CN104948148B - 一种无级流量控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种无级流量控制装置。无级流量控制装置包括上接头、上外套、内滑套、下外套、割缝筛管、筛管固定块、下接头；上外套、下外套通过螺纹连接后形成内腔，内滑套位于该内腔中；内滑套、上外套和下外套围成活塞缸；上外套内设有上液压通道和下液压通道，分别与活塞缸的上下端相通；内滑套的外侧带有圆柱形台阶，与活塞缸的壁面形成间隙配合；下外套的下端中间带有矩形阀口，矩形阀口外设有割缝筛管；上接头与上外套相连，下接头与下外套相连。可通过三位换向阀和双向液压锁对无级流量控制装置的可动件内滑套任意位置定位和锁定，从而实现对储层流体的精细控制。

Description

一种无级流量控制装置

技术领域

本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种无级流量控制装置，用于智能完井的储层流体精细控制。

背景技术

储层流量控制技术是智能完井的核心，通过置于井下储层的流量控制阀与封隔器的配合使用均衡储层的压力、流量，对油藏的各个层段或不同分支进行选择性注入或生产，提高油井产状，同时流量控制阀使油田作业者可以更方便地改变层段流动特征，无需进行机械修井作业。

目前，用于储层流量调节的井下流量控制阀阀门开口度的调整有液压和电动两种方式。WellDynamics、贝克休斯、斯伦贝谢等公司先后设计了液压驱动的流量控制阀。采用液压方式的井下流量控制阀的定位和锁紧多采用卡簧式结构，这种机械定位只能对流量进行多级控制，控制精度很难保证，这种锁紧方式对卡簧的机械强度要求较高，同时井下的环境复杂，不能更好地保证控制阀的使用寿命。

专利号CN102383761B公开了一种基于光纤光栅传感检测的井下流量控制装置，其装置通过微型电机、传动结构与流量控制阀的可移动件相连，可移动件上接光纤光栅检测系统，将其位置传到地面控制装置，实现对闭环控制。由于井下流量控制装置在井下高温高压环境下工作，采用电力驱动的方式可靠性较差，尚停留在实验室中。

因此，急需一种能够精细控制的高可靠性无级流量控制装置，以实现对储层流量进行精确控制。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种无级流量控制装置，以实现对智能完井储层流体的精细控制。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

无级流量控制装置，包括：上接头、上外套、内滑套、下外套、割缝筛管、筛管固定块、下接头；其中，上外套、下外套通过螺纹连接后形成内腔，内滑套位于该内腔中；内滑套、上外套和下外套围成活塞缸；上外套内设有上液压通道和下液压通道，分别与活塞缸的上下端相通；内滑套的外侧带有圆柱形台阶，与活塞缸的壁面形成间隙配合、并通过第二密封圈与活塞缸壁面实现滑动密封；下外套的下端中间带有矩形阀口，矩形阀口外设有割缝筛管；上接头与上外套相连，下接头与下外套相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、可对流量控制装置的阀口开口度的大小实现无级控制，从而实现对储层流体的精细控制；

2、利用三位换向阀和双向液压锁可使无级流量控制装置的活塞缸获得均衡压差，从而控制内滑套移动方向，实现对无级流量控制装置的完全打开、节流打开、完全关闭功能；

3、可通过液控回路的流量计读数值间接获取内滑套的位置，并通过三位换向阀中位机能和双向液压锁实现对无级流量控制装置的可动件内滑套的位置锁定；

4、装置安装简单，调整方便，使用安全可靠，可实现无级流量控制，能够满足智能完井储层流体流量精细控制的需要。

附图说明

图1为无级流量控制装置完全打开的示意图；

图2为无级流量控制装置部分打开的示意图；

图3为无级流量控制装置完全关闭的示意图；

图4上外套示意图；

图5内滑套示意图；

图6下外套示意图；

图7为无级流量控制装置液控回路的示意图；

图中：1、上接头，2、上外套，3、上液压通道，4、下液压通道，5、第一密封圈，6、第二密封圈，7、活塞缸，8、内滑套，9、下外套，10、第三密封圈，11.阀口，12、割缝筛管，13、筛管固定块，14、下接头，15、液压泵，16、油箱，17、溢流阀，18流量计，19、三位换向阀，20、双向液压锁，81、圆柱形台阶，91、下外套限位台阶，92、下外套第一台阶，93、下外套第二台阶。

