴外壁上设置有支撑弹簧；

所述换向接头底部设有筛孔，泄荷阀内设置有下阀瓣，下阀瓣内设置有向上开口的腔体，换向接头底部与下阀瓣腔体由导向销连接，下阀瓣下部外壁上设有与泄荷阀内径相应尺寸的下阀瓣导向筋，换向接头底部与下阀瓣之间还设置有下阀瓣复位弹簧，泄荷阀下端设置有泄荷阀阀尖接口和测试接口，泄荷阀阀尖接口和测试接口形成限位台阶限制下阀瓣行程，泄荷阀阀尖接口连接泄荷阀阀尖，泄荷阀阀尖上有泄荷阀调节杆，泄荷阀阀尖与泄荷阀调节杆之间设置有泄荷阀阀尖复位弹簧；

芯轴下端外壁上还设有轨道换向槽，所述轨道换向槽由开设在芯轴下端外壁上的上下两排直角齿循环交替排列而成，所述上排直角齿每个直角齿的斜边与相邻的直角齿的直角边之间都开有深度一致的上限位凹槽，所述下排直角齿的每个直角齿的斜边与相邻的直角齿的直角边之间也都开有下限位凹槽，所述下限位凹槽包括长下限位凹槽和短下限位凹槽，两者开设在芯轴下端外壁上且交错分布；主体管与换向接头连接处还设置有换向环，换向环能够水平转动，换向环上设置有换向定位销钉，所述换向定位销钉嵌置于限位凹槽内。

作为优选，芯轴与换向环接触面上的限位凹槽为上限位凹槽、长下限位凹槽和短下限位凹槽，芯轴上下移动带动换向定位销钉在限位凹槽上限位凹槽、长下限位凹槽和短下限位凹槽之间转换、控制芯轴于换向接头内的行程。

作为优选，上接头与主体管的连接处、主体管与芯轴连接处外阀瓣与芯轴的连接处、主体管与换向接头的连接处外周上和换向接头与泄荷阀的连接处均设有密封件。

作为优选，所述上接头与主体管连接处、换向接头与主体管连接处和换向接头与泄荷阀连接处均设有紧定螺钉。

作为优选，所述换向接头底部设有筛孔，换向接头下部的泄荷阀内设置有下阀瓣，下阀瓣(上部设置有向上开口的腔体，换向接头底部与泄荷阀由导向销连接，导向销位于下阀瓣腔体上部，下阀瓣下部外壁上设有与泄荷阀内径相应尺寸的下阀瓣导向筋，导向销上套有下阀瓣复位弹簧，下阀瓣下部设有限位台阶，限位台阶上设置有阀尖连通接口和测试连通接口，限位台阶上形成限位台阶限制下阀瓣行程，泄荷阀阀尖连通接口和测试连通接口是当下阀瓣限位台阶上移时与换向接头下部接通，阀尖连通接口连接泄荷阀阀尖，泄荷阀阀尖上有泄荷阀调节杆，阀尖与泄荷阀调节杆之间设置有泄荷阀阀尖复位弹簧。

作为优选，所述换向定位销钉与长下限位凹槽的数量相匹配。

有益效果：（1）本发明可通过管柱尾管鱼头下顶或向管柱内增加压力实现整体换位阀芯的芯轴换位，实现下井防喷、换向后生产作业和再作业防喷的功能，同时保证下次作业起管工况下的防喷；（2）本阀结构简单，阀芯换位可靠，可重复使用，大大降低了成本，还能简化下次作业井底内孔封堵程序，降低作业成本；（3）本阀适用于合注井、分注井、油气自喷井及机采井等，施工工艺简单、安全可靠，现场操作方便；（4）采用带压作业循环底阀即可替换单流凡尔，实现油管内流体双向流通。抛弃原始的油管内投堵方式，实现带抽油杆油井的井底油管内密封。（5）本阀能够实现带压作业油管立柱的起、下，保证了带压作业的安全，减轻了作业工人施工难度，有效地防止了对井场造成环境污染，避免了使用压井液进行作业，从而消除了压力液对于产层的潜在破坏和作业的安全隐患。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明油压至下死点待换向状态图；

