CN104047570A - 一种可设定压力的脉冲解堵控制阀 - Google Patents

Abstract

一种可设定压力的脉冲解堵控制阀。主要为了解决抽油机井中油层到井筒的过流通道易发生堵塞的问题。其特征在于：该装置由主阀体、主阀芯、调压螺钉、主阀芯下接头、针阀体、调压弹簧、针阀芯、主阀座等组成，主阀体为整个装置的外部结构，在主阀体内腔中主要包含主阀芯、主阀芯下接头和主阀座三部分，在主阀芯下接头内腔中，有管状的针阀体，在针阀体中有调压螺钉、调压弹簧和锥形头的针阀芯，在调压螺钉与针阀芯之间固定调压弹簧；沿垂直方向贯穿调压螺钉开有若干过流孔。利用本装置能够使采油井筒产生负压，并利用负压周期性的产生压力脉冲，进而对井筒近井地带的通道产生解堵作用，从而起到增加油井产量的作用。

Description

一种可设定压力的脉冲解堵控制阀

技术领域

 本发明涉及一种应用于采油领域中的井下工具落。

背景技术

在石油开采领域中，人工举升常用的几种举升方式包括：抽油机+抽油泵、螺杆泵、潜油电泵等。相对抽油机+抽油泵的组合，螺杆泵和潜油电泵因为能够持续举升提液，能够在井筒内产生一定的负压效果，促使油层流体流入井筒，所以不容易发生通道堵塞。而在抽油机+抽油泵的这种组合模式下，由于工作时是往复运动，工作行程短，造成负压的效果非常微弱，导致从油藏到井筒的通道非常容易堵塞。为了治理堵塞，油田利用机械振动、超声波等方式对近井的通道进行解堵作业，需要花费大量费用，而且目前的效果不佳。为了形成负压效果，解决近井通道堵塞的问题，国内外目前已经有过一些尝试，如将抽油泵下入到封隔器下部，使封隔器下部的生产套管形成一个密闭空间。当抽油泵往复工作时，即对此密闭空间的液体进行抽汲，当空间内液量减少时，抽油泵的往复抽汲可对油层到井筒的通道产生负压作用。但是这种设计存在以下一些问题，导致其实施性较差：一方面抽油泵的下入深度不好控制，要保证泵有一定沉没度，不会发生抽干的现象；另一方面，作业难度大，抽油泵和封隔器在一趟管柱上，下入时要实现封隔器的坐封工艺比较复杂，生产过程中相应的检泵作业工艺也很复杂。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种可设定压力的脉冲解堵控制阀，该种脉冲解堵控制阀可以在采油过程中产生压力脉冲，对从油层到井筒的过流通道产生振动解堵的效果，同时不用改变采油管柱结构，减少作业难度。

本发明的技术方案是：该种可设定压力的脉冲解堵控制阀，具有主阀体和主阀座，主阀体和主阀座之间通过螺纹连接，通过主阀座密封圈实现密封，其独特之处在于：

主阀体为空心的圆柱体，所述圆柱体内有两个通过环形内挡沿分隔开的直径不同的圆形空腔，分别为上端空腔和下端空腔；所述环形内挡沿的上表面为一个向上隆起的锥面，在所述下端空腔的外表面开有若干出液孔； 

所述主阀芯为伞状结构；在主阀芯伞杆内部有呈T形贯穿的孔道，所述孔道在主阀芯伞杆的顶端具有左右两个开口和一个向上的开口，所述向上的开口连接到主阀芯伞面的下表面中央处，以使得液体可以通过所述孔道传递到所述上端空腔内；主阀芯伞面的下表面具有一个下部倒锥面，在锥面的边缘处放置第一密封圈；所述主阀芯伞杆底部圆柱体外壁开有外螺纹；

从所述上端空腔经由环形内挡沿插入主阀芯，主阀芯伞杆的尾部伸至所述下端空腔内，其中，主阀芯与所述内挡沿的轴向接触面通过第二密封圈实现密封，与所述内挡沿的径向接触面通过第一密封圈实现密封；