具体实施方式

如图1-3所示，无级流量控制装置，包括：上接头1、上外套2、内滑套8、下外套9、割缝筛管12、筛管固定块13、下接头14；其中，上外套2、下外套9通过螺纹连接，上外套2、下外套9连接后形成内腔，内滑套8位于该内腔中；内滑套8、上外套2和下外套9围成活塞缸7；上外套2内设有上液压通道3和下液压通道4，上液压通道3和下液压通道4分别与活塞缸7的上下端相通；内滑套8的外侧带有圆柱形台阶81，圆柱形台阶81与活塞缸7的壁面形成间隙配合、并通过第二密封圈6与活塞缸壁面实现滑动密封；下外套9的下端中间带有矩形阀口11，矩形阀口11外设有割缝筛管12；上接头1与上外套2相连，下接头12与下外套9相连。

上接头1为圆柱壳体，中间外侧带有凸起，上端带有内螺纹，下端带有外螺纹；上接头1上端通过内螺纹与油管接头形成螺纹连接，上接头1下端通过外螺纹与上外套2螺纹连接。

上外套2为上段壁薄、中段壁厚、下段壁薄的圆柱壳体；上段内径与上接头1下部外径相同，上段带有外螺纹，上外套2上段与上接头螺纹连接；中段内径比上段外径大，中段与上段通过圆锥壳体相连；上外套下段与上外套中段外径相同，下段比中段的内径大，下段的下端设有内螺纹，上外套通过下段的内螺纹与下外套9螺纹连接；上外套2自圆锥壳体的圆锥面处设有上液压通道3、下液压通道4，上液压通道3沿竖向向下延伸至中段的底面，下液压通道4沿竖向向下延伸至下段然后再沿径向向内延伸由下段内侧面伸出，上液压通道3、下液压通道4均通过液控管线与地面控制液联通。

下外套9为圆柱壳体，上端的外径与上外套2下部的内径相同，上端的外侧带有外螺纹，下外套9上端与上外套下端实现螺纹连接，上外套与下外套螺纹连接后形成内腔；中间为两段不同外径的圆柱壳体，自上而下分别为第一圆柱段92和第二圆柱段93，第一圆柱段92的外径与上外套下段外径相等，第二圆柱段93外径比台阶92外径要小；下外套下端外径比上端外径小，下端中间带有4个沿周向均布的矩形阀口11，矩形阀口11轴向尺寸大、周向尺寸小，下外套内侧靠近阀口下侧带有圆柱形限位台阶91，下外套的限位台阶91以上部分的内径与上外套2中段的内径相等，限位台阶91以下内径与下接头14上端外径相等，下外套限位台阶91以下带有内螺纹，与下接头14实现螺纹连接。

下接头14为圆柱壳体，其上端外径与下外套下端内径相等，上端带外螺纹，与下外套实现螺纹连接；下端外侧带有外螺纹，与油管接头螺纹连接；中段外侧为圆柱凸起，圆柱凸起的外径与上外套下端外径相等。

内滑套8为圆柱壳体，内滑套8外侧上部带有圆柱形台阶81，内滑套8位于上外套和下外套连接后形成的内腔中；内滑套8与内腔形成间隙配合，可在内腔中上下滑动，内滑套8与上外套内侧通过第一密封圈5实现滑动密封，与下外套内侧通过第三密封圈10实现滑动密封；内滑套、上外套和下外套围成了活塞缸7，上液压通道3和下液压通道4分别与活塞缸7的上下端相通；内滑套8的外侧带有圆柱形台阶81，圆柱形台阶81与所形成的活塞缸壁面形成间隙配合、并通过第二密封圈6与活塞缸壁面实现滑动密封；当内滑套上端面与内腔上端对齐时，其下端面与内腔下端对齐，此时阀口完全打开，小活塞上端面与活塞缸上端对齐；当内滑套下移接触到下外套限位台阶91时，内滑套上端面位于活塞缸上端偏上一段距离，此时阀口11完全关闭，而内滑套上的小活塞距离活塞缸下部还有一段距离，以避免小活塞不能上返而打不开阀口。