图3为本发明芯轴换向后可生产状态图；

图4为本发明芯轴再一次换向后取管柱防喷或管柱入井防喷状态图；

图5为本发明轨道换向槽展开示意图。

具体技术方案

根据附图对本发明进行进一步的说明

如图1所示：一种带压作业循环底阀，其特征在于：所述循环底阀由上接头1、主体管2、换向接头3和泄荷阀4自上而下依次连接构成；所述上接头1为中空管体、上端加工有与油管尾部相连接的连接螺孔；

所述主体管2为中空管体，内部自上而下通过两次阶梯型收缩将主体管2分为第一级定位台阶通径、第二级定位台阶通径和第三级定位台阶通径，主体管2第一级定位台阶通径上部设有外阀瓣8，所述外阀瓣8上部设有与上接头1底部通孔相匹配台阶，用于封闭上接头1底部的通孔，外阀瓣8台阶下端为圆柱体，外阀瓣8圆柱体外壁上部设有与主体管2第一级定位台阶通径相应尺寸的外阀瓣导向筋5，外阀瓣8外壁于外阀瓣导向筋5下设置有介质流向通道7，外阀瓣8内还设置有向下开口的腔体，外阀瓣8腔体下部内壁设有与芯轴6连接的螺纹，所述内阀瓣12设置于外阀瓣8腔体内，内阀瓣12与外阀瓣8由外阀瓣导向销10连接，内阀瓣12外壁下部设有与外阀瓣8腔体内径尺寸相匹配的内阀瓣导向筋11，内阀瓣12与外阀瓣8之间设置有复位弹簧9，内阀瓣12下部为与台阶，所述台阶与芯轴6内径尺寸相匹配，用于封闭芯轴6通径；

所述芯轴6外壁上配有芯轴定位螺钉18，芯轴定位螺钉18与主体管2第二级定位台阶通径的尺寸匹配，芯轴定位螺钉18下方的芯轴6外径与主体管2第二级定位台阶通径的内径匹配，芯轴定位螺钉18下端至第二级定位台阶之间的芯轴6外壁上设置有支撑弹簧15；

所述换向接头3底部设有筛孔17，泄荷阀4内设置有下阀瓣26，下阀瓣26内设置有向上开口的腔体，换向接头3底部与下阀瓣26腔体由导向销20连接，下阀瓣26下部外壁上设有与泄荷阀4内径相应尺寸的下阀瓣导向筋25，换向接头3底部与下阀瓣26之间还设置有下阀瓣复位弹簧19，泄荷阀4下端设置有泄荷阀阀尖接口22和测试接口24，泄荷阀阀尖接口22和测试接口24形成限位台阶限制下阀瓣26行程，泄荷阀阀尖接口22连接泄荷阀阀尖21，泄荷阀阀尖21上有泄荷阀调节杆，泄荷阀阀尖21与泄荷阀调节杆之间设置有泄荷阀阀尖复位弹簧23；

芯轴6下端外壁上还设有轨道换向槽14，所述轨道换向槽14由开设在芯轴6下端外壁上的上下两排直角齿循环交替排列而成，所述上排直角齿每个直角齿的斜边与相邻的直角齿的直角边之间都开有深度一致的上限位凹槽，所述下排直角齿的每个直角齿的斜边与相邻的直角齿的直角边之间也都开有下限位凹槽，所述下限位凹槽包括长下限位凹槽和短下限位凹槽，两者开设在芯轴6下端外壁上且交错分布；主体管2与换向接头3连接处还设置有换向环13，换向环13能够水平转动，换向环13上设置有换向定位销钉16，所述换向定位销钉16嵌置于限位凹槽内。