所述脉冲解堵控制阀还包括主阀芯下接头和针阀体；主阀芯下接头的外表面为阶梯状圆柱体，所述主阀芯下接头内的通孔由三段直径不同的内孔组成，在所述上、下两段内孔的内壁开有内螺纹，其中，所述上段内孔用于连接主阀芯的伞杆底部，所述下段内孔用于连接针阀体； 

针阀体的顶端位于主阀芯下接头内的伞杆底部，且该顶端与伞杆内的安置空腔之间存在间隙，所述安置空腔与所述主阀芯下接头内的呈T形贯穿的孔道相连通；针阀体的外表面为阶梯状圆柱体，内腔被隔板分为上下两部分，所述隔板的中央开有供针阀芯的尖端配合插入的小孔，针阀芯为锥形体；在针阀体上部内腔的内表面开有内螺纹，通过螺纹连接调压螺钉，在针阀体底部阶梯段的外表面开有外螺纹，用于连接主阀芯下接头；位于针阀体的内腔中，在调压螺钉的下端与针阀芯的上端之间固定有调压弹簧；沿垂直方向贯穿调压螺钉开有若干过流孔；

主阀芯下接头的底端配合插入主阀座的内通孔中，在主阀座的内通孔和外表面存在二处密封结构，分别放置主阀芯下接头密封圈和主阀座密封圈。

本发明具有如下有益效果：本种脉冲解堵控制阀安装在井筒中后，随着上部抽油泵的抽汲作用，动液面逐渐下降，采油泵上部的液体和气体压力也随之降低，即封隔器上部的负压逐渐增大，当负压增大到脉冲解堵控制阀内针阀芯设定的打开压差时，封隔器下部液体进入针阀芯，急速推动主阀芯、主阀芯下接头等部件的组合结构向上运动，产生压力脉冲，封隔器下部液体急速通过脉冲解堵控制阀上的过流孔补给到上部，使液面又恢复到初始高度。在此过程中，碎叶井筒内液体压力的平衡，脉冲解堵控制阀在重力的作用下缓慢复位。随着抽油泵的抽汲作用，脉冲解堵控制阀可以周期性的产生压力脉冲，进而对井筒近井地带的通道产生解堵作用，从而起到增加油井产量的作用。本种脉冲解堵控制阀可以在不改变原有采油管柱结构的条件下完成管道解堵，施工成本低，作业难度小。

附图说明：

图1是本发明的三维立体结构的剖视结构示意图。

图2是图1去掉标号后的剖视结构示意图。

图3是本发明沿垂向的剖面结构示意图。

图4是本发明安装在井筒内的工作状态示意图。

图中1-主阀体，2-主阀芯，3-第一密封圈，4-第二密封圈，5-调压螺钉，6-主阀芯下接头，7-针阀体，8-调压弹簧，9-针阀芯，10-主阀芯下接头密封圈，11-主阀座，12-主阀座密封圈，13-生产套管，14-油管，15-抽油泵，16-脉冲解堵控制阀，17-井下封隔器，18-出液孔，19-油井动液面，20-套管射孔，21-油层。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1至图3所示，该种可设定压力的脉冲解堵控制阀，具有主阀体1和主阀座11，主阀体1和主阀座11之间通过螺纹连接，通过主阀座密封圈12实现密封，其中，如图所示，主阀体1为空心的圆柱体，所述圆柱体内有两个通过环形内挡沿分隔开的直径不同的圆形空腔，分别为上端空腔和下端空腔；所述环形内挡沿的上表面为一个向上隆起的锥面，在所述下端空腔的外表面开有若干出液孔18。该锥面起两个作用：一是密封，二避免介质在此处堆积，影响密封。如果是平面可以起到密封作用，但容易造成介质堆积，影响密封效果。