内滑套8内侧上下两端均设有环形凹槽，用于容纳储层流体的杂质。

第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈均采用耐热高强度塑料密封，以承受井下高温高压的环境，密封可靠性高。

内滑套8完全处于井筒液中，在移动的过程中，不承受井筒液在其上因为压力差产生的压力，只承受由于密封作用产生的摩擦力，无论井筒压力有多大，驱动内滑套运动的液压力都是不变的。

内滑套8采用耐腐蚀的镍基合金材料制成，可承受大流量下的冲蚀和腐蚀。

筛管固定块13为圆柱壳体，内径与下外套下端外径相等，底端面与下接头14的圆柱凸起上端面接触，上端面位于阀口底端以下；外侧上端直径与下外套的圆柱形台阶93外径相等，外侧下端直径与上外套下端外径相等，外侧上端、下端半径差等于割缝筛管12的壁厚，在筛管固定块13外侧上端与下外套的圆柱形台阶93之间安装割缝筛管12。

下接头14为圆柱壳体，中间外侧带有圆柱凸起，圆柱凸起上端带有外螺纹，与下外套9螺纹连接；圆柱凸起下端带有外螺纹，与油管接头形成螺纹连接。

地面上的控制液经由控制管线进入活塞缸7，通过内滑套8上的小活塞81驱动内滑套8运动，由内滑套8与阀口11相对位置可以实现无级流量控制装置对储层流体完全关闭、完全打开、节流打开。内滑套8上的小活塞81位置的精确定位通过液控回路的流量大小来控制，通过三位换向阀19的中位机能和双向液压锁20实现小内滑套8位置锁定。

如图7所示，无级流量控制装置的工作原理如下：将三位换向阀19置于左位，启动液压泵15，无级流量控制装置下液压通道4与液压泵15连接增压，与上液压通道3连接的双向液压锁20的液控单向阀反向打开，与油箱16连接泄压，推动内滑套8向上运动，阀口10逐渐被开大，通过流量计18读取液控回路的流量大小来获取内滑套8移动距离，当内滑套8移动到指定位置时，将换向阀19切换到中位，双向液压锁20关闭，下液压通道4与泵15断开连接，上液压通道3与油箱16断开连接，内滑套8位置被锁定。将三位换向阀19置于右位，启动液压泵15，无级流量控制装置上液压通道3与液压泵14连接增压，与下液压通道4连接的双向液压锁20的液控单向阀反向打开，与油箱16连接泄压，推动内滑套8向下运动，阀口10逐渐被关小，通过流量计18读取液控回路的流量大小来控制内滑套8移动距离，内滑套8移动到指定位置时，将换向阀19切换到中位，双向液压锁20关闭，上液压通道3与泵15断开连接，下液压通道4与油箱16断开连接，内滑套8位置被锁定。

Claims (6)