芯轴与换向环13接触面上的限位凹槽为上限位凹槽、长下限位凹槽和短下限位凹槽，芯轴6上下移动带动换向定位销钉16在限位凹槽上限位凹槽、长下限位凹槽和短下限位凹槽之间转换、控制芯轴6于换向接头3内的行程。

上接头1与主体管2的连接处、主体管2与芯轴6连接处外阀瓣8与芯轴6的连接处、主体管2与换向接头3的连接处外周上和换向接头3与泄荷阀4的连接处均设有密封件。

所述上接头1与主体管2连接处、换向接头3与主体管2连接处和换向接头3与泄荷阀4连接处均设有紧定螺钉。

所述换向接头3底部设有筛孔17，换向接头下部的泄荷阀4内设置有下阀瓣26，下阀瓣26上部设置有向上开口的腔体，换向接头3底部与泄荷阀由导向销20连接，导向销20位于下阀瓣26腔体上部，下阀瓣26下部外壁上设有与泄荷阀4内径相应尺寸的下阀瓣导向筋25，导向销上套有下阀瓣复位弹簧19，下阀瓣26下部设有限位台阶，限位台阶上设置有阀尖连通接口22和测试连通接口24，限位台阶上形成限位台阶限制下阀瓣26行程，泄荷阀阀尖连通接口22和测试连通接口24是当下阀瓣26限位台阶上移时与换向接头下部接通，阀尖连通接口22连接泄荷阀阀尖21，泄荷阀阀尖21上有泄荷阀调节杆，阀尖21与泄荷阀调节杆之间设置有泄荷阀阀尖复位弹簧23。

所述换向定位销钉16与长下限位凹槽的数量相匹配。

带压作业循环底阀工作时的各个状态如下：

如图1所示，在本发明生产作业时，阀体下入到预定位置，如图2所示，通过油管正打压至设定压力或通过油管鱼头下压阀体，油压推动外阀瓣8下降，外阀瓣8推动芯轴6下沉并压缩支撑弹簧15，由芯轴定位螺钉18限制芯轴6的下降行程，换向环13转动，换向定位销钉16由轨道换向槽14长下限位凹槽滑动至上限位凹槽，在油压、复位弹簧9和下阀瓣复位弹簧19的弹力作用下，内阀瓣12和下阀瓣26分别将芯轴6密封面的台阶孔和泄荷阀4的单向密封孔密封住，将阀体封死，形成封闭；待压力至泄荷阀4设定的泄荷阀4打开压力时，泄荷阀阀尖21被顶开，泄清内阀瓣12至下阀瓣26间的压差，待压差稳定到设定的换向压力后，泄清地面油管压力，此时，如图3所示，整体换位阀芯换向完成，当阀下套压（油层压力）达到设定压力，油压推动内阀瓣12上移，封闭打开，介质由芯轴6流向内阀瓣12，通过内阀瓣12的内阀瓣导向筋11的缝隙流入外阀瓣8腔体，由外阀瓣8外壁上的介质流向通道7流向油管至地面，此时支撑弹簧15恢复到无压状态，内阀瓣12和下阀瓣26被顶开，复位弹簧9和下阀瓣复位弹簧19受到阀下套压（油层压力）被压缩，换向定位销钉16由上限位凹槽滑动至短下限位凹槽；

当油压均衡时，底阀恢复到预定状态，如图1所示，本阀在下管柱过程中，下阀瓣26上移，液体由筛孔17流入芯轴6，进而推动内阀瓣12上移，打开封闭，液体通过压力压缩内阀瓣12与外阀瓣8之间的复位弹簧9，液体流入内阀瓣12与外阀瓣8之间，由于地底压力，外阀瓣8将上接头2的密封面台阶孔封死，形成封闭，起防喷作用；再作业防喷时，可通过管柱尾管鱼头下顶或向管柱内增加压力实现，整体换位提至上工位，此时提起管柱，可起封堵内孔防喷的作用；