所述主阀芯2为伞状结构；在主阀芯2伞杆内部有呈T形贯穿的孔道，所述孔道在主阀芯2伞杆的顶端具有左右两个开口和一个向上的开口，所述向上的开口连接到主阀芯2伞面的下表面中央处，以使得液体可以通过所述孔道传递到所述上端空腔内；主阀芯2伞面的下表面具有一个下部倒锥面，在锥面的边缘处放置第一密封圈3；所述主阀芯2伞杆底部圆柱体外壁开有外螺纹。在这里设置这个呈T形贯穿的孔道的目的在于，当达到针阀芯设定打开压差时，针阀芯打开，下部液体的压力通过针阀芯、调压螺钉上沿垂向贯穿的过流孔、呈T形贯穿的孔道传递到主阀芯的伞形下表面上。

如图，从所述上端空腔经由环形内挡沿插入主阀芯2，主阀芯2伞杆的尾部伸至所述下端空腔内，其中，主阀芯2与所述内挡沿的轴向接触面通过第二密封圈4实现密封，与所述内挡沿的径向接触面通过第一密封圈3实现密封。

如图，脉冲解堵控制阀还包括主阀芯下接头6和针阀体7；主阀芯下接头6的外表面为阶梯状圆柱体，所述主阀芯下接头内的通孔由三段直径不同的内孔组成，在所述上、下两段内孔的内壁开有内螺纹，其中，所述上段内孔用于连接主阀芯2的伞杆底部，所述下段内孔用于连接针阀体7。 

针阀体7的顶端位于主阀芯下接头6内的伞杆底部，且该顶端与伞杆内的安置空腔之间存在间隙，所述安置空腔与所述主阀芯下接头内的呈T形贯穿的孔道相连通；针阀体7的外表面为阶梯状圆柱体，内腔被隔板分为上下两部分，所述隔板的中央开有供针阀芯9的尖端配合插入的小孔，针阀芯9为锥形体；在针阀体7上部内腔的内表面开有内螺纹，通过螺纹连接调压螺钉5，在针阀体7底部阶梯段的外表面开有外螺纹，用于连接主阀芯下接头6；位于针阀体7的内腔中，在调压螺钉5的下端与针阀芯9的上端之间固定有调压弹簧8；沿垂直方向贯穿调压螺钉5开有若干过流孔。具体实施时，调压螺钉通过螺纹连接在针阀体上，上紧后通过调压弹簧压紧针阀芯，压紧程度的调整通过选择不同刚度的弹簧，另外就是调整调压螺钉，控制针阀芯的压紧程度，其实现的压紧效果（或者说对下部流体的密封能力）可以在实验室中测量。

主阀芯下接头6的底端配合插入主阀座11的内通孔中，在主阀座11的内通孔和外表面存在二处密封结构，分别放置主阀芯下接头密封圈10和主阀座密封圈12。

在本种控制阀内，假设当内部针阀等结构不存在时，此时控制阀的利用主阀芯上端面和主阀芯下接头的下端面的液压力平衡来控制阀体打开的压差。由于主阀芯上端面的面积比主阀芯下接头的下端面的面积大得多，因此只有当两个端面上液压力的比值小于面积比的倒数时，作用在主阀芯下接头的下端面上的力才大于主阀芯上端面的力，在合力作用下主阀芯和主阀芯下接头的组合件才会向上运动打开主阀。可见当内部针阀结构不存在时，该压力控制阀是一个在固定压差条件下打开的结构。

由于在本种控制阀内部设计了由调压螺钉、针阀体、调压弹簧和针阀芯等构成的针阀结构，利用针阀的先导作用，可以通过调整调压弹簧的刚度、调压螺钉的压紧程度确定针阀芯的打开压差。当达到针阀芯设定打开压差时，针阀芯打开，下部液体的压力通过针阀芯、调压螺钉上的过流孔、主阀芯上的T形孔道传递到主阀芯的伞形下表面，而主阀芯上端面和伞形下表面在垂直方向上的投影面积是一样的，这时通过针阀芯的这个压力给伞形下表面的轴向力要大于主阀芯上端面上轴向力，从而急速推动主阀芯、主阀芯下接头等部件的组合结构向上运动直至主阀芯下接头的上端面碰撞到主阀体。

图4是本种脉冲解堵控制阀的安装示意图，如图所示，图中标号13为生产套管，14为油管，15为抽油泵，16为脉冲解堵控制阀，17为井下封隔器，19为油井动液面，20为套管射孔，21为油层。