1.一种无级流量控制装置，其特征在于，所述无级流量控制装置包括上接头、上外套、内滑套、下外套、割缝筛管、筛管固定块、下接头；其中，上外套、下外套通过螺纹连接后形成内腔，内滑套位于该内腔中；内滑套、上外套和下外套围成活塞缸；上外套内设有上液压通道和下液压通道，上液压通道和下液压通道分别与活塞缸的上下端相通；内滑套的外侧带有圆柱形台阶，圆柱形台阶与活塞缸的壁面形成间隙配合、并通过第二密封圈与活塞缸壁面实现滑动密封；下外套的下端中间带有矩形阀口，矩形阀口外设有割缝筛管；上接头与上外套相连，下接头与下外套相连；下外套为圆柱壳体，上端的外径与上外套下部的内径相同，上端的外侧带有外螺纹，下外套上端与上外套下端实现螺纹连接，上外套与下外套螺纹连接后形成内腔；中间为两段不同外径的圆柱壳体，自上而下分别为第一圆柱段和第二圆柱段，第一圆柱段的外径与上外套下段外径相等，第二圆柱段外径比第一圆柱段外径要小；下外套下端外径比上端外径小，下端中间带有四个沿周向均布的矩形阀口，矩形阀口轴向尺寸大、周向尺寸小，下外套内侧靠近阀口下侧带有圆柱形限位台阶，下外套的限位台阶以上部分的内径与上外套中段的内径相等，限位台阶以下内径与下接头上端外径相等，下外套限位台阶以下带有内螺纹，与下接头实现螺纹连接；下接头为圆柱壳体，其上端外径与下外套下端内径相等，上端带外螺纹，与下外套实现螺纹连接；下端外侧带有外螺纹，与油管接头螺纹连接；中段外侧为圆柱凸起，圆柱凸起的外径与上外套下端外径相等；内滑套为圆柱壳体，位于上外套和下外套连接后形成的内腔中；内滑套与上外套内侧通过第一密封圈实现滑动密封，与下外套内侧通过第三密封圈实现滑动密封；内滑套、上外套和下外套围成活塞缸，上液压通道和下液压通道分别与活塞缸的上下端相通；内滑套的外侧带有圆柱形台阶，圆柱形台阶与所形成的活塞缸壁面形成间隙配合、并通过第二密封圈与活塞缸壁面实现滑动密封；当内滑套上端面与内腔上端对齐时，其下端面与内腔下端对齐，此时阀口完全打开，内滑套的外侧带有的圆柱形台阶的上端面与活塞缸上端对齐；当内滑套下移接触到下外套限位台阶时，内滑套上端面位于活塞缸上端偏上，此时阀口完全关闭；筛管固定块为圆柱壳体，内径与下外套下端外径相等，底端面与下接头的圆柱凸起上端面接触，上端面位于阀口底端以下；外侧上端直径与下外套的第二圆柱段的外径相等，外侧下端直径与上外套下端外径相等，外侧上端、下端半径差等于割缝筛管的壁厚，在筛管固定块外侧上端与下外套的第二圆柱段之间安装割缝筛管；下接头为圆柱壳体，中间外侧带有圆柱凸起，圆柱凸起上端带有外螺纹，与下外套螺纹连接；圆柱凸起下端带有外螺纹，与油管接头形成螺纹连接；利用三位换向阀和双向液压锁可使无级流量控制装置的活塞缸获得均衡压差，从而控制内滑套移动方向，实现对无级流量控制装置的完全打开、节流打开、完全关闭功能；可通过液控回路的流量计读数值间接获取内滑套的位置，并通过三位换向阀中位机能和双向液压锁实现对无级流量控制装置的可动件内滑套的位置锁定。

2.根据权利要求1所述的无级流量控制装置，其特征在于：上接头为圆柱壳体，中间外侧带有凸起，上端带有内螺纹，下端带有外螺纹。

3.根据权利要求2所述的无级流量控制装置，其特征在于：上外套为上段壁薄、中段壁厚、下段壁薄的圆柱壳体；上段内径与上接头下部外径相同，上段带有外螺纹，上外套上段与上接头螺纹连接；中段内径比上段外径大，中段与上段通过圆锥壳体相连；上外套下段与上外套中段外径相同，下段比中段的内径大，下段的下端设有内螺纹，上外套通过下段的内螺纹与下外套螺纹连接；上外套自圆锥壳体的圆锥面处设有上液压通道、下液压通道，上液压通道沿竖向向下延伸至中段的底面，下液压通道沿竖向向下延伸至下段然后再沿径向向内延伸由下段内侧面伸出，上液压通道、下液压通道均通过液控管线与地面控制液联通。

4.根据权利要求3所述的无级流量控制装置，其特征在于：内滑套内侧上下两端均设有环形凹槽。

5.根据权利要求4所述的无级流量控制装置，其特征在于：内滑套采用耐腐蚀的镍基合金材料制成。

6.根据权利要求5所述的无级流量控制装置，其特征在于：第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈均采用耐热高强度塑料密封。