泄荷阀调节杆用于设置泄荷阀阀尖21顶开压力，测试接口24用于测试阀体；本阀可接管柱尾部，亦可接大通径丢手封隔器下端封隔在油层上部。

本发明解决因机采井的尾管设有单流凡尔，不能实现油管内流体双向流通的问题。采用带压作业循环底阀即可替换单流凡尔，实现油管内流体的双向流通；解决杆式泵抽油井管内有抽油杆而无法采用油管内堵塞的问题。采用带压作业循环底阀即可抛弃原始的油管内投堵方式，实现带抽油杆油井的井底油管内密封；解决电泵井的不规则管柱实现控制密封的问题，管外铠装电缆无法实现动态密封的问题，及潜油电泵机组通过防喷器组过程密封难以现实的问题。采用油层上方先安装大通径丢手封隔器下端再接带压作业循环底阀，既能在套管内打压或管柱下压芯轴使其换向从而关闭油层，从而解决不规则管柱无需实现控制密封或管外铠装电缆无需动密封及潜油电泵机组通过防喷器组过程只需辅助密封的难题；在完井时，实现了管柱下井防喷，在修井和其他带压作业工艺时，解决了管柱取出防喷的难题；解决了防喷器只能有效的控制油管外防喷，无法实现油管内防喷的难题。

一种带压作业循环底阀的设计是在尾管及油层上端想办法，简化作业工艺，为扩大带压作业时管柱的多样性、复杂性的应用做前期技术准备。带压作业循环底阀的开发应用，可以简化下次作业井底内孔封堵、降低作业成本。带压作业循环底阀是复杂完井管柱带压作业技术的发展趋势。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种带压作业循环底阀，其特征在于：所述循环底阀由上接头（1）、主体管（2）、换向接头（3）和泄荷阀（4）自上而下依次连接构成；所述上接头（1）为中空管体、上端加工有与油管尾部相连接的连接螺孔；

所述主体管（2）为中空管体，内部自上而下通过两次阶梯型收缩将主体管（2）分为第一级定位台阶通径、第二级定位台阶通径和第三级定位台阶通径，主体管（2）第一级定位台阶通径上部设有外阀瓣（8），所述外阀瓣（8）上部设有与上接头（1）底部通孔相匹配台阶，用于封闭上接头（1）底部的通孔，外阀瓣（8）台阶下端为圆柱体，外阀瓣（8）圆柱体外壁上部设有与主体管（2）第一级定位台阶通径相应尺寸的外阀瓣导向筋（5），外阀瓣（8）外壁于外阀瓣导向筋（5）下设置有介质流向通道（7），外阀瓣（8）内还设置有向下开口的腔体，外阀瓣（8）腔体下部内壁设有与芯轴（6）连接的螺纹，所述内阀瓣（12）设置于外阀瓣（8）腔体内，内阀瓣（12）与外阀瓣（8）由外阀瓣导向销（10）连接，内阀瓣（12）外壁下部设有与外阀瓣（8）腔体内径尺寸相匹配的内阀瓣导向筋（11），内阀瓣（12）与外阀瓣（8）之间设置有复位弹簧（9），内阀瓣（12）下部为与台阶，所述台阶与芯轴（6）内径尺寸相匹配，用于封闭芯轴（6）通径；

所述芯轴（6）外壁上配有芯轴定位螺钉（18），芯轴定位螺钉（18）与主体管（2）第二级定位台阶通径的尺寸匹配，芯轴定位螺钉（18）下方的芯轴（6）外径与主体管（2）第二级定位台阶通径的内径匹配，芯轴定位螺钉（18）下端至第二级定位台阶之间的芯轴（6）外壁上设置有支撑弹簧（15）；