其中，脉冲解堵控制阀通过螺纹等连接结构连接在井下封隔器上。使用时，由于初始压力状态平衡，脉冲解堵控制阀处于关闭状态；随着上部抽油泵的抽汲作用，动液面逐渐下降，封隔器上部的负压逐渐增大（可以理解为随着采油泵的抽吸，液面高度降低，同时采油泵上部的液体和气体压力也随之降低，即所谓负压增大），当负压增大到图1所示针阀芯设定打开压差时，封隔器下部液体进入针阀芯，急速推动主阀芯、主阀芯下接头等部件的组合结构向上运动，产生压力脉冲，封隔器下部液体急速通过脉冲解堵控制阀上的出液孔18补给到上部，使液面又恢复到初始高度。在此过程中，随着井筒内液体压力的平衡，脉冲解堵控制阀在重力的作用下缓慢复位。随着抽油泵的抽汲作用，脉冲解堵控制阀可以周期性的产生压力脉冲，并进而对井筒近井地带的通道产生解堵作用。

Claims (1)

1.一种可设定压力的脉冲解堵控制阀，具有主阀体（1）和主阀座（11），主阀体（1）和主阀座（11）之间通过螺纹连接，通过主阀座密封圈（12）实现密封，其特征在于：

主阀体（1）为空心的圆柱体，所述圆柱体内有两个通过环形内挡沿分隔开的直径不同的圆形空腔，分别为上端空腔和下端空腔；所述环形内挡沿的上表面为一个向上隆起的锥面，在所述下端空腔的外表面开有若干出液孔（18）； 

所述主阀芯（2）为伞状结构；在主阀芯（2）伞杆内部有呈T形贯穿的孔道，所述孔道在主阀芯（2）伞杆的顶端具有左右两个开口和一个向上的开口，所述向上的开口连接到主阀芯（2）伞面的下表面中央处，以使得液体可以通过所述孔道传递到所述上端空腔内；主阀芯（2）伞面的下表面具有一个下部倒锥面，在锥面的边缘处放置第一密封圈（3）；所述主阀芯（2）伞杆底部圆柱体外壁开有外螺纹；

从所述上端空腔经由环形内挡沿插入主阀芯（2），主阀芯（2）伞杆的尾部伸至所述下端空腔内，其中，主阀芯（2）与所述内挡沿的轴向接触面通过第二密封圈（4）实现密封，与所述内挡沿的径向接触面通过第一密封圈（3）实现密封；

所述脉冲解堵控制阀还包括主阀芯下接头（6）和针阀体（7）；主阀芯下接头（6）的外表面为阶梯状圆柱体，所述主阀芯下接头内的通孔由三段直径不同的内孔组成，在所述上、下两段内孔的内壁开有内螺纹，其中，所述上段内孔用于连接主阀芯（2）的伞杆底部，所述下段内孔用于连接针阀体（7）； 

针阀体（7）的顶端位于主阀芯下接头（6）内的伞杆底部，且该顶端与伞杆内的安置空腔之间存在间隙，所述安置空腔与所述主阀芯下接头内的呈T形贯穿的孔道相连通；针阀体（7）的外表面为阶梯状圆柱体，内腔被隔板分为上下两部分，所述隔板的中央开有供针阀芯（9）的尖端配合插入的小孔，针阀芯（9）为锥形体；在针阀体（7）上部内腔的内表面开有内螺纹，通过螺纹连接调压螺钉（5），在针阀体（7）底部阶梯段的外表面开有外螺纹，用于连接主阀芯下接头（6）；位于针阀体（7）的内腔中，在调压螺钉（5）的下端与针阀芯（9）的上端之间固定有调压弹簧（8）；沿垂直方向贯穿调压螺钉（5）开有若干过流孔；

主阀芯下接头（6）的底端配合插入主阀座（11）的内通孔中，在主阀座（11）的内通孔和外表面存在二处密封结构，分别放置主阀芯下接头密封圈（10）和主阀座密封圈（12）。