CN104389554B - 一种井下压控循环开关阀 - Google Patents
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Abstract
一种井下压控循环开关阀，包括上接头(1)，阀主体(2)，下接头(3)，芯轴(4)，阀座(5)，阀座支撑体(6)，弹性密封(7)，闸板(8)，销轴弹簧(9)，缓冲垫(10)，芯轴弹性爪(11)，芯轴排气孔(12)，芯轴油压进液孔(13)，阀主体套压进液孔(14)；阀主体(2)上部连接上接头(1)，阀主体(2)的下部依次组装固定筒状组合式密封机构；芯轴(4)亦为筒状结构形式，在阀主体(2)、上接头(1)、内壁滑动，芯轴(4)的中部筒壁上设有连通到阀主体内壁的芯轴油压进液孔(13)，阀主体2上设有套压进液孔(14)。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油开采井下工具，一种油管内防喷工具，一种井下安全阀，尤其是一种井下压控循环开关阀。
背景技术
低渗透油气田是我国石油工业稳定发展的重要资源,水力压裂技术是经济有效开发低渗透油气藏的重要手段,川渝气田、鄂尔多斯气田等多数油气藏纵向多层,跨距大,气、水关系复杂,采用常规压裂手段难以实现逐层改造,不能提高小层动用程度进而提高产量。为此,连续油管压裂技术逐渐引起石油技术人员的关注,该技术整合了水力喷射、射孔定点压裂的优越性与连续油管的拖动灵活性,为解决纵向多层改造难题提供了新的途径。到目前为止,国内有关油管内防喷工具的研究日趋成熟,而对连续油管分段压裂、连续油管喷砂射孔及套管加砂压裂的组合压裂技术的认识才刚刚起步,而且仅停留在常规的油管传输压裂技术上,这种方式对连续油管的尺寸以及内防喷工具的要求过于苛刻而难以应用至深层。因此,需进一步发展与完善。
国外已数次成功实施连续油管水力喷射压裂,尤其在环空注入压裂、分段压裂方面取得了很大的进步；而国内连续油管水力喷射压裂、环空注入压裂、水平井分段工艺和配套工具方面存在很大差距，迫切需要进行研究攻关与现场试验，以满足我国水平井钻井技术的快速发展和低渗透油气藏高效开发的需要，进一步研究同时相应配套工具包括分段压裂用井下开关阀有待进一步改进与完善。
国内已采用的井下压控循环开关阀是以前应用在测试、射孔方面的全通径循环阀，由于采用了复杂的浮动球密封机构，不但密封方面很难向高压发展，更是经不起携砂液的冲蚀影响其密封性能和使用寿命。
采用连续油管大规模油套合压作业时连续油管喷砂射孔工艺、双封单卡上提分段多层压裂、环空加砂压裂等工艺，涉及到压裂作业时地面人员、作业设备及井下工具的安全；水力喷射及大排量环空加砂压裂对井下工具的冲蚀影响工具使用寿命及安全；更影响其工艺更大范围推广应用；因而对高性能井下压裂开关阀的开发迫在眉捷。
连续油管大规模油套合压、分段压裂作业是一种前沿的压裂工艺，通过套管注液加砂的方法实现连续油管喷砂射孔、大规模套管加砂压裂、连续油管拖动分段压裂。所涉作业中腐蚀携砂液会对作业管柱包括井下压控循环开关阀的外表面及内腔造成较大冲蚀影响工具密封性能进而影响作业安全问题、以及砂进工具内腔影响工作性能等问题；
鉴于上述存在的问题，重点在以下几方面进行解决处理：
1.活板加滑动芯轴设计，减少腐蚀携砂液对密封部位的冲蚀；
2.软硬密封相结合，提高密封性能的可靠性；
3.弹爪设计，在油套压差不明显情况下不易启闭；
4.防砂设计，以防砂进工具内腔影响正常工作；
井下压控循环开关阀的设计是在阀座密封上想办法，简化作业工艺，为扩大连续油管大规模油套合压作业的多样性、复杂性的应用做前期技术准备。井下压控循环开关阀的开发应用，可以简化设备作业流程、降低作业成本。
井下压控循环开关阀是连续油管喷射射孔、大规模套管加砂压裂作业技术的发展趋势。并可实现电缆桥塞套管压裂工艺。为实现低渗透储层增产、推进连续油管作业技术有着重大意义，并能够实现大规模压裂施工作业的工业化。
如CN200820103440.X给出一种液压控制油田井下多次开关阀，其中心管上部设置的两上挡环之间的管壁上开有内通孔，中心管中部具有中挡环，上、中挡环之间的中心管上装有上、下轨道槽，中挡环下侧的中心管上开有活塞进液孔，中心管上部外配合套装着滑套，滑套下端与中挡环之间构成活塞腔，其与活塞进液孔连通，滑套上部开有外通孔，滑套中部装有在轨道槽内滑动的定位销，滑套下方的中心管上依次套装着推力轴承、销轴弹簧及调节压套。
发明内容
技术问题：针对现有技术的不足，本发明提出一种井下压控循环开关阀，解决现有技术中大规模连续油管油套合压作业中，更具密封性；防砂功能好；低压差状态阀不易关闭，使工作的可靠性增加。
减少屏蔽套管携砂液射流对连续油管及井下压控元件的损伤和破坏。