所述换向接头（3）底部设有筛孔（17），泄荷阀（4）内设置有下阀瓣（26），下阀瓣（26）内设置有向上开口的腔体，换向接头（3）底部与下阀瓣（26）腔体由导向销（20）连接，下阀瓣（26）下部外壁上设有与泄荷阀（4）内径相应尺寸的下阀瓣导向筋（25），换向接头（3）底部与下阀瓣（26）之间还设置有下阀瓣复位弹簧（19），泄荷阀（4）下端设置有泄荷阀阀尖接口（22）和测试接口（24），泄荷阀阀尖接口（22）和测试接口（24）形成限位台阶限制下阀瓣（26）行程，泄荷阀阀尖接口（22）连接泄荷阀阀尖（21），泄荷阀阀尖（21）上有泄荷阀调节杆，泄荷阀阀尖（21）与泄荷阀调节杆之间设置有泄荷阀阀尖复位弹簧（23）；

芯轴（6）下端外壁上还设有轨道换向槽（14），所述轨道换向槽（14）由开设在芯轴（6）下端外壁上的上下两排直角齿循环交替排列而成，所述上排直角齿每个直角齿的斜边与相邻的直角齿的直角边之间都开有深度一致的上限位凹槽，所述下排直角齿的每个直角齿的斜边与相邻的直角齿的直角边之间也都开有下限位凹槽，所述下限位凹槽包括长下限位凹槽和短下限位凹槽，两者开设在芯轴（6）下端外壁上且交错分布；主体管（2）与换向接头（3）连接处还设置有换向环（13），换向环（13）能够水平转动，换向环（13）上设置有换向定位销钉（16），所述换向定位销钉（16）嵌置于限位凹槽内。

2.根据权利要求1所述的一种带压作业循环底阀，其特征在于：芯轴与换向环（13）接触面上的限位凹槽为上限位凹槽、长下限位凹槽和短下限位凹槽，芯轴（6）上下移动带动换向定位销钉（16）在限位凹槽上限位凹槽、长下限位凹槽和短下限位凹槽之间转换、控制芯轴（6）于换向接头（3）内的行程。

3.根据权利要求1所述的一种带压作业循环底阀，其特征在于：上接头（1）与主体管（2）的连接处、主体管（2）与芯轴（6）连接处外阀瓣（8）与芯轴（6）的连接处、主体管（2）与换向接头（3）的连接处外周上和换向接头（3）与泄荷阀（4）的连接处均设有密封件。

4.根据权利要求1所述的一种带压作业循环底阀，其特征在于：所述上接头（1）与主体管（2）连接处、换向接头（3）与主体管（2）连接处和换向接头（3）与泄荷阀（4）连接处均设有紧定螺钉。

5.根据权利要求1所述的一种带压作业循环底阀，其特征在于：所述换向接头（3底部设有筛孔（17），换向接头下部的泄荷阀（4）内设置有下阀瓣（26），下阀瓣（26）上部设置有向上开口的腔体，换向接头（3）底部与泄荷阀由导向销（20）连接，导向销（20）位于下阀瓣（26）腔体上部，下阀瓣（26）下部外壁上设有与泄荷阀（4）内径相应尺寸的下阀瓣导向筋（25），导向销上套有下阀瓣复位弹簧（19），下阀瓣（26）下部设有限位台阶，限位台阶上设置有阀尖连通接口（22）和测试连通接口（24），限位台阶上形成限位台阶限制下阀瓣（26）行程，泄荷阀阀尖连通接口（22）和测试连通接口（24）是当下阀瓣（26）限位台阶上移时与换向接头下部接通，阀尖连通接口（22）连接泄荷阀阀尖（21），泄荷阀阀尖（21）上有泄荷阀调节杆，阀尖（21）与泄荷阀调节杆之间设置有泄荷阀阀尖复位弹簧（23）。

6.根据权利要求1所述的一种带压作业循环底阀，其特征在于：所述换向定位销钉（16）与长下限位凹槽的数量相匹配。

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