本发明的技术方案是：一种井下压控循环开关阀，包括上接头1，阀主体2，下接头3，芯轴4，阀座5，阀座支撑体6，弹性密封7，闸板8，销轴弹簧9，缓冲垫10，芯轴弹性爪11，芯轴排气孔12，芯轴油压进液孔13，阀主体上的套压进液孔14；筒形的阀主体上部连接筒形的上接头1，阀主体2的下部依次固定筒形阀座5和筒形的下接头3；阀座的中央固定一由销轴弹簧辅助控制开合并盖住芯轴内孔的闸板8，芯轴4亦为筒状，在筒状阀主体、上接头内壁滑动，筒状芯轴的壁上设有连通到阀主体内壁的芯轴油压进液孔13，阀座上或阀主体上设有套压进液孔14，套压进液孔连通至阀座外壁的环形空隙。
进一步，筒状芯轴的上端为向外凸出的芯轴弹性爪结构，上接头1内壁上设有芯轴弹性爪吻合的凹槽。
下接头或阀座上内壁设有一芯轴4下部限位台阶，台阶上设有缓冲垫10。
油管进压,压力由芯轴油压进液孔13进压,与阀主体套压进液孔14形成压差,油管压力大于套压6-10MPa时,芯轴下行,芯轴弹性爪11收缩下行,进而打开闸板8；反之,套压大于油压2-4MPa时芯轴上行,闸板8由于销轴弹簧扭力使之关闭；芯轴排气孔12在芯轴上行时将芯轴与上接头内压裂液排出,防止压裂液内的压裂砂对工具的磨损。
本发明的有益效果：(1)本发明软硬密封相结合，更具密封性；防砂功能，包括防芯轴闸板间的砂排出；弹爪设计，低压差状态阀不易关闭。减少屏蔽套管携砂液射流对连续油管及井下压控元件的损伤和破坏。
附图说明
图1为本发明的工作结构打开状态时示意图；
图2为本发明的工作结构关闭状态时示意图；
图3为现有多用于测试的球芯开关阀结构打开状态示意图；
图4为现有多用于测试的球芯开关阀结构关闭状态示意图。
具体技术方案
如图所示，图中上接头1，阀主体2，下接头3，芯轴4，阀座5，阀座支撑体6，弹性密封7，闸板8，销轴弹簧(扭簧)9，缓冲垫10，芯轴弹性爪11，芯轴排气孔12，芯轴油压进液孔13，阀主体套压进液孔14.
闸板8是装在销轴弹簧(扭簧)9组件的销轴上，并被弹簧(扭簧)固定于水平方向；油管进压,压力由芯轴油压进液孔13进压,与阀主体套压进液孔14内腔的压力形成压差,油管压力大于套压6-10MPa时,芯轴下行,芯轴弹性爪11收缩下行,进而打开闸板(闸板为垂直方向)8；反之,套压大于油压2-4MPa时芯轴上行,闸板8由于销轴弹簧扭力使之关闭(闸板又为水平方向)；芯轴排气孔12,在芯轴上行时将芯轴与上接头内压裂液排出,防止压裂液内的压裂砂对工具的磨损。
有鉴于现有技术存在的局限性，本发明基于从事此类产品设计制造的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，提出一种能够满足连续油管喷射射孔、大规模套管加砂压裂作业要求，增加施工排量，减少屏蔽套管携砂液射流对连续油管及井下压控循环开关阀的冲蚀造成的损伤，采用活动闸板8与滑动芯轴4设计，芯轴滑动时，下部锥端顶开闸板，减少腐蚀携砂液对密封部位的冲蚀；同时芯轴上部设计成弹性爪结构，在上接头1内部有两道与弹性爪外凸结构要对应的凹槽，以便弹性爪定位；由于弹性爪的定位，在油套压差不明显的情况下不易关闭与开启；本阀采用固定筒状密封机构、金属硬密封阀座密封面和橡胶软密封阀座密封面同时作用于活动闸板8的相对密封面上，软硬双重密封、密封可靠性增强；本阀加压通过芯轴4的中部筒壁上的油压进液孔13内部进压实现芯轴4的整体滑动下移进而打开闸板8实现开启。通过在阀主体2上进入套压进液孔14(外部)进压，实现芯轴4的整体滑动上移，闸板8在销轴弹簧扭力的作用下实现关闭。
井下压控循环开关阀的总体设计合理、结构简单、可循环开关、性能可靠。该开关阀解决了大规模连续油管油套合压的技术难题，整体技术先进，应用前景广阔，对于推进连续油管作业技术在油田的应用有着重大的意义。随着连续油管大规模油套合压的推广，该井下压控循环开关阀将发挥更大的作用，能够实现大规模压裂施工的工厂化作业，充分发挥引进设备的作用，提高环保效果。
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 (1)
1.一种井下压控循环开关阀，其特征在于：包括上接头（1），阀主体（2），下接头（3），芯轴（4），阀座（5），阀座支撑体（6），弹性密封（7），闸板（8），销轴弹簧（9），缓冲垫（10），芯轴弹性爪（11），芯轴排气孔（12），芯轴油压进液孔（13），阀主体套压进液孔（14）；阀主体（2）上部连接上接头（1），阀主体（2）的下部依次组装固定筒状组合式密封机构，含上述阀座（5）、阀座支撑体（6）、销轴弹簧密封（7）、闸板（8）、销轴弹簧和下接头；芯轴（4）亦为筒状结构形式，在阀主体（2）、上接头（1）、内壁滑动，芯轴（4）的中部筒壁上设有连通到阀主体内壁的芯轴油压进液孔（13），阀主体（2）上设有套压进液孔（14）；芯轴的上端为向外凸出的芯轴弹性爪（11）结构，上接头（1）内壁上设有芯轴弹性爪吻合的凹槽；所述下接头（3）设有一芯轴（4）下部限位台阶，台阶上设有缓冲垫（10）。
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